Lucrarea sintetizează contribuția echipei române la derularea parteneriatului Leonardo da Vinci cu titlul RECAP - REmote Controlled Arm Project și a fost prezentată la Cercul Pedagogic - Discipline Tehnice, desfășurat la Colegiul Tehnic Domnul Tudor Drobeta Turnu Severin în data de 14.12.2012. Proiectul RECAP a fost finanţat cu sprijinul Comisiei Europene . Această comunicare reflectă numai punctul de vedere al autorilor şi Comisia nu este responsabilă pentru eventuala utilizare a informaţiilor pe care le conţine.

1. Proiectul de Parteneriat LdV
RECAP - Diseminare
Prof. ing. Mihai Agape
Prof. ing. Maria-Genoveva Agape
Palatul Copiilor şi Elevilor Drobeta Turnu Severin
Cercul Pedagogic – Discipline Tehnice
Colegiul Tehnic Domnul Tudor, 14.12.2012

2. Scopul lucrării
Prezentarea contribu iei echipeiț
române la derularea parteneriatului
Leonardo da Vinci RECAP.

3. Date generale despre proiect
 Programul: Învăţare pe tot Parcursul Vieţii
 Subprogramul: Leonardo da Vinci
 Acţiunea: Parteneriate Leonardo da Vinci
 Nr. de referinţă: LLP-LdV/PAR/2010/RO/023
 Titlul proiectului: Remote Controlled Arm Project
 Acronimul: RECAP
 Beneficiarul: Palatul Copiilor şi Elevilor Drobeta
Turnu Severin
 Contract nr.: 33 din 05.10.2010
 Perioada: 01.08.2010 – 31.07.2012
 Suma totală: 14.000 EURO

4.  Acest proiect a fost finanţat cu sprijinul Comisiei
Europene .
 Această comunicare reflectă numai punctul de
vedere al autorului şi Comisia nu este responsabilă
pentru eventuala utilizare a informaţiilor pe care le
conţine.

5. Partenerii proiectului RECAP
 Śląskie Techniczne Zakłady Naukowe –
Katowice, Polonia (coordonator).
 Beypazari Teknik Ve Endüstri Meslek Lisesi –
Beypazari, Turcia.
 Lycée Henri Vincenot – Louhans, Franţa.
 Wyższa Szkoła Technologii Informatycznych
w Katowicach – Katowice, Polonia.
 Palatul Copiilor şi Elevilor Drobeta Turnu
Severin – Filiala Orşova, România.

6. Scopul parteneriatului
 Proiectarea şi realizarea unui braţ robotic
care să funcţioneze atât în conformitate cu un
program prestabilit cât şi acţionat de la
distanţă.

7. PARTEA MECANICĂ
Design-ul unui bra robotic subac ionatț ț

8. Katowice, 11/30/2010
Claudia

9. Schi a bra ului robotic (primaț ț
întâlnire de proiect de la Katowice)

10. Flexia degetului cu 1 tendon

11. Extensia degetului cu arcuri

12. CF (Cheap Finger) – 2 versiuni
Giulia

13. CF1 – Or ova, martie 2011ș

14. CF2 – Louhans, aprilie 2011

15. Deget proiectat în software 3D
Mihai

16. Design pentru imprimanta 3D
(Orsova, martie 2011)

17. Design pentru imprimanta 3D
(II)

18. PAUZĂ (PARTEA MECANICĂ)
După întâlnirea de proiect de la Louhans (Fran a) din aprilie 2011ț
s-a adoptat designul bra ului robotic proiectat de echipa polonezăț

19. Bra ul robotic polonezț

20. RESTART
Ianuarie 2012, după ce am văzut că realizarea păr ii mecanice,ț
conform deciziilor adoptate la Louhans, nu se poate respecta.

