proiect tony

8/8/2019 Proiect Tony

1/23

Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Facultatea de Electronica,Telecomunicatii

si Tehnologia Informatiei

STUDIUL UNUI ROBOT CU ROTI

Student : Zahan Lucian AntoniuGrupa : 2114Coordonator : Indrumator sef lucrari dr.ing. Simona Noveanu

1


2/23

Cuprins

Introducere 3

Memoriu Tehnic 51. Clasificarea robotilor 6

2. Robotii mobili 73. Structura unui robot mobil 7

4. Arhitectura robotilor 11

5. Sistemul sensorial al robotilor 11

6. Schema bloc a robotului12 Memoriu Justificativ De Calcul13

1. Legea bratului de control 14

2. Legea de control a degetelor14

Concluzii15

Bibliografie 17

Anexe 18

2


3/23

I. Introducere

3


4/23

Isaac Asimov publica n anul 1942 n nuvela numit

"Runaround" trei legi: Legea I. Un robot nu poate afecta existena uman sau

datorit inaciunii sale s permit existenei umane smearg ctre distrugere.

Legea II. Un robot trebuie s ndeplineasc sarciniledate de om cu excepia celor care vin n conflict cu primalege.

Legea III. Un robot trebuie s se protejeze singurcontra

distrugerii cu excepia cazurilor ce fac obiectul legii nti saulegii a doua.

Dar cine sunt aceti ROBOI care trebuie s se supun unorlegi att de radicale?Robotica este acea parte a tiinei care se ocup cu studiuloperaiilor umanoide i se situeaz la frontiera mecanicii cuinformatica, electrotehnica, electronica i tiina sistemelori calculatoarelor, termotehnic, hidraulic.Operaiile umanoide sunt operaiile efectuate de ctre om cu

ajutorul braelor i picioarelor coordonate de organele desim.

Definiiile robotului se refer la micare sau lafuncionarea ntr-un mediu anume:

a) conform specialitilor japonezi robotul este un dispozitivmecanic acionat cu fore motrice cu comandinteligent i care acioneaz conform voinei umane;

b) Institutul Francez de Standardizare definete robotul ca

fiind un manipulator automat repregramabil ipolivalent, capabil s realizeze poziionarea ireorintarea pieselor printr-o micare variabil iprogramabil a braelor terminale, prin intermediulunor dispozitive;

c) Institutul American de Robotic consider robotul cafiind un operator reprogramabil i multifuncional

4


5/23

pentru deplasarea obiectelor pe traiectorii stabiliteanterior n realizareaunor sarcini concrete;

d) n literatura romneasc de specialitate robotul estedefinit ca fiind un echipament automat, adaptabil prinreprogramare la condiiile de mediu n care acioneaz.

II. Memoriu Tehnic

5


6/23

Unii dintre roboi nu sunt complet automai dar sunt controlai de oameniprin telecomand, utiliznd camere video sau alte sisteme de control.Majoritatea roboilor sunt utilizai n procesele de fabricaie. Alii pot fiutilizai ca manipulatoare pe adncul mrii, telecomandate. O alt categoriede roboi pot fi utilizai n diverse laboratoare unde se lucreaz cu substaneradioactive sau exist temperaturi ridicate sau alte locuri periculoase. Uniiroboi sunt mobili, avnd sistem de locomoie ncorporat, putndu-se deplasa

pe uscat, pe ap, n aer. Modalitile de propulsare sunt dintre cele maidiverse, cum ar fi: pe roi; cu ap; cu jet de ap sau aer, etc.

