Minirobot Paianjen

8/6/2019 Minirobot Paianjen

1/100

- 1-

MINIROBOT P IANJEN


2/100

- 2 -

Cuprins

1. Tema de proiectare .............................................................................................. 2. Marimi justificative:generalitati despre mecatronica ............................................

3. Robo i3.1 Studiul robotilor

3.1.1 Introducere............................................................................. .................. 3.1.2 Domeniile de utilizare ale robotilor ........................................................ ............... 3.1.3 Clasificarea robotilor ................................................................. ......................... 3.1.4 Partile componente ale unui robot........................................................... .......

3.2 Robo i pa itori . 3.2.1 Introducere............................................................................................. ........... ... 3.2.2 Criterii de clasificare a robo ilor pa itori................................................ ............... 3.2.3 Mecanisme din componen a picioarelor ....................................... .....................

4. Realizarea proiectului .

4.1 Partea mecanica.

4.1.1 Proiectarea sistemului de locomo ie...................................................... ................. 4.1.1.1 Proiectarea mecanismului folosit pentu locomo ia robotului...................... 4.1.1.2 Compunerea mecanismului....................................... ............................... 4.1.1.3 Notarea tuturor elementelor si a cuplelor cinematice.............................. .. 4.1.1.4 Sinteza elementelor din componen a mecanismului............................... .. 4.1.1.4. 1 Condi ia de existent a manivelei............................................

4.1.1.4. 2 Sinteza picioarelor laterale..................................................... 4.1.1.4. 3 Sinteza piciorului din mijloc...................................... ...........

4.1.1.5 Analiza sensurilor de deplasa a elementelor ...................................... 4.1.1.6 Reprezentarea dimensiunilor tuturor elementelor ........................................ 4.1.1.7 Reprezentarea la scara a pozi iilor cuplelor din60 0 in 60 0 .......................

4.1.2 Alegrea motorului necesar ac ionarii robotului............................................. 4.1.3 Schema cinematica a robotului..................... ........................ .........................

4.2 Partea electrica.

4.2.1 Motoarele de curent continu.................. ................................................... 4.2.1.1 Principiul de func ionare................................................................................ 4.2.1.2 Controlul vitezei motoarelor de c.c......................................................... 4.2.1.3 Circuitul integrat pentru folosit pentru comanda motoarelor .................. 4.2.1.4 Schema electrica a circuitului folosit pentru comanda motorului............

4.2.2 Senzorii de contact folosit pentru detectarea obstacolelor . 4.2.2.1 Schema electrica circuitului senzorial,fuc ionare


3/100

- 1-

4.2.3 Sistemul de comanda (PIC16F84 A) . 4.2.3.1 Prezentare pic..................................................................................................... 4.2.3.2 Constructia circuitului de dezvoltare pentru PIC 16F84 A................................

4.2.4 Alimentarea circuitului electric............................................................................... . 4.2.4.1 Stabilirea tensiunilor de alimentare................................................................. 4.2.4.2 Circutul stabilizator de tensiune,fuctionare......................................................

4.3 Partea de programare4.3.1 Modul de programare..................................................................................................... 4.3.2 Descrierea programului folosit pentru scrierea codului MPLAB................................ 4.3.3 Programare n Limbaj deAsamblare............................................................................ 4.5.4 Prezentarea setului de instruc iuni.............................................................................. 4.5.5 Programul folosit pentru comanda robotului............................................................

5.Concluzii si dezvoltari ulterioare ..................................................................

5.1 Concluzii

5.2 Dezvoltari ulterioare . 5.2.1 Dotarea robotului cu un senzor inductiv pentru detectia metalelor ..................... 5.2.2 Dotarea robotului cu mai mul i senzori de proximitate IR ................................

5.2.2.1 Principiul de func ionare a senzorului IR ............................................ 5.2.2.2 Schema electric a circuitului senzorial func ionare............................

6. Bibliografie .................................................................................................. . 7. Anexe


4/100

- 4 -

Capitolul 1Tem a de proi ec tar e

S se proiecteze un mecanism robot de tip paianjen,capabil s ocoleascobstacolele ap rute in cale.


5/100

- 1-

Capitol u l 2

Marimi j u tificative

Se spune c mecatronica

este tehnologia mecanic

cerut de societateaavansat informatizat .


6/100

Proi ec t de lice n

6

2.1 Conceptul de mecatronic " ; defini ie :

Termenul "mecatronic " (MECAnic + elecTRONIC ) a fost conceput

n 1969 de un inginer al firmei japoneze Yaskawa Electric i protejat pn n1982 ca marc a acestei firme. Se referea ini ial la complectarea structurilor mecanice din construc ia aparatelor cu componente electronice. n prezenttermenul define te o tiin inginereasc interdisciplinar , care, bazndu-sepe mbinarea armonioas a elementelor din construc ia de ma ini,electrotehnic i informatic , i propune s mbun t easc performan ele ifunc ionalitatea sistemelor tehnice.

. Dezvoltarea electronicii s-a f cut n pa i rapizi ncepnd din anul

1957, anul apari iei tranzistorului, aproape la fiecare un an i jum tate s -adublat num rul de componente pe o placheta de siliciu, ajungnd azi lazeci de milioane de tranzistori. In contextul acestei dezvolt rispectaculoase se nscrie i domeniul microcontrolerelor (calculatorul intr -unsingur chip).

Utilizarea microcontrolerelor n aplica ii, la fel ca i utilizareamicroprocesoarelor i calculatoarelor de proces, permite nlocuirea

componentelor hard (electrice i mecanice) cu componente soft.

Ori de cate ori se proiecteaz un sistem trebuie s se aib nvedere, ca obiectiv major, nlocuirea, pe ct posibil a componentelor mecanice i electrice cu componente electronice ce au nglob atecomponente soft (inteligent artificial ).

Mecatronica este definit simplu " tiin a ma inilor inteligente". Acesta este i subtitlul revistei interna ionale "Mechatronics", ncepnd cu primul num r din 1998. Studiul mecatronicii i proiectarea irealizarea sistemelor mecatronice trebuie cl dite pe cei trei piloniprincipali: mecanica, electronica, tehnica de calcul, fiecare cu subsistemele isubdomeniile lui principale, iar intersec ia acestora conduce la sisteme iproduse cu caracteristici remarcabile, superioare unei simple reuniuni a


7/100


8/100

P roiect de lice n

8

Sis teme le meca tron ice sun t carac ter iza te de f ap tul c s tocheaz ,proceseaz i ana lizeaz semna le le ob inu te i execu t sarc ini adecva te .Scopu l es te de a ex tinde i de a comp le ta s is teme le mecan ice cu senzor ii imicrocon trolere pen tru a crea produse fiab ile i inte ligen te ..

.

I gi il i

El m g isml i l

I gi i

M limiz

I gi im i

El i s z iAD

M i

F i 2.1c


9/100

Minirobot p ianj e n

9

Capitolul 3R obo i

3.1 S tu d iul robo ilor

3.1.1 I ntro du ce r e

Termenul "robot" a fost folosit in 1920 de cehul Karel Capek intr -opiesa numita "Robotul universal al lui Kossum".Ideea era simpla: omul facerobotul dup care robotul ucide omul.

Dup 1977 tendin a multor produc tori a fost de a umaniza formarobo ilor i de a crea androizii.

In 1956 a luat fiin a prima companie ce realiza roboti industriali, iar in1961 Compania de automobile "Genral Motors" "angaja" primul robotindustrial. ncepnd cu 1980 asistam la o expansiune a robo ilor industriali indiverse industrii.

Domeniile de aplicare a tehnicii robo ilor se l rgesc mereu, ei putnd fiutiliza i in industrie, transporturi i agricultura, in sfera serviciilor, incunoa terea oceanului i a spa iului cosmic, in cercetarea tiin ifica etc.

In general, robo ii constituie o clasa de sisteme tehnice care imita sausubstituie func ii motrice sau intelectuale umane.Aceasta se realizeaz prinasocierea diferitelor tipuri de sisteme de manipulare sau locomotoare,determinnd caracterul antropomorfic al robotului, cu diferite tipuri deechipamente de calcul sau logice, care determin func iile intelectuale aleacestuia.Robo ii i- i desf oar activitatea intr-un mediu concret, ale c ruicaracteristici pot ramane constante sau variabile in timp.

Primele cercet ri in domeniul roboticii au fost ini iate la inceputul anilor '60. Dup un avnt substan ial al aplica iilor roboticii in domeniul industrial, cuprec dere in industria automobilelor, la inceputul anilor '90 s -au conturatmultiple aplica ii in domeniile neindust riale (nemanufacturiere).

Statisticile privind tipurile de robo i arat sugestiv cre teri importanteale num rului robo ilor care r spund unor aplica ii neindustriale. Daca in


10/100

P roiect de lice n

10

cursu l anu lui num ru l un it ilor ins ta la te a a juns la , la s f r itulanu lui 4 se es timeaz ca num ru l aces tora va a junge la aproape .Pen tru a sugera ap lica iiconcre te in aces te subdomen ii,ap lica iiabordab ile in co lec tive interd isc iplinare de ing iner i, sun t prec iza te ma i depar te direc iile care

po t fiavu te in vedere .

3 . .2 Dome n iile de u tilizare ale robo ilor

y n m i ina s is teme robo tiza te pen tru diagnoza pr in ecogra fie( fig 3. . .a) , s is teme robo tiza te pen tru interven iineuroch irurg ica le; veh icu le gh ida te au toma t pen tru transpor tul med icamen te lor ,a limen te lor te leman ipu la toare pen tru ch irurg ie laporoscop ica; s is teme robo tiza te pen tru preg tirea pr in s imu lare , e tc.

Pen tru reab ilitare se po t iden tifica urm toare le ap lica ii:scaun cu rotile plian t, imbarcab il in au totur isme; man ipu la tor pen tru deserv irea persoane lor para liza te , veh icu l pen tru conducerea nevaza tor ilor e tc.

y n ns ii (Fig 3. . .b) veh icu l gh ida t au toma t pen tru as f a ltarea

ose le lor , s is tem robo tiza t pen tru s trop irea be tonu lui in cons truc ia tune lur ilor; robo tmob il pen tru co f ra je glisan te; excava toare au tonome , s is tem robo tiza t pen tru compac tarea s i nive larea supra f e e lor turna te din be ton; s is tem robo tiza t pen tru inspec tarea f a ade lor cl dir ilor e tc.

fig 3. . .a

Fig 3. . .b


11/100

Min irobot p ia n je n

11

y n adminis a ia l ala robo t f olos itpen tru inspec tia in caz de a ten ta t (Fig 3. . .c) , veh icu lau tonom pen tru cur irea z pez ii de pe au tos tr zi; veh icu l au tonom pen tru men inerea cur en ie i pe s tr zi;

s is tem robo tiza t pen tru inspec ia s i intre tinerea au toma ta a cana le lor e tc.

y n ag i l a, dintre ap lica iile pos ibile am intim: veh icu l comanda t f olos it pen tru s trop irea pom ilor f ruc tif er i (Fig 3. . .d),s is tem robo tiza t de plan tare a r sadur ilor; s is tem robo tiza tde cu legere a f ruc te lor; s is tem robo tiza t de cu legere a flor ilor; s is tem robo tiza t de tundere a oilor e tc..

y Hote l ile si e s taurante le po t fiprev zu te cu : s is teme robo tiza te pen tru preg tirea au toma ta a s lilor de res tauran t, de con f er in e; s is tem de man ipu lare au toma ta a vese le i; minibar mob ilpen tru transpor tulb u tur ilor , ziare lor e tc.

y P e nt ru siguran asi az robo t mob ilde paz pe timpu l nop ii in muzee(F ig 3. . .e); robo tmob il pen tru paza cl dir ilor i an tiere lor; veh icu lau tonom pen tru s tingerea incend iilor; robo t mob ilpen tru de tec tarea i dezamorsarea mine lor; s is tem robo tiza t pen tru interven ii in spa tiiper icu loase e tc.

y n go s o d r ie , pen tru hobby s ipe trecerea timpu lui liber(F ig 3. . .f ) se po t iden tifica urm toare le ap lica ii:robo t de supraveghere cop iipen tru diverse interva le de vrs ta; robo t de .