21. Obiective pentru deget i mânăș
Bună abilitate de apucare
Simplitate
Greutate redusă
Cost mic
Posibilitatea realizării manuale

22. Mâini robotice antropomorfe
© Shadow Robot
Company 2008
© Robotics Laboratory,
Laval University, Québec,
Canada

23. Solu ia propusă pentru degetț
(Pro ENGINEER Schools Edition)

24. Analiza pozi iei degetului în regimț
static
 Pozi ia relativă a falangelor degetuluiț
este determinată de tensiunea din
tendon, diametrele scripe ilor iț ș
caracteristicile arcurilor de torsiune
(constantele elastice i pretensionarea)ș
 Pentru simplificarea calculelor
presupunem că nu există
 Gravita ieț
 Frecare

25. Pozi ia degetului în cazul staticț
(GeoGebra)

26. Calculul unghiurilor de rota ie aleț
articula iilorț
 Momentul activ(Ma)
 For a activăț
 Tensiunea în tendon
 Unghiurile articula iilorț
 Bra ul for eiț ț
 Momentul rezistent(Mr)
 Unghiul de rota ie al articula ieiț ț
 Constanta elastică i pretensionarea arculuiș
 Ma = Mr => Unghiul de rota ie al articula iei în func ieț ț ț
de for a aplicată tendonuluiț
 Rela ia dintre unghiurile de rota ie ale articula iilor iț ț ț ș
unghiul de rota ie al servouluiț

27. Rela iiț
(articula ia metacarpofalangiană)ț

28. Simularea flexării degetului
 Parametri
 Lungimile falangelor: l1 = 45mm, l2 = 25mm,
l3 = 25 mm
 Razele scripeților: r1, r2 și r3
 Constantele arcurilor: k1, k2 și k3
 Pretensionarea arcurilor: α1i, α2iși α3i
 Date calculate (în funcție de F)
 Unghiurile articulațiilor: α1, α2 și α3
 Unghiul servomecanismului: α0

29. Cazul I: r1=r2=r3=6mm
k1=k2=k3, α1i=α2i=α3i=0

30. Cazul II: r1=r2=r3=6mm
k1=4k0, k2=2k0, k3=k0, α1i=α2i=α3i=900

31. Cazul III: r1=8mm, r2=4mm, r3=4mm
k1=4k0, k2=2k0, k3=k0 , α1i=α2i=α3i=900

32. Proiectarea unui deget metalic
(SF1)

33. Prototipul degetului (SF1)
 Falange: tablă de aluminiu de 0,8 mm
 Articula iiț : uruburi M2ș + tuburi de plastic
 Scripe iț : Plexiglas de 4 mm
 Arcuri: coardă de chitară de 0,4 mm
 Tendon: fir de nylon de 0,5 mm

34. Design-ul mâinii (Palma)

35. Design-ul mâinii (+ degete SF2)

36. Design-ul mâinii (+ servouri
integrate în palmă)

37. Design-ul mâinii (+ degetul mare
& 2 servouri)

38. Design-ul mâinii (+ capacul
palmei)

39. Design-ul mâinii (+ servouri pentru
încheietura mâinii)

40. Design-ul mâinii

41. Suportul bra uluiț

42. Bra ulț

43. Antebra ulț

44. Bra ul i antebra ulț ș ț

45. Bra ul roboticț

46. Desenul desfă urat pentruș
metacarpianul degetului mare

47. Tablă de aluminiu

48. Realizarea mâinii

49. Realizarea mâinii (Palma)

50. Realizarea mâinii (Palma)

51. Realizarea mâinii
Ema, Ovidiu, Emi, Giulia, Robi, Bogdan

52. Mâna (asamblată)

53. Mâna (+ încheietura mâinii)

54. Compara ie între 2 mâiniț
- mâna proiectată de polonezi i realizată de francezi (echipaș
română a primit un exemplar abia în mai 2012, la Katowice)
- mâna românească

55. Testarea mâinii române ti cu ajutorul controlerului francezș
(Katowice, mai 2012 – Mihai Agape, Fabien Autreau)

56. Testarea mâinii române ti a captatș
interesul partenerilor

57. Adăugarea antebra uluiț

58. Adăugarea bra uluiț

59. Ultimele 2 servomecanisme
(28.08.2012)

60. Bra ul robotic românescț

61. Implica ii asupra activită iiț ț
cercului
 Cadrul didactic i o parte din elevi au învă atș ț
să folosească, la diferite niveluri, programul
de proiectare 3D Pro/ENGINEER (mul umiriț
reprezentan ilor firmei PTC pentru acordareaț
de licen e gratuite)ț
 Elevii au participat la competi ii de proiectareț
3D atât în anul 2011 cât i în anul 2012, înș
ultimul an ob inându-se i rezultate valoroaseț ș

