curs mr - mecatronica si robotica

MECATRONICA SI ROBOTICA

Activitati

1. Preocupari ale roboticii in cadrul ICTCM 2. Celule de fabricatie robotizate

a. Celula robotizata pentru forjare pe ciocan matritor (cu semifabricatul tinut in mna robotului)

b. Celula robotizata pentru forjare pe ciocan matritor (cu semifabricatul depus in matrita) c. Celula robotizata de matritare pe presa electrohidraulica d. Celula robotizata pentru turnare sub presiune e. Celula robotizata pentru sudare prin presiune in puncte (celula mixta om robot) f. Celula robotizata pentru sudare prin presiune in puncte g. Celula robotizata pentru prelucrarea mecanica a arborilor

3. Sistem robotizat superflexibil SUPERFLEXROBOT 4. Cabina multifunctionala robotizata pentru sablare 5. Alte aplicatii in domeniul robotizarilor 6. Sisteme modulare inteligente pentru actionari electrice de mica putere. Actuatoare liniare

si rotative 7. Pe mas chirurgical multifuncional. dispozitive i accesorii chirurgicale

multifuncionale inteligente 8. Echipamente mecatronice inteligente de maso-kinetoterapie vectorial 9. Echipamente pentru persoane cu disabiliti neuro-locomotorii sau cardio-respiratorii

crucior rulant 10. Dispozitiv ortetic mecatronic experimental, pentru asistarea/ recuperarea ortostatismului si

mersului la pacienti cu paraplegii complete si alte conditii specifice sever dizabilitante - inclusiv - locomotor

11. Masuri specifice de protectia muncii 12. Activitate practica: Sistem achizitie date cu semnale analogice din articulatiile costumului

ortetic robotizat 13. Teme deschise

MECATRONICA SI ROBOTICA

1. PREOCUPARI ALE ROBOTICII IN CADRUL ICTCM

O preocupare permanent a specialitilor din ICTCM a fost legat de mecanizarea sau robotizarea proceselor tehnologice industriale din domeniile specifice ale institutului cu scopul creterii productivitii muncii, mbuntirii calitii produselor executate prin eliminarea subiectivismului i oboselii operatorului uman i reducerii efortului fizic i psihic al acestuia.

Fig. 1. Celul robotizat de prelucrare a axelor de pompe

Fig. 2. Celul robotizat de forjare pe ciocan matrior cu piesa inut n mna robotului

n cadrul acestor aplicaii, o atenie deosebit s-a acordat condiiilor de interblocare i de prindere a semifabricatelor din sistemele robotizate, realizndu-se, n acest scop, o gam de senzori pneumoelectrici i dispozitive de prehensiune specifice unor condiii dificile de mediu i de manipulare.

Alte cercetri i realizri n domeniul robotizrii unor procese tehnologice au avut ca obiective: - aplicaii cu manipulatoare la vopsitorie; - aplicatii la transferul arjelor la liniile de acoperiri galvanice; - realizarea unui robocar ghidat prin fir.

Fig. 3. Soluii de cuplare rapid la braul robotului a unor dispozitive de prehensiune

Realizarea unor aplicaii robotizate n procese tehnologice cu condiii grele de lucru, a necesitat o serie de senzori specifici care trebuia s asigure derularea sigur a proceselor tehnologice robotizate. Aceti senzori au fost perfecionati n cadrul unui proiect internaional de cercetri avansate n domeniul robotizrii avnd ca obiectiv sisteme robotizate superflexibile, proiect derulat n cadrul programului EUREKA.

2. APLICATII ROBOTIZATE IN PROCESE TEHNOLOGICE

COMPONENTA CELULEI ROBOTIZATE Poz. Denumirea utilajului / componente Senzori

1

Instalatie de incalzire inductiva a impingator b semifabricate debitate c jghiab alimentator d inductor e conteiner cu semifabricate debitate f post de livrare g opritor h conteiner cu semifabricate insuficient incalzite

- prezenta semifabricatului pe jghiabul de alimentare, la intrarea in inductor - existenta stocului de semifabricate pe jghiabul de alimentare - temperatura semifabricatului la iesirea din

inductor, in postul de livrare - prezenta corecta in postul de livrare a

semifabricatului incalzit

2

Ciocan matritor a matrita b dispozitiv de comanda a pedalei ciocanului

matritor cu doua intensitati de lovire c post de prematritare d post de matritare e instalatie pneumatica f instalatie de curatare lubrifiere matrite

- berbecul ciocanului ridicat - berbecul ciocanului cobort - inchiderea matritei fata pe fata - asezarea corecta a semifabricatului in matrita

3 Presa de debavurare

a matrita c conteiner pentru bavuri b extractor bavura d conteiner piese matritate

- berbecul presei ridicat - berbecul presei cobort - asezarea corecta a semifabricatului in matrita - evacuarea berbecul completa a bavurii cu

"capul de cleste"

4 Robot industrial (UNIMATE 2000 B)

a portbacuri cu prindere axiala a semifabricatului b mna mecanica (dispozitiv de prehensiune) c dispozitiv de complianta multipla

- portbacuri complet deschise - pozitia corecta a semifabricatului in bacurile

minii mecanice - portbacuri complet inchise

5 Instalatia de comanda a celulei robotizate

a. CELULA ROBOTIZATA PENTRU FORJARE PE CIOCAN MATRITOR (cu semifabricatul tinut in mna robotului)

Fig. 4 Schema de principiu a unei celule robotizate de forjare pe ciocan matritor (cu semifabricatul tinut in mna robotului)

a b c 4

3

b

a

c

d

f 2 c a d b e

1

a

b

c

d

e

f

g

h

5


1

Instalatie de incalzire inductiva a impingator b semifabricate debitate c jghiab alimentator d inductor e post de livrare f conteiner cu semifabricate debitate g conteiner cu semifabricate insuficient incalzite

- prezenta semifabricatului pe jghiabul de alimentare, la intrarea in inductor

- existenta stocului de semifabricate pe jghiabul de alimentare

- temperatura semifabricatului la iesirea din inductor, in postul de livrare

- prezenta corecta in postul de livrare a semifabricatului incalzit

2

Ciocan matritor a matrita b dispozitiv de comanda a pedalei ciocanului

matritor cu doua intensitati de lovire c refularea semifabricatului (pe coltul matritei) d instalatie pneumatica e instalatie de curatare lubrifiere matrite f extractor

- berbecul ciocanului ridicat - berbecul ciocanului cobort - inchiderea matritei fata pe fata - asezarea corecta a semifabricatului in

matrita

3

Presa de debavurare a matrita b extractor bavura c conteiner pentru bavuri d conteiner piese matritate

- berbecul presei ridicat - berbecul presei cobort - asezarea corecta a semifabricatului in

matrita - evacuarea completa a bavurilor


a portbacuri cu posibilitati de prindere multipla b mna mecanica (dispozitiv de prehensiune) c dispozitiv de complianta




b. CELULA ROBOTIZATA PENTRU FORJARE PE CIOCAN MATRITOR (cu semifabricatul depus in matrita)

Fig. 5 Schema de principiu a unei celule robotizate de forjare pe ciocan matritor (cu semifabricatul depus in matrita)

1 a b c

d

e

f

g

5

3

b

a

c

d

e 2 c f a b d

a b c 4


1

Instalatie de incalzire inductiva a impingator b semifabricate debitate c jghiab alimentator d inductor e conteiner cu semifabricate debitate f post de livrare a semifabricatului incalzit (cu axa

in pozitie verticala sau orizontala) g conteiner cu semifabricate insuficient incalzite

- prezenta semifabricatului pe jghiabul de alimentare, la intrarea in inductor - existenta stocului de semifabricate pe jghiabul de alimentare - temperatura semifabricatului la iesirea din

inductor, in postul de livrare - prezenta corecta in postul de livrare a

semifabricatului incalzit

2

Presa electrohidraulica h matrita i post de rotunjire j post de refulare k post de matritare (cu extractor) l instalatie pneumatica m instalatie de curatare racire lubrifiere matrita

- berbecul presei ridicat - berbecul presei cobort - asezarea corecta a semifabricatului in matrita