Clasificarea roboilor din punctul de vedere al gradului de mobilitate se cunosc roboi fici

mobili; din punct de vedere al informaiei de intrare si a metodei de instruire

exista:1) roboi acionai de om;2) roboi c u sistem de comand cu relee (secvenial);3) roboi c u sistem secveni al cu program modificabil;4) roboi repetitori (cu programare prin instruire);5) roboi inteligeni;

din punct de vedere al sistemului de coordonate roboii sunt n sistemde coordonate carteziene (18%), cilindrice (33%) i sferice (40%);

6


7/23

din punct de vedere al sistemului de comand:1) comand punct cu punct (unde nu intereseaz traiectoria

propriuzis) ;2) comand pe contur (implic coordonarea micrii axelor);3) comand pe ntreaga traiectorie (implic toi parametrii de

micare); din punct de vedere al sarcinii manipulate ; din punct de vedere al sistemului de acionare :

hidraulic (40%), electric(30%), pneumatic (21%),mixt ;

din punct de vedere al preciziei de poziionare: sub0,1mm, (0,1 0,5 )mm,(0,5 1 )mm, (1 3 )mm,peste 3mm ;

din punctul de vedere al tipului de program are :a. cu programare rigid (fr posibiliti de corecie);b. cu programare flexibil (exist posibilitatea

modificrii programului);

c. cu programare adaptiv (exist posibilitateaadaptrii automate a programului n timpulfuncionrii);

Roboii mobili

Universul n care i desfura activitatea robotul fixat la sol,poate fiextins prin crearea capacitii de mobilitate a bazei robotului, funcie dereperul fix la sol. De altfel, se tie c executarea unei lucrri atrage dup sinenecesitatea de a cunoate poziia robotului fa de elementele fizicemanipulate implicate n aceast lucrare. De asemenea, unul din punctelefundamentale ale robotului pe vehicul const n a cunoate unde se afl el nmijlocul universului pe care l poate parcurge.

Soluia acestei probleme nu a fost imediat, cercettorii focalizndu-iatenia asupra vehiculului astfel nct se nelege adesea prin robot mobil o

platform care se dorete a fi n totalitate automat (capabil prin ea nside a se deplasa, de a se plasa i de a ti ce drum trebuie s urmeze n funciede ce obiectiv i s-a indicat) uitnd momentan unealta de lucru a fi montat

pe platform, adic robotul fixat.

7


8/23

Structura unui robot mobilSingurele lucruri vizate au fost cercetarea i executarea de traiectorii pentruvehicul, avnd obiceiul de a caracteriza robotul mobil prin trei funcii caresunt:

funcia de locomoie; funcia de percepie-decizie; funcia de localizare.

Roboii mobili au urmtoarele caracteristici comune: structura mecanic este lan cinematic serie sau paralel

respectiv tip master-slave; sistemul de acionare utilizat este electric pentru sarcini mici i

medii i hidraulic pentru sarcini mari; sistemul senzorial utilizeaz senzori interni (de poziie, turaie,

efort) la nivelul articulaiilor, senzori externi (camere TV)pentru scanarea mediului i senzori de securitate (cuultrasunete, de proximitate);

sistemul de comand este ierarhizat, de obicei multiprocesor; limbajele de programare utilizate sunt preluate de la roboii

staionari.

Categoria cea mai rspndit de roboi mobili o constituie roboii pe roi.Aceasta se caracterizeaz prin aceea c utilizeaz aceleai organe attpentru sprijinirea ct i pentru propulsia pe o suprafa. Aceste douelemente realizeaz funcia de locomoie. Acest tip de robot poate fi cudirecia fix sau orientabil.

8


9/23

9

ROBOI M

OBILIPERO

I

Funcia delocomoie

Suspensie

sprijinire

Negravitaional (pern de aer sau el.mag.)

Suspensie activ (cu arcuri, etc.)

Locomoie articulat

Cu motoare electrice (de c.c.sau asincron)

Cu motoare cu ardere intern

Propulsia

(acionarea)

Funcia depercepie

Analizamediului

Global

Telemetrie

Vedere artificial

Sistememultisenzoriale

Local Cu senzori decontact


10/23

Schema bloc de principiu privind funciile roboilor mobili pe roi

Sistemul de locomoie pe 3 sau 4 roi este cel mai rspndit la construciaroboilor mobili. Aceasta presupune (fig. 1.8) o structur mecanic circular1 pe care se dispune sarcina de manipulat 2. Structura circular are avantajul

c prezint o ax geometric identic cu axa de rotaie a modulului, ceea cesimplific comanda de rotaie.