Fig 3. . .c

Fig 3. . .d

Fig 3. . .e

Fig 3. . .f


12/100

P roiect de lice n

12

ges tionare i supraveghere genera la a locu in e i, robo tmob il pen tru pen tru tunderea au toma ta a gazonu lui; ins ta la ie robo tiza ta pen tru cur irea b rc ilor de agremen t s i spor t e tc.

y n e rcet ar e a s a ial nc din an ii ins titute le de cerce tare spa ia l au cerce ta t pos ibilita tea ap lic r iitehno log ie i de te leoperare a unor robo imob ili n cadru l cerce t r ii spa ia le . (Fig 3. . .g) robo tul mob il So journer .

Aspec te le prezen ta te vin s spr ijine inten iile de a demara ac tivit i in domen iul robo ticii,une le din aces tea pu tnd deven i ch iar ac tivit ide succes ,care po t cons titui adev ra te provoc r i pen tru spec ia li tii in robo tica sau in domen iile aprop ia te .

Es te adev ra t ca robo iipr in ca lit ile lor po t cauza reducer i mas ive de persona l aco lo unde sun t imp lemen ta i,dar creeaz s i meser iia lterna tive :

tehn icien i in indus tr ia robor izar ii; ing iner i;

vnz tor i; programa tor i; superv izor i e tc.Bene ficiile introducer ii robo ilor in indus tr ie inc lud managemen tul

con trolului i a l produc tivit ii i cre terea ev iden ta a ca lit iiproduse lor .Robo iipo t lucra zi s i noap te f ara a obos i sau a -s i reduce per f orman ta .

onsecven t rea lizeaz reducer i subs tan ia le a le pre ului de cos t in pr imu lrnd pr in reducerea consumur ilor de ma ter iipr ime i a l pre lucr r iiau toma te a aces tora . e asemenea utilizarea robo ilor aduce avan ta je pe pia a concuren ia la . Pr in dezvo ltarea rap ida a indus tr ie i s i a tehn icii de ca lcu l,pu tem observa evo lu ia robo ilor c tre genera iile inte ligen te ce le of er carac ter is tica de a inte lege" med iul in care lucreaz .

Fig 3. . .g


13/100


13

3.1.3 Clasi f icar e a robo ilor

Din punct de vedere al rela iei om-robot in timpul desf ur rii lucrului

robo ilor, ace tia se impart in trei mari categorii: Roboti automa i; Roboti biotehnici; Roboti interactivi.

3.1.3.1 Robo ii automa irealizeaz func iile lor fara participareadirecta a omului in procesul de comanda. Avnd in vedere adaptibilitatea lor la condi iile(starea) mediului n care - i realizeaz func iile, robotii automa i se

impart in trei genera ii:y Robotii din enera ia I,care se caracterizeaz prin program fix

de func ionare, ei fiind capabili sa repete in mod strict opera iile specificate inprogram, sub condi ia invariabilit ii mediului in care lucreaz ,fara perturba ii externe.Ei nu se adapteaz la schimb rile mediului, neavand,practic, nici o informa ie despre mediul extern. Programul acestor roboti sepoate schimba intr-o oarecare m sura si sunt utiliza i cel mai bine la aplica iiindustriale , pentru opera ii ce se repeta stereotip.

y G enera ia a II-acuprinde robo ii adaptivi, capabili sa lucreze incondi ii de mediu variabile sau par ial necunoscute ini ial.Capacitatea deadaptare robotului la ac iunea perturbatiilor date de schimb rile de mediu estedeterminata de senzorii cu care se doteaz ace ti roboti, de la care se ob ininforma ii asupra schimb rii condi iilor externe. Ace ti robo i lucreaz dup unciclu de opera ii definite in prealabil, dar pot sa efectueze si opera ii subschimbarea condi iilor de operare.

y G enera ia a III-acuprinde robotii inteligen i, posednd oarecaricaractere de inteligenta artificiala, gradul lor de inteligenta variind in raport cufunc iile care au fost dorite ini ial. Ace ti roboti sunt capabili s - i defineascac iunile instantanee lund in considerare informa iile ob inute prin senzoritactili, vizuali sau de zgomot asupra mediului de operare, sa rezolve probleme


14/100

Proi ec t de lice n

14

particulare i s - i modifice modul de ac iune in concordanta cu varia iilemediului de operare.

3.1.3.2 R obo ii biot eh ni ci

Sunt robo ii la care exista o permanent participare a operatoruluiuman n procesul de comanda. Sunt impar i i in trei subgrupe:

y robo i comanda i pas cu pas; y robo i copiativi, denumi i si master-slave robots; y robo i semiautoma i.In cazul robo iior comanda i pas cu pas, prin ac ionarea de c tre

operatorul uman a unui buton sau maneta, este pus in func iune unul dingradele de mi care ale robotului.Robo ii master-slave sunt constitui i dindoua lan uri cinematice deschise, primul lan (ma ter) avnd mi careacomandata de operatorul uman, iar al doilea (slave) copiind la scara aceastami care i efectund opera iile de manipulare pentru care este destinatrobotul. In alte cazuri, leg tura dintre ma ter si slave este indirecta, printeletransmisie. In cazul robotiior biotehnici semiautoma i, operatorul umanparticipa nemijlocit in procesul de comanda, dar in acela i timp cu el lucreazsi un calculator universal sau specializat.

3.1.3.3 R obo ii int e ra ctivi

Se caracterizeaz prin faptul ca operatorul uman are numai oparticipare periodica in procesul de comanda, in restul timpului robotul fiindcomandat automat de calculatorul electronic. Ace ti robo i pot func iona inregim automatizat, cu alternarea permanenta a regimului biotehnic cu cel

automat, cu comanda de supervizare sau cu comanda dialog.Robo ii inteligen i se afla in faza de incercari in laboratoare sau aplica ii

la unele opera ii de montaj automat. A adar, robotul este un manipulator cu program de lucru variabil,

autonom si cu func ionare automata, care reproduce anumite func ii motrice iintelectuale ale omului n realizarea unor opera ii de produc ie auxiliare sau de


15/100


15

baza. El poate realiza cele mai variate succesiuni de opera ii de manipulare incadrul unor procese de fabricate, aceasta flexibilitate fiind asigurata pe de oparte prin disponibilitatea unui num r suficient de grade de libertate(grade demi care), iar pe de alta parte prin programabilitat e.

3.1.4 P ar il e c o m pon ent e al e unui robot

Structura generala a robo ilor depinde foarte mult de utilitatea siscopul pentru care sunt produ i. Func iile de baza sunt reprezentate de patrusisteme:

Subsistemul cinematic; Subsistemul de ac ionare;

Subsistemul de comanda si programare; Subsistemul senzorial.

3.1.4.1 S ubsist em ul cin em ati c

Cuprinde structura capabila sa execute mi c rile pentru a ac ionaasupra mediului inconjurator. Astfel in func ie de mediul in care este folosit,robotul poate fi dotat cu:roti;senile;picioare mecanice; diver i supor i.

3.1.4.2 S ubsist em ul de a c ionar e

Furnizeaz energia mecanic necesar ac ion rii cuplelor cinematiceale sistemului mecanic.

Elementele esen iale i indispensabile ale unui sistem de ac ionare lconstituie motoarele, care transform un anume tip de energie (electric ,

hidraulic , pneumatic ) n energie mecanic , la parametrii necesarifunc ion rii robotului.Statisticile din domeniul ac ion rii robo ilor arat o dezvoltare a

ac ion rilor electrice (15- 0% din totalul ac ion rilor) i hidraulice (circa 50-55%), n dauna ac ion rilor pneumatice.


16/100

Proi ec t de lice n

16

Ac ion rile hibride au ap rut recent ca o necesitate de a cumulaavantajele celorlalte tipuri de ac ion ri.

Alegerea modului de ac ionare depinde de natura agentului energetic,disponibil i compatibil cu sistemul de fabrica ie n care robotul este integrat,

de natura opera iilor care trebuie s fie executate, de capacitatea necesar demanipulare, de precizia de lucru impus , de spa iul de lucru i de structurasistemului de fabrica ie.Ordinea de importan a acestor criterii se va stabili,de la caz la caz, innd cont i de cinematica ce va trebui impus , princomand , sistemului mecanic i de ac ionare.

Motoarele de ac ionare ale robo ilo r industriali trebuie s dezvoltecupluri mari la gabaritele minime, s aib momente de iner ie reduse nscopul mbun t irii comport rii dinamice i, implicit, facilitatea pozi ion rilor,

s fie compatibile cu sistemul de comand i insensibile la pertur ba ii. Ac ionarea cuplelor cinematice se poate face direct, fie prin mecanisme detransmitere i transformare a parametrilor cinematici i dinamici (organe detransmitere, reductoare, amplificatoare de cuplu etc.

y A ctionarea electrica a robotilor tinde s devin cea mair spndit variant de ac ionare a robo ilor industriali datortit unor avantajeevidente, cum ar fi;

disponibilitatea energiei electrice n cvasitotalitatea mediilor n careac ioneaz robo ii, mai pu in mediile explozive; fiabilitatea ridicat i gabartitul redus ale motoarelor electrice realizatela ora actual ; modalit i simple de reglare a parametrilor cinematici i dinamici; compatibilitatea cu sistemele de comand , cu traductorii de m sur adeplas rilor i vitezei i cu sistemul senzorial; pre urile moderate datorit faptului c elementele ac ion rii suntstandardizate i executate n produc ie de serie n ntreprinderispecializate.Principalul dezavantaj al ac ion rilor electrice const n necesitatea

utiliz rii unor mecanisme suplimentare pentru reglarea parametrilor cinematicii dinamici (viteze, for e, momente) la valorile impuse de func ionarea

robotului (transformatoare, convertizoare etc).


17/100


17

y A ctionarea idraulica a robotilor i electro idraulic (hibrid ) este utillizat pentru ac ionarea a 0...55% dintre robo ii existen i nprezent pe plan mondial datorit unor avantaje certe cum ar fi:

robuste e, puteri mari de ac ionare la greut i reduse alecomponentelor ; rigiditate ridicat i timp de r spuns redus; nu necesit mecanisme intermediare de transmitere i amplificare; comanda nu este sensibil la perturba ii; ofer largi posibilit i de reglare a parametrilor de ac ionare(for e,viteze, cupluri, tura ii);

D e avantajele:

necesit grupuri hidraulice i elemente de comand complicate icostisitoare; necesit o etan are preten ioas a tuturor mbin rilor, n caz contrar

y A ctionarea pneumatica a robotilor este folosit n propor iede 20-25% n construc ia robo ilor industriali.A vantaje:

simplitatea constructiv , elemente componente tipizate, pre uri de costrelativ sc zute;

viteze de deplasare mari; comoditatea conect rii la re elele de aer comprimat; elasticitatea ac ion rii i, n special, a strngerii, absolut indispensabil n anumite situa ii de manipulare.