3 Conteiner de piese matritate

4

Robot industrial (UNIMATE 2000 B) n portbacuri cu prindere multipla a

semifabricatului o mna mecanica cu prindere autocentranta a

semifabricatului p dispozitiv de complianta multipla




c. CELULA ROBOTIZATA DE MATRITARE PE PRESA ELECTROHIDRAULICA

Fig. 6 Schema de principiu a unei celule robotizate de matritare pe presa electrohidraulica

1

a

b

c

d

e

f

g

5

m 2 j h k i l 3 3

n o p 4


1

Masina de turnat sub presiune a instalatie electrica de comanda b instalatie hidraulica c matrita de turmare sub presiune d instalatie de curatare racire - lubrifiere matrite e cilindru vertical de injectie

- matrita complet deschisa - matrita complet inchisa - pistonul cilindrului de injectie complet

ridicat / cobort - extactor rotor decuplat / cuplat

2 Cuptor de automentinere aliaj topit 3 Suport lingura de turnare - pozitia corecta a lingurii 4 Lingura de turnare aliaj topit 5 Conteiner cu axe depresate 6 Presa pentru depresarea axelor din rotorul turnat - tija de depresare retrasa / avansa

7 Jghiab de alimentare cu pachete de tole rotor

f pachet de tole rotor montate pe un ax tehnologic g post de livrare bucata cu bucata h post de alimentare cu pachet de tole rotor

- prezenta pachet in postul de livrare - pozitia corecta a pachetului in postul de

alimentare

8 Jghiab de evacuare a rotoarelor turnate

i post de depunere a rotoarelor turnate j rotor turnat k post de sesizare stoc maxim de rotoare turnate

- prezenta rotorului turnat in postul de depunere

- prezenta rotorului turnat in postul de sesizare stoc maxim

9 Instalatia de comanda a celulei robotizate 10 Robot industrial (UNIMATE 2000 B) 11 Dispozitiv de cuplare a minii mecanice 12 Mna mecanica cu bacuri multiple l rotorul turnat

- prezenta corecta a piesei - portbacuri complet deschise

13 Instalatie pneumatica - presiunea in limitele prescrise

d. CELULA ROBOTIZATA PENTRU TURNARE SUB PRESIUNE

Fig. 7 Schema de principiu a unei celule robotizate pentru turnare sub presiune a coliviilor in scurt-circuit ale rotoarelor motoarelor electrice asincrone

j 7 f 8 g k i h 9

l 4 12

11

10

3

5

6

a b 13 1 c d e 2

COMPONENTA CELULEI ROBOTIZATE

Poz. Denumirea utilajului / componente Senzori

1 Dispozitiv de sudare

a piese care se asambleaza prin sudare in puncte b piese pozitionate pentru asamblare prin sudare

2 Instalatie de sudare

3 Cleste de sudare prin presiune in puncte 4 Dispozitiv de complianta 5 Dispozitiv de cuplare mecanica si energetica 6 Robot industrial (UNIMATE 2000 B)

- clestele complet deschis - clestele complet inchis

7 Suport pentru cabluri 8 Dispozitiv pentru verificarea integritatii

electrozilor clestelui de sudare - uzura si pozitia electrozilor sunt in limitele

prescrise 9 Pupitru de comanda a celulei robotizate

10 Magazie cu semifabricate 11 Podea de siguranta - prezenta operatorului pe podea 12 Magazie cu subansamble sudate

Fig. 8 Schema de principiu a unei celule robotizate mixte (om robot) pentru sudarea prin presiune in puncte a elementelor de calorifer

e. CELULA ROBOTIZATA PENTRU SUDARE PRIN PRESIUNE IN PUNCTE (celula mixta om robot)

6

5

4

3

a

1

b

9

2

7

8

10

11

12


1 Dispozitiv de sudare

a piese pozitionate pentru asamblare prin sudare b puncte se sudura executate robotizat

2 Instalatie de sudare

3 Cleste de sudare prin presiune in puncte - clestele complet deschis - clestele complet inchis

4 Dispozitiv de complianta 5 Dispozitiv de cuplare mecanica si energetica 6 Robot industrial (UNIMATE 2000 B) 7 Suport pentru cabluri 8 Dispozitiv pentru verificarea integritatii

electrozilor clestelui de sudare - uzura si pozitia electrozilor sunt in limitele

prescrise 9 Dispozitiv pentru prinderea semifabricatului - prezenta corecta a semifabricatului in dispozitivul de prindere

10 Instalatia de comanda a celulei robotizate 11 Magazie cu semifabricate

c semifabricate (placi pentru elemente de calorifer) - stoc minim de semifabricate - lipsa semifabricate

12 Magazie cu subansamble asamblate prin sudare d subansamblul asamblat prin sudare prin

presiune in puncte - stoc maxim de semifabricate - lipsa semifabricat in pozitia de depunere

f. CELULA ROBOTIZATA PENTRU SUDARE PRIN PRESIUNE IN PUNCTE

Fig. 9 Schema de principiu a unei celule robotizate pentru sudarea prin presiune in puncte a elementelor de calorifer

12 d 10 a 9 b 1 c 11

2 7 8

6

5

4

3


1

Masina de frezat si centruit capete de arbori a cap de frezat si centruit b semifabricatul in pozitia de depunere / evacuare c semifabricatul in pozitia de centruire d dispozitiv de prelucrare e tampon axial

- pozitia retrasa a capetelor - pozitia corecta a semifabricatului in dispozitivul de fixare - pozitia dispozitivului - pozitia semifabricatului

2

Strung cu comanda numerica a cap de antrenare b vrf de centrare c papusa mobila d aparatoare

- vrf de centrare retras / vrful de centrare in contact cu semifabricatul - aparatoare retrasa / avansata

3 Freza cu comanda numerica

a dispozitiv de prelucrare c tampon axial b bacuri de fixare d instalatie pneumatica

- prezenta semifabricatului in dispozitivul de prelucrare

- bazarea corecta a semifabricatului - strangerea ferma a semifabricatului


a bacuri b mna mecanica (dispozitiv de prehensiune)

- prezenta corecta semifabricatului in bacurile minii mecanice

- bacuri complet deschise 5 Magazie de alimentare

a post de preluare - prezenta semifabricatului in postul de preluare

6 Magazie de evacuare a post de depunere b opritor

- prezenta semifabricatului in postul de depunere


g. CELULA ROBOTIZATA PENTRU PRELUCRAREA MECANICA A ARBORILOR

Fig. 10 Schema de principiu a unei celule robotizate de prelucrare mecanica a arborilor

semifabricate debitate la lungime arbori de pompe prelucrati

b c

a

6

b

3

a b d

1

a

b

c

d

a

e

2

a

b c

d

5

a

7

a

b

4

3. SISTEM ROBOTIZAT SUPERFLEXIBIL - SUPERFLEXROBOT Proiectul s-a executat in cadrul Programului EUREKA E!, in baza contractului 36 / 2005 incheiat

intre SC ICTCM SA Bucuresti si Centrul National de Management Programe, prin Programul CORINT. Obiectul proiectului l-a constituit realizarea unui sistem robotizat de inalta flexibilitate, specific unor aplicatii eficiente in procese tehnologice pentru productii de serie mica.

A fost o cooperare internationala in cadrul Programului EUREKA dintre doua institute de cercetare dezvoltare, Productive Programming Methods AS (Norvegia) si SC ICTCM SA Bucuresti (Romnia), parteneri cu competente complementare.