Susinerea platformei i deplasarea se face cu ajutorul a trei roi, din caredou roi 3 sunt motoare iar roata 4 este condus.Pentru reducerea influenei neregularitilor solului se realizeaz un sistemde suspensie cu arcuri 5, care permite oscilarea pe vertical a furcilor 6 caresusin roile. Dispunerea roilor se face la periferia platformei, n vrfurile unui triunghiechilateral, ceea ce asigur stabilitatea deplasrii.

10

Localizare

Relativ

Absolut Cu marcheri pe sol

Met. triangulaiei

Met. odometric

Cu compasmagnetic

Cu sist. interiale


11/23

Robot mobil pe roi.1 platform circular;2 sarcina manipulat;3 roat motoare;4 roat condus;5 arcuri de suspensie;6 furc;7 motor de acionare;8 reductor;9 suprafa de deplasare;10 senzor vizual;

11 baterie de acumulatoare;12 schem de alimemtare;13 redresor;14,15 senzori de securitate cu ultrasunete.

Sistemul de acionare al roilor motoare presupune acionarea individual afiecrei roi de ctre un motor de curent continuu cu magnei permaneni 7 i

reductor 8, cu raport de transmisie mare.Se obine astfel un diferenial electric care favorizeaz creterea mobilitiirobotului. Pe axul motorului se prevd i traductoare incrementale pentruaprecierea poziiei i vitezei de deplasare.

Sistemul de ghidare este alctuit din firul conductor 9, amplasat npardoseal la mm1510 i dou bobine 10 rigidizate de placa 6, pentrumeninerea echidistanei fa de sol.

Diferena tensiunilor electromotoare induse n bobinele 10, plasate de oparte i de alta a axei de simetrie a roilor motoare, determin alimentarea latensiuni diferite a motoarelor de curent continuu realizndu-se rularea roilor

cu viteze diferite i prin aceasta corectarea direciei dup firul de ghidare.

ARHITECTURA ROBOILOR

Arhitectura intern a unui robot coninecinci sisteme importante, fiecaredintre acestea aparinnd unui domeniu al tehnicii clasice:- sistemul mecanic de susinere i al articulaiilor (cuplelor de rotaie ide translaie);- sistemul de acionare (hidraulic, pneumatic electric sau mixt);

- sistemul de transmisie al micrii;- sistemul senzorial (intern i extern);- sistemul decizional.

SISTEMUL SENZORIAL AL ROBOILOR

11


12/23

- senzori interni (interiorceptivi) plasai pe buclele internede reglare i ajut ladescrierea traiectoriei segmentelor mecanice componente;- senzori externi (exteriorceptivi) se utilizeaz pe buclele externe pentrucoordonarea traiectoriei generale a ansamblului;- senzori de securitate utilizai pe buclele interne sau externe de reacie

pentrusesizarea pericolelor (ciocniri, creterea temperaturii, etc.).

Funciile sistemului senzorial sunt:- realizarea reglajului de poziie,vitez, deplasare, acceleraie, efort;- modeleaz o serie de funcii senzoriale umane: tactil, vizual;- de tip releu pentru evitareacoliziunilor i securitate.

Schema bloc a robotului

12


13/23

Pe lng caracteristicile specifice oricrui sistemmobil:dimensiuni, deplasrirealizate, precizie, repetabilitate, tip deacionare, sarcin transportat, viteza de deplasare, existcaracteristici specifice robotului cum ar fi: numr de gradede libertate, volumul spaiului de lucru, zon de lucru,adaptabilitate la mediu, programabilitate, fiabilitate.

III.Memoriu JustificativDe Calcul

13


14/23

1) Legea bratului de control. Luam n considerare ecuaiile de micare pentru sistemul complet de

manipulatoare.Mq+c+g- =

m- este un punct comun cu inertia si matriceaq- este coloana matricii de unghiuri in comunc- este coloana matricii lui Coriolis si a fortelor centripeteg- este coloana matricii cu fortele gravitationalesi - coloana matricii cu cuplurile actionate.