D e avantaje:realizeaz for e i momente reduse, datorit presiunilor de lucru reduse( -8 bari);

ocuri la capete de curs ; dificultatea pozi ion rii precise i flexibile (pozi ionarea implicfolosirea unor scheme i elemente de ac ionare preten ioase; randamente reduse, fenomene de condensare i, implicit, decoroziune, zgomot la evacuare.


18/100

Proi ec t de lice n

18

D omenii de utili are:robo i simpli, cu comand secven ial de precizie redus; sarcini de manipulare mici la viteze ridicate; medii explozive sau pericol de incendiu.

3.1.4.3 Subsist em ul de c o m an d i de progra m ar e.

A jucat un rol foarte important n procesul evolutiv al robo ilor, fiindcdezvoltarea i complexitatea sa au fost cele care au determinat apari iadiverselor genera ii de robo i, solu iile mecanice adoptate fiind mbun t itemai mult sub aspectul performan elor constructive i de exploatare.Complexitatea tot mat mare a acestor sisteme a fost dictat de nevoia de a

asigura robotului o gam ct mai larg de func iuni de execu ie i o adaptarect mai corect la condi iile mediului nconjur tor.

Pentru toate genera iile de robo i ns , sistemul de comand i deprogramare poate fi definit ca un ansamblu de echipamente de calcul iprogramele ata ate acestora, care permit evolu ia diferitelor segmente alestructurii mecanice de o manier coordonat , capabil s asigure ndeplinireasarcinii de lucru impuse prin programare.

Principalele sisteme de comand i programare care sunt utilizatepentru diferitele tipuri de robo i pot fi clasificate n:

sistemele electromecanice; sistemele bazate pe relee electrice; sistemele electronice; sistemele cu automate programabile secven iale; sistemele cu microprocesor ; sistemele bazate pe inteligen a artificial (care i pot adaptacomportamentul n func ie de schimb rile mediului n care are locfunc ionarea robotului).

Sistemele de comand se mai pot clasifica n:sistemul de comand n bucl deschissistemul de comand n bucl nchis .


19/100


19

Starea intern cuprinde totalitatea datelor care caracterizeaz stareasistemului mecanic (pozi iile, st rile de mi care, for e, reac iuni, momente,temperaturi n anumite zone etc.) i ale celor referitoare la sistemul deac ionare (tensiuni, intensitate, frecven e, presiuni, debite, viteze etc).

Starea extern cuprinde totalitatea datelor care caracterizeaz mediul n care evolueaz robotul industrial. Ele se refer la configura ia geometric amediului (pozi ia i dimensiunile obiectelor din mediu), temperaturi, compozi iachimic , pozi ia obiectelor de manipulat etc.Datele referitoareIa starea intern i extern sunt sesizate de traductoare isenzori.

Traductoareie sunt aparate sau dispozitive care recepteaz dateprivitoare la dimensiuni, viteze liniare i unghiulare i le transform n semnale

dependente de datele receptate. Altfel spus, traductoareie sesizeaz itransmit date comensurabile.

Senzorii sunt aparate i dispozitive ce sesizeaz (recep ioneaz )datele nedimensionale ale st rilor interne i externe (prezen -absen ,apropiere, ac ionare etc), care sunt transformate n semnale dependente deaceste date.

Sistemul de comand recep ioneaz i prelucreaz informa iile (datele)transmise de traductoare i senzori i, printr-un sistem de feedback - leg turinvers , transmite comenzi sistemului de ac ionare pentru punerea nmi care a cuplelor conduc toare.

Sistemele de comand pot fi realizate secven ial sau continuu ,Incazul comenzilor secven iale, cuplele cinematice sunt puse n mi care n modsuccesiv, pe cnd n cazul comenzilor continue cuplele cinematice, avndeventual parametrii cinematici variabili n timp, s unt ac ionate simultan, nfunc ie de opera iile de executat.In func ie de gradul de participare aloperatorului uman, comanda robo ilor industriali poate fi: manual , automatsau mixt

Comanda manual se realizeaz prin intermediul ac iunii operatorulu iuman, n timp ce comanda automat se face prin intermediul unui sistemprogramabil, cu programare rigid (nemodificabil ) sau flexibil . Modificareaprogramului poate fi f cut prin programare sau prin adaptare.Ultimele douvariante de comand , care pot fi cu nv are i adaptive, con in elemente de


20/100

Proi ec t de lice n

20

inteligen artificial .In mare, prin inteligen a artificial n elegem capacitateasistemului tehnic, n cazul nostru a robotului industrial, de a se adapta lamediu i la sarcini variabile, specifice activit ii robo ilor.

Rolul sistemului de comand i de programare este acela de a permite

introducerea i memorarea (eventual ntocmirea i codificarea) unui set deinforma ii de natur i succesiune bine determinate, denumit program. Pebaza datelor con inute .de acesta, sistemul de comand propriu-zis trebuie selaboreze i s trimit c tre sistemul de ac ionare un set de comenzi, care sdetermine mi c ri ale cuplelor cinematice conduc toare capabile s asiguredeplasarea segmentelor robotului i ac iunea organului terminal de manieraimpus pentru realizarea sarcinii de lucru.Comanda desf ur rii unui programcare face parte din sistemele software ale robo ilor cu comand automat

presupune supravegherea i coordonarea desf ur rii a patru categorii deprocese:

mi carea propriu-zis a structurii mecanice a robotului; schimbul de informa ii cu procesul tehnologic n care este inclus

robotul pentru realizarea coordon rii n timp a opera iilor ; schimbul de informa ii cu operatorul uman care supravegheaz

procesul; schimbul de informa ii cu alte sisteme de comand automate ierarhic

superioare.

3.1.4.4 Subsist em ul s e nzorial

El asigur m surarea unor m rimi fizice i eventual perceperea unor modific ri semnificative a acestor m rimi.

Datorit sistemului senzorial se pot pune n eviden i caracteristicilegeometrice i chimice ale obiectelor din mediul de lucru. Senzorii datoritcaracteristicilor pe care le au pot explora zona de lucru, zona de contact, ceaapropiat , cea ndep rtat , iar senzorii foarte puternici chiar i zone foarte ndep rtate. Informa iile culese cu ajutorul sistemului senzorial servesc laconstruirea unui model al lumii n care evolueaz robotul, model func ie decare aceasta i va genera planurile de ac iuni viitoare. n func ie de solu ia


21/100


21

constructiv , senzorii sunt pasivi sau activi. Senzorii activi folosesccaracteristicile intrinseci ale mediului, iar cei pasivi genereaz modific ri nmediu pentru a m sura unele caracteristici.

Alte dou categorii de senzori cu care poate fi dotat un robot industri

sunt: senzori de m rimi interne ai robotului (pozi ie, vitez sau accelera iaunor componente mecanice proprii) i senzori de m rimi externe (greutate,form , pozi ie, temperatur , culoare, etc ale obiectelor asupra c roraac ioneaz robotul).

Caracteristicile senzoriale ale unui robot depind foarte mult de graduls u de autonomie, de aplica iile pentru care a fost proiectat i de tipulmediului de lucru.

In general percep ia se realizeaz n dou etape:

1.) conversia propriet ilor fizice ntr-un semnal, de obicei electric; 2.) prelucrarea acestui semnal n vederea extragerii informa iei careintereseaz .

Se prefer o prelucrare preliminar n care senzorii robotului eliminzgomotele care perturb semnalul util.

Exist mai multe criterii de clasificare a senzorilor utiliza i n sistemelede comand ale robotului industrial:1.) dup cum vine sau nu n contact cu obiectul a c rui proprietate fizic om soar , distingem:

senzori cu contact; senzori f r contact;

2.) dup propriet ile pe care le pun n eviden :senzori pentru determinarea formelor i dimensiunilor (pentruevaluarea n mediu de lucru); senzori pentru determinarea propriet ilor fizice ale obiectelor (defor ,decuplu, de densitate i elastici); senzori pentru propriet i chimice (de compozi ie, concentra ie,analizatoare complexe); dup mediul de culegere a informa iei:- senzorii pentru mediul extern- senzorii pentru func ia intern

dup distan a la care sunt culese informa iile:


22/100

Proi ec t de lice n

22

- senzori IR; - senzori ultrsonici; - senzori de contact.

3.2 R obo i pa itori .3.2.1 I ntro du ce r e

P mntul este traversat n permanen de o mul ime de insecte ianimale, care ajung n locuri greu accesibile. Pornind de la aceastconstatare, oamenii au c utat s imite natura i via a din universul ei, un locaparte fiind modalitatea de a copia ct mai mult i ct mai fidel mersul

diferitelor insecte i animale, pentru a realiza, astfel, vehicule p itoarecapabile s serveasc din plin necesit ilor din via a i activitatea uman .Mersul este extrem de complex de realizat pentru robo i, spre

deosebire de oameni i animale, pentru care mersul este a doua natur . Aceste vehicule p itoare au ap rut deoarece oamenii erau obliga i, de

multe ori, s lucreze n condi ii grele, chiar ostile, pe suprafe e de teren undero ile sau enilele nu f ceau fa eficient. Astfel, aceste ma ini pot lucra peteren moale sau nghe at, acoperit cu z pad sau pe teren accidentat, plin de

stnci i roci de diferite dimensiuni, pe pante sau pe suprafe e plane.D easemenea, pot ac iona foarte bine n zone de ertice sau ml tinoase, undepropriet ile fizice ale terenului se pot schimba, ducnd la o instabilitate acapacit ii de sus inere.

Este foarte larg i divers domeniul de utilizare a unui robot p itor. Acest tip de robot poate lucra eficient n industria nuclear , militar , nmontarea - demontarea de conducte, att la suprafa ct i n mediu acvatic, n construc ii (poduri, drumuri etc), n domeniul agricol -forestier, n cel al

serviciilor i chiar pe suprafa a corpurilor cere ti.In cazul general, un robot pasitor este un vehicul dotat cu un anumit

grad de autonomie capabil s execute o clas de sarcini utile. Astfel ace tiapot ndeplini sarcini de convoiaj, transportnd obiecte ntre posturi dedepozitare i de lucru ndep rtate, de explorare, furniznd informa ii despremediul de lucru n care ac ioneaz prin intermediul unor organe de percep ie,


23/100


23

sarc ini de reco ltare , fiind capab ili s loca lizeze i s cu leag ob iec te ndep r ta te , i po t ch iar interven i, rea liznd opera iiasupra ob iec te lor a fla te la dis tan

Succesu l n ndep linirea aces tor sarc ini dep inde a t t de cuno tin e le pe

care robo tul le are asupra con figura ie i ini ia le a spa iului de lucru , c t i de ce le ob inu te pe parcursu l evo lu ie i sa le .