Fig. 11 Stand pentru testarea unor componente reprezentative ale unui sistem robotizat superflexibil

Flexibilitatea deosebita a sistemului robotizat superflexibil se datoreaza principiilor originale care stau la baza solutiilor functionale si constructive ale componentelor mecanice ale acestuia; pe baza lor s-au definit obiectivele specifice si direciile tematice: - actionarea sistemului de zavorre/dezavorre doar prin deplasarea bratului robotului fata de

magaziile in care sunt depuse minile mecanice si dispozitivele de lucru, fara a mai fi necesar un element de executie special pentru actionare mecanismului de cuplare mecanica si pneumatica a acestora cu bratul robotului,

- interschimbabilitatea automata a minilor mecanice si a dispozitivelor de lucru in raport cu bratul robotului, caracteristica realizata prin tipizarea mecanismului de cuplare mecanica, energetica si informationala,

- cuplarea mecanica automata a portbacurilor cu mna mecanica, obiectiv realizat doar prin deplasarea de catre bratul robotului a minii mecanice fata de magaziile in care sunt depuse portbacurile, fara a mai fi necesar un element de executie special pentru actionare mecanismului de cuplare/decuplare mecanica a portbacurilor cu mna mecanica,

- interschimbabilitatea automata a portbacurilor in raport cu minile mecanice, obiectiv realizat prin tipizarea mecanismului de cuplare mecanica si a structurii magaziilor in care portbacurile sunt depuse,

- prinderea reglabila si ferma a semifabricatelor cu mna mecanica, obiectiv realizat prin alegerea sistemului de bazare si fixare a semifabricatelor in portbacuri,

- orientarea suportilor minilor mecanice a magaziilor cu portbacuri si a dispozitivelor de lucru cu scopul simplificarii procedurilor de programare si de rulare a programului robotului, prin activarea unui numar ct mai redus de miscari pentru realizarea functiilor de cuplare/decuplare, functii care impun deplasari precise si cu viteza redusa.

Fig. 12. Mana pentru portbacuri interschimbabile

Fig. 13. Magazie cu portbacuri pentru piese prismatice

Fig. 14. Portbacuri pentru piese cilindrice perpendiculare pe planul mainii

Fig. 15. Portbacuri pentru piese cilindrice coaxiale cu mana

Fig. 16. Mana cu portbacuri pentru piese cilindrice

Fig. 17. Mana cu portbacuri pentru piese prismatice

Fig. 18. Magazie pentru mini mecanice cu portbacuri

interschimbabile

Fig. 19. Magazie pentru mini mecanice cu bacuri reglabile

sau fixe

Fig. 20. Magazie cu portbacuri

interschimbabile


interschimbabile II

Fig. 22. Mna mecanica cu portbacuri interschimbabile

Fig. 23. Mna mecanica cu bacuri reglabile sau fixe

Fig. 24. Suport dispozitiv de lucru

Fig. 25. Magazie pentru dispozitiv

de lucru


interschimbabile III Fig. 27. Dispozitiv de

complianta Fig. 28. Dispozitiv de cuplare automata cu bratul robotului Fig. 29. Instalatie electrica

Fig. 30. Asezare/apucare mana mecanica cu robot NACHI

Fig. 31. Ridicare cu miscare mana mecanica cu robot NACHI

Fig. 32. Manipulare si asezare la punct fix, tub vopsea, cu mana mecanica

4. CABINA MULTIFUNCTIONALA ROBOTIZATA PENTRU SABLARE

a b Fig. 33. Cabina multifunctionala robotizata

a-cu robot exterior; b-cu robot interior integrat

Aplicatie:

Cabina multifunctionala este realizata cu scopul de a raspunde cerintelor de securitate industriala si ofera o abordare sigura a proceselor de lucru in conditii grele pentru atenuarea vulnerabilitatii si combaterea riscului accidentelor industriale. Procesele de lucru care se desfasoara in interiorul cabinei sunt cele cu grad ridicat de risc care necesita incinte si/sau echipamente speciale de lucru: sablare/alicare de curatire, ecruisare, sudare, metalizare si vopsire. Cabina multifunctionala este echipata cu doua platouri rotative, un robot cu 3 axe, un sistem de comanda integrat CNC a proceselor si instalatia electrica de actionare si camera de luat vederi.

Functionare: Procesul tehnologic se desfasoara in conform cu succesiunea urmatoare: - se comanda initial pornirea ventilatorului care va actiona filtrul de aer - al doilea subansamblu care este neaparat sa fie pornit in avans, este elevatorul cu banda si cupe

si succesiv transportorul cu elice. - se introduce in consola de programare desenul piesei de prelucrat - se stabilesc si se introduc in driverele manipulatorului cotele de deplasare si vitezele cerute de

procesul tehnologic - se verifica si se stabileste presiunea de lucru - se comanda vizualizarea prin camera a starii initiale a suprafetei - se face un test initial pentru verificare eficacitatea procesului de alicare - se comanda vizualizare si inregistrare rezultat test initial - dupa terminarea procesului se face un test final pe camera video - se comanda prin procesor compararea imaginii finale cu testul standard

5. ALTE APLICATII IN DOMENIUL ROBOTIZARILOR - Realizarea unui laborator de robotica si mecatronica; - Realizarea unor dispozitive asistive si a unei sisteme integrate pentru persoanele cu handicap la

membrele superioare; - Realizarea de echipamente mecatronice cu aplicatii medicale, printre care:

o Costum ortetic robotizat; o Masa chirurgicala; o Fotolii rulante; o Pat ergonomic pentru kinetoterapie; o Componente specializate pentru aplicatii robotizate.

- Sisteme specifice de masurare, printre care: o Pentru aprecierea precis i obiectiv a mobilitii articulaiilor n cazul investigaiilor i

tratamentelor de kinetoterapie s-a elaborat un sistem pentru msurarea amplitudinilor de micare articular, pentru care s-a ntocmit cerere de brevet A / 01060 / 2002 care a primit MEDALIA DE AUR la Salonul de Invenii BRUXELLES EUREKA 2002, si GENEVA 2007, conform aplicaiei 29 din tabelul 1;

o Sistem de masurare a performantelor robotilor.

6. SISTEME MODULARE INTELIGENTE PENTRU ACTIONARI ELECTRICE DE MICA PUTERE. ACTUATOARE LINIARE SI ROTATIVE Pentru prima oara la nivel national, s-au realizat sisteme modulare inteligente pentru actionari

electrice de mica putere, pana la 100 W, sisteme in care sunt integrate in mod unitar atat motorul electric, cu parametrii electromagnetici si termici optimizati, mecanismele de transformare a miscarii de rotatie a axului motorului in miscare de rotatie / translatie, elementele de sustinere si ghidare a componentelor mobile de rotatie/translatie, cat si echipamentul de alimentare si comanda digitala bazat pe controler de tip DSP.

Sistemele modulare inteligente realizate au o structura modulara unitara formata din urmatoarele componente: motorul electric de mica putere, pana la 100 W, realizat de catre ICPE, cu parametrii

electromagnetici si termici optimizati prin contributia UPB. Pentru modulele inteligente de translatie s-au dezvoltat motoare electrice fara perii cu axul gaurit, solutie constructiva care permite trecerea tijei filetate a actuatorului direct prin axul gaurit al rotoarelor acestora, fapt care contribuie la reducerea substantiala a dimensiunilor si greutatii actuatoarelor electrice liniare.

mecanismele de transformare a miscarii de rotatie a axului motorului electric in miscare de translatie, pentru sistemele modulare inteligente de translatie, sau in miscare de rotatie, pentru sistemele modulare inteligente de rotatie, realizate de catre SC ICTCM SA, pe baza urmatoarelor solutii originale brevetate: surub cu piulita cu bile nerecirculate este introdus in scopul reducerii substantiale a frecarilor in

cupla cinematica si se prezinta ca un surub cu 4 inceputuri cu pasul 10 mm si pasul aparent 2,5 mm, cu piulita cu bile nerecirculate, care are un diametru mai mic decat piulita cu bile recirculate, fapt care determina atat dimensiuni si greutati mai reduse pentru ansamblele in care acestea sunt integrate, cat si cresterea randamentului transmisiei mecanice;

reductor planetar cu bile cu raport de demultiplicare 1/20; (rapoarte de transmisie cuprinse in domeniul 1:41:50 se pot realiza prin dimensionarea geometrica corespunzatoare a unor componente ale reductorului planetar cu bile);

rulment incorporat solutie constructiva care se adapteaza direct la dimensiunile celorlalte componente mecanice functionale, (117 x 100 x 8,5), fapt care determina dimensiuni si greutati mai reduse pentru ansamblele in care aceasta este integrata;

elementele de sustinere si de ghidare a componentelor mobile de rotatie sau de translatie, specifice tipului de sistem modular inteligent, realizate tot de catre SC ICTCM SA, avand la baza unele solutii originale de cuple cinematice de translatie sau de rotatie, elementele de sustinere ale componentelor mobile fiind executate din aliaje de aluminiu sau din materiale compozite, in functie de destinatia produsului.