62. 2012 Extreme Redesign Contest
www.DimensionPrinting.com/extremeredesign

63. PARTEA ELECTRONICĂ
Controler pentru comanda mâinii robotice
Controler pentru sistemul de captură a
mi cării bra ului (SCAM)ș ț

64. Controler pentru comanda mâinii
robotice - Specificaţii
 Controlerul trebuie să comande cele 6 servomotoare
(2 servomotoare pentru degetul mare şi câte unul
pentru fiecare din celelalte degete) care acţionează
degetele în conformitate cu comenzile primite de la
un calculator şi în funcţie de forţa de apăsare a
degetelor.
 Cerinţe:
 6 ieşiri PWM
 5/6 intrări analogice
 port serial
 interfaţa TWI

65. Soluţii pentru satisfacerea
specificaţiilor
 Interfeţe pentru comunicaţii
 Ieşiri PWM: se utilizează ieşiri digitale şi
semnalul PWM este generat prin software.
 Intrări analogice: se măsoară curentul care
trece prin servomotoare, acesta fiind
proporţional cu cuplul motor al servomotorului
şi implicit cu forţa de apăsare a degetului
 Alegerea microcontrolerului: am ales
microcontrolerul ATmega8

66. Schema electrică a controlerului

67. Dispunerea componentelor şi
circuitul imprimat (vedere top)

68. Circuitul imprimat (vedere bottom)

69. Dispunerea componentelor pe faţa
top (vedere top)

70. Dispunerea componentelor pe faţa
bottom (vedere bottom)

71. Vedere 3D (faţa top)

72. Vedere 3D (faţa bottom)

73. Sistemul pentru captura mi căriiș
SCAM – Specifica iiț
 Sistemul de captură al mi cării bra ului măsoarăș ț
mi cările articula iilor bra ului uman:ș ț ț
 Palma
 Flexia / extensia medie a degetelor
 Rotirea degetului mare
 Flexia / extensia i adduc ia abduc ia încheieturiiș ț ț
mâinii
 Rotirea antebra uluiț
 Extensia / flexia cotului
 Flexia / extensia, adduc ia / abduc ia iț ț ș rotirea
umărului

74. Componentele SCAM

75. Mi cări capturateș

76. Prezentare sistem MOCA
(Beypazari, septembrie 2011)

77. SCAM (Katowice, mai 2012)

78. SCAM – Partea electronică

79. SCAM – Schema sursei de
tensiune

80. SCAM – Schema controlerului

81. SCAM – Convertorul USB-serial
Schema electrică

82. Controler (compozit)

83. Controler SCAM (Top)

84. Controler SCAM (Bottom)

85. Software

86. Software pentru controler (C)
 Citirea senzorilor (10 bi i)ț
 Temporizare RC – (divizare cu 4 sau 8)
 ADC – rezolu ie de 10 bi i10 bits resolutionț ț
 Codarea datelor (diapozitivul următor)
 Transmiterea datelor codate către PC
 Simplex
 9600 bps
 1 bit de stop
 Fără bit de paritate

87. Codarea datelor
 2 octe i = 16 bi iț ț
 10 bi i pentru informa ie (D9… D0)ț ț
 6 bi i pentru codareț
 4 bi i (NNNN) – numărul de senzori = 16ț
 2 bi i – numărul octetuluiț
 1 – octetul superior
 0 – octetul inferior

88. Receptor serial (C#)

89. Receptor serial (cont.)

90. Comunica ia prin Internetț
Server

91. Comunica ia prin Internetț
Client

92. Comunica ia prin Internetț

93. REALIZĂRI
 1. Proiectarea i fabricarea păr ii mecanice aș ț
bra ului robotic.ț
 2. Proiectarea i realizarea unui sistemș
pentru captura mi cării bra ului (SCAM –ș ț
System for Capturing Arm Movements).
 3. Proiectarea i realizarea unui controlerș
pentru degetele mâinii.

