Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca Facultatea de Mecanică Catedra: Mecanisme, Mecanică Fină şi Mecatronică

PROGRAM IDEI ID_1056 Tipul proiectului: Proiect de cercetare exploratorie

Contract nr. 85/2007 Planul Naţional de Cercetare, Dezvoltare şi Inovare - PN II

MODELAREA, SIMULAREA ŞI REALIZAREA UNOR FAMILII DE SISTEME ROBOTIZATE PENTRU INSPECŢIE

ŞI EXPLORARE

SINTEZA LUCRĂRII 2007- 2010

Etapa unica 2007: Modelarea şi simularea unor sisteme robotizate de inspectie în ţevi şi explorare Etapa unica 2008: Proiectarea si realizarea principalelor subansamble din structura sistemelor robotizate de inspectie in tevi si explorare Etapa unica 2009: Proiectarea sistemelelor de acţionare şi control. Realizarea prototipurilor experimentale Etapa unică 2010: Proiectarea si realizarea unui sistem microrobotic de inspectie in tevi / explorare

Director de proiect: Conf. Dr. Ing. Tătar Mihai Olimpiu

Membri: Şef lucr. dr. ing. Rusu Călin Şef lucr. dr. ing. Teuţan Emil Asist. drd. ing. Besoiu Sorin

Asist cercet. drd. ing. Lungu Ion Asist cercet. drd. ing. Aluţei Adrian

Asist cercet. drd. ing. Cirebea Claudiu

1

Introducere Problemele diverse datorate îmbătrânirii ţevilor, a coroziunii acestora, precum şi a apariţiei

crăpăturilor determină o creştere a activităţilor de inspecţie, întreţinere şi reparare. Realizarea acestor activităţi de către operatorii umani necesită cheltuieli substanţiale. De aceea utilizarea roboţilor pentru întreţinerea ţevilor este una din soluţiile cele mai atractive în acest moment. Inspecţia în ţevi este relevantă şi pentru îmbunătăţirea securităţii şi eficienţei în mediul industrial.

O categorie distinctă din acest domeniu o constituie sistemele modulare robotizate pentru inspecţie şi explorare ce au structura adaptabilă la forma şi dimensiunile ţevii. Sistemele modulare robotizate sunt acele sisteme ce sunt compuse din module care pot fi deconectate şi reconectate în regimuri diferite, pentru a forma o nouă configuraţie ce să permită noi funcţionalităţi. Unele dintre avantajele acestor sisteme modulare sunt: versatilitatea, simplitate, robusteţe şi costurile reduse. O cerinţă fundamentală a acestor roboţi este abilitatea de a se deplasa printro varietate de configuraţii de ţevi, depăşind obstacole şi în acelaşi timp îndeplinind sarcinile propuse.

Proiectul are ca obiectiv final realizarea unor familii de sisteme robotizate modulare de inspectie si explorare. Sistemele modulare proiectate au în componenţă module motoare realizate din mecanisme cu elemente articulate care asigură funcţia de propulsie şi module pasive cu rol în transportul echipamentului electronic şi a celui necesar realizării inspecţiilor, explorărilor, etc.

În cadrul proiectului s-au modelat, simulat, proiectat şi realizat trei sisteme modulare robotizate, pentru inspecţie şi explorare, un sistem microrobotic modular de inspecţie şi explorare şi un microrobot de inspecţie în ţevi.

1. MODULE MOTOARE ŞI PASIVE PENTRU SISTEMELE MODULARE DE INSPECŢIE ŞI EXPLORARE Primul prototip de modul motor Primul modul motor realizat este compus din trei mecanisme cu elemente articulate dispuse la

120˚ în jurul axei longitudinale. Forţa cu care mecanismul din structura modulului motor acţionează asupra peretelui ţevii este generată cu ajutorul unui arc extensibil. Arcul extensibil elicoidal dispus pe axul central asigură revenirea structurii modulului motor în cazul variaţiilor diametrului ţevii inspectate. Propulsia modulului motor este realizată prin utilizarea a trei roţi motoare. Roţile motoare sunt antrenate în mişcarea de rotaţie prin intermediul unor reductoare melc-roată melcată de trei motoare de curent continuu. Roţile sunt prevăzute cu bandaj din poliuretan. Deplasarea modulului motor se poate realiza în ambele sensuri în ţeavă. Elementele componente ale primului prototip de modul motor de inspecţie în ţevi modelat şi realizat sunt prezentate în figura 1.1. În structura sa există un mecanism compus dintrun element motor de translaţie şi două grupe structurale RRR. (EmT(1) + RRR(2,3) + RRR(4,5) ).

E1 B1

F1

O1

A1

C1D1

H

O1

OO2

A2

B2

D2

E2

F2 C2

h1

h2

h3

2θ

E’ B’

E B

F

5O

A

1

3 2

0

C4D67

Em T

RRR1

RRR2

E’ B’

a) b)

2

c) d)

e)

Fig. 1.1 Schema structurală a), mecanismul elementar modulului motor b), modelarea 3D în ţeavă a modulului motor c,) (prototip 1) şi fotografia modulului motor e)

Elementele componente sunt (Fig. 1.1 d): 1 – arc elicoidal, 2 – element culisant, 3 – melc, 4 –

roată melcată, 5 – suport motor si melc, 6 – motor, 7 – suport motor – element pârghie, 8 – pârghie, 9 – ax central, 10 – roata. Elementele componente din structura modulului motor au lungimile [mm], [mm], 301 =h 702 =h 1353 =h [mm], ( CFhDEBChOAh ==== 321 ,, ), roţile au razele r = 25 [mm], lăţimea 17 [mm], iar unghiul θ este cuprins între 15 ÷ 60 [°]. Elementele sunt realizate din aluminiu iar axul central din oţel. Masa primului modul motor împreună cu firele de acţionare este de 987 [g]. Modulul motor poate realiza inspecţii în ţevi orizontale şi verticale cu diametre cuprinse între 140 - 200 [mm]. Viteza de deplasare a modulului motor prin ţeavă depinde de turaţia motoarelor de antrenare. Transmisia melc-roată melcată utilizată în structura modulului motor este prezentată în figura 1.2. Melcii au un început (z1 = 1), modulul m = 0,6 [mm], unghiul de înclinare al spirelor θ = 4 [°] iar roţile melcate au z2 = 52 dinţi şi unghiul de înclinare al dinţilor β = 4 [°]. In funcţie de necesităţi motorul şi transmisia poate fi uşor schimbată. Al doilea prototip de modul motor

Utilizând o structură asemănătoare dar, cu un singur motor şi o transmisie cu trei roţi dinţate cu dinţi înclinaţi s-a proiectat şi realizat prototipul prezentat în figura 1.2.