rulment incorporat solutie constructiva a unei cuple de rotatie cu elemente de rostogolire adaptata direct la dimensiunile celorlalte componente mecanice constructive, cu scopul reducerii substantiale a dimensiunilor si greutatii ansamblelor in care aceasta este integrata;

rotoare de motoare electrice cu axul gaurit solutie constructiva, aplicata in cadrul prezentului proiect pentru actuatoarele lineare, care permite trecerea tijei filetate a actuatorului direct prin axul gaurit al rotoarelor acestora, fapt care contribuie la reducerea substantiala a dimensiunilor si greutatii actuatoarelor electrice liniare;

componente mecanice multifunctionale au la baza solutii constructive care elimina supradeterminarile mecanice si au ca scop simplificari constructive, reducerea suprasolicitarilor mecanice, a zgomotelor si vibratiilor, contribuind totodata la reducerea dimensiunilor si greutatii actuatorului electric, (de exemplu ACTUATORUL ELECTRIC LINEAR CU REDUCTOR 50 W / 100 mm).

echipamentul de alimentare si comanda digitala bazat pe controler de tip DSP ai carui parametri se pot regla in functie de tipul sistemului modular inteligent pe care il comanda, care este realizat de catre Technosoft International SRL, partener cu realizari importante in domeniul sistemelor de control digital al motoarelor electrice.

Modulul de control al actuatorului prezinta cateva elemente inovative, legate de conceptia arhitecturala si functionalitatea acestui modul, dintre care mentionam: - arhitectura de control distribuit, specifica ideii de "axa inteligenta"; - imbinarea, pe un singur modul de control, a functionalitatilor specifice in mod uzual in industrie, pe trei tipuri de module distincte: elementul de actionare, controlerul de miscare, si automatul programabil; - posibilitatea de control al cuplului, vitezei sau pozitiei, in functie de modul de control dorit; - modurile avansate de control al miscarii, incluzand generarea de traiectorii liniare, punct cu punct, profile trapezoidale, PV, PVT, iar in sisteme multiax, a miscarii coordonate de tip "reductor electronic electronic gearing", sau "cama electronica electronic caming"; - protectia electronica integrata la avarii incluzand supracurent, I2t, supra sau subtensiune, temperatura electronicii sau a motorului; - supervizarea elementelor de semnalizare de tip contacte limitare cursa, homing, stare modul (eroare, functionare normala), etc; - programabilitate la nivel inalt a aplicatiei utilizator, intr-un limbaj "de miscare", ceea ce permite clientilor finali sa se concentreze pe implementarea aplicatiei lor, fara a necesita experienta in domeniul actionarii electrice; - posibilitatea de utilizare a elementului in mod "operare independenta - stand-alone", sau "sclav" sub comanda unui sistem central; - posibilitatea de comunicare intre axe, atat prin protocol specific, cat si prin protocolul CANopen, acesta din urma permitand integrarea acestor actuatoare ca elemente standard in diverse echipamente de automatizare industriala pentru constructorii OEM de masini automate; - posibilitatea de adaptare deosebit de rapida si facila la cerinte specifice echipamentelor din diverse ramuri industriale, precum echipamente medicale, masini unelte, echipamente industriale, masini de impachetat, masini pentru industria de semiconductori, etc.

Fig. 34. ACTUATOR LINIAR

Fig. 35. ACTUATOR ROTATIV

7. MAS CHIRURGICAL MULTIFUNCIONAL. DISPOZITIVE I ACCESORII CHIRURGICALE MULTIFUNCIONALE INTELIGENTE

n prezent, piaa mondial a meselor de operaie ofer o larg palet de sisteme, de la cele mai simple cu suport fix i doar trei seciuni, pn la cele mai complexe, cu suport mobil i 8-9 seciuni acionate electric sau hidraulic prin intermediul unor panouri cu comenzi directe sau prin telecomand (n general cu IR). Aceste mese operatorii sunt n general orientate spre o anumit patologie (traumatologie, ginecologie, ortopedie etc.), doar cele mai complexe fiind cu adevrat multifuncionale.

Oportuniti: - Dotarea spitatelor, clinicilor universitare i altor uniti din reeaua de sntate, inclusiv pentru

activitatea de recuperare; - Domeniul vizat cu prioritate este cel al activiii chirurgicale, specifice slilor de operaie din

spitale sau clinici specializate; - Produsul fiind o mas chirurgical multifuncional este acoperit ntreg spectrul de intervenii

chirurgicale, masa putnd fi dotat i cu accesoriile necesare pentru fiecare tip de intervenie; - Echipamentele care vor intra n componena dispozitivelor chirurgicale pot fi dezvoltate i ca

produse separate, cu performane ridicate.

Cerine: Masa chirurgical multifuncional trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: S fie sigur, performant i fiabil; S conin o gam larg de accesorii; S conin o serie de componente detaabile, care s poat permite poziionarea pacientului n

poziia optim realizrii unor intervenii chirurgicale complexe sau n echipe multidisciplinare; S asigure o bun poziionare a pacientului i a echipei operatorii pentru realizarea diverselor

tehnici chirurgicale; S asigure un bun acces pentru echipamentele suplimentare utilizate n cursul interveniei

chirurgicale; S asigure accesul aparatului radiologic pe toat lungimea mesei, necesar pentru realizarea

diferitelor explorri intraoperatorii; S aib n componena sa suport pentru caset raze X; S fie radiotransparent pentru a permite trecerea razelor X; S permit dispunerea longitudinal a prii superioare a mesei pn la maximum 25 cm, pentru

utilizarea optim a amplificatorului de raze X; S permit accesorizarea pentru orice tip de intervenie chirurgical; S aib posibilitatea de a anexa dispozitive suplimentare (suporturi pentru instrumentar cu poziie

fix, surse suplimentare de lumin, dispozitive pentru elongaii de membre sau coloan vertebral); n acest scop masa trebuie prevzut cu locauri speciale pentru fixarea acestor dispozitive, situate pe prile laterale ale acesteia;

S fie realizat dintr-un material cu duritate redus, care s urmeze curburile fiziologice; S conin pern de aer sau lichid, cu presiune variabil, pentru a se evita apariia leziunilor de

decubit n cursul interveniilor chirurgicale prelungite; S permit un grad mare de libertate a micrilor; Pernele trebuie s fie detaabile; Pernele trebuie s fie impermeabile i antistatice; Suprafaa i profilurile mesei chirurgicale trebuie s fie fine, netede pentru optimizarea currii i

dezinfectrii ntregii mese de operaie; Suportul pentru cap trebuie s fie detaabil, s aib dubl reglare, servoasistat i compensare

pentru greutate integrat; Suportul pentru umeri i spate trebuie s aib reglare servoasistat i s permit balansarea i

rotarea; Poriunea mijlocie a mesei trebuie s conin elevatoare pentru poziionarea optim a pacientului;

S conin supori pentru poziia de decubit lateral (dreapta/stnga); S aib suport pentru picioare pelvipodal detaabil, cu reglare servoasistat, care s permit

balansare i rotare a coapselor pentru poziionarea pacientului n poziie ginecologic; Suporii trebuie s fie realizai dintr-un material solid, dar moale, pentru a evita apariia leziunilor

de decubit n cursul interveniilor chirurgicale prelungite; Suporii trebuie s aib un grad mare de libertate pentru a putea fi adaptai n funcie de

particularitile fizice individuale ale pacienilor; S conin un cadru metalic siliconat pe care s poate fi poziionate membrele superioare; S conin locauri care s permit fixarea de mas a diferitelor dispozitive care fixeaz capul

pentru diverse intervenii chirurgicale (ex. cadrul Mayfield, cadrul de sterotaxie etc.) situate n partea anterioar a mesei;

S aib trei centuri de fixare elastic a pacientului pe masa operatorie, cu poziionare mobil (toracic, abdominal i pelvin), necesare pentru interveniile chirurgicale ce impun poziii extreme;

S conin o pomp hidraulic pentru poziiile sus, jos, lateral i trendelenburg, care s poat fi manevrat cu piciorul de ctre chirurg n funcie de necesiti (opional);

S aib n componen un preselector pentru poziiile sus, jos, lateral i trendelenburg (opional); Telecomand cu baterii pentru a regla electrohidraulic micrile preselectate n combinaie cu

preselectorul; S aib manevrabilitate bun, pentru a permite deplasarea uoar a mesei i pacientului n sala

de operaie sau la nevoie n afara acesteia; S aib patru roi duble mobile, rotabile, antistatice, cu capace mpotriva lichidelor (opional); S aib o roat auxiliar pentru micri precise de naintare (opional); Roile trebuie s aib posibilitatea de blocare; S aib o pedal cu trei poziii pentru micri nainte drept, rotaia liber a roilor i frn central; S aib o roat pentru direcie, pentru micri de naintare drepte i pentru nvrtiri exacte fiind

activat pedala cu trei poziii descris anterior; S conin componente detaabile (plana mesei) care s permit transportul pacientului pentru

investigaii suplimentare sau n serviciul ATI fr riscul manipularilor intempestive n condiii de maxim siguran.

