1. Roboti
Robotul este un manipulator reprogramabil, multifuncional,
destinat sa deplaseze materiale, piese, scule sau aparate, prin
micri programate variabil, n scopul ndeplinirii unor sarcini
diferite.Structura funcionala robotului evideniaz compunerea lui
din subsisteme care au o anumite subfunciune n sistemul funciilor
robotului.Structura constructiva robotului evideniaz compunerea din
subansambluri constructive (module).
Robotii de interventie pirotehnica reprezinta instrumente utile
pentru echipele care desfasoara misiuni de mentinere a pacii,
actiuni in zone de conflict urban, actiuni antiteroriste. Ei sunt
folositi pentru obtinerea de informatii din zone periculoase, ca
mijloace de interventie operativa in actiuni de deminare si
dezamorsare proiectile. Atat timp cat robotul este usor de
comandat, precis in executie si extrem de versatil el furnizeaza
incredere personalului. Un robot cu un nivel redus de mobilitate,
adaptabilitate, cu o interfata operator-robot neprietenoasa va fi o
povara si nu un sprijin pentru echipele de interventie.
Robotii de interventie pirotehnica fac parte din categoria
robotilor specializati.Robotul preia riscul unor scenarii mortale,
permitand pirotehnistului sa se concentreze asupra dispozitivului
exploziv si sa nu fie afectat de pericolul pierderii vietii.
Sistemul este compus dinr-o platform pe care sunt montate camere
video, GPS (Global Positioning System), surse de lumin pentru a
spori performanele algoritmilor de vizualizare, partea de senzoric,
etc. Pe platform sunt montate motoare electrice pentru acionarea
robotului i un brat mecanic. Robotul este prevzut cu baterii. Cand
acesta se afl n starea de repaus, bateriile se pot reincarca la o
sursa de alimentare.In interiorul mecanismului de control se afl un
calculator n care e stocat programul care permite: gasirea
obiectelor luminoase; face deosebirea intre fiinte vii si obiecte;
evitarea obstacolelor; identificarea spatiului in care se afla i
schimbarea direciei.2.Stabilirea functiilor sistemului
mecatronic
Sistemele mecatronice se caracterizeaza prin: Preluarea surselor
din mediu; Preluarea si procesarea rationala/inteligenta; Actiunea
asupra mediului prin forte.Clasificarea functiilor : globale
subfunctii Se identifica pentru sistemele mecatronice in general
patru functii: functia de perceptie (senzoriala) functia de
procesare functia de prelucrare date si informatii functia mecanica
(de miscare)Relatiile intre functii sunt reprezentate in urmatoarea
schema:
FUNCTIA DE PROCESAREFUNCTIA DE MISCAREFUNCTIA DE PRELUCRARE DATE
SI INFORMATIIFUNCTIA DE PERCEPTIE
2.1. Functia de perceptie (senzoriala)
Sistemele mecatronice trebuie s fie capabile s identifice, n
anumite condiii i limite, parametri ai mediului ambiant i s
reacioneze la modificri ale acestora. Extrapoland consideraiile
despre sistemele senzoriale ale lumii vii la sistemele mecatronice,
prin senzor se va nelege dispozitivul tehnic destinat inzestrrii
mainilor cu simuri. Are rolul determinrii unei sau unor
proprietati, si, n funcie denivelul de integrare, poate avea funcii
mai simple sau mai complexe . Senzorul cuprinde
traductorul/traductoarele pentru transformarea marimii de intrare
ntr-un semnal electric util, dar i circuite pentru adaptarea i
conversia semnalelor i, eventual, pentru prelucrarea i evaluarea
informaiilor.Nivelul de dezvoltare a capacitilor senzoriale ale
unui sistem mecatronic se determin, in general, dup modul n care
acesta reuete s realizeze funcii de recunoatere similare cu cele
ale omului. ntre sistemele de recunoatere ale omului si ale unui
sistem mecatronic exist ns dou mari deosebiri: omul are posibiliti
multiple de recunoatere, fiind dotat cu organe de sim complexe,
care i asigur capacitile de vedere, auz, miros, gust i percepie
tactil; la un sistem mecatronic acest lucru nu este nici necesar i
nici posibil, tinzndu-se spre limitarea funciilor senzoriale la
cele strict necesare impuse de utilizrile concrete ale acestuia; un
sistem mecatronic poate fi dotat cu faciliti senzoriale pe care nu
le ntlnim la om, asigurate, de exemplu, de senzorii de proximitate
inductivi, capacitivi, fluidici, sau cei de investigare, bazai pe
radiaii ultrasonice sau radiaii laser i funcionnd pe principiul
radaruluiRobotul folosete GPS-ul pentru a se orienta i are montate
pe cadrul de deasupra dou camere mici pentru percepie. Daca observa
un obstacol, isi poate da seama la ce distanta se afla de aceasta.
