UNIVERSITATEA DIN ORADEAFACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ŞI TEHNOLOGICĂ

DOMENIUL MECATRONICĂ ŞI ROBOTICĂ

SPECIALIZAREA ROBOTICĂ

REFERAT LA DISCIPLINAMICROROBOŢI

Student: Tőtős István Grupa: 841

SISTEME DE DEPLASARE SPECIFICE MINIROBOŢILOR

1. Particularităţi ale roboţilor reconfigurabili

Roboţilor mobili li se impun condiţii în ceea ce priveşte adaptarea la medii în schimbare, cu informaţie incertă / incompletă. Ca urmare, s-au dezvoltat sistemele robotice care realizeză operaţiuni de deplasare controlată, reconfigurare şi auto-multiplicare (R şi A-M), [2], [3]. Una din caracteristicile acestora constă în structura lor modulară. Dacă modulele sunt identice, structurile obţinute sunt omogene, caz în care funcţia unui modul este dată de poziţia lui în structura ansamblului. Spre deosebire, roboţii eterogeni, sunt alcătuiţi din module diferite, fiecare cu o structură adaptată funcţiei sale.

În funcţie de modul de aranjare a modulelor, se disting două structuri: roboţii de tip lanţ (Fig.1a) ce au inspiraţie biologică şi amintesc de şerpi, viermi sau insecte, modulele fiind aşezate în serie, dar şi arborescent, dacă sunt necesare anumite ramuri; structura de tip latice (Fig. 1b), care este asemănătoare unei reţele cristaline şi în care fiecare nod defineşte poziţia unui element.

a. b.

Fig.1 Exemple de structuri tip lanţ (a); şi de tip lattice (b)

Studiul roboţilor reconfigurabili şi cu abilităţi de auto-multiplicare presupune desfăşurarea unor cercetări în următoarele direcţii: investigarea structurilor posibile şi a strategiilor de reconfigurare, cuplarea / decuplarea modulelor, autonomia operaţională şi capacitatea modulelor de a comunica între ele sau/şi cu un sistem de comandă central, păstrarea comportării în condiţiile separării modulelor, planificarea traiectoriilor de deplasare şi de reconfigurare, conceperea unei scene de lucru adecvată sarcinilor de executat, comanda globală a deplasării sau a operaţiilor de reconfigurare, precum şi cercetarea modalităţilor de deplasare în condiţiile unei mobilităţi maxime.

2. Analiza comparativă a unor sisteme de deplasare

În tabelul 1 sunt sistematizate modalităţile de locomoţie utilizate în robotică, în corespondenţă cu sistemele de acţionare specifice, [8], [12]. Acţionarea mini şi microroboţilor mobili trebuie să răspundă unor constrângeri suplimentare: putere mică / eficienţă mare, control simplu, să reziste în medii ostile. În acelaşi timp, aceste sisteme miniaturizate, trebuie să traverseze terenuri cu obstacole mai mari decât propriile dimensiuni, să dispună de mecanisme simple de escaladare, să fie uşor de realizat.

Deplasarea roboţilor R şi A-M, de tip lanţ se obţine prin mişcarea coordonată centralizat a modulelor, care realizează târâre, păşire sau chiar rostogolire. Locomoţia celor de tip matrice rezultă în urma reconfigurării acestei dispuneri a elementelor, astfel încât să fie deplasat centrul de masă al întregii structuri, viteză fiind redusă. Modulele sunt omogene, iar poziţiile lor sunt strict limitate la nodurile discrete ale reţelei, ceea ce constuie un avantaj în privinţa comenzii.