Descriere general Masa chirurgical propus s fie asimilat n fabricaie se nscrie n categoria meselor multifuncionale, fiind compus din 8 seciuni acionate electromecanic i manual i putnd efectua o gam divers de micri. Coloana de susinere a mesei de operaie este comandat de un microprocesor i este montat pe o baz de metal cu dimensiuni i mas calculate astfel nct s asigure stabilitate optim sistemului. Att coloana central, ct i suportul de baz sunt realizate din oel inoxidabil. Coloana central conine n interiorul su toate elementele funcionale necesare poziionrii mesei de operaie (circuite electronice i mecanice, acumulatori, transformator, redresor etc.), inclusiv sistemele de deplasare servo-asistat a piciorului mesei cat i a sistemului mobil de comand a micrilor acestuia. Toate micrile piciorului mesei de operaie sunt coordonate de un microprocesor i sunt asigurate de electromotoare protejate mpotriva producerii de scntei, datorit mediului de lucru bogat n gaze i substane lichide volatile inflamabile. Piciorul mesei de operaie este protejat mpotriva infiltraiilor de lichide, n primul rnd datorit necesitii dezinfectrii sale zilnice cu soluii active din punct de vedere biologic. Gradele de libertate n micare a piciorului mesei de operaie includ:

- transfer lateral pe orizontal; - rotaie pe orizontal; - extensie pe vertical.

Masa chirurgical (model experimental), fiind conceput modular, poate fi adaptat cu uurin diverselor funciuni chirurgicale i/sau de tratament corespunztor specificului actului medical; se poate dezvolta o familie de mese chirurgicale de la funciuni simple pn la multifuncionale; totodat, masa chirurgical poate fi echipat cu dispozitive i accesorii diverse, inteligente, strict funcionale. Se are n vedere i dotarea mesei chirurgicale cu sisteme de comand, inclusiv, comand prin voce.

Domenii de utilizare: neurochirurgie, chirurgie general, ginecologie-urologie etc. cu poziionarea pacientului.

Fig. 34. Mas poziionat orizontal Fig. 35. Mas inclinat longitudinal +35

Fig. 36. Mas inclinat poziionat pentru intervenie pe rinichi

Fig. 37. Antitrendelenburg (abordul organelor din etajul supramezocolic)

Fig. 38. Ginecologie/urologie Fig. 39. Nefrolitopexie percutanat

8. ECHIPAMENTE MECATRONICE INTELIGENTE DE MASO-KINETOTERAPIE VECTORIAL Procesul de recuperare a persoanelor vrstnice sau cu dizabiliti reprezint o problem major cu implicaii att n mediul social datorit necesitii integrrii n timp util i cu rezultate bune a persoanelor cu dizabiliti, dar i n mediul medical ca urmare a complexitii tratamentului i a duratei acestuia, legat n mod direct de aparatur i echipamente specializate capabile s asigure efectuarea celor mai noi tipuri de tratamente.

Realizarea de echipamente mecatronic inteligente de monitorizare a bolnavilor, a persoanelor cu disabiliti i a vrstnicilor a devenit o necesitatea imediat, piaa mondial oferind o larg palet de sistem de acest gen, de la simple pn la complexe; doar cele mai complexe sunt i multifuncionale.

Oportuniti: - Dotarea sanatoriilor de recuperare, a centrelor regionale i locale de recuperare, a spitalelor

pentru situaii postoperatorii, a clinicilor universitare i a altor uniti din reeaua de sntate, pentru afeciuni specifice;

- Domeniul vizat cu prioritate este cel al recuperrii i reintegrrii sociale a persoanelor cu diverse afeciuni, dar i al situaiilor postoperatorii;

- Produsul fiind un pat reglabil, multifuncional i asistat acoper ntreg spectrul de tratamente de recuperare i acte medicale postoperatorii, patul putnd fi dotat i cu accesoriile corespunztoare;

- Echipamentele care vor intra n componena patului reglabil asitat pot fi dezvoltate i ca produse separate, cu performane ridicate.

Cerine: Patul reglabil asistat, multifuncional, de recuperare, trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: S fie sigur, performant i fiabil; S conin o gam larg de accesorii; S conin o serie de componente detaabile, care s poat permite poziionarea pacientului n

poziia optim realizrii unor acte medicale specifice tratamentelor de recuperare i postoperatorii; S asigure o bun poziionare a pacientului i a echipei de specialiti pentru realizarea diverselor

tehnici medicale; S asigure un bun acces pentru echipamentele suplimentare utilizate n cursul actului medical; S asigure accesul aparatului radiologic, dac este cazul, pe toat lungimea patului, necesar

pentru realizarea diferitelor explorri; S aib n componena sa suport pentru caset raze X; S fie radiotransparent pentru a permite trecerea razelor X; S permit dispunerea longitudinal a prii superioare a patului pn la maximum 25 cm, pentru

utilizarea optim a amplificatorului de raze X; S permit accesorizarea pentru orice tip de act medical; S aib posibilitatea de a anexa dispozitive suplimentare (suporturi pentru instrumentar cu poziie

fix, surse suplimentare de lumin, dispozitive pentru elongaii de membre sau coloan vertebral); n acest scop patul trebuie prevzut cu locauri speciale pentru fixarea acestor dispozitive, situate pe prile laterale ale acestuia;

S fie realizat dintr-un material cu duritate redus, care s urmeze curburile fiziologice; S conin pern de aer sau lichid, cu presiune variabil, pentru a se evita apariia leziunilor de

decubit n cursul actelor medicale de recuperare / postoperatorii prelungite; S permit un grad mare de libertate a micrilor; Pernele trebuie s fie detaabile; Pernele trebuie s fie impermeabile i antistatice; Suprafaa i profilurile patului trebuie s fie fine, netede pentru optimizarea currii i

dezinfectrii; Suportul pentru cap trebuie s fie detaabil, s aib dubl reglare, servoasistat i compensare

pentru greutate integrat (opional); Suportul pentru umeri i spate trebuie s aib reglare servoasistat i s permit balansarea i

rotarea (opional); Poriunea mijlocie a patului trebuie s conin elevatoare pentru poziionarea optim a pacientului; S conin supori pentru poziia de decubit lateral (dreapta/stnga); S aib suport pentru picioare pelvipodal detaabil, cu reglare servoasistat, care s permit

balansare i rotare a coapselor pentru poziionarea pacientului n poziie ginecologic (opional); Suporii trebuie s fie realizai dintr-un material solid, dar moale, pentru a evita apariia leziunilor

de decubit n cursul tratamentelor de recuperare sau a aactivitilor postoperatorii prelungite; Suporii trebuie s aib un grad mare de libertate pentru a putea fi adaptai n funcie de

particularitile fizice individuale ale pacienilor;

S conin un cadru metalic siliconat pe care s poate fi poziionate membrele superioare; S conin locauri care s permit fixarea de mas a diferitelor dispozitive i accesorii specifice; S aib trei centuri de fixare elastic a pacientului pe pat, cu poziionare mobil (toracic,

abdominal i pelvin), necesare pentru actele de tratament / postoperatorii ce impun poziii extreme;

S aib manevrabilitate bun, pentru a permite deplasarea uoar a patului i pacientului n sala de tratament / postoperatoriu sau la nevoie n orice spaiu cerut de actul medical;

S aib patru roi duble mobile, rotabile, antistatice, cu capace mpotriva lichidelor; S aib o roat auxiliar pentru micri precise de naintare; Roile trebuie s aib posibilitatea de blocare; S aib o pedal cu trei poziii pentru micri nainte drept, rotaia liber a roilor i frn central; S aib o roat pentru direcie, pentru micri de naintare drepte i pentru nvrtiri exacte fiind

activat pedala cu trei poziii descris anterior; S conin componente detaabile (plana patului) care s permit transportul pacientului pentru

investigaii suplimentare sau n serviciul ATI fr riscul manipularilor intempestive n condiii de maxim siguran.

