FlexForm_z1

www.flexform.ro

Investeste in oameni!

FlexFORM – PROGRAM DE FORMARE PROFESIONALA FLEXIBILA PE PLATFORME MECATRONICE

MODUL II- MECATRONICĂ I PLATFORME MECATRONICE PENTRU

EDUCAȚIE ȘI FORMARE FLEXIBILĂMetode și tehnici de inovare și creativitate

Luigi Mistodie Department of Manufacturing, Robotics and Welding Engineering, “Dunarea de Jos” University of Galati

www.flexform.ro


CuprinsC1 - Metode și tehnici de inovare și creativitate • Noțiuni fundamentale privind mecatronica. • Prototiparea rapidă la scară. • Studiu de caz: Platforma LEGO Mindstorm. C2 - Platforme mecatronice reconfigurabile • Prototiparea rapidă la scară. • Limbajul grafic Lego Mindstorm Nxt – blocuri funcționale. • Elemente Lego de acționare și senzoriale. C3 - Creativitate • Conceptul Learning by doing. • Conceptul trial and error. • Cursuri de tip Hands-on. C5 - Metode interactive de lucru în grup • Analiza metodelor de lucru in grup. • Algoritmi de control. • Conceptul „6 thinking hats” C6 - Dezvoltarea gândirii integratoare • Integrarea în natură și în tehnologie. • Gândirea integratoare, axată pe ansamblu, de tip “top-down”. • Gândirea axată pe detaliu, de tip „bottom-up”

www.flexform.ro


1. Noţiuni introductive

• Introducere• Noţiuni fundamentale privind mecatronica• Mecatronica în practica şi educaţia

inginerească

www.flexform.ro


Metode şi tehnici de inovare şi creativitate

Competenţe generale • Cunoașterea şi înţelegerea conceptelor fundamentale impuse de tehnologia

mecatronică; • Exploatarea platformelor educaţionale în scopul stimulării transferului de

cunoaştere a capacităţii de adaptare a cursantului/elevului la dinamica pieţei muncii (programarea funcţionalităţii sistemelor mecatronice, cunoașterea, dezvoltarea şi implementarea tehnicilor de control);

• Prototiparea rapidă la scară redusă a sistemelor mecatronice (realizarea de sisteme mecatronice la scară utilizând structuri modulare reconfigurabile, programarea funcţionării);

• Gândirea sistemică, integratoare şi deprinderea de a lucra în echipă; • Capacitate de analiză şi sinteză globală a sistemelor moderne (mecatronice).

www.flexform.ro


Noţiuni fundamentale privind mecatronica

Fluxul tehnologic către integrarea mecatronică

Mecatronica este prezentă în toate domeniile de activitate

www.flexform.ro


Conceptul de mecatronică s-a născut în Japonia la începutul deceniului al optulea al secolului trecut. Termenul în sine a fost brevetat de către concernul Yaskawa Electric Co. şi a fost utilizat pentru a descrie fuziunea tehnologicǎ: mecanicǎ - electronicǎ – informaticǎ.

Mecatronica este tehnologia mecanică cerută de societatea informaţională. În tehnologia tradiţională, elementele de bază sunt materialul şi energia. În mecatronică, acestor două elemente li se adaugă informaţia

Conceptul de mecatronică

www.flexform.ro


Exemple de produse mecatronice

www.flexform.ro


Practic tot ceea ce numim produs de inalta tehnicitate este produs mecatronic. Automobilul modern, robotii, tehnica de calcul, tehnica de telecomunicatii, aparatura biomedicala, sistemele de transport inteligent, aparatura de cercetare, aparatura electrocasnica, aparatura cine-foto si audio-video, masinile agricole moderne etc., sunt exemple reprezentative de produse mecatronice.