E1B1

F1

O1

A1

C1D1

O1

OO2

A2

B2

E2

F2C2

h1

h2

h3

2θ

B’ME

D2

G1

G2

R

E1 B1

F1

O1

A1

C1D1

h1

h2

h3

2θB’ME

G1

R

FA

ωR

a) b)

3

c) d)

Fig. 1.2 Schema structurală a modulului motor (prototip 2) a), modelarea 3D b,c) şi fotografia sa

Roţile au razele r = 25 [mm], lăţimea 7 [mm], elementele componente au lungimile:

[mm], [mm], [mm], (301 =h 702 =h 1353 =h CFhDEBChOAh ==== 321 ,, ) şi unghiul θ cuprins între 15÷ 60 [°]. Masa modulului motor împreună cu firele de acţionare este de 550 [g]. Acest prototip de modul motor este mai compact din punct de vedere constructiv şi utilizează un singur motor de curent continuu pentru acţionare, dispus pe axul central. Transmiterea mişcării de la motorul de antrenare la roţile motoare ale modulului motor se realizează utilizând trei transmisii cu roţi dinţate (Fig. 1.3 d).

E1

D1

ME

G1

1

2

3

4

nM

nR

a) b) c)

Fig. 1.3 Transmisia cu roţi dinţate din structura modulului motor: a) schema structurală, b) modelul 3D c), fotografia transmisiei

In figura 1.3 a semnificaţia notaţiilor este: • 1 – melc (z1 = 1, modulul m = 0,75 mm, unghiul de înclinare al spirelor melcului θ = 4°), • 2, 3, 4 – roţi dinţate cu dinţi înclinaţi (unghiul de înclinare al dinţilor β = 4°) • z2 = 39 , z3 = 39 , z4 = 44 – dinţi.

Dacă în anumite condiţii este necesar un cuplu mai ridicat la roţile motoare, motorul dispus axial poate fi uşor schimbat şi înlocuit cu alt motor sau cu un motor cu reductor (Fig. 1.3 b). Roţile modulului motor sunt realizate din aluminiu. In scopul măririi aderenţei dintre roţi şi ţeavă acestea au fost prevăzute cu inele din cauciuc. Al treilea prototip de modul motor Modulul motor este compus din 6 mecanisme de tip manivelă-piston. Acestea sunt aşezate câte două în trei planuri dispuse la 120˚ în jurul axului central. Generarea forţei de apăsare a roţilor pe suprafaţa interioară a ţevii este realizată de două arcuri elicoidale. Schema structurală pentru cel de-al treilea modul motor este prezentată în figura 1.4. Acestă soluţie constructivă prezintă avantajul ca roţile motoare se adaptează independent de roţile conduse la diametrul ţevii. Una din problemele apărute în cadrul proiectării acestui modul a constituit-o dimensiunile motorului cu reductor ceea ce a făcut ca cele 6 mecanisme bielă-manivelă să nu fie identice. De asemenea cele două arcuri utilizate au dimensiuni diferite.

4

E2

ME

E1

D1

F1

C1

F2

C2

A2

B2

B1 O1

A1

O1

OO2

D2

R

h1h2h2h3

ME

E1

D1

F1

C1

B1 O1

A1

O1

R

h1h2h2

h3 θ

a) b)

c) d)

Fig. 1.4 Schema structurală, modelarea 3D şi fotografia modulului motor (prototip 3)

Roţile au razele r = 25 [mm], lăţimea 7 [mm], iar elementele componente au lungimile: [mm], [mm], [mm], (951 =h 582 =h 533 =h ,3322111 AOAOAOh === ,3322112 BEBEBEh ===

). Unghiul θ este limitat constructiv între 15÷ 60 [°]. Lungimea totală a modulului motor este de 307 [mm]. Masa modulului motor împreună cu firele de acţionare este de 630 [g].

3322113 FEFEFEh ===

Modul motor pentru sistemul microrobotic modular

Modulul motor proiectat şi realizat, este format din două mecanisme patrulater dispuse în două plane paralele şi trei roţi duble: roata conducătoare şi respectiv roţile conduse / de sprijin (Fig. 1.5). Modulul motor propus poate fi utilizat singur ca microrobot sau împreună cu modulele pasive, în componenţa unui sistem microrobotic folosit pentru inspecţie şi explorare.

1 2

34A

B C

DO3=E

O1O2

2θ

Z1Z2

Z3

A1

D1 E1

h2

h1

W t

w3

w1

Fig. 1.5 Schema structurală şi modelul 3D a modulului motor

Elementele componente sunt (Fig. 1.6): 1 – roată condusă 2 – distanţier; 3 – arc elicoidal; 4 –

element susţinere 1; 5 – element susţinere 2; 6 – motor; 7 – roată dinţată 1 ( ); 8 – roată conducătoare; 9 – element susţinere angrenaj; 10 – roată dinţată 2 ( ); 11 – roată dinţată 3 ( ).

1z

2z 3z

5

a) b) Fig. 1.6 Elementele componente ale modulului motor Fig. 1.7. Modelarea 3D şi fotografia modulului

motor cu dispozitiv de susţinere a camerei video

Pentru utilizarea, în scopul inspecţiei, a unei camere video a fost necesară proiectarea şi realizarea unui dispozitiv de susţinere a acesteia (Fig. 1.7)

Dispozitivul proiectat nu permite orientarea camerei video. In acest sens se propune un sistem de orientare complex care este prezentat în figura 1.8. Acest sistem utilizează pentru orientare fire din aliaje cu memoria formei NiTi (Nitinol). Prin utilizarea actuatorilor pe baza de aliaje cu memoria formei (AMF) se înlocuiesc motoarele ce erau necesare pentru orientarea camerei, reducând-se astfel masa şi gabaritul acestuia. Pentru generarea lumini dispozitivul de orientare este dotat cu leduri.