Prob leme le spec ifice ce apar la robo iipas itor i ar fi urm toare le :ev itarea impac tului cu ob iec te le s ta ionare sau n mi care , de term inarea poz i ie i i or ien t r ii robo tului pe teren , plan ificarea une i tra iec tor ii op time de mi care .

n cazu l unu i s is tem robo tic au toma t dis tr ibu it poz i iile spa ia le sun t de o ex trem impor tan i de e le dep inde ndep linirea scopur ilor dor ite i

f unc ionarea ntregu lui s is tem . u a lte cuv inte , robo tul trebu ie s fie capab ils - i plan ifice mi c r ile , s dec id au toma t ce mi c r i s execu te pen tru a ndep lini o sarc in , n f unc ie de aran jamen tul momen tan a l ob iec te lor din spa iul de lucru .3 .2 .2 Criterii de clasificare a robo ilor pa itori

Sun t c teva cr iter iipen tru a dif eren ia ntre e le aces te ma ini p itoare i, n ace la i timp , de a le grupa mpreun dup carac ter is tici s imilare . As tf e l,

po t fi de finite cr iter ii de clas ificare : Pr inc ip iul cons truc tiv, care mpar te domen iul robo ilor pa itor i n dou ca tegor ii:

1 .) ma ini care au la baz pr inc ipiibiolog ice (din lumea insec te lor , ver tebra te lor e tc.) ( 3. . .a i Fig. 3. . .c);

.) ma ini care se bazeaz , pe o concep ie propr ie a pro iec tan tului ( Fig 3. . .b)

Sis temu l de ac ionare , care poa te fi:e lec tr ic (Fig 3. . .a ), hidrau lic (F ig 3. . .b), pneuma tic (F ig 3. . .c) sau o comb ina ie a aces tora .

Fig 3. . .a

Fig 3. . .b


24/100

P roiect de lice n

24

T ipu l de mecan isme a le e lemen te lor de spr ijin (picioare) , care poa te fi plan sau spa ia l

Num ru l de picioare : ,3,4, , , sau ma imu lte .

3 .2 .3 Meca n isme di n compo n e n a picioarelor

O a ten ie deoseb it trebu ie acorda t pro iec t r ii e lemen te lor de spr ijin,deoarece aces tea ndep linesc un rol dub lu: de sus inere i de dep lasare a ma inii n cond i iide vitez op tim , s tab ilita te i s iguran n exp loa tare .

Ele trebu ie s as igure :lung ime corespunz toare a pasu lui;

un r spuns dinam ic bun i ev itarea une i f rec r i exces ive; tra iec tor ie rec tilinie n timpu l f aze i de sus inere , cu p s trarea cons tan t a nive lului pla tf orme i veh icu lului.

Exemp le le care urmeaz (Fig. 4.4.a) sun t o ilus trare a c torva mecan isme utiliza te pen tru ac ionarea picioare lor ma inilor p itoare .

Fig .3. . .c

Fig. 3. .3.a


25/100


25

Capitol u l 4R ealizarea proiect u lu i

4 . P artea meca n ica .

4 . . P roiectarea sistem u lu i de locomo ie .

Locomo ia es te procesu l ce -i perm ite robo tului s se dep laseze pr in med iu, pr in ac ionarea anum itor f or te asupra sa ,s tud il ac ionar ii aces tor f or e se numes te dinam ica iar s tud iul f ormu le lor ma tema tice asoc ia te miscar iif ara a cons idera f or te le fizice se numes te cinema tica .

Robo tul pa itor es te f orma t din doua mecan isme dispuse para le l una

f a t de a lta ce -i perm ite robo tului s se dep laseze pr in med iulincon jura taor .Fiecare mecan ism es te ac iona t de ca tre un servomo tor cu reduc tor ce rea lizeaz miscarea e lemen tului man ive la din componen ta aces tor mecan isme .

4 . . . P roiectarea meca n ism u lu i folosit pt locomotiarobot u lu i.

Proiec tarea mecan isme lor cons t n s tab ilirea i ca lcu larea

mecan ismu lui op tim pen tru un scop bine prec iza t. A adar pro iec tarea ncepe cu s intez i se term in cu ana liza mecan isme lor .

Analiza- porne te de la un mecan ism da t i pr in procedee le de ana liz se de term in parame tr ii f unc iona li,ad ic de term inarea pen tru fiecare e lemen ta parame tr ilor de poz i ie

Sinteza -se porne te de la neces ita tea rea liz r iiunor anum i iparame tr icinema tici i pr in procedee le de s intez se g se te un mecan ism care s ndep lineasc parame tr iiceru i.

Pu t cons t u ctoare

Pu teref u nc iona l

ana li

sintez


26/100

Proi ec t de lice n

26

Mecanismul folosit pentru realizarea robotului pa itor este format dintrei lan uri cinematice care con in cate o grupa structurala.Toate cele treilan uri cinematice sunt ac ionate de catre o manivela avand o legaturacomun .

Lan urile cinematice reprezint sisteme formate din elementecinematice de diferite ranguri legate ntre ele n mod continuu prin cuplecinematice de diferite clase.

Grupa structurala reprezinta cel mai simplu lant cinematic care aregradul de mobilitate 0.

Legatura dintre 2 elemente din structua unui mecanism o reprezintcupla.Cupla este un set de 2 elemente adiacente din structura unui m ecanismlegate intre ele printr-o articula ie.

4.1.1.2 Co m pun e r e a mec anis m ului

Este opera ia invers fata de descompunerea mecanismului.Principiul de formare este urmatorul i este ilustrat in figura .1.1.2.a.

se porneste de la o grupa structurala motoare(manivela 1,1,1)se leaga cate una si celelante grupe structurale(0,2,2 aspectu l 1; 0,2,2 aspectul ; 0,2,2 aspectul 1); se leag cuplelele fixe de elementul fix.

(Fig .1.1.2.a)


27/100


27

4.1.1.3 N otar e a tuturor e leme nt e lor i a cupl e lor cin em ati ce.(F ig 4.1.1.3. a)

Fi 4.1.1.3.a

4.1.1.4 S int e za e leme nt e lor d in co m pon e n a mec anis m ului Pentru ca mecanismul folosit pentru deplasarea robotului s devin un

mecanism pa itor este necesar s se impun pozi iile de extrem ale unor elemente precum i stabilirea dimensiunilor elementelor ce intr ncomponen a mecanismului.

4.1.1.4.1 Condi ia de exi tent a manivelei

Ac ionarea manivelei cu ajutorul motoarelor rotative electrice aducenecesitatea existentei unei unui element conducator care s poata efectua omiscare completa de 600 ( Fig .1.1. .1.a) Acest posibilitate estecondi ionat de existenta unor anumite relatii intre parametri constructivi aielementelor.

Fi 4.1.1.4.1.a


28/100

Proi ec t de lice n

28

Rota ia elementului l A,Beste caracterizat de pozi ia sa fat de normalala plan.Pozi ia acestui element este dat de triunghiul B,C,D.Pentru existentatriunghiului B,C,D latura B,D trebuie sa aiba condi ia BDe ICB+I AB; BD" ICB -I AB ; Acest condi ie trebuie indeplinita i pentru valorile extreme B,D

unde BDmax= l AB +l DC iar valoarea minim este B,Dmin= l AB - l DC .Pentru existen a triunghiului B,C,D trebuie sa avem lAB +I DA e I CB +ICD i lAB

-I DA >I CB -ICD .Aceste condi ii se mai pot utiliza pentru a verifica daca elementul

I AB este manivela.

Pentru cel de al doilea mecanism condi ia de existen a a manivelei estel AB e l BF ;

12+52e 55+25

12-52>55-25ca elementul AB este manivela;

12 e 22

4.1.1.4.2 Sint e za pi cioar e lor lat e ral e

n cazul mecanismului din figura .1.1. .2.a elementul condus este lCX

,care este impar ita in: lCD i l XD (in lCD = l XD ).Pentu a reliza pasul ,elementului

lCD i se impune s efectuieze un unghi .Pentru acest lucru se procedeazaasrfel:

S-a dat lungimile lCD = 25mm siI DA = 52mm.Pentru sinteza noastra a mai

ramas l A B si l BC .Pentru DC10 manivela se afl n prelungirea lui DC10 .

Unghiul pe care trebuie sa-l faca 1U =4 8 0 iar 2U = 107 0

Fi 4.1.1.4.2.a


29/100


29

AC11 = 12 cosCD AD CD ADl l l l U = 67mm

AC10 = 22 cosCD AD CD ADl l l l U =43 mm

AC11= l AB + l BC l AB = 11 10

2

AC AC = 12mm

AC10 = l BC - l AB l BC = 11 102 AC AC

= 55mm

Lungimile elementelor celuilant lan cinematic compus din cuplele A,B,G,H sunt identice cu acestea.

4.1.1.4.3 Sint e za pi ciorului d in m ijlo c

Pentru realizarea pasului piciorul din mijloc (Fig4 .1.1.4 .3 .a)se impune

stablirea unor dimensiuni ale elementelor care intr n componen a lui,precumi al unghiurilor pe care trebuie s le faca.

I se impune ca unghiulE sa fie de 570 .

sin 22 AB AEF AEF

l l mm

l E ! !

Fig 4 .1.1.4 .3 .a4.1.1.5 A naliza s e nsurilor de de plasa a e leme nt e lor (Fig4.1.1.5.a)

Atunci c nd s-a facut sinteza mecanismelor s-a iniut cont i de faptul:cand picioarele laterale calca pe pamant(efectuiaya pasul) piciorul din mijloc


30/100

Proi ec t de lice n

30

se roteste in gol(este eliberat,se incarca) pentru a intra in co ntact cu pamantulla un la moment dat (calculat) ca s efectuieze pasul.Deci picioarele lateralesunt n antifaza cu piciorul din mijloc.

Fig 4 .1.1.5.a

Cu culoarea roz,maro,galben,portocaliu sunt reprezentate pozi iileelementelor mecanismului n momentul n care[ - i schimba sensul de

deplasare.Cu culoarea verde sau rosu sunt reprezentate pozi iile elementelor

mecanismului in momentul n care piciorul din mijloc al mecanismului iese din

sarcina sau intra.Se alege [ ca fiind sensul de deplasare al mecanismului.

PIZI IE Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12

Semnullui Z [

-----------0++++++++++++0-------------------0+

PIZI IE Y7 Y8 Y9 Y10 Y11 Y12

Semnullui Y [

++++++++++++++++++++++++++++++++++


31/100


31

Tabel ce exprima directia de deplasare a picioarelor mecanismului n anumitepozi ii .

Din tabel se observ ca sensul de deplasare a picioarelor n momentul n care ele ating pamantul pentru a se deplasa difer (la anumite unghiri alelementului lAB cu normala) i apare o franare pana n momentul in care[ i-

i schimb sensul.

4.1.1.6 Re pr e z e ntar e a dime nsiunilor tuturor e leme nt e lor .

Din aproape in aproape am ajuns la un mecanism al carui dimensiunisunt reprezentate in figua 4 .1.1.6.a.

Fig 4 .1.1.6.a

PIZI IE X7 X8 X9 X10 X11 X12

Semnullui X [

+++++++++++++0--------------------0+++++++


32/100

Proi ec t de lice n

32

4.1.1.7 Re pr e ze ntar ea mec anis m ului con f or m pozi i e i e leme ntului con du c tor d in 60 0 n 60 0 (Fig 4.1.1.7.a).

Fig 4 .1.1.7.a

4.1.2 A le gr e a motorului n ece sar a c ion rii robotului .

Alegerea motorului se face in fun ie de momentul i tura ia necesarmecanismului pentru a se deplasa la viteza stabilita.

La o viteza de3 m/min sec avem nevoie de o viteza a axului motor careangreneaza biela manivela de 0,5 rot/sec.