www.flexform.ro


In industrie•Lagăre magnetice;•Elemente constructive ale maşinilor, cu electronică integrată;•Sisteme de injecţie electronice ;•Sisteme automate pentru comanda vehiculelor;•Maşini unelte cu comandă numerică;•Roboţi industriali;•Roboţi mobili şi păşitori, de diferite tipuri şi configuraţii;•Vehicule cu ghidare automată;•Avioane militare autonome;•Rachete autoghidate;•Sisteme pentru condiţionarea aerului;•Imprimante laser şi plottere;Sisteme pentru citirea/scrierea informaţiei

www.flexform.ro


Macro si Micro Mecatronica

www.flexform.ro


Relaţia material-energie-informaţie în tehnologia mecatronicăÎn tehnologia mecatronică informaţia este componenta dătătoare de ton. Această poziţie a informaţiei în raport cu materialul şi energia este motivată de următoarele: • informaţia asigură satisfacerea nevoilor spirituale ale omului; • numai informaţia asigură creşterea valorii nou adăugate a tuturor lucrurilor; • informaţia înseamnă cultură.

Relaţia material-energie-informaţie în tehnologia mecatronică

Mecatronica în practica şi educaţia inginerească

Proiectarea tradiţională

Proiectarea în mecatronică

www.flexform.ro


Sistemul de programare a sarcinilor

Controlerul de secveţe şi mişcare

Amplificatorul de putere Actuatorul Mecanismele şi transmisiile

mecanice Senzorii Dispozitivul de condiţionare a

semnalelor

Prototiparea rapida la scara redusa a sistemelor mecatronice (realizarea de sisteme mecatronice la scara utilizand structuri modulare reconfigurabile, programarea functionarii)Gandirea sistemică, integratoare si deprinderea de a lucra in echipaCapacitate de analiza si sinteza globala a sistemelor moderne (mecatronice)

Structura hard a unui sistem mecatronic

www.flexform.ro


Studiul mecatronicii reprezintă o problemă foarte complexă, întrucât, pe lângă cunoştinţe temeinice din domeniul mecanicii, electronicii şi tehnicii de calcul, studentul trebuie să înveţe şi cum să integreze aceste părţi în sistemele mecatronice, pentru a genera efectele sinergetice.

Experienţa multor universităţi prestigioase din lume a confirmat faptul că roboţii mobili şi, în special, roboţii LEGO programabili sunt sisteme mecatronice ideale, care pot fi utilizate pentru a emula competenţele inginereşti, interesul ştiinţific, ideile generale şi creativitatea studenţilor.

Studiul mecatronicii reprezintă o problemă foarte complexăÎntrebarea este: care sunt sistemele cele mai adecvate acestui scop?

www.flexform.ro


Prototiparea rapidă la scară • Obiectivele principale vizează familiarizarea cursanţilor cu conceptul de prototipare

rapidă la scară precum şi cu modulele mecatronice, respectiv componentele LEGO.• Noţiuni teoretice• Aplicaţii• Avantajele și dezavantajele componentelor LEGO: reconfigurabilitatea ușurinţa în montare modelele se realizează rapid softul de programare are o interfaţă prietenoasă Posibilitatea de a participa la competitii nationale si internationale Dezavantajul structurilor construite cu com ponentele Lego este fragilitatea și precizia

scăzută.

www.FIRSTLEGOleague.org www.usfirst.org/roboticsprograms/ftc www.wroboto.org

www.flexform.ro


• Sistemul LEGO Mindstorms NXT asigură un mijloc facil şi eficient de a configura şi reconfigura structuri de roboţi mobili. El conţine:

• Elemente mecanice, incluzând piese LEGO utilizate pentru a construi structuri mecanice, dar şi diferite tipuri de cuple (articulaţii), pinioane, curele etc.;

• Elemente electrice şi electronice: motoare, diferite tipuri de senzori, sisteme de comandă cu microcontrollere, interfeţe om-maşină, interfeţe între PC şi microcontroller;

• Software pentru dezvoltarea programelor de comandă a structurilor LEGO.