Fig. 1.8 Model 3D a dispozitivului de orientare cu AMF pentru camera video

Pentru realizarea sistemelor modulare s-au modelat şi realizat următoarele module pasive: Modul pasiv varianta 1

Primul modul pasiv este utilizat în realizarea primului sistem modular robotizat de inspectie in ţevi şi explorare ce utilizează primul modul motor (Fig. 1.9). Caracteristici: masa 1070 [g]; roţile prevăzute cu bandaj din poliuretan au razele 25 [mm] şi lăţimea 17 [mm]; dispunerea roţilor: doua perechi de câte trei la 120 [0]. În partea centrală a modulul pasiv este dispus un element ce are forma unui cilindru realizat din PVC cu dimensiunile D = 110 [mm], L = 150. La extremităţi acesta se închide cu două elemente circulare transparente din sticlă organică. În figura 1.9 este prezentată modelarea 3D şi o fotografie a modulului pasiv.

a) b)

Fig. 1.9 Modul pasiv varianta 1 a) Modelare 3D a modulului pasiv; b) Fotografia modulului pasiv

6

Deplasarea roţilor se face pe direcţie radială, iar valoarea cursei pe care o poate efectua este de 25 mm. Aceasta cursa poate fi mărită în cazul în care diametrul ţevii este mai mare deoarece tijele de susţinere ale roţilor sunt prevăzute cu două găuri şi cu un bolţ detaşabil. În cazul în care se doreşte mărirea cursei se vor schimba şi arcurile ce creează forţa de apăsare dintre roată şi ţeavă. Arcurile utilizate sunt de compresiune. Modulul pasiv poate fi utilizat pentru transportul componentelor electronice, respectiv baterii de alimentare şi alte componente necesare inspecţiei şi explorării. Modul pasiv varianta 2 Model 3D prezentat în figura 1.10 este al celui de al doilea modul pasiv proiectat şi realizat. Are mecanismul din structură identic cu cel al primului modul motor. Poate fi utilizat pentru transportul echipamentelor şi materialelor necesare inspecţiei şi explorării. Datorită faptului că elementele de lungime h3 se deplasează la schimbări de diametru încărcarea sa se va face în porţiuni simetrice la 120°.

E’1 B’1

F’1

O1

A’1

C’1D’1

O’

OO’2

A’2

B’2

D’2

E’2

F’2 C’2

h3

h2 h1

a) b) c)

Fig. 1.10 Modulul pasiv varianta 1 a) Modelare 3D; b) schema funcţionala c) prototip realizat

Roţile au razele r = 25 [mm], lăţimea 7 [mm] iar elementele componente au lungimile: h1 = [mm], h2 = [mm], h3 = [mm] ( h1 = O'1A'1 = O'2A'2 = O'3A'3, h2 = E'1B'1 = E'2B'2 = E'3B'3, h3 = E'1F'1 = E'2F'2 = E'3F'3 ). Elementele din structura modulului pasiv sunt realizate din aluminiu iar axul central din oţel. Masa modulului pasiv este de 500 [g]. Modul pasiv varianta 3 Cel de al treilea modul pasiv are o structură asemănătoare cu a primului modul pasiv. Diferenţa majoră o constituie diametrul roţilor, grosimea acestora şi implicit cursa tijei cu roata. Acest modul pasiv este realizat în două variante constructive: cu roţi Φ34 utilizat în construcţia celui de al treilea sistem modular şi cu roti Φ50 utilizat în construcţia celui de al doilea sistem modular. În figura 1.11 şi 1.12 este prezentată modelarea 3D a modulului pasiv şi o fotografie a sa. Modulul pasiv din figura 1.11 are lungimea totală L = 244 [mm], raza roţilor r = 17 [mm], lăţimea roţilor 7 [mm] şi masa de 700 [g].

a) b)

Fig. 1.11 Modul pasiv varianta 3 cu roţi Φ34 a) Modelarea 3D a modulului pasiv b) Fotografia modulului pasiv

7

Fig. 1.12 Modul pasiv varianta 3 cu roţi Φ 50:

a) Modelarea 3D a modulului pasiv b) Fotografia modulului pasiv Module auxiliare

Pentru camera video utilizată de sistemele robotizate sunt propuse sistemele de protecţie din figurile următoare:

a) b)

Fig. 1.13 Modelul 3D şi fotografia sistemelor de protecţie pentru camera video propuse Sistemele de protecţie proiectate şi realizate sunt compuse dintro carcasă prevăzută în exterior

cu role şi leduri pentru generarea luminii în ţeavă (Fig. 1.13). Camera video se montează din exterior cu două şuruburi M3. Sistemul de protecţie se fixează pe axul unui modul motor al sistemului de inspecţie şi explorare. Conectarea modulelor sistemului modular robotizat se face prin cuple cardanice.

Module pasive pentru sistemul microrobotic In scopul realizării unui microsistem autonom au fost proiectate şi realizate cele două module

pasive ce vor fi prezentate în continuare. Modulul pasiv suport pentru acumulator Modulul pasiv suport pentru acumulator a fost proiectat special pentru transportul sursei de

energie în cadrul sistemului microrobotic de inspecţie şi explorare. Acest modul este compus din şase elemente de sustinere a rotilor dispuse la 120º în jurul axei longitudinale de fiecare parte a modulului.

Menţinerea contactului dintre roţi şi peretele ţevii se poate realiza utilizând arcuri de torsiune montate în cuplele de rotaţie a elemntelor de susţine a roţilor sau prin utilizarea arcuri elicoidale (Fig. 1.14). Corpul modulului este realizat din aluminiu iar elementele cu furcă de susţinere a roţilor din alamă. Roţile sunt realizate din aluminiu şi sunt prevăzute cu inele cauciuc având raza de 13,5 mm. Masa modulului fară acumulator este de 66 grame. Acest modul are dimensiunea interioară a carcasei cilindrice de 28 x 50 [mm]. Avand o structură adaptabilă modulul pasiv poate fi utilizat în ţevi cu diametrul cuprins intre 50 şi 70 [mm]. Soluţia propusă şi realizată ce utilizează arcuri elocoidale este prezentată în figura 1.14 d.

8

B D

Wt

A

O1

O2 O4

O3

C

Acumulator

a) b) c)

d)

Fig. 1.14 Modulul pasiv suport pentru acumulator a) Modelul 3D b) Schema structurala. Modulul pasiv in interiorul ţevii c) Fotografia modulului pasiv d)

Modulul pasiv suport pentru electronice În figurile următoare sunt prezentate modelele 3D, schema cinematică şi fotografia modulului

pasiv utilizat la transportul plăcilor electronice. Soluţiile contructive propuse utilizează arcuri de torsiune montate în cuplele de rotaţie a elementelor de susţinere a roţilor sau arcuri elicoidale (Fig. 1.15). Soluţia propusă şi realizată ce utilizează arcuri elicoidale se prezintă în figura 1.15 d.

Elementele de susţinere a roţilor sunt dispuse câte două la 120º în jurul axei longitudinale şi sunt realizate din alama. Carcasa cilindrică are dimensiunea interioară 35 x 50 [mm] şi este realizată din aluminiu. Roţile sunt realizate din aluminiu, au raza de 14,5 mm şi sunt prevăzute cu inele de cauciuc. Masa modulului fără plăcile electronice este de 93 grame. Structura adaptabilă a modulului pasiv îi permite utilizarea acestuia în ţevi cu diametrul cuprins între 50 şi 70 [mm].