Descriere general Patul reglabil, asitat, multifuncional propus s fie asimilat n fabricaie se nscrie n categoria echipamentelor mecatronice medicale multifuncionale, fiind compus din mai multe platforme rabatabile acionate independent prin servomotoare comandate i putnd efectua o gam divers de micri. Este un echipament mecatronic inteligent de monitorizare a bolnavilor, persoanelor cu disabiliti i a vrstnicilor, alctuit din mai multe platforme rabatabile acionate independent prin servomotoare (actuatoare) comandate pe baza unui soft specializat sau de la consola controlerului. Platformele vor fi acoperite cu saltele pneumatice cu posibilitatea de modificare individual a presiunii. Acionarea i reglarea patului (a elementelor componente) conform cerinelor medicale sau a solicitrii pacientului, se efectueaz relativ uor i gradual prin acionarea telecomenzii sau prin utilizarea unui software ataat sistemului. Este multifuncional fiind conceput cu mai multe grade de libertate i cu posibiliti de extindere a acestora. Gradul de mentenan este sporit fiind dat de funcionarea elementelor de comand i dialog. Patul reglabil, asistat, multifuncional (model experimental), fiind conceput modular, poate fi adaptat cu uurin diverselor funciuni cerute de metodologiile de tratament, de recuperare sau postoperatorii; se poate dezvolta o familie de paturi de la funciuni simple pn la multifuncionale; totodat, patul poate fi echipat cu dispozitive i accesorii diverse, inteligente, strict funcionale.

Model experimental:

Fig. 40. Echipament mecatronic inteligent pentru maso-kinetoterapie vectoriala

Fig. 41. POSIBILITATI MEDICALE FUNCTIONALE

9. ECHIPAMENTE PENTRU PERSOANE CU DISABILITI NEURO-LOCOMOTORII SAU CARDIO-RESPIRATORII CRUCIOR RULANT

Oportuniti: - Grupul "marilor btrni" cu vrste chiar peste 80 ani, categorie demografic care prin polipatologia

ampl i nivelul foarte ridicat de polidisabiliti (neuro-mio-artro-kinetice, cardio-vasculare, respiratorii, senzoriale) prezint un potenial maxim de a fi beneficiari ai unor echipamente complexe cu scopul meninerii autonomiei funcionale i implicit a calitii vieii, precum i al reducerii ansamblului costurilor aferente asistenei medico-sociale;

- Grupul celor afectai de paralizii, cu abolirea temporar sau definitiv a controlului nervos asupra unui teritoriu somatic sau / i vegetativ al organismului, constituit din oameni tineri i foarte tineri, aflai la nceputul vieii lor profesionale i sociale productive, fapt cu un impact psihologic, familial, profesional i respectiv socio-economic devastator;

- Creterea incompensurabil a calitii vieii pentru cei estimativ 40.000 de para- i tetra- plegici plus hemiplegici gravi din Romnia;

Cerine - Realizare din structuri uoare: aluminiu, compozite etc.; - Structura scaunului permite modularea acestuia pentru a asigura posibilitatea diferitelor grupe de

mini i talii a pacienilor de al folosi pentru transportul lor; - Deplasarea uoar, fr riscuri sau zone de nepenire a componentelor structurii scaunului; - Funcionarea sigur a sistemului de fixare a componentelor structurii scaunului; - S permit plierea scaunului n vederea reducerii gabaritului acestuia privind transportul ei); - S permit amplasarea elementelor de ridicare a scaunului n vederea detarii roilor. - S permit ridicarea scaunului i persoanei care l utilizeaz n vederea deplasrii prin locurile

nguste; - Dispozitivul de ridicare trebuie inclus n structura scaunului manual.

Model experimental scaun manual

Fig. 42. Fotoliu rulant manual

Alte caracteristici generale Roile demontabile vor fi incluse n structura scaunului manual mpreun cu celelalte subansamble specifice acestuia. Rolul funcional al roilor demontabile este de a deplasa scaunul prin aciunea manual a persoanei i de a acea posibilitatea de a se demonta prin aciunea manual a persoanei i de a avea posibilitatea de a se demonta prin aciunea direct a persoanei din poziia de ezut dup ce scaunul a fost ridicat de dispozitivul ridicare. Noutatea soluiei const n construcia rulmentului din obada care permite deurubarea i nurubarea roii pstrnd rolul funcional al rulmentului. Roata se monteaz i demonteaz n structura scaunului n reperul amortizor.

Model experimental scaun electric

Fig. 43a. Fotoliu rulant electric pozitie de deplasare

Fig. 43b. Fotoliu rulant electric pozitie de

ridicare

Fig. 43c. Roat motoare detaabil

Alte caracteristici generale n prima faz scaunul trebuie imobilizat prin acionarea manual a celor dou dispozitive de frnare montate pe structura scaunului. Se trece peste genunchi banda de imobilizare a pacienilor. Pentru ridicare se alimenteaz motorul electric ce antreneaz cu urubul printr-un cuplaj, urubul conductor va antrena piulia cu cei 3 satelii, piulia este solitar printr-o pan cu o tij telescopic care se deplaseaz liniar cu 400 mm i care se monteaz pe structura scaunului n zona ezut. Roile motoare demontabile sunt incluse n structura scaunului cu acionare electric mpreun cu celelalte subansamble specifice acestuia. Rolul funcional al roii motoare demontabile este de a deplasa scaunul prin acionarea comenzii mobile i de a avea posibilitatea de a deplasa i n scopul cnd acumulatorul nu mai poate asigura alimentarea motorului. Noutatea acestei soluii const n construcia motorului electric. Roata se monteaz i demonteaz n structura scaunului n reperul amortizor.

10. DISPOZITIV ORTETIC MECATRONIC EXPERIMENTAL, PENTRU ASISTAREA/ RECUPERAREA ORTOSTATISMULUI SI MERSULUI LA PACIENTI CU PARAPLEGII COMPLETE SI ALTE CONDITII SPECIFICE SEVER DIZABILITANTE - INCLUSIV LOCOMOTOR

Cerine / obiective constructive i funcionale ale dispozitivului ortetic mecatronic, element de baz al conceptului integrator al costumului ortetic robotizat

Pe baza datelor prezentate anterior se pot elabora temele de proiectare ale modelului experimental al unui dispozitiv ortetic mecatronic destinat asistrii unei persoane cu dizabiliti locomotorii.

Modelul conceptual trebuie s ndeplineasc o serie de cerinte din punct de vedere tehnic i medical, care s satisfaca persoana asistat, i anume:

s fie o construcie modular care s permit o intervenie usoar pentru eventuale reparaii precum i de a avea posibilitatea ca structura de baz s fie adaptat cu uurin pentru diferite msuri antropometrice;

s fie construcie adecvat pentru a putea fi uor ataat / desprins de corpul persoanei asistate;

s fie realizat funcia estetic care s permit persoanei asistate s se simt comfortabil ntr-un grup social;

s fie realizat o interfaa din materiale biocompatibile ntre exoschelet i corpul persoanei asistate (tegumente) care s reduc la minimum presiunea de contact, s permit ca tegumentul s fie aerisit suficient, s amelioreze circulaia veno-limfatic i s evite producerea de alergii la nivelul tegumentului;

s realizeze programele de micare dorite de persoana asistat: ridicare de scaun, aezare pe scaun, mers pe suprafa orizontal, rotire spre dreapta, rotire spre stnga, urcare pant, coborre pant, urcare trepte, coborre trepte, controlul ortostatismului i redresarea n cazul unor factori perturbatori;

s se asigure o autonomie de funcionare ct mai mare pentru un regim de lucru la un nivel mediu de comenzi / acionri.