Competente dobandite:• Programarea functionalitatii sistemelor mecatronice, cunoasterea, dezvoltarea si implementarea tehnicilor de control• Prototiparea rapida la scara redusa a sistemelor mecatronice (realizarea de sisteme mecatronice la scara utilizand structuri

modulare reconfigurabile, programarea functionarii)• Gandirea sistemică, integratoare si deprinderea de a lucra in echipa• Capacitate de analiza si sinteza globala a sistemelor moderne (mecatronice)

Controller-ul LEGO NXTServomotoare CCSenzori analogici si digitaliGama larga de componente mecanice

www.flexform.ro


Aspecte vizate in procesul educational • Notiuni generale de electronica (know-how al elementelor electronice

aferente LEGO)• Programare in mediile BrixCC si NXC• Interfatare senzori avansati (ex.: senzor de tip busola)• Conceperea si constructia unei structuri mecanice dupa specificatii date

(tip busola)• Principiile programarii secventiale a miscarii• Programarea a unei metode de control pentru busola mecanica• Notiuni introductive metode de control (on-off, histereza, P, PID)• Constructia sistemelor de pozitionare• Programarea microcontrolerelor (de tip P) in mediile NXT-G • Programarea microcontrolerelor (de tip P si PID)

www.flexform.ro


2.1 Notiuni introductive privind sistemele reconfigurabile

- Program de formare profesionala flexibila pe platforme mecatronice


Kitul Mindstorms NXT reprezintă cea de-a doua generatie de componente LEGO didactice. Faţă de prima versiune, oferă un nou design al componentelor mecanice, un controler programabil cu putere sporită de calcul și un set extins de senzori. Platforma este de tip open source astfel pot fi creaţi noi tipuri de senzori și actuatori compatibili. Kit-ul educaţional LEGO Mindstorms NXT conţine controlerul inteligent NXT, trei servomotoareun senzor de contacti, un senzor ultrasonic, un senzor de lumină si un senzor de sunet, o baterie reîncărcabilă, conectori și componente lego. Aceste componente pot fi utilizate pentru a interacţiona cu mediul cu care vine în contact.

Studiu de caz: Platforma LEGO Mindstorms

Parteneri LEGO® MINDSTORMS® Education (LEGO Group)National Instruments, www.NI.com. CEEO at Tufts University, www.LEGOengineering.comCarnegie Mellon University, Carnegie Mellon University’s Robotics Academy, Pittsburgh, www.cmu.edu

Dezvoltatori de senzori compatibiliHiTechnic, www.hitechnic.com Vernier, www.vernier.com NXT LogIt (DCP Microdevelopments), www.logitworld.com TETRIX® (Pitsco), www.LEGOeducation.us



Descrierea programuluiPentru construirea unui robot exista trei pasi:•construirea robotului•Programarea robotului•Testarea programului

Cu ajutorul componentelor LEGO se poate construi aproape orice fel de structura



2.2 Platforma LEGO Mindstorms

Lego Mindstorms: O provocare pentru competitie si educatie in mecatronica



Constructia unei pltforme mecatronice mobile

Asamblarea structurii mecanice (a se vedea anexele)



Baza mobila

Instructiunile pentru construirea bazei mobile gasesc in anexele atasate suportului de curs.Aceasta trebuie sa arate in final, ca in figura alaturata.

Programarea bazei mobile se realizeaza in softul NXT-G.



Programarea bazei mobileMai jos sunt afisate blocurile de comanda pentru programarea bazei mobile, pentru fiecare bloc fiind afisat panoul de comanda cu setarile necesare. Primul bloc executa o miscare de avans (5 rotatii pentru fiecare motor), puterea motorului fiind la 75%. Cel de-al doilea bloc are aceleasi setari, diferenta fiind directia deplasarii motoarelor.



Detectarea culorii

Pentru ca platforma sa poata detecta culorile are nevoie de un senzor de culoare, ca si cel din figura de mai jos. Acesta se prinde pe platforma si se conecteaza la potul 3 al NXT-ului.



Programarea

In figura alaturata este prezentat programul pentru detectia culorii. In prima faza sunt selectate motoarele B si C pentru a se deplasa inainte.Senzorul de culoare este selectat sa reactioneze la culoarea rosie.

Motoarele avanseaza pana cand senzorul intalneste culoarea rosie.

Al doilea bloc din program este un bloc de asteptare. Din categoriile pe care le are acest bloc, se selecteaza senzorul de culoare pe portul 3.



In figura alaturata este prezentat panoul de comanda pentru al treilea bloc din program. Platforma, dupa ce senzorul detecteaza culoarea rosie, este programata sa se intoarca.