Un computer aflat la bord ofer accesul la informaii despre
caracteristicile obstacolului, pentru a ajuta robotul s fac
diferena dintre obstacol si mediul inconjurator. Odat ce a fost
identificat problema, un bra robotic ataat de partea din fa a
robotului acioneaz un dispozitiv special. In prezent, un astfel de
robotul este folosit in cadrul militar pentru interventii
periculoase unde poate dauna omului.Senzorul de deplasare (de
direcie, de compas) furnizeaza direcia absolut spre nord. Sunt dou
tipuri de senzori de direcie: magnetici i giroscopici. Senzorul de
direcie magnetic msoar campul magnetic al Pmntului i extrage
componenta orizontal pentru a furniza direcia polului nord
magnetic. Dezavantajul acestui tip este rezoluia sczut la
latitudini ridicate. Senzorul de direcie giroscopic este compus
dintr-un giroscop care, sub influena gravitaiei i rotaiei Pmntului
furnizeaz direcia real nord. Dezavantajul este acela c sunt
sensibili la vibraii, sunt mari i scumpi. Din acest motiv nu sunt
utilizai de obicei la roboii mobili.Senzorul de vizualizare este
principalul senzor din sistem. Este un senzor foarte puternic, o
mulime de informaii putand fi extrase cu ajutorul imaginilor.
Sistemul hardware este destul de simplu. Este compus dintr-un
sistem de achiziie, camer video i calculator. n caz de obstacol,
robotul poate lua 3 decizii: STOP (A) Ocolirea obstacolului (B)
Urmarirea obstacolui urmator (C)2.2 Functia de procesare Procesarea
informatiei ca semnale ce presupune crearea acelei forme care poate
fi interpretata ulterior in vederea extragerii a unor reprezentari,
a unor concluzii. Procesarea semnalelor implica posibilitatea de
realizare a operatiilor principale la nivelul tuturor dimensiunilor
hardware ale sistemului mecatronic, astfel incat procesarea
informationala (ca suport al prelucrarii software si ca structura
functionala sinergetica) sa se poata realiza in cadrul global al
multimii informationale.
2.3. Functia de prelucrare date si informatii a robotului
Sistemul propiu-zis de comanda al robotului prelucreaz
informaiile despre: starea mediului, starea externa a robotului,
caracterizat prin parametrii mediului (temperatur, presiune,
compoziie, radiatii, etc), i aciunea acestuia asupra robotului
(fore, cupluri, etc); starea intern a robotului, caracterizat prin
deplasri, viteze, acceleraii relative, debite, presiuni,
temperaturi etc);
2.4. Functia mecanica (de miscare) a robotului:
In general, sistemul de deplasare cu senile are in componena :
roata motoare (A); roat de ntindere (B); dou sau mai multe roti
purttoare (C); una sau doua roti de sustinere (D) a senilei (E);
senila (E), realizata ca un lant articulat plan.In imaginea
urmatoare este prezentata structura senilei:
Roata motoare (A) este o roata dintata conductoare care
angreneaz cu lanul articulat ce formeaz senila (E).Roata dinat (B)
asigur ghidarea i ntinderea enilei. Roile purttoare (C) realizeaz
punctele de sprijin i de rulare ale robotului mobil. Aceste puncte
se obin pe ramura inferioar a lanului enilei care ce formeaz ramura
ntins care vine n contact cu suprafaa terenului. Numrul roilor
purttoare este funcie de greutatea robotului i de sarcina pe care
acesta o ridic sau o transport. Roile de susinere (D) formeaz
puncte de susinere a ramurii superioare a enilei, care este ramura
slbit, liber a enilei. Senila (E) este compusa din mai multe eclise
de cauciuc, cu armtur metalic, montate articulat cu boluri pentru
realizarea lungimii totale necesare. Pentru a obine aderena la sol,
enila este prevzut la partea exterioar cu proeminene n X, iar pe
partea interioar sunt prezeni dini pentru angrenarea cu roata
motoare. Indiferent de construcie, enila formeaz o cale de rulare
fr sfrit, prin care se obine propulsia robotului, se asigur aderena
acestuia cu solul i se obine o presiune specific pe sol mult mai
mic dect n cazul altor soluii. Acionarea roii motoare se face cu un
motor electric de curent continuu, alimentat de la baterii de
acumulatoare sau de la un grup electrogen cu putere corespunztoare.