B D

Wt

A

O1

O2 O4

O3

C

a) b) c)

d)

Fig. 1.15. Modulul pasiv pentru transport electronice a) Modelul 3D b) Schema structurală. Modulul pasiv în interiorul ţevii c) Fotografia modulului pasiv d)

9

Microrobot de inspecţie în ţevi Microrobotul propus se adaptează la diametre cuprinse între 30 mm şi 50 mm. Este construit în jurul unei carcase cilindrice realizată din aluminiu, acţionarea sa se face utilizând un motor de curent continuu cu reductor integrat. Transmiterea miscării de la motor la roţile motoare se face cu ajutorul angrenajului melc roata melcată iar menţinerea contactului dintre roţi şi peretele ţevii se realizează cu ajutorul unor arcuri de torsiune montate în cuplele de rotaţie a elementelor de susţinere a roţilor. Elemente de susţinere a roţilor sunt dispuse câte două la 120º în jurul axei longitudinale a microrobotului şi sunt realizate din aluminiu. La extremitatea acestor elemente sunt dispuse câte două roţi din aluminiu având raza de 14,5 mm fiind prevazute cu inele de cauciuc. Microrobotul işi păstrează poziţia de echilibru datorită presiunii exercitate de roţi pe peretele interior al ţevii.

AB O1

O2

Z1

Z2Z3

W t

O4

O3

MCC

h2 h1

C

D

a) b)

c)

Fig. 1.16 Schema structurală, modelul CAD şi fotografia microrobotului realizat II. PROIECTAREA SUBSISTEMULUI DE ACŢIONARE DIN STRUCTURA

SISTEMELOR MODULARE ROBOTIZATE PENTRU INSPECŢIE ŞI EXPLORARE

2.1. Sistemul modular 1 Sistemul modular prezentat în figura 2.1 este format din două module: unul activ (motor) şi unul pasiv. Conectarea celor două module este realizată prin utilizarea unui cuplaj cardanic. Sistemul modular poate fi utilizat la realizarea de inspecţii în ţevi cu diametre cuprinse între 140 – 200 [mm]. Are lungimea totală de 536 [mm].

a) b)

10

Modul motor Modul pasiv

Cupla cardanicaCamera video cu dispozitiv de protectie

c) d) e) Fig. 2.1 Schema structurală a), modelul 3D b), şi fotografia primului sistem modular acţionat cu

motoare MMI SANKO (c, d) şi IG22 e) 2.2 Sistemul modular 2 Sistemul modular prezentat în figura 2.2 este format din trei module: două active (motoare) şi

unul pasiv conectate prin cuple cardanice. Ţevile care pot fi inspectate au diametrele cuprinse între 130 - 180 [mm]. Sistemul modular are o lungime totală de 881 [mm].

E1B1

F1

O1

A1

C1D1

O1

OO2

A2

B2

E2

F2C2

h1

h2

h3

2θ

B’

D2

G1

G2

I1 J1

I2

E’1O’1

A’1

C’1 D’1

O’2

A’2

B’2

E’2

F’2 C’2

B’ ME

D’2

G’1

G’2

R

F’1

B’1ME R

J2

H2H1

a)

b)

Modul motor Modul motorModul pasivModul motor

Cupla cardanica Cupla cardanicaCamera video

cu dispozitiv de protectie c)

d)

Fig. 2.2 Schema structurală a), modelul 3D b), şi fotografia celui de al doilea sistem modular c,d)

11

2.3 Sistemul modular 3 Al treilea sistem modular este prezentat în figura 2.3 şi are în componenţă trei module: două

active (motoare) şi unul pasiv conectate prin cuple cardanice. Sistemul modular poate fi utilizat la inspectarea ţevilor cu diametre cuprinse între 150-190 [mm]. Are o lungime totală de 856 [mm].

a)

E2

ME

E1

D1

F1

C1

F2

C2

A2

B2

B1 O1

A1

O1

OO2

D2

R

h1h2h2h3J

E`2

E`1

D`1

F`1

C`1

F`2

C`2

B`2

B`1

A`1

O`1

O`2

D`2

h1 h2h2 h3

RME

A`2

I

b)

Modul motor Modul motorModul pasivModul motor

Cupla cardanica Cupla cardanicaCamera video cu dispozitiv de protectie

c)

d)

Fig. 2.3 Schema structurală a), modelul 3D b), şi fotografia celui de al treilea sistem modular c,d)

Alegerea şi verificarea motoarelor de acţionare s-a făcut determinând pentru poziţia cea mai defavorabilă a sistemelor modulare (poziţia verticală) momentul rezistent redus la axul motorului de antrenare (Fig. 2.4). Acest moment rezistent redus trebuie să fie mai mic sau egal cu momentul dezvoltat de motorul de antrenare.

12

E1

B1

F1

O1

A1

C1

D1

O1

OO2

A2

B2

D2

E2F

2C

2

h1

h2

h3

G1

G2

F1

F2

H

m g1

v

m g13

FR

m g2

ωR

Mfl

FR

Mfr

FA

Ff

Mfr

Ff

Mfl

Ffp

FRpMfrp

Mflp

FRp

FfpMflp

Mfrp FRp

FRpFAp

FAp

FR Mfl

Mfr

Ff

FRMfl

Mfr

Ff ωR

Ffp

Mfrp

Mflp

FRp

Ffp

Mfrp

Mflp

FRp

E1

B1

F1

O1

A1

C1

D1

OO2

A2

B2

E2

F2

C2

h1

h2

h3

2θB’

MED

2

G1

G2

H

G1

I1I2G

2

E’1O’1

A’1

C’1

D’1

O’2

A’2

B’2E’2

F’2

C’2

B’M

E

D’2

G’1 G’2

H

R

F’1

B’1

R

v

m g1

FA

FA

m g2

FRMfl Mfr

FfFfFR Mfr Mfl

ωRωR

FRMfl

Mfr

FfFR

Mfr

Ff Mfl

FRMfl

Mfr

Ff

FRMfl Mfr

Ffm g1

FfFR Mfr Mfl

ωR

FRMfr Mfl

Ff

ωR

Ffp

FRpMfrp

Mflp

FRpFAp

Ffp

FRpMfrp

Mflp

FRp

Ffp

Mfrp

Mflp

FRpFApFAp

Ffp

Mfrp

Mflp

FRpFAp

m g2

E2

ME

E1

D1

F1

C1

F2

C2

A2

B2

B1

O1

A1

O1

OO2

D2

R

h1

h2

h2

h3

H

E`2

E`1D

`1

F`1

C`1

F`2

C`2

B`2

B`1

A`1

O`1

O`2

D`2

h1

h2

h2

h3

RM

E

A`

2

I

v

FR1Mfr1

Ff1ωR

FR2

Mfl1

Ff2

Mfr2

Mfl2

Mfl1FR1

Ff1ωR

Mfr1

Ff2FR2

Mfr2 m g1

m g1

m g2

Mfl2

FR1Mfr1

Ff1

FR2Ff2

Mfr2

FR1

Ff1

Mfr1

Ff2FR2

Mfr2

Mfrp

FfpFRp

FAp

FA2

FA1

FA2

FA1

Mfrp

FfpFRp

Mflp

Mfrp

FfpFRp

FAp

FApFApMfrp

FfpFRp

Mflp

MflpMflp

Mfl1 Mfl1

Mfl2 Mfl2

a) b) c)