94. MUNCĂ VIITOARE
 Îmbunătă irea proiectelor pentru:ț
 Hardware
 Mecanică
 Electronică
 Software

95. Evaluarea ANPCDEFP
 „Rezultatele proiectului dovedesc munca
intensă desfă urată de to i partenerii, înș ț
egală măsură i a beneficiarului în special.ș
Tema proiectului, realizarea unui bra robotic,ț
este una interesantă i neredundantă, iar înș
proiect au fost implica i, în egală măsură,ț
tineri din Clubul Copiilor, care au realizat
practic robotul.
 Proiectul con ine un plan de diseminare bineț
realizat.”

96. Evaluarea ANPCDEFP (continuare)
 „Activită ile sunt deosebit de numeroase iț ș
foarte bine descrise în raport.
 De i realizarea obiectivelor a întâmpinatș
multe probleme de ordin tehnic (materialele
s-au găsit cu dificultate, probleme de
software i de hardware, etc), totu i,ș ș
obiectivele propuse au fost realizate.
 Proiectul constituie un exemplu de bună
practică. Felicitări!!!!”

97. Bibliografie
 *** http://en.wikipedia.org/wiki/Shadow_Hand, accessed
on 02/14/2012
 *** http://robot.gmc.ulaval.ca/en/research/theme307.html,
accessed on 02/14/2012
 *** http://wiki.geogebra.org/en/LaTeX, accessed on
02/15/2012
 *** Winners Revealed in 2012 Extreme Redesign Contest
by Dimension 3D Printing
 Agape, Mihai. Contributions for developing a robotic
arm. Prezentare sus inută la conferin a organizată laț ț
Katowice în data de 31.05.2011, în cadrul proiectului LdV
RECAP

98. Bibliografie (cont. I)
 Agape, Mihai. Lucrarea Controler pentru sistemul de
captură a mi cării bra ului uman MOCAș ț în cartea IPO-
TECH „Perspective Tehnice şi Tehnologice – Priorităţi şi
demersuri în contextul european”, Simpozion Naţional,
edi ia a V-a, 06 aprilie 2012, ISBN 978-606-624-122-9,ț
editura „Studis” – Tîrgu Neamț
 Agape, Mihai. The Design of a Robotic Finger.
International Symposium of Aplied Mathematics "MATH
EXPERIENCE", 3rd edition, Bucharest, February 25, 2012
 Agape, Mihai; Agape, Maria-Genoveva; Agape, Mihai.
MOCA Arm Motion Capture System. Prezentare
sus inută la întâlnirea de lucru din cadrul proiectului LdVț
RECAP, desfă urată la Beypazari, 25 – 30.09.2011ș

99. Bibliografie (cont. II)
 Agape, Mihai; Agape, Maria-Genoveva; Agape, Mihai.
SCAM – System for CApture Motion . Prezentare
sus inută la conferin a desfă urată la Katowice în data deț ț ș
31.05.2011, în cadrul proiectului LdV RECAP
 Agape, Mihai. Contribu ii la implementarea proiectuluiț
de parteneriat LdV RECAP. Prezentare sus inută laț
Simpozionul Na ional ELECTRONICA – AZI, desfă urat înț ș
data de 27.06.2012 la Constan a.ț
 Agape, Mihai; Agape, Maria-Genoveva; Agape, Mihai.
Contribu ii la dezvoltarea unui bra robotic în cadrulț ț
proiectului de parteneriat LdV RECAP. Prezentare sus inutăț
la Simpozionul Na ional de Robotică ROBOTOR 2012,ț
desfă urat la Or ova în data de 29.08.2012.ș ș

100. Bibliografie (cont. III)
 Agape, Mihai. The Design of a Robotic Finger. CD-
ul „13-th European Conference E_COMM_LINE
2012”, ISBN-10: 973-1704-22-1, ISBN-13:978-973-
1704-22-7. IPA SA Bucure ti.ș
 Agape, Mihai; Agape, Maria-Genoveva; Agape,
Mihai. System for Capturing Arm Motion
SCAM. CD-ul „13-th European Conference
E_COMM_LINE 2012”, ISBN-10: 973-1704-22-1,
ISBN-13:978-973-1704-22-7. IPA SA Bucure ti.ș
 Agape, Mihai; Agape, Maria-Genoveva. Contribu iiț
la dezvoltarea unui bra roboticț . Simpozionul -
Concurs Interna ional de Robotică ROBOTECH,ț
Vaslui, 28 – 29.10.2012

101. Întrebări?