Cu autorul unui soft (Mecanical-mecanism) am aflat momentulnecesar mecanismului pentru a se deplasa la o greutate de3 00 g dispusa pe

ambele mecanisme. mecanismM = 0,078

Intrucat motoarele de cc cu perii dezvolta turatii foarte mari am decissa aleg un ansamblu motor reductor care mai are in componenta4 reductoarede turatie.

Am ales motoreductorulFS 70 G (Fig4 .1.2.a)

Fig4 .1.2.a


33/100


33

Caracteristici

Cuplu: 3 .3 kg-cmViteza: 0.09 rot/SecMasa: 20 gDimensiuni: 28 x 13 x 3 0

mm

4 .1.2 Schem a cin em ati c .(Fig 4 .1.3 .a)

Schema cinematica este formata din doua motore de cc care angrenazafiecare un set de 4 reductoare,la radul lui ultimul reductor angreneazamecanismul robotului . Setul de4 reductoare se afla in componentamotoreductorului cumparat din comert.

Reductoarele sunt necesare pentru reducerea turatiei motoarelor de cc lao turatie dorita si cresterea momentului.

.(Fig 4 .1.3 .a)


34/100

Proi ec t de lice n

34

4.2 P artea electrica

Partea electrica a robotului este fomata din urmatoarele par i asa ca nfigura4 .2.a:

servomotoarele de curent continu; sistemul de comanda (PIC16F84 A); sistemul senzorial; alimentarea circuitului electric.


35/100


35

F i g

4 . . a


36/100

Proi ec t de lice n

36

4.2.1 otoarele de curent continu

4.2.1.1 P rincipiul de func ionare .

Servomotoarele de curent continuu sunt utilizate n foarte multeaplica ii din domeniul mecanicii fine i mecatronicii (robo i industriali i deservicii, vehicole cu ghidare automat , periferice de calculator, automate decontrol i servire, automate bancare etc, datorit unor caracteristiciremarcabile:

Domeniu amplu al puterilor/momentelor dezvoltate; Moment de iner ie redus al p r ilor mobile i, n consecin , un raportmare putere/moment de iner ie; Posibilitatea regl rii n limite foarte largi a tura iei; Greutate i volum mici; Moment impulsional foarte mare, care ofer o protec ie la suprasarcinide scurt durat ; Facilit i favorabile de montare etc.

Fig. 4 .2.1.1.a( Simulare3 D) Principiul de func ionare a unui motor de curentcontinuu.

Principiul de func ionare a unui motor de curent continuu poate fi n eles cu ajutorul figurii4 .2.1.1.a.Asupra unui conductor parcurs de un curentelectric,I, i aflat ntr-un cmp magnetic de induc ie, B, se exercit o for , FL,al c rei sens poate fi determinat cu "regula minii drepte" (vectorul B intr npalm , degetele sunt orientate de-a lungul luiI, iar degetul mare indic sensul


37/100


37

for ei). M rimea acestei for e, pentru cazul n care B iI sunt perpendiculare,

are expresia: FL B L I ! . (Rel 4 .2.1.1.a)

Se consider , n continuare, un rotor de raz , r, pe care sunt dispuse

mai multe cadre dreptunghiulare. Se constat c asupra jum t ii din dreaptaa conductorului, a c rui normal la suprafa este perpendicular , la unmoment dat, pe induc ia B, se exercit o for , FL, ndreptat n jos. Apare uncuplu de for e, care tinde s roteasc rotorul n sensul acelor de ceasornic.Pentru ca momentul mecanic, care ac ioneaz asupra rotorului, s - i men insensul, este necesar un comutator, care s determine schimbareaciclic a sensului curentului prin conductoarele motorului, pe m sur ceacestea se deplaseaz n cmpul magnetic.

O schem electric echivalent a nf ur rii unui motor de curentcontinuu este prezentat n figura 4 .2.1.1.b ,n care s-au folosit urm toarelenota ii:

U - tensiunea de alimentare; Uo - tensiunea contraelectromotoare; I - curentul prin nf urare; R - rezisten a nf ur rii; L - inductan a nf ur rii.

Fig. 4 .2.1.1.b Schema electric echivalent

Se poate scrie urm toarea ecua ie:

Uodt

d I L I RU ! (Rel 4 .2.1.1.b)

Pe de alt parte, tensiunea contraelectromotoare, Uo, estepropor ional cu viteza unghiular a rotorului, co:


38/100

Proi ec t de lice n

38

Uo n lrB cM BE [ [! ! (Rel 4 .2.1.1.c)

Din rela iile (Rel 4 .2.1.1.B) i (4 .2.1.1.C)se ob ine rela ia pentruviteza unghiular :

U o Bc

d t

d I

I

U

![ (Rel 4 .2.1.1.d)

Conform ecua iei (Rel 4 .2.1.1.D), principalul parametru, care permitecontrolul vitezei unghiulare (tura iei) a motorului, este tensiunea de alimentarea nf ur rii, U.

Pentru realizarea comut rii curen ilor, n vederea men inerii sensuluimomentului care asigur deplasarea rotorului, se utilizeaz dou solu ii,diametral opuse:

1. Comuta ia mecanic; 2. Comuta ia electronic .

O schem de principiu a unui motor de curent continuu cu comuta iemecanic este prezentat n figura4 .2.1.1.e .

Fig. 4 .2.1.1.e Motor de curent continuu cu comuta ie mecanic

Statorul cuprinde polii magnetici, realiza i cu ajutorul magne ilor permanen i, iar rotorul este bobinat i alimentat cu tensiune, prin intermediul


39/100


39

unui sistem colector -perii. Fiecare cap t al unui conductor ( Fig.4 .2.1.1.e )este scos la o lamel a colectorului, iar comutarea sensului curentului serealizeaz prin contactul cu una din cele dou perii, care i p streazpolaritatea (de exemplu "+" pentru peria din stnga i " -" pentru peria din

dreapta).La un motor, periile sunt plasate n a a fel, nct vectorul curentului

este men inut perpendicular pe direc ia cmpului magnetic de excita ie, pentruoricare pozi ie a rotorului. Astfel, momentul motor rezultat va fi propor ional cucurentul care str bate nf urarea motorului, iar viteza ung hiular a motoruluiva fi propor ional cu tensiunea. Ecua iile clasice care definesc un motor dec.c sunt:

M= moment motor (Mm) = km I (Rel 4 .2.1.1.e)

E = Tensiune contra-electromotoareEg = ke co(Rel 4 .2.1.1.f)

K m= este o constant a momentului, ke este o constant a tensiuniico= este viteza unghiular a motorului.

Un dezavantaj important al acestui tip de motor const estedeterminata de "limita de comuta ie", la care apare o scnteiere puternic laperii, care reduce drastic durata de func ionare a motorului, paraziteazsemnalele radio i limiteaz nivelele tensiune/curent. ntruct solu iapresupune rota ia nf ur rilor alimentate cu curent i a colectorului aferent,efectele constau ntr-un moment de iner ie mai mare i un regim termic mainefavorabil, ntruct c ldura, dezvoltat mai ales n rotor, are pu ine c i dedisipare.

Solu iile mai recente au c utat s nl ture aceste neajunsuri, prinschimbarea rolurilor statorului i rotorului, respectiv polii magnetici, realiza idin magne i permanen i, sunt amplasa i n rotor, iar nf ur rile, alimentate cutensiuni electrce, n stator. Aceste motoare, cu comuta ie electronic , senumesc i motoare f r perii (brushless DC motors= BLDC).


40/100


41/100


41

pu tere) , comanda t s nch id (pe parcursu l timpu lui ac tiv, ta) circu itul de a limen tare a nf ur r ii, timp n care curen tul cre te exponen ia l (s-a reprezen ta t s imp lifica t cu un segmen t de dreap t ), dup care , pe parcursu linterva lului tp (pauz ) , CS ntrerupe a limen tarea nf ur r ii, iar curen tul, care

descre te exponen ia l (segmen tul de dreap t cu pan t descresc toare) , se nch ide pr in dioda supresoare , S. n aces t f e l, nf urarea mo toru lui es te a limen ta t cu tens iunea med ie :

!!!t c

t U At c

U AU At c

tataU

0

1I )10( ee (Re l 4. . . .a)

Pot fi lua te n cons iderare dou me tode de a limen tare n impu lsur i:1 .) Cu ta cons tan t i tc var iab il Pulse Frequency Modu la ted Amp lifier

(PFM); 2.) Cu tc cons tan t i ta var iab il Pulse Width Modu la ted Amp lifier (PWM)

Fig. 4. . . .b Es te me toda cea ma i des f olos it , iar toa te procesoare le numer ice ma i per f orman te au un num r de ie ir i PWM, care po t fiprograma te pen tru dif er ite f recven e i l imi a le impu lsur ilor [ M3b], [ M3c].

Fig. 4. . . .b Carac ter is tici mecan ice

UA 1

UA 2

UA 3

2

1

UA 1 < UA 2< UA 3 3

0

M


42/100

P roiect de lice n

42

Fig. 4. . . .c ) Var ia tor de tens iune (Chopper);

Fig. 4. . . .d Comanda n l ime a imu lsur ilor (PWM)

4 .2.1 . ircuitul inte grat o lo sit e ntru co manda moto ar e lo r de . .

n cazu l mu ltor s is teme meca tron ice , cum ar fi robo ii mob ili,

ech ipamen te le per if er ice a le ca lcu la toare lor , au toveh icu le le e tc. se utilizeaz servomo toare de curen t con tinuu cu comu ta ie mecan ic . Struc tura de baz a aces tor mo toare i a amp lifica toare lor de pu tere , care servesc la comanda lor ,es te un itar n ntreaga lume . Con trolul bi-d irec tiona l presupune utilizarea unor pun i n , care con in pa tru tranz is toare de pu tere , i sun t comanda te cu semna le PWM, genera te de un procesor numer ic. Viteza mo toru lui de curen t

ta 1 Tp 1tc

ta 2 t p 2

tc

UA UA 1

UA 1

IA

UA

t

t

t


43/100


43

continuu poate fi modificat prin schimbarea l imii impulsurilor utilizate pentrucomanda tranzistoarelor de putere.

Exist un num r foarte mare de circuite integrate, cu diferite nivele decomplexitate i de la multe firme produc toare, care includ pun i de putere n

H, cum ar fi: L293 B/L293 D, LMD18200, LMD18201, LMD1824 5, L6227 etc.

Circuitul integrat ales de mine este L293 B (Fig4 .2.1.3 .a)( Fig4 .2.1.3 .b) Alimentarea circuitului integrat se la vace la 5v fin d un circuitTTL

.Pentru comanda motoarelor el suport o tensiune intre 5-3 6V din care -misunt necesari doar 7(tens de alimentare a motoarelor),si un curent max de600mA din care i mi sunt necesari doar 3 00mA(curentul care poate sa trecaprin motoare).. Circuitul L293 B, de exemplu, con ine cte patru amplificatoare

care suport curen i electrici mari. L293 B au fost proiectate pentru comutareabi-direc ional .Toate intr rile sunt compatibileTTL, iar semipuntile suntactivate pe perechi, cu ajutorul semnalelor de validare 1,2 EN pentrusemipuntile 1 i 2 , respectiv3 ,4 EN pentru perechea 3 i4 . Dac intr rile devalidare (enable) sunt n starea "High (H)" (1 logic), tranzistoarele dincomponen a semipuntilor respective conduc i ie irile sunt active i n faz cuintr rile.