Componenta dispozitivului ortetic mecatronic Structura modular a dispozitivului ortetic mecatronic, prezentat schematic n Fig. 44, va

cuprinde urmtoarele subansamble funcionale principale:

Fig. 44. SCHEMA DE PRINCIPIU A DISPOZITIVULUI ORTETIC MECATRONIC LEGEND 1 Segment spate; 2 Centur piept; 3 Segment bazin; 4 Centur bazin; 5 Cutie de comand programe; 6 Segment coaps; 7 Actuator old; 8 Actuator genunchi; 9 Segment glezn; 10 Actuator picior; 11 Segment picior; 12 Cutie de conexiuni; 13 Stut de conectare pneumatic; 14 Suport ezut; 15 Ciorap cu chilot; 16 Structur textil gonflabil; R Traductor unghiular, (B bazin; S old; G genunchi; M maleol); P Senzor de presiune, T Senzor de temperatur; U Senzor de umiditate; A Senzor de presiune aer comprimat; Poz. 1 Structur portant mecatronic, Poz. 2 Structur compozit modular, Poz. 3 Echipament de compensare a greutii proprii, Poz. 4 Soluii optimizate de acionare, Poz. 5 Interfaa cu tegumentele zonelor de contact ale persoanei asistate, Poz. 6 Soluie de ameliorare a circulaiei veno-limfatice, Poz. 7 Echipament de senzorizare, autonomizare i comand, Poz. 8 Echipament de comand a principalelor funcii locomotoare, Poz. 9 Stand de experimentri DOM, Poz. 10 Stand de reglare parametri dinamici ai actuatoarelor

12, 13

_

5

14

15, 16

T, U, A

1

2

3

4

5

RB

RS 6

7

8

RG

9

10

Poz. 9,10

Poz. 8

Poz. 1,2

Poz. 5,6

Poz. 3

Poz. 4

11. MASURI SPECIFICE DE PROTECTIA MUNCII - Intreaga aparatura din laboratorul de robotica si mecatronica va fi utilizata numai sub supravegherea

tutorelui responsabil cu activitatea laboratorului; - Nu se vor introduce obiecte in prizele electrice; - Nu vor fi atinse cablurile electrice din laborator; - Sunt interzise manipularile fara rost de butoane, comutatoare, intrerupatoare de la aparatele si

instalatiile de laborator; - Este interzisa schimbarea legaturilor in montajele aflate sub tensiune; - In cazul in care se constata o functionare anormala ce indica prezenta unui deranjament se va

intrerupe imediat sursa de alimentare. Punerea in functiune se va face numai dupa identificarea si inlaturarea deranjamentului;

- Se interzice fumatul in laborator si sursele de foc deschise; - Nu se vor folosi instalatii electrice improvizate; - Nu se vor lasa aparatele electrice sub tensiune nesupravegheate; - Este interzisa intrarea la laborator a studentilor fara echipament de protectie: halat, manusi, sapca,

ochelari, antifoane, casti; - Este interzisa venirea la lucrarea de laborator in stare avansata de oboseala, boala sau sub influenta

bauturilor alcoolice; - Se interzice indepartarea dispozitivelor de protectie ale echipamentelor; - La intretinerea si repararea schipamentelor se vor respecta NSSM (art. 51-61).

Angajatii si studentii in practica trebuie: - sa-si insuseasc si sa respecte normele si instructiunile de protectie a muncii si masurile de aplicare a

acestora; - sa utilizeze corect echipamentele tehnice, substantele periculoase si celelalte mijloace de productie; - sa nu procedeze la deconectarea, schimbarea sau mutarea arbitrara a dispozitivelor de securitate ale

echipamentelor tehnice si ale cladirilor, precum si sa utilizeze corect aceste dispozitive; - sa aduca la cunostinta conducatorului locului de munca orice defectiune tehnica sau alta situatie care

constituie un pericol de accidentare sau imbolnavire profesionala; - sa aduca la cunostinta conducatorului locului de munca in cel mai scurt timp posibil accidentele de

munca suferite de persoana proprie, de alti angajati sau de studentii n practica; - sa opreasc lucrul la aparitia unui pericol iminent de producere a unui accident si sa informeze de

indata conducatorul locului de munca; - studentii aflati in practica trebuie sa fie atenti la pardoseala deoarece poate sa existe pericolul de

alunecare (eventuale pete de ulei), de cadere (eventuale piese depozitate pe pardoseala); - studentii vor intra in laborator numai in prezenta tutorelui; - studentii nu vor face legaturi la tabloul electric si nu vor da comenzi din calculator pentru actionarea

echipamentelor mecatronice.

12. ACTIVITATE PRACTICA: SISTEM ACHIZITIE DATE CU SEMNALE ANALOGICE DIN ARTICULATIILE COSTUMULUI ORTETIC ROBOTIZAT

Dispozitivele ortetice mecatronice permit fie ameliorarea performantelor fizice ale individului sanatos (fig. 45), fie deplasarea unor persoane paralizate la nivelul aparatului locomotor (fig. 46)

Fig. 45. Ameliorarea performantelor fizice cu ajutorul dispozitivelor ortetice mecatronice

Fig. 46. Ortezele mecatronice REWALK (ARGO Israel, 2009) si ELEGS (Berkeley SUA, 2010)

In ICTCM cercetarile in domeniul dispozitivelor ortetice mecatronice pentru persoane paralizate la nivelul aparatului locomotor au inceput in 2005. Au fost realizate mai multe structuri ortetice, standuri de incercari, actuatoare speciale, programe software Pentru realizarea unor programe locomotorii specifice, n cadrul proiectului a fost elaborat un dispozitiv ortetic de achizitie date, care, mbrcat de ctre o persoan valid a permis msurarea i nregistrarea poziiilor unghiulare relative ale segmentelor structurii acestuia pentru diverse funcii locomotorii specifice, (ridicare / aezare din / pe scaun, mers nainte pe o suprafa orizontal, .a.)

Sistemul de achizitie date cu semnale analogice din articulatiile costumului ortetic robotizat urmareste obtinerea datelor de miscare in plan sagital si a pozitiei trunchiului in plan frontal. Acest sistem se caracterizeaza prin precizia datelor achizitionate. Consideram ca pentru sistemul locomotor, respectiv pentru comanda segmentelor ortezei, acest sistem este cel mai potrivit, deoarece potentiometrele asigura valori absolute indiferent de pozitia elementelor sau daca orteza a fost scoasa de sub tensiune. Nu solicita reinitializari sau corectii (tuning). Desi pe plan mondial majoritatea sistemelor pentru studierea mersului sunt sisteme video, in final achizitia datelor in timp real si comenzile spre motoare se fac prin intermediul semnalelor analogice sau digitale din articulatii si talpi. Din acest motiv si sistemele de achizitie date din articulatii si talpi, se bazeaza pe semnale analogice. Sistemul de achizitie date cu semnale analogice din articulatiile costumului ortetic robotizat se compune din:

1. Costum ortetic robotizat 2. Potentiometre (P1-P8) (7 pentru sistemul locomotor, 1 pentru trunchi) 3. Placa achizitie date NI USB-6225 (80 canale analogice input 250KS/s, 2 canale

analogice output 833 KS/s, 24 Digital I/O, 2 Counter) 4. Computer 5. Programe pentru achizitia datelor

In fig. 47 este prezentat sistemul de achizitie date proiectat si utilizat pentru experimentari preliminare.