Tab.1.Modalităţi locomoţie Căi de rulare Acţionarea

Fără roţi - pe perii (târâre)- pe picioare înclinate(fără păşire)- pe picioare (păşire)

Electromecanică, Piezoelectrică, Actuatori pe bază de memoria formei, - Electrostatică

- fără contact Pneumatică, Electrostatică, Electromecanică

Cu roţi - pe roţi Electromag-netică

- motoare de c.c., motoare pas cu pas

Piezoelectrică - micromotore ultrasonice

Pneumatică - motoare rotative

Cu şenile - pe şenile Electromecanică, Pneumatică

Sisteme hibride

- cu roţi şi picioare- cu roţi şi şenile

Electromagnetică, Piezoelectrică, Actuatori pe bază de memoria formei

Fig. 2 Exemple de sisteme de locomoţie ale roboţilor R şi A-M

În figura 2 sunt prezentate cele mai reprezentative sisteme de deplasare specifice roboţilor modulari R şi A-M, [1], [6], [7]:

a – prin târâre, b – prin păşire, c- prin rostogolire, d – prin căţărare, e – prin răsturnare (tumbling), f – pe principiul cascadei. La acestea se mai adauga si deplasarea pe şenile, pe roţi, de tip inchworm, pe principiul undei călătoare (deplasabilă), etc.

3. Contribuţii privind deplasarea de tip inchworm şi pe roţi

Contribuţia autorilor în acest domeniu este focalizată pe dezvoltarea de modele experimentale cu locomoţie de tip inchworm şi pe roţi, având diferite soluţii de acţionare [4]. Caracteristica comună a prototipurilor dezvoltate constă în faptul că în structura lor se regăsesc două module, mobile pe direcţie axială una faţă de alta, pentru a realiza un pas al deplasării. Acestea sunt suţinute de picioare înclinate care transformă mişcarea liniară bidirecţională în mişcare unidirecţională.

În figura 3 este prezentat un microrobot acţionat prin intermediul unui actuator electromagnetic liniar. Include în structură un electromagnet alcătuit dintr-o bobină (6) şi o armătură de tip plonjor (8), un arc elicoidal (7), două elemente profilate (1,2), un opritor (3), patru picioare miniaturizate (5, 5’). Mişcarea în ambele sensuri, generată de către forţele elastică şi electromagnetică este transformată în mişcare unidirecţională de către picioarele (5, 5’) care se află în contact cu suprafaţa de deplasare, dispuse la baza elementelor (1, 2). Deplasarea microrobotului este posibilă numai pe suprafeţe plane. Microrobotul are dimensiunile [10x15x10] mm3 şi cântăreşte aproximativ 2 g.

Fig. 3 Schema structurală, modelarea geometrică şi fotografia modulului cu actuator electromagnetic liniar.

Acelaşi principiu de deplasare este specific si sistemului mobil din figura 4. Acţionarea este asigurată de un piston pneumatic miniaturizat, cu simplă acţiune, de tip Festo EG-4-20-PK-2, prin aplicarea unor impulsuri de presiune de o anumită durată. Mărimea unui pas este 25 mm, egală cu cursa pistonului, [5].Spre deosebire de primele doua exemple, în cazul sistemului mobil din figura 5, cele doua module cu mişcare relativă nu sunt dispuse pe direcţie axială, unul după celălalt, ci sunt alăturate, paralele cu direcţia de deplasare. Pentru acţionare se utilizează un motor pas cu pas bipolar si o transmisie şurub – piulită. Dimensiunile acestuia sunt 75 mm lungime, 45 mm lăţime, 38 mm înălţime şi are greutatea de 50 g. Elementele din structură sunt motorul pas cu pas 1, şurubul 2, piuliţa 4, ghidajul 5, cele două platforme 3,6, cele şase picioare 7 câte patru pe fiecare platformă. Motorul este comandat prin intermediul unui PC, celor două faze de realizare a unui pas corespunzând sensuri diferite de rotaţie a axului motorului.

Fig. 4 Schema microrobotului cu actuator pneumatic liniar şi fazele efectuării unui pas

b. c.

a. d.

Fig. 5. Sistem mobil inchworm cu motor pas cu pas.

În figura 6. sunt date cateva exemple de sisteme mobile cu deplasare pe roţi, [11]. Au în structură câte două roţi motoare, acţionate de motoare de c.c. prin intermediul unor transmisii cu roţi dinţate sau cu curea, şi o roată de sprijin. Sunt echipate cu sisteme senzoriale diferite, funcţie de aplicaţia urmărită.

Fig. 6. Sisteme robotice mobile cu deplasare pe roţi