Fig4 .2.1.3 .a (schema logica) Fig 4 .2.1.3 .b

Cnd intr rile de validare (enable) sunt n starea "Low (L)" (0 logic)tranzistoarele de putere corespunz toare sunt blocate, iar ie irile semipuntilor sunt n starea de nalt impedan . Pentru o configura ie adecvat asemnalelor de validare, fiecare perche de semipun i configureaz o punte H


44/100

Proi ec t de lice n

44

pentru comanda motorului (vezi Fig4 .2.1.3 .b pentru perechile 1 i 2).Intr rile 1A i 2A determin sensul de rota ie a motorului: 1A - L i 2A -H sens orar ; 1A - H i 2A -L sens antiorar.

4.2.1.4 Sc ema electrica a circuitului folo it pentru comanda motorului (Fig 4 .2.1.1.a),func ionare.

Fig 4 .2.1.4 .a

Func ionarea circuitului.

Sistemul de comanda (pic) comanda prin iesirile sale intrarilecircuitului integrat L293 B asa cum se vede in figura :RB3 IN 1 ,RB4 IN2si RB5 IN 3 al ,RB6 IN 4 al .

IN 1, IN 2 sunt intrarile pun ii 1; IN 3 , IN 4 sunt intrarile pun ii 2;

Cele dou pun i ale circuitului L293 B comut curen ii n motoare,puntea 1 (OUTPUT 1,OUTPUT 2 ) comand motorul 1 ,si puntea 2 (OUTPUT 3 ,OUTPUT 4 ) comand motorul 2.

EN 1,EN 2 sunt intrarile de validare ale punti 1 ,2 ele se leagaimpreuna si se conecteaza la iesirea RB2 a sistemului de comanda,ptactivarea puntilor sau dezactivarea lor.


45/100


45

Pentru comanda sarcinilor inductive se pun diode de comutatie dincauza faptului ca dupa ce motorul va produce niste curenti inversi prininductie care poate sa deterioreze puntile.Miscare de rota ie a moturului vagenera o tensiune la bornele circuitulu i care l-a comandat i acest lucru

afecteaza circuitul.Pentru a anula aceasta diferenta de potential se introduc incircuit diode de comuta ie.

Am ales diode de comuta ie de tip BY3 98 (Fig 4 .2.1.4 .c) i le-amconectat ca in figura 4 .2.1.4 .a.Aceste diode de protectie suport un curentmaxim de un 1A.

4 .2.1.4 .c.Dioda de comutatie BY3 98

Talelebele cu comenzi posibile provenite de la sistemul de comand(pic)

RB2=EN1 ,

EN 2 RB3=IN 1 RB4= IN2 1H L H SEROTE TE IN DREAPT AH H L SEROTE TE IN ST ANGAH L L FR AN ARE R APIDAH H H FR AN ARE R APIDAL X X FR AN ARE R APIDA

RB2=EN1, EN 2 RB5=IN 3 RB6=IN 4

2

H L H SEROTE TE IN DREAPT AH H L SEROTE TE IN ST ANGAH L L FR AN ARE R APIDA

H H H FR AN ARE R APIDAL X X FR AN ARE R APIDA

Tabel care exprima direc ia de deplasare al robotului in func ie desensul de deplasare al motoarelor


46/100

Proi ec t de lice n

46

1 2 RobotSE ROTE TE N DREAPT A

-SE ROTESTE N DREAPT A

ROBOTU SE DEPLASEAZ A N AINTE

SE ROTE TE N ST ANGA

SE ROTESTE N ST ANGA

ROBOTU SE DEPLASEAZ A N APOI


SE ROTESTE N DREAPT A

ROBOTU SE NTO ARCE R APIDSPRE PARTEA ST ANGA

SE ROTE TE N DREAPT A

SE ROTESTE N ST ANGA

ROBOTU SE NTO ARCE R APIDSPRE PARTEA DREAPT A

FR AN ARE R APIDASE ROTESTE N DREAPT A

ROBOTU SE NTO ARCE SPREPARTEA ST ANGA


FR AN ARER APIDA

ROBOTU SE NTO ARCE SPREPARTEA ST ANGA

FR AN ARE R APIDA

SE ROTESTE N

ST ANGA

ROBOTU SE NTO ARCE SPRE

PARTEA DREAPT ASE ROTE TE N DREAPT A

FR AN ARER APIDA

ROBOTU SE NTO ARCE SPREPARTEA DREAPT A

FR AN ARE R APIDAFR AN ARER APIDA STOP

4.2.2 Senzorii de contact folosit pentru detectarea obstacolelor.

Robotul este dotat cu4 senzori de contact, 2 pentru fata (stanga,dreapta),2 pentru spate (stanga ,dreapta) ce pot detecta obstacolele aparute in cale.Fiecate sensor este conectat la microcontrolar la piniiRB3 ,RB4 ,RB5,RB6pentru a-i sesiza acestuia prezenta sau absenta unui obstacol.


47/100


47

4.2.2.1 Schema electrica circuitului senzorial,fuc ionare Fig4.2.2.1.a

Fig4.2.2.1.aFunctionare

Fiecare senzor de contact este conectat la pinii microcontrolarului inurmatorul mod:RB3 i-si schimba starea (din 0 logic in 1 logic) atunci cand contactul din fatapartea dreapta este actionatRB4 i-si schimba starea (din 0 logic in 1 logic) atunci cand contactul din fatapartea stanga este actionatRB5 i-si schimba starea (din 0 logic in 1 logic) atunci cand contactul din spatepartea dreapta este actionatRB6 i-si schimba starea (din 0 logic in 1 logic) atunci cand contactul din spatepartea stanga este actionat


48/100

Proi ec t de lice n

48

Modul de functionare a unui senzor de contactIn stare de neactionare a unui senzor el va lega pinul prin care se leaga

la micocontrolar la masa printr-o rezisternta de 10k in parallel cu o rezistenta

de 1k inseriat cu un led semnalamd starea de 0 logic corespunzatoare faptuluica senzorul nu a detectat nici un obstacol.

Daca contactul este apasat el va furniza micocontrolarului 5 v ,1 logic ceindica faptul ca senzorul respectiv a detectat un obstacol.Tot in acelasi timp labornele ledului va aparea o tensiune de circa 1,5 v ce va duce la aprinderealui.

Micocontrolarul va testa tot timpul starea pinilor RB3 ,RB4 ,RB5,RB6 si infunctie de starea lor va comanda moroarele robotului

4.2.3 Si temul de comand . Am ales un sitem de comanda de tip PIC16F84 .Cauze care m-

audeterminat sa fac aceasta aleger ar fi:costul relativ foarte scazut incomparatie cu alte tipuri de micocontrolare,sunt f usor de programat etc4.2.3.1 P re entare P IC16F84A .

Circumstan ele n care ne g sim ast zi n domeniul microcontrolerelor i-au avut nceputurile n dezvoltarea tehnologiei circuitelor integrate. Aceast

dezvoltare a f cut posibil nmagazinarea a sute de mii de tranzistoare ntr -unsingur cip. Aceasta a fost o premiz pentru produc ia de microprocesoare, iprimele calculatoare au fost f cute prin ad ugarea perifericelor ca memorie,linii intrare-ie ire, timer-i i altele. Urm toarea cre tere a volumului capsulei adus la crearea circuitelor integrate. Aceste circuite integrate con in attprocesorul ct i perifericele. A a s-a ntmplat cum primul cip con innd unmicrocalculator, sau ce va deveni cunoscut mai trziu ca microcontroler a luatfiin .

Microcontrolerul PIC16F84 poate fi inclus perfect n aplicatii decomanda a robotilor mobili, industria automobilelor, controlul motoarelor,senzori de consum redus, chei electronice, controlul frecventei receptoarelor e.t.c.


49/100


49

Acesta este un tip de procesor de nalta performanta, CMOS, full static,pe 8 biti .Toate microcontrolerele din aceasta serie (16Fx) sunt construite pe oarhitectura RISC avansata si prezinta facilitati avantajoase ale hardware -ului,stiva de 8 nivele si multiple surse interne si externe de ntrerupere . Magistrala

separata de date si de instruc iuni a arhitecturii Harvard permite conlucrareacuvntului instruc iune de 14 biti cu magistrala de date de 8 biti.Microcontrolerul PIC16F84 realizeaza n mod tipic o compresie a codului de2:1 si astfel o sporire a viezei de pna la 2:1 (la 10MHz) fata de altemicrocontrolere de 8 biti din aceasta clasa . PIC16F84 are 68 de octeti deR AM, 64 de octeti de memorie EPROM de date si 13 piniI/O . Este disponibilsi un numarator/temporizator. Familia PIC16F84 aduce avantaje speciale prinreducerea numarului componentelor externe si reducerea consumului de

energie.y M emoria pro ram (FLA SH -pentru memorarea unui program

scris. Pentru c memoria ce este f cut n tehnologia FLASH poate fiprogramat i tears mai mult dect odat , aceasta face microcontrolerulpotrivit pentru dezvoltarea de component .

y EEP ROM -memorie de date ce trebuie s fie salvate cnd numai este alimentare.Este n mod uzual folosit pentru memorarea de date importante ce nutrebuie pierdute dac sursa de alimentare se ntrerupe dintr -o dat . Deexemplu, o astfel de dat este o temperatur prestabilit n regulatoarel e detemperatur . Dac n timpul ntreruperii aliment rii aceast dat se pierde, vatrebui s facem ajustarea nc o dat la revenirea aliment rii. Astfelcomponenta noastr pierde n privin a auto -men inerii.

y RAM -memorie de date folosit de un program n timpulexecut rii sale. nR AM sunt memorate toate rezultatele intermediare sau datele temporare cenu sunt cruciale la ntreruperea sursei de alimentare.


50/100

P roiect de lice n

50

y POR TU A i POR TU sun t conex iun i fizice ntre microcon troler i lumea de a f ar . Por tul Aare pini, iar por tul Bare pini.

y TIMER- U I ER R EE-R U ) es te un reg is tru de bi i n

inter ioru l microcon troleru lui ce lucreaz independen t de program . La fiecare a lpa trulea impu ls de ceas a l osc ila toru lui - i ncremen teaz va loarea lui pn ce a tinge max imu l (255) , i apo i ncepe s numere tot din nou de la zero .

up cum tim timpu l exac t dintre fiecare dou incremen t r i a le con inu tuluitimer-u lui, poa te fi f olos it pen tru m surarea timpu lui ce es te f oar te util la une le componen te .

y U ITATEA DEPROC ESAR E C E TR A (F ig. 4.2.3. .a) are rolul unu i e lemen t de conec tivita te ntre ce le la lte blocur i a le microcon troleru lui. Coordoneaz lucru l a ltor blocur i i execu t programu lutiliza toru lui.


51/100


51

Fig. 4 .2.3 .1.a

S-a spus deja c PIC1684 are o arhitectur RISC. Acest termen esteadeseori g sit n literatura despre calculatoare, i are nevoie s fie explicat

aici mai n detaliu. Arhitectura Harvard este un concept mai nou dect von-Neumann. S-a n scut din nevoia de m rire a vitezei microcontrolerului. narhitectura Harvard, bus-ul de date i bus-ul de adrese sunt separate. Astfeleste posibil un mare debit de date prin unitatea de procesare central , ibinen eles, o vitez mai mare de lucru. Separarea programului de memoriade date face posibil ca mai departe instruc iunile s nu trebuiasc s fiecuvinte de 8 bi i. PIC16F84 A folose te 14 bi i pentru instruc iuni ceea cepermite ca toate instruc iunile s fie instruc iuni dintr -un singur cuvnt. Este de

asemenea tipic pentru arhitectura Harvard s aib mai pu ine instruc iunidect von-Newmann i s aib instruc iuni executate uzual intr -un ciclu.