Fig. 47. Schema sistemului de achizitie date din articulatiile sistemului locomotor si trunchi

P4

P5

P1

P1

P6

P9

P8

P3

P2

P1

P7

Placa achizitie date NI USB-6225

1

2

Fig. 48. Sistem achizitie date pentru costum ortetic robotizat

Dispozitiv ortetic pentru achizitie date

Amplasare senzori

Achizitie date

Scriere date in fisier

In vederea achizitiei datelor de la potentiometrele costumului ortetic robotizat a fost realizat programul Scriere date in fisier.vi (fig. 49, fig. 50)

Fig. 49. Interfata programului de achizitie date

Sistemul este configurat cu ajutorul programului DAQ Assistant. Sunt preluate semnalele provenite de la potentiometrele amplasate pe costumul ortetic. Valorile sunt afisate pe ecran in timp real si sunt scrise in fisiere de date (configurate in prealabil cu ajutorul programului Write to Measurement File.

Fig. 50. Interfata programului Citire date.vi

Datele stocate in fisiere pot fi citite cu ajutorul programului Citire date.vi, a carui interfata este prezentata in fig. 50. Datele citite pot fi vizualizate atat in ansamblu cat si pentru fiecare potentiometru in parte

Pentru verificarea vizuala a achizitiilor de date de la costumul ortetic robotizat a fost realizat programul Vizualizare 2D miscare picioare.vi Programul citeste datele din fisierele de date (sau chiar in timpul achizitiei datelor) si realizeaza o animatie in timp real functie de datele achizitionate. In fig. 51 este prezentata interfata acestui program Instrumentul virtual realizat permite redarea in timp real a miscarilor achizitionate sau analiza cu incetinitorul, functie de setarea controlului milisecond multiple. Programul poate fi intrerupt si se pot citi unghiurile segmentelor articulate din momentul respectiv.

Fig. 51 Interfata programului Vizualizare 2D miscare picioare.vi

13. ACTIVITATE PRACTICA: ACTIONAREA ACTUATOARELOR D.O.M PRIN INTERMEDIUL DRIVERELOR ISCM 4805 SI A SOFTWARE-ULUI EASYMOTION

Mecatronica este un domeniu transdisciplinar al ingineriei care se ba-zeaz pe disciplinele clasice: ingineria mecanic, ingineria electric i tiina calculatoarelor (fig.52).

Fig. 52 Conceptul de mecatronica

Conceptul de mecatronica s-a nascut n Japonia la anceputul deceniului al optulea al secolului trecut. Termenul in sine a fost brevetat de catre concernul Yaskawa Electric Co. si a fost utilizat pentru a descrie fuziunea tehnologica: mecanica electronica informatica. Tot ceea ce numim astazi produs de inalta tehnicitate, este produs mecatronic. Exemplele de produse mecatronice includ automobilul modern (automobilul mecatronic) la care putem aminti managementul motorului, sistemele de siguranta active si pasive, suspensia activa etc., masinile-unelte cu comanda numerica, tehnica de calcul, tehnica de telecomunicatii, aparatura de cercetare, robotii, aparatura biomedicala, aparatura electrocasnica .a.m.d.

Mecatronica s-a nascut ca tehnologie si a devenit foarte curand filosofie care s-a raspandit in intreaga lume. In ultimii ani mecatronica este definita simplu: stiinta masinilor inteligente. Aparitia mecatronicii este rezultatul firesc al evolutiei in dezvoltarea tehnologica. n opinia japonezilor, mecatronica este tehnologia mecanica ceruta de societatea informaionala. Mecatronica se diferentiaza net de tehnologia traditional. In tehnologia traditionala, elementele de baza sunt materialul si energia. In mecatronica, acestor doua elemente li se adauga informaia. Sistemele mecatronice sunt caracterizate de faptul ca stocheaza, proceseaza si analizeaza semnalele obtinute si executa sarcini adecvate. Scopul este de a extinde si de a completa sistemele mecanice cu senzori si microprocesoare pentru a crea produse fiabile i inteligente. Metodele de a integra aceste componente reies din teoria sistemelor, control si tehnologia informatiilor.

Ca studiu de caz este prezentat Dispozitivul Ortetic Mecatronic (D.O.M) (fig.53) format dintr-o structura mecanica articulata avand in componenta sa 6 actuatoare comandate prin intemediul unui ansamblu de echipamente electronice (drivere ISCM4805 Technosoft) si a software-ului EasyMotion

Mecanica + electronica +informatica Fig. 53 Dispozitivul Ortetic Mecatronic

Actuatoarele utilizate au in componenta lor motoare de curent continuu special realizate de SC ICPE SA. Actuatoarele liniare din comert sunt echipate in general cu suruburi cu bile foarte precise, blocuri electronice PID pentru feedbeck ceea ce conduce la un pret foarte ridicat in conditiile in care pentru aceasta aplicatie nu sunt necesare precizii foarte mari iar pentru feedbeck au fost preferate traductoare rotative absolute (potentiometre). Driverele ISCM4805 Technosoft (fig.54) prin intermediul conectorului External I/O signals connector primesc semnale direct de la potentiometrele amplasate in articulatiile D.O.M (fara functii de transfer de la motor) si le transmit propriului bloc PID pentru a realiza bucla de feedback

Fig. 54 Driver Technosoft

Semnalele de la motor sau alt element de miscare receptionate de un encoder icremental pot fi aduse la blocul PID prin intermediul conectorului Encoder connector

Partea de informatica revine softwar-ului EasyMotion ce utilizeaza pentru programare limbajul TML-Motion. In prima etapa sunt introduse datele despre motor (DC Motor Setup) (fig. 55)

Fig. 55 Date despre motor

In fereastra Drive Setup se realizeaza acordul fin al blocului PID, limitari ale curentulei, teste de functionare, s.a. (fig.56)

Fig. 56 Acord fin, limitari, teste de functionare

Programul de comanda al unui actuator este scris in fereastra Project (fig.57). Pot fi selectate mai multe functii de miscare (Trapezoidal Profiles, S-Curve Profiles, PT, PVT, External, Electronic Gearing, Electronic Camming (Master-Slave), s.a.) precum si combinatii, functii utilizator, pot fi setate variabile utilizator si de sistem, pot fi primite dinspre sistem semnale (Events) ce produc intreruperi si salturi in diferite sectiuni ale programului, posibilitati de urmarire a unor parametrii, etc.

Programul are unele limitari in functionarea simultana a mai multor axe (motoare) deoarece semnalele nu pot fi transmise la motoare decat secvential. Nu exista functii de decizie tip IF/ELSE, SWICH/CASE precum si altele (indispensabile altor limbaje de programare). Nu exista functii tip Array sau Cluster, Read/Write from/to file, s.a. Pentru a avea acces la astfel de functii firma Technosoft ce realizeaza aceste drivere a realizat pachete de fisiere ce fac legatura intre limbajul TML-Motion si limbajele LabVIEW, C++, Visual Basic. Pentru DOM a fost ales pachetul TML-LabVIEW ce permite o combinatie a celor doua softwar-uri.

Fig. 57 Interfata de programare TML-Motion

14. TEME DESCHISE Realizarea unui sistem de comanda a motoarelor prin comenzi vocale avand urmatorul

setup: o LabVIEW pentru achizitia datelor legate de sunet si program de comanda a

motoarelor o Drivere ISCM4805 si EasyMotion (TECHNOSOFT) sau PCI-7358, UMI-7774,

SHC68-C68-S, SCB-68 (National Instruments) sau alt sistem de comanda a motoarelor asistate de calculator compatibil cu LabVIEW

o TML-Motion libraries-LabVIEW (pentru echipamentele TECHNOSOFT) o Placa achizitie date sunet, microfon o Motion Assistant SW for Motion Control Programming (pentru echipamentele

National Instruments) o Motoare stepper sau de curent continuu + encodere

Sistemul poate fi utilizat la comanda actuatoarelor mesei chirurgicale, a paturilor reglabile, la schimbarea programului de mers pentru D.O.M. precum si la alte aplicatii

Realizarea unui stand pentru persoane cu handicap la ambele maini utilizand magazii de dispozitive (proteze) dedicate unor anumite activitati

Gasirea unei solutii pentru schimbarea encoderului defect de la robotul KUKA si punerea in functiune a robotului

Realizarea unui sistem master-slave pentru comanda D.O.M. fie printr-o manusa senzorizata purtata de persoana asistata fie cu ajutorul unei structuri articulate usoare purtata de o persoana insotitoare

curs mr - mecatronica si robotica

Documents