Reductorul folosit este de tip armonic (cu deformator i roat dinat
elastic) i este prevzut cu cuplaj ireversibil, prin care se asigur
frnarea vehiculului robot la opririle n pant. Sistemul de locomoie
cu enile permite deplasarea robotului nainte i-napoi, efectuarea
virajelor la stngai dreapta, precum i o rotaie n plan orizontal. De
asemenea, enila permite robotului mobil s urce i s coboare pe scri
cu pante pn la 45 grade.3. Stabilirea subsistemelor cu
identificarea subfunctiilor lor specifice:
Dezvoltarea produselor sau serviciile mecatronice presupune
proiectarea sistemelor mecatronice in calitate de suport tehnic,
fapt care impune considerarea mutidisciplinaritatii domeniului
mecatronicii, precum si a caracterului deschis al procesului de
concepere si de dezvoltare care presupune integrarea de noi arii
disciplinare in functie de cerintele functionale.Sistemul meu este
un sistem optomecatronic, are nevoie de camera pentru a se
ghida.
Astfel , in robotul meu se gasesc urmatoarele subsisteme:
subsistemul mecanic,asigura efectuarea actiunilor de tipul
deplasarilor si aplicarii de forte. subsistemul electric si
electronic ,determinat de ansamblul de componente si dispozitive
electronice si electrice interconectate care realizeaza functii de
calcul , procesare de semnale ,comunicatie,comanda si control .
subsistemul software. subsistemul senzorial. mediul de lucru.
subsistemul de calcul
3.1. Subsistemul mecanic
Robotul interactioneaza cu mediul prin intermediul acestui
subsistem (structura mecanica)care asigura deplasarea, pozitionarea
si orientarea robotului.Robotul telecomandat este un mijloc mobil
avand urmatoarele functii importante : deplasare inainte-inapoi cu
posibilitatea schimbarii directiei de mers, a urcarii sau coborarii
de planuri inclinate si chiar depasirea unor obstacole. cautare,
apropiere, pozitionare si manipulare a unor obiecte periculoase
utilizand dispozitive adecvate pentru acest scop. comanda de la
distanta prin radio sau cablu, atat pentru partea de miscare cat si
pentru partea de observare.
Ansamblul mecanic este construit din- sasiul pe senile,
autopropulsat.- platforma rotativa (turela)- prehensorul, construit
din brate articulate terminat cu un dispozitiv de orientare si
apucare- mecanismul de fixare si orientare camera video- suportul
pupitrului de comanda
Sasiul autopropulsat pe senile se contituie ca suport pe care se
monteaza toate elementele componente ale robotului. Cutia sasiului,
construita din teava patrata si tabla de duraluminiu este o
constructie sudata dimensionata corespunzator, fiind prevazuta la
partea superioara cu doua capace de vizitare. Aceste capace permite
accesul la instalatia electrica de comanda aflata in interiorul
sasiului.Ambele capace sunt prevazute cu manare de prindere, iar
fixarea impotriva deschiderilor se realizeaza cu suruburi si
piulite fluture. Pe partea laterala stanga se mondeaza mecanismul
de fixare si orientare camera video.Deplasarea sasiului
autopropulsat se face pe doua senile antrenate fiecare de catre un
motoreductor cu motoare de curent continuu,Motoarele au o putere
nominala de 600W/24Vcc, iar reductoarele sunt construite din doua
trepte una melcata si una planetara .Reductorul este contruit in
butucul rotii antrenoare robotului oprirea in panta realizandu-se
cu ajutorul componentei melcate a reductorului.In cinematica
senilei mai intra, pe langa roata antrenoare , ansamblul rotilor
portante fata si spate si un tambur de ghidare cu surub de
intindere a senilei plasat in partea din spate a sasiului. Senila
este turnata din cauciuc cu armatura metalica.Pentru marirea
aderentei la sol senila are un desen proeminente, iar pe partea din
mijoc este prevazuta cu locasuri captusite cu metal pentru
angrenarea cu roata motoare.
3.2. Subsistemul electro electronic
Subsistemul electric si electronic este determinat de ansamblul
de componente si dispozitive electronice si electrice
interconectate care realizeaza functii de tip calcul, procesare de
semnale, comunicatie, comanda si control, transmitere si
transformare de energie electrica. Subsistemul electric si
electronic al robotului este bazat pe un sistem inglobat avand ca
baza un mic calculator bazat pe un microprocesor si specializat
(dedicat) la indeplinirea unei sarcini anume, sau a catorva
sarcini, de obicei in timp real.Sursa de energie este compusa
dintr-un motogenerator cu motor termin alimentat cu benzina care
debiteaza 220v/50hz la o putere de 2100 VA. Durata de functionare a
motogeneratorului cu 1,5l de benzina este de 1,5 ore.
Ansamblul electronic este contruit din: Echipamente amplasate pe
robot:Dispozitivele externe:camera video de mars, camera video a
prehensorului, emitator video, transceiver date, emitator video
cablu,motogenerator, sistem de iluminare.