Fig. 2.4 Distribuţia forţelor şi momentelor pe cele trei sisteme modulare

pentru alegerea şi verificarea unui motor de acţionare

Ansamblul motor-reductor-roată motoare pentru modulul motor al primului sistem modular şi ansamblul motor – reductor – transmisie - roată pentru un modul motor al celui de al doilea şi al treilea sistem modular sunt prezentate în figurile 2.5 a, b.

13

uA

+

LA RA

Mm

+

ia

ωm

KdlR

ωR

IR

Mr

i

uA

+

-

LA RA

Mm

+

-

ia

Reductor

ωm

Frecareviscoasa

KdlR

ωR

IR

Roatamotoare

Infasurarea rotorica

Mr

i

ωMR

reductor

Transmisie

1

2

3

4

itransmisie

R

a) b)

Fig. 2.5 Ansamblul motor-reductor-roată motoare pentru primul sistem modular a) şi pentru cel de al doilea şi al treilea sistem modular b)

Pentru simularea sistemului de acţionare s-a utilizat Matlab / Simulink în care s-a modelat ecuaţia motorului şi ecuaţia momentului rezistent redus la axul motorului de antrenare. În mediul Matlab / Simulink motorul fără reductor din primul sistem modular se prezintă în figura 2.6 a, iar modelul motorului de curent continuu cu reductor din cel de al doilea şi al treilea sistem modular este prezentat în figura 2.6 b.

a) b)

Fig. 2.6 Modelarea în Matlab/Simulink a motorului de curent continuu pentru primul sistem modular a) si a motorului de curent continuu cu reductor pentru al doilea şi al treilea sistem modular b)

Momentele rezistente reduse la axul motoarelor de antrenare în cazul celor trei sisteme modulare au relaţiile: - sistem modular 1

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++∆+∆+⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛== RgmRgmxkdxsk

tgdskh

iM

iM ppppRMax

rrMax

rr 33

)2

(212

)sin(sin3

2211 21min1µ

θµθθ

iar 1

2

zzii

R

mreductor === ω

ω . (2.1)

- sistem modular 2

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +∆+⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=

===

RgmgRmdsxktg

dskhii

Mi

MM

pptransmisiereductor

rMRaxr

reductor

rMRaxr

m

MRrMaxr

2231

2)sin(sin

32611

1

21min

1 µθ

µθθ

ωω

- sistem modular 3

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +∆++⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +++⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

23

21

23

231 22211

dsxkgmRdsFgRmdsFii

M pRRtransmisiereductor

rMaxr

µµµ

14

Variaţia intensităţii curentului, a momentului motor şi a vitezei unghiulare obţinute în urma simulărilor sunt prezentate în figura 2.7:

- Sistem modular 1

a) b) c) Fig. 2.7 Variaţia intensităţii curentului a) momentului motor b) vitezei unghiulare c)

a motorului în sarcină modelat pe baza funcţiei de transfer

- Sistem modular 2

a) b) c)

d) e)

Fig. 2.8 Variaţiile vitezei unghiulare la axul motorului a), la axul motorului cu reductor ( 19=reductori ) b) după transmisie ( ) c) şi a intensităţii curentului d) momentului motor 44=transmisiei

la aplicarea unei sarcini exterioare la 2 secunde de la pornirea sistemului modular

15

- Sistem modular 3

a) b) c)

d) e)

Fig. 2.9 Variaţia vitezei unghiulare la axul motorului a), după reductor ( ) şi după transmisie ( 3 ), a intensităţii curentului d), şi a momentului motor e)

19=reductori8=transmisiei

în cazul în care aplicăm sarcina exterioară de tip treaptă, după 2 secunde de la pornirea sistemului. Rezultatele obţinute în modelarea şi simularea motoarelor de acţionare şi cele determinate experimental sau calculate au valori apropiate. Momentul dezvoltat de motorul de acţionare este mai mare decât momentul rezistent redus la axul motorului, condiţie ce trebuie îndeplinită pentru realizarea deplasării sistemului modular robotizat în interiorul ţevii. Deci, motoarele utilizate pentru acţionare a căror parametrii au fost utilizaţi în simulare îndeplinesc această condiţie.

Sistem microrobotic modular Sunt modelate şi realizate două module motoare pentru sistemul microrobotic modular. Acestea

sunt acţionate cu motor de curent continuu cu reductor încorporat (Fig. 2.10).

a) b)

Fig. 2.10 Modulele motoare şi dispunerea motoarelor de acţionare utilizate

16

Caracteristicile motoarelor utilizate sunt: Motor 1: tensiune de operare: 4.8 – 6.0 V; turaţia la iesire din reductor: 145 rot/min;

consum maxim: 50 mA, cuplu la iesire: 0.3 10-2 Nm Motor 2: tensiune de operare: 6.0 V; turatia la iesire din reductor: 200 rot/min; consum

maxim: 70 mA; cuplu maxim: 3,24 kgfcm = 0,3178 Nm Prin utilizarea acestor module motoare şi a modulelor pasive se pot obţine sisteme

microrobotice modulare cu patru şi trei module prezentate în figura 2.11.

-sistem microrobotic modular cu patru module

B 2 D2

Wt

A2

E1

G2 H4

F3

C2

Acumulator

B 3 D3

A3

E1

G2 H4

F3

C3 A4

B4 C4

D

P3

P1P2 w3

w1

A1

B1 C1

D1O3

O1O2 w3

w1

4

a)

b)

c)

-sistem microrobotic modular cu trei module

d)

Fig. 2.11 Schema structurala a), modelul CAD b) si fotografia sistemului microrobotic SMMIE I c,d)

In figura 2.11 b notaţiile au următoarea semnificaţie: 1 – modul activ 1; 2 – modul pasiv transport acumulatori; 3 – modul pasiv transport electronice; 4 – modul activ 2.