Microcontrolerele cu arhitectur Harvard sunt de asemenea numite"microcontrolereRISC". RISC nseamn Reduced Instruction Set Computer.Microcontrolerele cu arhitectura von-Newmann sunt numite "microcontrolereCISC".Titlul CISC nseamn ComplexInstruction Set Computer.

Pentru c PIC16F84 A este un microcontroler RISC, aceasta nseamnc are un set redus de instruc iuni, mai precis3 5 de instruc iuni (de ex.microcontrolereleINTEL i Motorola au peste 100 de instruc iuni).Toateaceste instruc iuni sunt executate ntr-un ciclu cu excep ia instruc iunilor jump

i branch. Conform cu ceea ce spune constructorul, PIC16F84 A ajunge larezultate de 2:1 n compresia cod i4 :1 n vitez n compara ie cu altemicrocontrolere de 8 bi i din clasa sa.

y Clock-ul /ciclul in truc iune(Fig. 4 .2.3 .1.c)

Clock-ul sau ceasul este starter-ul principal al microcontrolerului, ieste ob inut dintr-o component de memorie extern numit "oscilator". Dacar fi s compar m un microcontroler cu un ceas de timp, "clock-ul" nostru ar fiun tic it pe care l-am auzi de la ceasul de timp. n acest caz, oscilatorul ar putea fi comparat cu arcul ce este r sucit astfel ca ceasul de timp s mearg .


52/100

P roiect de lice n

52

D e asemenea , f or a f olos it pen tru a ntoarce ceasu l poa te fi compara t cu o surs e lec tr ic .

Clock-u l de la osc ila tor intr ntr-un microcon troler pr in pinu l O SC1 unde circu itul intern a l microcon troleru lui divide clock-u l n 4 clock-ur i ega le

Q1, Q2, Q3 i Q4ce nu se suprapun . Aces te 4 clock-ur i cons tituie un ciclu de o s ingur ins truc iune (num it de asemenea ciclu ma in ) n timpu l c re ia ins truc iunea es te execu ta t .

Execu tarea ins truc iun ii ncepe pr in ape larea une i ins truc iun i care es te urm toarea n linie . Ins truc iunea es te ape la t din memor ia program la fiecare Q1 i es te scr is n reg is trul de ins truc iun i la Q4. D ecodarea i execu tarea ins truc iun ii sun t f cu te ntre urm toare le ciclur i Q1 i Q4. n urm toarea diagram pu tem vedea re la ia dintre ciclul ins truc iun ii i clock-u l osc ila toru lui(O SC1) ca i aceea a clock-ur ilor interne Q1- Q4. Con toru l de program (PC) re ine inf orma ia despre adresa urm toare i ins truc iun i.

Fig. 4.2.3.1.c

y P i e lining Fig. 4.2.3.1.d)

Ciclul ins truc iune cons t din ciclur ile Q1, Q2, Q3 i Q4. Ciclur ile de ins truc iun i de ape lare i execu tare sun t conec ta te ntr -un a a f e l nc t pen tru a f ace o ape lare , es te necesar un ciclu cu o ins truc iune , i ma i es te nevo ie de nc unu l pen tru decodare i execu tare . T otu i, da tor it pipe lining-u lui(f olos irea une i pipe line-conduc t , i es te aducerea une i ins truc iun i din


53/100


53

memor ie n timp ce se execu t a lta) , fiecare ins truc iune es te execu ta t e f ec tiv ntr-un s ingur ciclu. D ac ins truc iunea cauzeaz o sch imbare n con toru l programu lui, i PC-u l nu direc ioneaz spre urm toarea ci spre a lte adrese (poa te fi cazu l cu subprograme le jumps sau ca lling) , 2 ciclur i sun t

necesare pen tru execu tarea une i ins truc iun i. Aceas ta es te pen tru c ins truc iunea trebu ie procesa t din nou , dar de da ta aceas ta de la adresa corec t . Ciclul ncepe cu clock-u l Q1, pr in scr ierea n reg is trul ins truc tion reg is ter (IR). D ecodarea i execu tarea ncepe cu clock-ur ile Q2, Q3 s i Q4.

.Fig. 4.2.3.1.d

T YC0 cite te ins truc iunea MO VLW 55h (nu are impor tan pen tru no ice ins truc iune a f os t execu ta t , ce exp lic de ce nu es te un drep tungh idesena t n par tea de jos) .

T CYI execu t ins truc iunea MO VLW 55h i cite te MO VWF PO RT B. T CY2 execu t MO VWF PO RT B i cite te C ALL S B_ 1. T CY3 execu t o ape lare a subprogramu lui C ALL S B_ 1, i cite te

ins truc iunea BSF PO RT A, BIT 3. Pen tru c ins truc iunea aceas ta nu es te aceea de care avem nevo ie , sau nu es te pr ima ins truc iune a subprogramu lui S B_ 1 a c re i execu ie es te urm toarea n ord ine ,ins truc iunea trebu ie citit din nou . Aces ta es te un bun exemp lu a une iins truc iun i avnd nevo ie de ma i mu ltde un ciclu.

T CY4 ciclul ins truc iun ii es te tota l f olos it pen tru citirea pr ime iins truc iun i din subprogram la adresa S B_ 1.


54/100

P roiect de lice n

54

T CY5 execu t pr ima ins truc iune din subprogram S B_ 1 i cite te urm toarea .

y Se mni ica ia inilo r

PIC16F8 4 are un num r tota l de 18 pini. Ce l ma i adesea se g se te ntr-o capsu l de tip D IP18 dar se poa te g s i de asemenea i ntr -o capsu l SMD care es te ma i mic ca cea D IP. D IP es te prescur tarea de la D ua l In Package . SMD es te prescur tarea de la Sur f ace Moun t D ev ices sugernd c g ur ile pen tru pini unde s intre ace tia , nu sun t necesare n lipirea aces tui tip de componen t .

Fig. 4.2.3.1.e

Piniimicrocon troleru lui PIC16F8 4 (Fig. 4.2.3.1.e) au urm toarea semn ifica ie :

Pin nr .1 RA2 Aldo ilea pin la por tul A. Nu are f unc ie ad i iona l .Pin nr .2 RA3 Al tre ilea pin la por tul A. Nu are f unc ie ad i iona l .Pin nr .3 RA4 Alpa trulea pin la por tul A.TO CK1 care f unc ioneaz ca timer se g se te de asemenea la aces t pin.Pin nr .4 MCL R Rese teaz intrarea i tens iunea de programare Vpp a microcon troleru lui.Pin nr .5 VSS Alimen tare , mas .Pin nr .6 RB0 Pin de zero la por tul B. Intrarea ntrerupere es te o f unc ie ad i iona l .Pin nr . RB1 Pr imu l pin la por tul B. Nu are f unc ie ad i iona l .Pin nr .8 RB2 Aldo ilea pin la por tul B. Nu are f unc ie ad i iona l .


55/100


55

Pin nr.9RB3 Al treilea pin la portul B.Nu are func ie adi ional .Pin nr.10RB4 Al patrulea pin la portul B.Nu are func ie adi ional .Pin nr.11 RB5 Al cincilea pin la portul B.Nu are func ie adi ional .Pin nr.12 RB6 Al aselea pin la portul B. Linia de 'Clock' n mod

programare.Pin nr.13 RB7 Al aptelea pin la portul B. Linia 'Data' n modprogramare.Pin nr.14 Vdd Polul pozitiv al su rsei.Pin nr.15OSC2 Pin desemnat pentru conectarea la un oscilator.Pin nr.16OSC1 Pin desemnat pentru conectarea la un oscilator.Pin nr.17R A2 Al doilea pin la portul A.Nu are func ie adi ional .Pin nr.18R A1 Primul pin la portul A.Nu are func ie adi ional .

4.2.3.2 Con tructia circuitului de de voltare pentru P IC16F84A (Fig.4 .2.3 .2.a)

Fig. 4 .2.3 .2.a

A limentarea picului dupa cum se vede se face la 5V cu o tensiuneprovenita de la un stabilizator de tensiune( Fig.4 .2.3 .2.a).

Ansamblul 1,C2,C3 reprezinta circuitul oscilator.


56/100

P roiect de lice n

56

C ircuit ul o scilato r es te f olos it pen tru a da microcon troleru lui un ceas-clock . Ceasu l es te necesar pen tru ca microcon troleru l s execu te programu lsau ins truc iun ile din program .

O sc ila toru l XT (Q1) (Fig. 4.2.3.2.b)cu cr is ta l se a fl intr-o carcas

me ta lic cu do i pini pe care es te nscr is f recven a la care cr is ta lul osc ileaz .Ma i es te necesar c te un condensa tor ceram ic de 30pF cu ce l la lt cap t la mas de a ficonec ta i la fiecare pin.

Fig. 4.2.3.2.b

O sc ila toru l i condensa tor ii po t fi ncapsu la i mpreun ntr -o carcas cu tre i pini. n asemenea e lemen t se nume te rezona tor ceram ic i es te

reprezen ta t n scheme ca ce l de ma i jos . Pinii cen tra li a i e lemen tului sun tmasa , iar pinii term ina li sun t conec ta i la pinii O SC1 i O SC2 a imicrocon troleru lui. Cnd se pro iec teaz un apara t, regu la es te s plasa iosc ila toru l c t ma i aproape de microcon troler , pen tru a e limina or ice inter f eren de pe liniile pe care microcon troleru l pr ime te t ac tul de ceas .D up a limen tare , osc ila toru l ncepe s osc ileze (Fig. 4.2.3.2.c) . O sc ila ia la ncepu t are o per ioad i o amp litud ine ins tab ile , dar dup un timp dev in s tab iliza te .


57/100


57

Fig. 4.2.3.2.c

Am a les un osc ila tor XT (Fig. 4.2.3.2.a)

R e ziste nta de r e set . R1 es te f olos it pen tru a pune microcon troleru l ntr-o cond i ie cunoscu t '. Aceas ta nseamn prac tic c microcon troleru lpoa te s se compor te incorec t n une le cond i iinedor ite . Pen tru a con tinua s f unc ioneze corec t trebu ie rese ta t, nsemnnd c to ireg is tr ii vor fi pu i ntr-o s tare de s tar t. Rese tul nu es te f olos it numa i cnd microcon troleru l nu se compor t cum vrem no i, dar poa te de asemenea s fie f olos it cnd se ncearc un mon ta j ca o ntrerupere ntr-un program de execu ie sau cnd se preg te te un microcon troler de a citiun program .Pen tru a preven i a jungerea

unu i zero log ic la pinu l MCL R acc iden ta l (linia de deasupra nseamn c rese tul es te ac tiva t de un zero log ic), MCL R trebu ie s fie conec ta t pr intr-un rez is tor la po lul poz itiv a l surse i de a limen tare . Rez is toru l trebu ie s fie ntre 5 i 10k . Aces t rez is tor a c ru i f unc ie es te de a men ine o anum it linie la

s tarea log ic unu ca o preven ire , se nume te o scoa tere-pu llup .

4 .2.4 Alime ntar e a circuitului e le ctr ic .