Motorul B face 2.65 rotatii cu puterea la 75%, dupa care se opreste. Ultima figura reprezinta panoul de comanda a ultimului bloc din program. Motoarele B si C fac 4 rotatii cu puterea de 75%, pentru ca, in final, platforma sa ajunga in punctul de unde a plecat



Programarea

Blocurile pentru controlul shooter-ului sun prezentate in figura alaturata.

Platforma se deplaseaza inainte avand lumina verde aprinsa. Motoarele executa o rotatie si jumatate cu o putere de 50%, dupa care platforma se opreste pentru 0.5 secunde. Culoarea senzorului se schimba in rosu, dupa care platforma se opreste.



Motorul A executa o rotatie, moment in care prima bila din stativ este aruncata.

Culoarea senzorului se schimba din rosu in albastru, pentru ca apoi platforma sa vireze la stanga, motorul B executand o rotatie si jumatate cu puterea de 75%.

In final, motoarele B si C executa o rotatie si jumatate cu o putere de 75% pentru a ajunge in punctul de start al platformei.

Ciclul acesta se repeta la infinit



Localizarea obiectelor

Platforma se misca in cerc avand lumina verde aprinsa.

Programul pentru localizarea obiectelor este cel din figura alaturata, iar descrierea sa este prezentata mai jos.

Senzorul de culoare se conecteaza la portul 3 si se selecteaza culoarea verde



In momentul in care platforma intalneste un obstacol la o distanta mai mica de 40 cm, platforma se opreste iar senzorul isi schimba culoarea din verde in albastru si scoate un sunet de avertizare.

Daca obiectul nu isi modifica pozitia, senzorul isi schimba culoarea din abastru in rosu, iar platforma incepe sa arunce cate o bila la un interval de 2 secunde pana obstacolul isi modifica pozitia.



Senzori si actuatori aferenti platformei

Platforma are in dotare 4 senzori, si anume: senzorul tactil, senzorul de sunet, senzorul de lumina si senzorul de ultrasunete. Cu ajutorul acestor senzori, robotul poate executa diferite comenzi, cum ar fi sa reactioneze la impactul cu un anumit obstacol, sa raspunda la comenzi vocale, sa urmareasca un anumit traseu sau sa evite diverse obstacole.



Robotul se deplaseaza pe 3 roti, dintre care 2 sunt conduse de 2 servo motoare. Se poate deplasa astfel inainte, inapoi si, de asemenea, poate executa si viraje. Cea de-a treia roata este o roata pivotanta. Cel de-al 3-lea servo motor este pentru a-i misca griperul, care il ajuta la prinderea obiectelor.in figura alaturata se poate observa structura interna a unui servomotor LEGO.

Senzori si actuatori aferenti platformei



Programarea structuriiProgramarea se face cu ajutorul softului Lego Mindstorms NXT. Aceasta consta in a impune miscari motoarelor si in a actiona senzorii. Dupa ce programul este gata se downloadeaza in NXT(„creierul robotului”), astfel, robotul executand miscarile care i-au fost comandate.



Principiile pasirii bipedePasirea bipeda se realizeaza prin schimbarea centrului de greutate in momentul deplasarii de pe un picior pe celalalt. Trunchiul se deplaseaza inainte, schimbandu-si centrul de greutate inaintea bazei de sustinere care este formata din membrele inferioare. Acelasi principiu este valabil atat pentru corpul uman, cat si pentru un robot biped.



Asamblarea picioarelor dupa instructiuni

Alpha-rex

(a se vedea instructiunile din anexe)



Programarea fazelor mersuluiPentru programarea robotului se foloseste softul NXT-G. Fiecare picior se programeaza individual, acestea fiind actionate fiecare de

catre un motor. Blocurile folosite in programarea fazelor mersului sunt cele de “move” si

“wait”, cu ajutorul carora robotul este programat sa se deplaseze inainte, inapoi si sa se roteasca. Senzorii tactili folositi pentru constructia pasitorului biped sunt folosite pentru oprirea robotului in momentul apasarii acestora.

Date post:	06-Dec-2015
Category:	Documents
Upload:	laura-vaught
View:	212 times
Download:	0 times

FlexForm_z1

Documents