Pentru orientarea camerei video se utilizează dispozitivul de orientare modelat ce utilizeaza

actuatori din aliaje cu memoria formei de tip fir dispuşi pe feţele acestuia.

17

Fig. 2.13 Schema electronică de acţionare a unui fir din aliaj cu memoria formei

Fig.

proprirezistemetru

Calcuobţine

şi rezi

E12, Eva dim

Folosiobţine

2.12. Model 3D a dispozitivului de orientare cameră video cu AMF

Parametrii electrici de acţionare a unor asemenea actuatori s-au analizat pornind de la etatea firelor din aliaj cu memoria formei de a fi activate rezistiv prin efectul Joule. Astfel nţa electrică a firelor Ramf s-a calculat cu regula de trei simple folosind rezistenţa electrică pe

Rc din tabelul 2.1.

1000][mmlR

R tcamf⋅

= (2.1)

Firul din aliaj cu memoria formei utilizat este acţionat folosind tranzistoare Darlington (Fig. 2.13). lul circuitului de comandă s-a realizat utilizând relaţiile de mai jos. Aplicând legea lui Kirchhoff m:

CEamfccal URIRIU +⋅+⋅= 1 (2.1) , unde Ic – curentul prin colectorul tranzistorului T1 care reprezintă curentul recomandat pentru

firul din aliaj cu memoria formei (tabelul 2.1); Ual – tensiunea de alimentare; R1 – rezistenţa de limitare a curentului (rezistenţă de siguranţă); UCE – tensiunea pe colector emitor în regimul saturat, ce are valoarea de 0,2V. Cunoscând valoarea tensiunii de alimentare, a curentului de colector, a tensiunii colector emitor

stenţa electrică a firului putem determina rezistenţa de limitare a curentului.

c

amfcCEal

IRIUU

R⋅−−

=1 (2.3)

Odată valoarea rezistenţei de limitare cunoscută se alege o rezistenţă conform standardelor E6, 24 mai mare decât cea calculată. Se recalculează curentul efectiv ce va trece prin fir (2.4) şi se ensiona rezistenţa de limitare din punct de vedere al puterii disipate de aceasta (2.5).

amf

CEalef RR

UUI

+−

=1

(2.4)

211 efR IRP ⋅= (2.5)

Mai rămâne de dimensionat rezistenţa R2 în funcţie de tensiunea de comandă Uc aplicată. nd din nou legea lui Kirchhof şi ecuaţia de transfer în regim saturat blocat a tranzistorului T1 m:

β

cB

II = (2.6)

, unde β este factorul de amplificare al tranzistorului, iar IB este curentul din baza transistorului ;

B

BEcBEBc I

UURURIU

−=⇒+⋅= 22 (2.7)

18

unde UBE este căderea de tensiune pe bază emitor. Utilizând relaţiile de mai sus s-au calculat rezistenţa de limitare, puterea disipată pe aceasta şi curenţii efectivi pentru toată gama de diametre ale firelor din aliaj cu memoria formei din dotare (tabelul 2.1). Folosirea unor tensiuni de alimentare mici a dus la eliminarea rezistenţei de limitare şi respectiv a puterii disipate pe aceasta.

S-a notat cu: d – diametrul firului; A – aria sectiunii firului; Rc – rezistenta liniară pe 1000mm; I – curentul prin fir; σamax – tensiunea admisibilă maximă a firului; Fef - forţa efectivă dezvoltată de fir; Fmax - forţa maximă dezvoltată de fir; Fd – forţa de deformare a firului; l – lungimea firului; f – deplasarea realizată de fir (4%); Ramf – rezistenţa electrică a firului; Pamf – puterea disipată de fir; R1 – rezistenţa de limitare a curentului prin fir; P1 – puterea disipată de rezistenţa prin fir.

Lungimea firului utilizat (Fig. 2.14) este de 137,39 mm. Unghiul de înclinare a camerei se poate determina din figura 2.15.

Fig. 2.14 Lungimea firului de AMF Fig. 2.15 Unghiul de inclinare a camerei video

Tabelul 2.1

Nr. d [mm] A

[µm2] Rc

[Ω/m] I [A] σamax

[MPa] Fef [N]

Fmax [N]

Fd [N]

Ual [V]

l [mm]

f [mm]

Ramf [Ω]

Pamf [W]

R1 [Ω]

R1ales [Ω]

P1 [W]

1 0.037 1075 860 0.03 600 0.20 0.64 0.075 5 138 5.52 118.68 0.100 41.32 47 0.039

2 0.050 1960 510 0.05 600 0.37 1.18 0.137 5 138 5.52 70.38 0.171 25.62 27 0.066

3 0.075 4420 200 0.10 600 0.84 2.65 0.309 5 138 5.52 27.60 0.258 20.40 22 0.206

4 0.100 7850 150 0.18 600 1.49 4.71 0.550 5 138 5.52 20.70 0.631 5.97 6.8 0.207

5 0.125 12270 70 0.25 600 2.33 7.36 0.859 5 138 5.52 9.66 0.576 9.54 10 0.596

6 0.150 17700 50 0.40 600 3.36 10.60 1.236 5 138 5.52 6.90 1.001 5.10 5.7 0.827

7 0.200 31420 31 0.61 600 5.97 18.84 2.198 5 138 5.52 4.28 1.474 3.59 3.9 1.344

8 0.250 49100 20 1.00 600 9.32 29.44 3.434 5 138 5.52 2.76 2.585 2.04 2.2 2.060

9 0.300 70700 13 1.75 600 13.42 42.39 4.946 5 138 5.52 1.79 5.295 0.95 1 2.951

10 0.375 110450 8 2.75 600 20.97 66.23 7.727 5 138 5.52 1.10 9.186 0.64 0.56 4.660

Obs: R1 – reprezintă valoarea calculată iar R1 ales reprezintă valoarea ce se alege standardizat.

Pentru obţinerea orientării camerei video aliajele cu memoria formei vor fi activate simultan câte două.

Pentru acţionarea firelor din aliaje cu memoria formei se propune pentru utilizarea schemei electronice din figura 2.16.

19

a) b)

Fig. 2.16 Modul utilizat pentru acţionarea firelor din AMF a) schema electronică, b) cablajul

Microrobot de inspectie în ţevi Microrobotul este acţionat cu un motor de curent continuu cu reductor. Caracteristicile acestuia

sunt: tensiune de operare: 6.0 V; turaţie la ieşire din reductor: 320 rot/min; consum maxim: 80 mA; cuplu maxim: 1,8 kgfcm = 0.1765 Nm.