Se ia n considerare impedanta dorit a in bucla inchisa atat pentruspatiile operationale cat si cele comune.

+ + x =Mo, Bo, i Ko reprezint ineria dorita, amortizarea, i matricea,

respectiv. MJ, Bj, i Kj reprezint ineria dorita, amortizare, i matricea,respective x i Fe reprezint coordonate operaionale pentru spatiu si fortelecorespunztoare externe, i indic eroarea in variabila respectiva.

Pentru a elimina nevoia pentru sesizarea momentelor externe,impedanta inertiei este setata la inertia pasiva a sistemului:

= M=Pentru motive de punere n aplicare, apropierea urmtoarele este

angajat n R2 pentru a elimina necesitatea de inerie matrice.= ( + X) N( + q) + g

N= I - JJ este matricea Jacobiana cu vitezele

14


15/23

N este spatial nul si proiectia matricei pentru J.

2) Legea de control a degetelor.Deoarece degetele sunt acionate prin tendoane cuplate, este nevoie de o

lege special de control.

= p - +

p i -ul reprezint poziiile reale si cele pentru actionare, R (n n +1)reprezint harta cinematica de la tensiunile tendon (f) la momente in comun,W este un rand din matricea ortogonala la R, t este o masura scalar atensiunii interne n reteaua de tendon (t = Wf), i Kp i kd sunt constante.

IV.Concluzii

15


16/23

S-a avut in vedere sublinierea principalelor cerinte de indeplinire decatre un robot mobil care trebuie sa detecteze obstacole si sa fie autonom,

prevazut cu senzori care sesizeaza obiectele ce ii apar in cale, senzori dedeplasare pentru a cunoaste pozitia robotului la un moment dat, programareamicrocontrolerului cu care acesta este dotat;

- proiectarea unei structuri cat mai simple, pentru usurareaprogramarii si a punerii in functiune a robotului;

- componentele principale stabilesc comportarea principala asistemului: executarea unei comenzi deja implementate, emisia si receptia dedate;

- componentele de securitate avand ca finalitate evitarea interactiunii

robotului cu un obiect din mediul inconjurator: oprirea de urgenta,indepartarea de un obiect prea apropiat;Observatie: Timpul necesar transmiterii datelor de la PC prin

intermediul portului paralel ce transmite informatia modulului de emisie simai departe modulului de receptie cu care robotul este dotat este foarte mare(s-a constatat in urma experimentelor).

Pentru cea mai elementara comanda ex. inainte, timpul necesartransmiterii informatiei de la PC la microC robotului este:

16 + 32 + 192 = 240biti, adica: 240biti x 620ms = 148,8 = 2,4 min.unde:620ms timpul necesar transmiterii unui bit, timp determinat

experimental;16 sensul de rotatie al rotilor, 8 x 2 = 16;32 numarul de pasi pe care ii efectueaza, 2 octeti pentru fiecare

roata: 2octeti x 2roti, ceea ce implica: Nr. pasi = 2 x 8 x 2 = 32biti;

16


17/23

192 PWM, PWM = frecventa x factorul de umplere x nr. de roti =8 x 12 x 2 PWM=132. Daca se vrea si verificarea datelor transmisetimpul necesar efectuarii comenzii emisie/receptie se dubleaza. Mai estecaracterizat si prin aceea ca transmisia de date se realizeaza la distante micisub 10m. Daca s-ar utiliza un sistem digital de transmisie a datelor deactualitate timpul necesar transmiterii datelor s-ar reduce semnificativ,aceste modemuri radio avand o rata de transfer de peste 10kbps.Dezavantajul ar fi prezentat de costul ridicat si de necesitatea utilizarii unui

programator de microC-lere profesional.

V.Bibliografie Mihaita ARDELEANU, Roboti industriali mobili, Curs, 2003. Vasile M. CATUNEANU, Tehnologie electronica, Editura Didactica si

pedagogica, Bucuresti, 1981.