Echipamente amplasate pe pupitrul de comanda: notebook,
dispozitiv achizitie imagini manse receptor video transceiver date
receptor video cabluDin punct de vedere electronic la nivelul
pupitrului de comanda a fost proiectata o schema ce realizeaza
conversia analog numerica a tensiunilor de pe cele doua manse
uniaxiale si ulterior transmite serial valorile numerice cu o
rezolutie de 10 biti la computer. Interpretarea comenzilor la
nivelul robotului si gestionarea fluxului de date este indeplinita
de un microcontroler.
3.3. Subsistemul software
Aplicatia software instalata pe calculatorul portabil , are o
interfata ergonomica permitand operatorului selectarea intuitiva a
modului de lucru, dirijarea robotului catre obiectul de
interes,monitorizarea zonei in care se actioneaza, inregistrarea la
cerere a misiunii.Interfata operatorului inglobeaza urmatoarele
elemente: zona de afisare a imaginilor de la una din camerele
video; zona pentru afisarea mesajelor despre starea sistemului;
schema desfasurata a robotului , pe care sunt amplasate indicatoare
pentru fiecare dintre articulatii si dispozitive controlate; grafic
pentru indicarea marimii comenzilor de la manse; indicator pentru
regim cablu /radio; indicator de stare a bateriei de pe robot;
indicator de stare a bateriei de pe pupitrul de comanda; butoane
pentru lansarea in executie/ terminarea programului.
3.4. Subsistemul senzorial
Definitia functionala: sistemul optomecatronic este sistemul
care preia semnale din mediu, le prelucreaza rational si/sau
inteligent si actioneaza prin transmiterea de semnale optice in
si/sau asupra mediului, insotite sau nu de actiuni mecanice(forte
si/sau deplasari).
Definitia structurala: sistemul optomecatronic este sistemul
care integreaza sinergetic subsisteme optice,
electrice-electronice, mecanice si software, in care subsistemul
mecanic poate avea un rol functional efectiv sau de suport al
subsistemul optic(prin deplasari de oglinzi, alinieri de componente
optice, ghidari dinamice etc).
Senzorii sunt de doua categorii:
senzori pentru masurarea parametrilor interni: informaiile
privind poziia, viteza i acceleraia sunt obinute prin sisteme de
msurare specifice, desemnate n mod curent sub denumirea de
traductoare de poziie, vitez i respectiv acceleraie.
senzori pentru masurarea parametrilor externi: permit robotului
sa se miste si sa se orienteze in mediul lui de lucru pentru care
este destinat.
Mecanismul de orientare a camerei video de mars permite
pozitionarea camerei video fata de planul orizonl si vertical,
suportul mecanismului fiind montat pe sasiu in partea stanga.
Ghidarea iterativa: In procesul stingerii unui foc de exemplu,
robotul trebuie sa determine distanta dintre camera si foc precum i
calea pentru a ajunge la acesta. Camera msoar aceast distan prin
triangulaie in caiva pai. Pentru nceput camera achiziioneaz o
imagine, apoi aceasta este rotit astfel nct obiectul s fie situat n
centru. Camera achiziioneaza o a doua imagine, n final
calculandu-se distana prin procesarea celor dou imagini.La acest
nivel, sistemul de vizualizare determin daca obiectul este sau nu
de mrime acceptabil. Dac da, este trimis un semnal ctre robot de-a
lungul conexiunii, bratului fiindu-i permis s continue
operaiunea.In timpul apropierii de obiect sunt procesate cateva
imagini pentru calculul distanei ramase.
3.5. Subsistemul de calcul
Subsistemul de calcul este masina de calcul care executa actiuni
secventiale conform programelor rulate in limbajul masinii. Memoria
este cea in care se stocheaza informatia in format binar. De aceea
suportul de memorie trebuie sa asigure doua stari stabile
distincte. Ea este compusa dintr-un sir de locatii de memorie,iar
accesul la ele se face prinadrese. Locatia de memorie are
dimensiunea de unoctet. Ca sistem de stocare a robotului se
foloseste memoria flash in cantitate de 256 MB flash memory.
Memoria flash este memoria asemanatoare RAM-ului cu consum redus de
energie si care se cupleaza foarte rapid. Are forma unei cartele de
credit. Este accesata printr-o interfata speciala.Memoria Flash
permite accesarea mai multor locatii simultan.
Actiunile corespunzatoare unei anumite prelucrari de informatie
sunt reprezentate de o succesiune de instructiuni, alcatuind un
program. Acesta este pastrat in memoria calculatorului, ca parte a
informatiei transmise de utilizator, instructiunile componente pot
fi preluate una cite una, automat, deci fara interventia
programatorului. Operatiile realizate sunt:- operatii algebrice ca:
adunarea, scaderea, inmultirea, impartirea:- operatii logice ca:
negatia, disjunctia, conjuctia;- operatii de comparare a doua a
doua valori in conformitate cu unul dintre operatorii relationali
=, , >=,