Fig. 2.16 Motorul utilizat şi dispunerea acestuia în microrobot

III. SISTEMUL DE COMANDĂ ŞI CONTROL

Sistemul de comandă şi control este dispus în cazul sistemelor de inspecţie şi explorare în modulul pasiv amplasat în zona centrală a sistemului modular robotizat (Fig. 3.1).

MODUL MOTOR MODUL PASIV MODUL MOTORCUPLACARDANICACUPLA

CARDANICA

Fig. 3.1 Dispunerea modulelor in cadrul sistemelor modulare robotizate

Pentru comanda şi controlul sistemelor modulare robotizate s-au utilizat plăcile de dezvoltare Cerebot şi Cerebot II. Placa de dezvoltare Cerebot este construită în jurul procesorului ATMega64L din familia AVR. Pentru comanda şi controlul motoarelor din cadrul modulelor active ale sistemelor modulare robotizate s-au folosit module periferice proiectate în cadrul proiectului aşa cum este modulul periferic L293D respectiv module periferice PmodHB5. Între plăcile de dezvoltare Cerebot şi PC s-a folosit comunicaţia serială şi s-a utilizat convertorul serial PmodRS232. Componentele electronice din modulul pasiv al celor trei sisteme modulare sunt prezentate în figurile 3.2, 3.3.

20

a) b) c) Fig. 3.2 Modul pasiv sistem 1 şi componentele sale pentru controlul independent al celor trei motoare utilizate a) şi modulele pasive ale sistemelor 2 şi 3 pentru controlul independent al celor două module

motoare. 1- Cerebot II, 2- PmodRS232, 3- PmodHB5 Pentru toate cele trei sisteme modulare s-au realizat interfeţe în mediul de programare Borland Delphi (Fig. 3.3, Fig. 3.4).

Fig. 3.3 Interfaţa de comandă a modulului motor al primului sistem modular ce utilizează plăcii de

dezvoltare Cerebot şi Interfaţa în Delphi pentru controlul independent al celor trei motoare de acţionare în cazul utilizării plăcii de dezvoltare Cerebot II

Interfaţa „In Pipe Modular Robotic System 1” prezentată în figura 3.4 permite controlul

independent al turaţiei celor trei motoare aflate în componenţa modulului activ. Interfeţele „In Pipe Modular Robotic System 2 / 3” (Fig. 3.4) conţin bara de meniu în care se poate selecta sensul de deplasare al sistemului modular şi viteza acestuia. Viteza de deplasare a sistemului modular prin ţeavă se poate modifică cu ajutorul scrollbar-ului „Speed”.

a) b)

Fig. 3.4 Interfaţa în Delphi utilizată pentru al doilea şi al treilea sistem modular

Schemele generale de control a celor trei sisteme modulare robotizate pentru inspecţie şi explorare sunt prezentate în figurile 3.5.

21

P.C.Hardware pentru

achizitie de imagini

Interfata pentru prelucrare de imagini

MATLAB

- Panou de control - Joystick

Interfata graficapentru control

IN PiPE Robots 1.2

mCCamera video

wireless

Senzori de presiune,temperatura

Driver motoare L293D

Senzori ultrasonici, encodere

COMUNICATIE SERIALA

ANTENA

ANTENA

Sursa tensiune externa

Acumulatori

MOTOR1

MOTOR2

MOTOR3

P.C.Hardware pentru

achizitie de imagini

Interfata pentru prelucrare de imagini

MATLAB

- Panou de control - Joystick

Interfata graficapentru control

IN PiPE Robots 1.2

mCCamera video

wireless

Senzori de presiune,temperatura

Driver motoare L293D

Senzori ultrasonici, encodere

COMUNICATIE SERIALA

ANTENA

ANTENA

Sursa tensiune externa

Acumulatori

MOTOR1

MOTOR2

MODULMOTOR 1

MODULMOTOR 2

a) b)

Fig. 3.5 Schema bloc pentru controlul primului sistem modular a) si a celui de al doilea si al treilea sistem modular b)

Pentru controlul turaţiei motorelor s-a utilizat un controler de tip PID. Pentru acordarea

controlerului s-a folosit blocul Signal Constraint din mediul MATLAB/Simulink Response Optimization, ce permite determinarea optimă a parametrilor controlerului. Utilizatorul poate stabili în mod grafic performanţele răspunsului la semnalul de intrare de tip treaptă (Fig. 3.6).

Fig. 3.6 Optimizarea parametrilor controlerului utilizând blocul Signal Constraint

la primul sistem modular

Fig. 3.7 Modelul motorului + Reductor pentru primul sistem modular

22

În figura 3.8 este prezentat modelul motorului pentru primul sistem modular. Caracteristicile motorului sunt: [Nm/ rad/s], [mH], 6101,1 −⋅=b 3108,7 −⋅=L [ ]Ω= 6R , [ kg m6103,1 −⋅== rIJ 2],

[ kg m31018 −⋅=K 2]

Fig. 3.8 Modelul motorului Fig. 3.9 Răspunsul în timp după optimizarea parametrilor

În urma optimizării rezultă constantele KP =1,6036, KI = 0,1365, KD = 0,4149 şi răspunsul în timp prezentat în figura 3.9. În cazul celui de al doilea şi al treilea sistem modular optimizarea parametrilor controlerului şi modelul motorului cu reductor şi a transmisiei utilizate sunt prezentate în figurile 3.10 şi 3.11.

Fig. 3.10 Optimizarea parametrilor controlerului utilizând blocul Signal Constraint

Fig. 3.11 Modelul motorului cu reductor IG22 şi a transmisiei Fig. 3.12 Modelul motorului

Modelul motorului pentru sistemul modular 2 este prezentat în figura 3.12. Caracteristicile motorului sunt: [Nm/rad/s], [H], 6106,2 −⋅=b 3106 −⋅=L [ ]Ω= 3R , [kg m6105,1 −⋅== rIJ 2],

[Nm/A]. În urma optimizării rezultă constantele K3107,5 −⋅=K P =2.5542, KI = 0,2176, KD = 2.6277 şi răspunsul în timp prezentat în figura 3.13a. În cazul celui de al treilea sistem modular în urma

23

optimizării rezultă constantele KP =1.9216, KI = 0,1586, KD = 2.6759 şi răspunsul în timp prezentat în figura 3.13b.

a) b)

Fig. 3.13 Răspunsul în timp după optimizarea parametrilor celui de al doilea şi al treilea sistem modular

Sistemul modular microrobotic

Circuitul proiectat are la bază microcontrolerul ATmega8 şi functionează cu o frecventă de

ceas de 8MHz obţinută cu ajutorul cuarţului Q1. Condensatorii C4 si C5 au rolul de amorsare şi stabilizare a oscilaţiilor frecvenţei proprie cuarţului. Microcontrolerul poate fi resetat de la butonul de reset extern. Programarea microcontrolerului precum şi comunicaţia cu PC-ul se realizează utilizând driverul FT232RL. Alimentarea placii se face prin conectorul JP3 cu o tensiune de 5V. (Fig. 3.14)

Fig. 3.14. Schema electronică pentru sistemul modular microrobotic

24

Placa are în componenţă un driver L293DD pentru comanda celor două motoare de curent continu din modulele active. Utilizând jumperul JP6 se poate selecta modul de alimentare al driverului – de la sursa de tensiune VCC sau o sursă de tensiune externă, prin intermediul conectorului JP7. Figura 3.15 prezintă forma cablajului pentru circuitul electronic dezvoltat.