4 .2.4 .1 Stabilir e a te nsiunilo r de alime ntar e .

n genera l, a limen tarea corec t es te de o impor tan max im pen tru f unc ionarea corec t a s is temu lui cu microcon troler . Poa te fi u or compara t cu resp ira ia unu i om n aer . Es te ma i probab il ca un om care resp ir n aer cura t va tr i ma i mu lt dec t un om care locu ie te ntr un med iu po lua t. Pen tru o f unc ionare corec t a or ic ru i microcon troler , es te necesar s of er im o surs


58/100

Proi ec t de lice n

58

stabil de alimentare, un reset sigur n momentul n care l porni i i unoscilator.

Avem nevoie de asigurarea a 2 tipuri de alimentari:1. Alimentarea circuitelor integrate (PIC,L293 B,) precum i a circuitului

senzorial care se face cu o tensiune de 5V,ea este asigurata cu ajutoru unuistabilizator de tensiune de la o surs alimentare de 7Vcc.

2. Alimentarea motoarelor de c.c cu o tensiune de 7Vc/c se face direct dela surs de alimentare extern (transformator electric cu o puntesabilizatoare).

4.2.4.2 Circutul tabili ator de ten iune,fuctionare.( Fig4 .2.4 .2.a )

Fig4 .2.4 .2.a

Conform specifica iilor tehnice oferite de produc torulmicrocontrolerului PIC, tensiunea de alimentare ar trebui s se ncadreze ntre 2.0V i 6.0V pentru toate versiunile. Cea mai simpl solu ie estefolosirea stabilizatorului de tensiune LM7805 CV care ofer tensiune stabil de+5V la ie ire.O astfel de surs este ilustrat n figura de mai sus.

Pentru a func iona corect sau pentru a avea o tensiune stabi lizat la 5Vla ie ire (pinul3 Fig 4 .2.4 .2.b) tensiunea de intrare ar trebui s fie ntre 7V i24 V.


59/100


59

Fig 4.2.4.2.b

Alimen tarea circu itului se f ace de la borne le une i surse de tens iune cu o tens iune de v i un curen t de 1 A.Alimen tarea circu itului se va pu tea intrerupe cu a jutoru l comu ta toru lui cu 2 poz i ii S1.

Condensa toru l C1 se pune pt a filtra tens iunea de s tab iliza ta de 5v a tunc i cand ea var iaz intr-o gama f oar te mica de aprox 0,3v.Var ia ia tens iun iiapre din cauza consumur ilor dif er ite pe un ita tea de timp a circu ite lor a limen ta te .

Semna lizarea tens iun ii de a limen tare de 5v in circu it se f ace op tic cu a jutoru l unu i led D 1.Intruca t tens iunea de a limen tare a circu itului es te de 5Vs i tens iunea de a limen tare a ledu lui es te de 1,5v ,pen tru ca ledu sa nu se arda daca i-l a limen tam cu 5V vom f olos i o rez is ten a conec ta ta in ser ie cu ledu asa ca in (Fig 4.2.4.2.c)

.D imens ionarea rez is ten e i .

Fig 4.2.4.2.c.


60/100

Proi ec t de lice n

60

5 1,7 3,33,3 165

0,02

R D

R

U U U V

U R

I

! ! !

! ! ! ;

Valoarea rezisten ei este determinat de curentul care trebuie scircule prin led. Curentul maxim care poate curge printr-un led a fost stabilitde produc tor. Ledurile cu randament maxim pot produce rezultate bune cuun curent mai mic de de 2mA. Pentru a determina valoarea rezisten ei serie,trebuie s cunoa tem valoarea tensiunii de alimentare. De aici sc demtensiunea care cade pe led. Aceast valoare va varia de la 1,2v la 1,6v,depinznd de culoarea ledului.R spunsul este valoarea lui Ur. Folosindaceast valoare i curentul care vrem s circule prin LED (ntre 0.002A i0.01A) putem s afl m valoarea rezisten ei cu ajutorul formulei:R= UR / I.

Curentul meu care poate circula prin led astfel incat sa respecteparametri de functionare a ledului este de 0.01A

4.3.1 P artea de pro ramare a robotului.

4.3.1 M odul de pro ramare

Programarea picului se va face cu ajutorul unei pl ci de programare (Fig4 .3 .1 b) conectat la un PC prin intermediul unui cablu de programare.Codulsursa este editat intr-un soft de programare MPLABIDE V 7.6 Limbajul deprogramare cu care lucreaza MPLAB este Assambler.

Programul scris este salvat cu extensia .HEX apoi este incarcat intr-unalt soft Valleman PIC Programmer v2.6.0.(Fig 4 .3 1a) care realizeazatransferul lui spre placa de programare spre PIC.

Ca un rezultat al procesului transl rii unui program scris n limbaj de

asamblare ob inem fi iere ca:Fi ier de executare (ProgramName.HEX)Fi ier de erori program (ProgramName.ERR)Fi ier list (ProgramName.LST)


61/100


61

Primul fi ier con ine programul translat ce este citit n microcontroler prinprogramareare. Con inutul lui nu poate da orice informa ie programatorului,a a c nu ne vom mai referi la ele n continuare.

Al doilea fi ier con ine posibile erorile ce au fo st f cute n procesul

scrierii, i ca au fost observate de translatorul de asamblare n timpulprocesului de translare. Erorile pot fi descoperite de asemenea ntr-un fi ier "list ". Acest fi ier este mai potrivit de i cnd programul este mare i vedereafi ierului "list " dureaz mai mult.

Al treilea fi ier este cel mai folositor programatorului. n el sunt con inutemulte informa ii, ca informa ii despre instruc iunile de pozi ionare i variabileledin memorie, sau semnalizarea erorii.

Fig4 .3 .1 a Valleman Pic Programmer


62/100


63/100


63

F cnd clic peOPTIONS---> DEVELOPMENT MODE, o nou fereastr apareca n imaginea: Fig :4.3.2.a

Fig : 4.3.2.a Trebuie s select m op iunea 'MPLAB-SIM Simulator' pentru c acolo

se va testa programul. n afar de aceast op iune, este de asemeneadisponibil op iunea 'Editor Only'. Aceast op iune este folosit doar dacdorim s scriem un program i prin programator s scriem ' hex file' ntr-unmicrocontoler. Selec ia modelului microcontrolerului este f cut n parteadreapt . Pentru c aceast carte este bazat pe PIC16F84 , trebuie selectatacest model.De obicei cnd ncepem s lucr m cu microcontrolere, folosim un simulator.

Dup cum nivelul cunoa terii va cre te, programul se va scrie ntr -unmicrocontroler imediat dup translare.

y Conceperea unui proiect

Pentru a ncepe s scriem un program avem nevoie s cream mai intiun proiect. F cnd clic pe PROJ ECT --> NE PROJ ECT se poate denumiproiectul si sa l memoram ntr-un director pe care-l dorim. n imaginea de mai

jos, este creat un proiect numit 'test.pjt' i memorat n directorulc:\PIC\PROJ EKTS\.

Acest director este ales pentru c autorii au ales acest director ncalculatorul lor. n general, un director cu fi iere este plasat de obicei ntr -undirector mai mare a c rui nume este asociat negre it cu con inutul lui. Fig : 4.3.2.b


64/100

Proi ec t de lice n

64

Fig : 4.3.2. b

Dup denumirea unui proiect, clic peOK.

Fig : 4.3.2.c

F cnd un clic pe "test [.hex]" se activeaz op iunea 'Node properties' n col ul din dreapta jos a ferestrei. F cnd clic pe ea ob ine i urm toarea

fereastr . Fig : 4.3.2.d


65/100


65

Fig : 4.3.2.d

Din aceast imagine observ m c sunt diferi i parametri. Fiecare felcorespunde la un parametru n "Command line". Pentru c memorareaacestor parametri este foarte necomfortabil , chiar interzis pentru ncep tori,s-a introdus ajustarea grafic . Din imagine observ m ce op iuni trebuiedeschise. F cnd clic peOK ne ntoarcem la fereastra anterioar unde "Addnode" este o op iune activ . F cnd clic pe ea ob inem urm toarea fereastrunde ne denumim programul asamblor. S -l denumim"Test.asm" pentru cacesta este primul nostru program n MPLAB Fig4.3.2.e.

.

Fig : 4.3.2.e

F cnd clic peOK ne ntoarcem la fereastra de nceput undeobserv m ad ugat un fi ier asamblor Fig : 4.3.2.g


66/100

Proi ec t de lice n

66

Fig : 4.3.2.g F cnd clic pe OK ne ntoarcem la fereastra de nceput unde observ mad ugat un fi ier asamblor Fig : 4.3.2.h

Fig : 4.3.2.h

F cnd clic peOK ne ntoarcem la mediul de dezvoltare MPLAB.

y Conceperea unui nou fi ier asamblor(scrierea un program nou)

Cnd partea "proiect" a lucrului este terminat , trebuie s ncepem sscriem un program. Cu alte cuvinte, un nou fi ier trebuie deschis, i se vadenumi "test.asm". n cazul nostru, fi ierul trebuie denumit "test.asm" pentruc n proiecte ce au doar un fi ier ( ca al nostru), numele proiectului i numelefi ierului surs trebuie s fie acelea i.


67/100


67

Un nou fi ier este deschis f cnd clic pe FILE>NE . Astfel ob inem ofereastr text n interiorul spa iului de lucru MPLAB.

y .Scrierea unui program

Numai dup ce toate opera iile precedente au fost terminate suntemcapabili s ncepem s scriem un program. Vom scrie programul de comandaaminirobotului paianjen.


68/100


69/100


69

comunicarea ce are loc ntre microcontrolere i om. Limbajul pe caremicrocontrolerul i omul l folosesc pentru a comunica este numit "limbaj deasamblare". Titlul nsu i nu are un n eles deosebit, i este analog numelor altor limbaje, de ex. engleza i franceza. Mai precis, "limbajul de asamblare"

este doar o solu ie trec toare. Programele scrise n limbaj de asamblaretrebuie traduse ntr-un "limbaj de zero-uri i unu-uri" pentru ca unmicrocontroler s -l n eleag . "Limbajul de asamblare" i "assembler-ul" sauasamblorul sunt dou no iuni diferite. Primul reprezint un set de regulifolosite n scrierea unui program pentru un microcontroler, iar cel lalt este unprogram n computerul personal care traduce limbajul de asamblare ntr-unlimbaj de zero-uri i unu-uri. Un program ce este tradus n "zero-uri" i "unu-uri" este numit "limbaj ma in , i este scris conform cu regulile de asamblare

sau ale altui limbaj pentru programarea microcontrolerului vezi Fig4 .3 .3 c. Omul poate n elege pentru c este constituit din semne i cuvinte ale

alfabetului. Cnd se scrie un program, trebuie urm rite unele reguli pentru ase ob ine un efect dorit. UnTranslator interpreteaz fiecare instruc iunescris n limbajul de asamblare ca o serie de zero-uri i unu-uri ce au osemnifica ie pentru logica intern a microcontrolerului.

Fig4 .3 .3 a

S lu m de exemplu instruc iunea "RETURN" pe care microcontrolerul ofolose te pentru a se ntoarce dintr-un sub-program.

Cnd asamblorul l traduce, ob inem o serie de zero-uri i unu-uri pecare microcontroleul tie cum s -l interpreteze.


70/100

Proi ec t de lice n

70

Exe m l : R ETU RN00 0000 0000 1000

Similar propozi iei de mai sus, fiecare instruc iune de asamblare este

interpretat ca i corespunznd unei serii de zero-uri i un

Minirobot Paianjen

Documents

Transcript of Minirobot Paianjen