Virgil OLARIU, Petre SIMA, Valeriu ACHIRILOAIE, Mecanica tehnica, EdituraTehnica, Bucuresti, 1982.

Note de curs si laboratoare.

17


18/23


19/23

Exemplu de roboti : Ca exemplu de roboi mobili menionm robotul francez ROMEO

pentru transportarea de palete cu sarcina maxim de 50 kg. Acestaeste alctuit dintr-o platform circular suspendat pe un sistem de

rulare cuprinznd dou roi motoare i dou roi conduse. Sistemulsenzorial cuprinde senzori incrementali (codori) plasai pe roi i nousenzori cu ultrasunete plasai la periferia platformei i la parteasuperioar a turelei. n plus se utilizeaz o camer video care asigurlocalizarea n spaiu i navigaia.

Mini roboi mobili existeni pe pia MOBILE 1

19

Viteza : robotului : 0.6 m /s

Greutatea maxim: 3,5 Kg

Diametrul roilor: 12.5 cm

Motorul utilizat : Motor CROUZET seria 80807,Reductor: 020

Tensiunea de alimentare: 24 V

Puterea util maxim: 17 W

Puterea nominal util: 15.6 W

Cuplul admisibil: 5 Nm

Viteza de rotaie: 62 tr /min


20/23

INCHY

20
http://ecole.wanadoo.fr/destournelles.ateliers/_vti_bin/shtml.exe/STI/ET/Robot/mobile1.htm/map


21/23

Caracteristicile lui Inchy, robotulmodular i autonom de 1 inch3 :

Trei baterii rencrcabile de tip Ni-MH variant tip nasture careasigur o autonomie de 15-30 min.

Dou motoare sincrone 5 mm RMB smoovy, cu care se poate obineo vitez de peste 30 cm/s.

Patru senzori IR de proximitate, care pot fi nlocuii cu alte dispozitiveprin nlocuirea cablajului de deasupra.

ROBOT F1

Microprocesor: 64HC11F1

EEPROM: 32 k octei

RAM: 1024 octei

Intrri: - Anten dreapta, Anten stnga;- Fototranzistor stnga, dreapta;

- Roi codoare cu 16 poziii.

Ieiri: - Motor snga, dreapta curent continuu mA500 ,

- Mai multe viteze nainte, napoi, mers n gol, frne;

21
http://www.smoovy.com/http://e/sites%20et%20info%20robots/Microprocessor%20and%20Interface%20Lab%20-%20Microrobots_fichiers/inchy1cr.jpghttp://www.smoovy.com/


22/23

ROBOTICS INVENTION SISTEM

Robotul mobil este dotat cu o camer LEGO ce are urmtoarele

caracteristici: conectare USB cu cablu lung de 5m; focalizare adaptabil; microfon incorporat; nregistrare de 30 cadre pe secund; imagine color de nalt rezoluie 352*288.

Robotul a fost conceput cu sarcina de a parcurge un spaiu de lucru populatcu obstacole fixe, pornind dintr-un punct iniial i ocolind aceste obstacole,s ajung ntr-un punct final. Obstacolele prezente n spaiul de lucru al

robotului sunt corpuri de diferite culori i mrimi. n structura robotului suntincorporai senzori de prezen i de culoare.

22


23/23

ROBOT AVOIDER (evit obstacolele)

Robotul"AVOIDER" este unrobot care sub formasa simpl uimete princapacitatea sa de a sedeplasa evitnd oriceobstacol ntlnit ncalea sa. Este dotat cusenzori IR i diferii

captori care i permitsa vad obstacolele is anticipezecoliziunea reducndviteza uneia dintre roi

pentru a face o rotaieastfel nconjurnd obiectul care se afl n calea sa. Este un robot foarte

performant i didactic.Caracteristici ale robotului:

MRM-GM03 Gearbox (2x motoare DC);Captori: 2 leduri emitoare + 2 leduri receptoare IR;Alimentare: 5V (4 baterii AA);

23

proiect tony

Documents