Fig. 3.15 Proiectare în EAGLE şi fotografia circuit electronic realizat

Identificarea experimentală a modelului. Proiectarea şi simularea unui controler de tip PID

Pentru a putea implementa un algoritm de control de tip PID este necesar să se cunoască modelul procesului. O structură des întâlnită în identificarea experimentală a modelelor este structura ARX (AutoRegressive eXogenous). Pentru identificarea experimentală a modelului, s-a realizat standul experimental prezentat în figura 3.16, în care motorul a fost comandat în buclă deschisă.

Fig. 3.16 Schema bloc a standului experimental

Pentru aceasta s-a dezvoltat o aplicaţie în mediul Labview care permite generarea unui semnal aleator pentru comanda turaţiei motorului şi deasemenea citirea, filtrarea şi scalarea tensiunii contraelectromotoare de la bornele motorului. Valoarea acestei tensiuni este direct proporţională cu turaţia motorului iar semnul, ofera informatii privind direcţia de rotaţie a motorului. Astfel valoarea si semnul acestei tensiuni au fost folosite pentru a estima raspunsul motorului (sistemului) la semnalul de comandă. În figura 3.17 este prezentată interfaţa grafică a aplicaţiei dezvoltată pentru identificarea modelului sistemului.

Fig. 3.17 Interfaţa grafică a aplicaţiei pentru indentificarea modelului

25

Pentru validarea modelului obtinut s-a dezvoltat o aplicatie ce permite simularea unui sistem de control în bucla închisă cu controler PID. Parametrul controlat în acest caz, este viteza de rotaţie a motorului. In figura 3.18 este prezentat raspunsul sistemului având ca referinţă un semnal dreptunghiular (Fig. 3.18 a) şi sinusoidal (Fig 3.18 b).

a)

b)

Fig. 3.18 Răspunsul simulat al sistemului

Schemele bloc de funcţionare ale microrobotului şi sistemului microrobotic modular sunt prezentate în figura 3.19.

a) b) c)

Fig. 3.19 Schemele bloc de funcţionare utilizând placa CEREBOT II şi plăcile dezvoltate

Interfaţa realizată pentru microrobot şi pentru sistemul microrobotic modular este prezentată în figura 3.20.

26

a) b) c)

Fig. 3.20. Interfaţa în Delphi pentru comanda microrobotului / sistemului microrobotic modular

IV. REALIZAREA ŞI TESTAREA PROTOTIPURILOR EXPERIMENTALE

Achiziţia de imagini din interiorul ţevilor

Pentru achiziţia de imagini s-a utilizat minicamera wireless ELRO C910 prezentată în figura 4.1a. Sistemul video de preluare imagini este format din minicamera video wireless, receiver şi TV tunerul extern Realtek PalmTop. În figura 4.1 b este prezentat programul realizat în mediul Matlab/Simulink şi cele 3 playere care afişează semnalul video. Cele trei prototipuri de sisteme modulare de inspecţie şi explorare asamblate au fost prezentate în figurile 2.1, 2.2, 2.3. Sistemele modulare prezentate au fost testate cu succes în ţevi de diametre diferite din PVC. Au prezentat o bună mobilitate şi abilitate de a depăşi obstacole de dimensiuni reduse. În figurile următoare sunt prezentate imagini de la testarea celor trei prototipuri experimentale în ţevi de diametre diferite.

a) b)

Fig. 4.1 a) Reciever-ul, minicamera wireless şi tunerul extern TV Realtek PalmTop, b) Simulink - detecţia marginilor obiectelor din interiorul ţevi

27

Sistemul Modular 1

a) b)

Fig. 4.2 Testarea sistemului modular 1 Sistemul Modular 2

a) b) c) d)

Fig. 4.3 Testarea sistemului modular 2 Sistemul Modular 3

a) b) c) d)

Fig. 4.4 Testarea sistemului modular 3 Sistemul microrobotic modular de inspecţie şi explorare Sistemele microrobotice modulare au fost testate în ţevi de diametre diferite din plexiglas. În

figurile următoare sunt prezentate imagini de la testarea prototipurilor experimentale (Fig. 4.5).

a)

28

b)

c)

d)

Fig. 4.5 Testarea sistemului microrobotic modular (a, b) şi a celor două module motoare (c, d)

Microrobot de inspecţie în ţevi

Testarea microrobotului s-a realizat în ţeava de oţel cu diametrul de 50 mm.

Fig. 4.6 Testarea microrobotului de inspecţie în ţevi

29

CONCLUZII Roboţii pentru inspecţie în ţevi joacă un rol foarte important la întreţinerea reţelelor de ţevi de

aproape orice fel asigurând inspectarea şi chiar repararea acestora. Utilitatea acestor se dovedeşte a fi şi mai importantă atunci când ţevile care trebuie inspectate se află în medii ostile.

Unii dintre aceştia au fost proiectaţi pentru a realiza unele sarcini specifice sau pentru diametre fixe ale ţevilor, dar exista şi sisteme robotizate compuse din module active şi pasive care îşi pot adapta structura în funcţie de variaţia diametrului ţevii inspectate şi care pot realiza mai multe tipuri de operaţii (inspecţie video, curăţire, sudare, lipire, tăiere, etc).

Sistemele modulare modelate, proiectate şi realizate în acest proiect pot fi utilizate la inspecţia şi explorarea unor ţevi cu diametre cuprinse între 130 şi 200 mm. Pot fi dotate cu camere de luat vederi, surse de lumina şi acumulatori pentru o autonomie mai ridicată.

Sistemul microrobotic modular de inspecţie şi explorare poate fi utilizat pentru diametre cuprinse între 50 - 70 mm iar microrobotul de inspecţie în ţevi pentru diametre cuprinse între 30 - 50 mm.

Fiecare modul motor din cadrul sistemelor modulare realizate poate fi utilizat independent ca un robot de inspecţie în ţevi alimentat prin fire.

Conf. Dr. Ing. Tătar Mihai Olimpiu

30