ROBOT DESTINAT STINGERII INCENDIILOR ÎN MEDII OSTILE OMULUI Lect.univ.drd.ing. Ştefan TRACHE Prof.dr.ing. Ioan FLUCUŞ Conf.dr.ing. Dan CAVAROPOL Academia de Poliţie Aleandru Ioan Cuza Facultatea de Pompieri REZUMAT În acest articol se prezintă un model de robot utilizat atât la stingerea incendiilor cât şi la diferite operaţii simple (de eemplu închiderea sau deschiderea unor vane). Acesta este dotat cu un minitun pentru refularea agentului de stingere şi cu un mecanism R. Pentru mecanism se face analiza poziţională şi cinematică. Cuvinte cheie: Robot pentru stingerea incendiilor, mecanism R, analiza poziţională.. INTRODUCERE Cercetările privind roboţii s-au intensificat îndeosebi în ultimele decenii, în sensul îmbunătăţirii raportului masă manipulată/masă robot, precizie de poziţionare ecepţională, comportare dinamică deosebită. Cele mai importante domenii în care sunt utilizaţi roboţii sunt: a) Industrial În această categorie avem: - roboţi pentru asamblare, manipulare, sudare, vopsire, etc; - roboţi pentru operaţii rapide de împachetare. Unele dintre cele mai importante firme producătoare sunt: Dumare, ARIA (Elveţia), Hitachi-Seiki (Japonia); - roboţi tip maşini unelte (de eemplu: maşini unelte de frezat produse de firmele Giddings&Lewis (USA), Mikron, s.a); - microroboţi. b) Medical: utilizaţi în special în chirurgie c) Simulatoare - simulatoare de zbor (simulatorul Airbus realizat de Thomson - CSF); - simulatoare de autovehicule (simulator produs de Doimler-Benz) d) Jostick-uri e) Aplicaţii speciale - dispozitive de poziţionare fină (cele oferite de firma Phsik Instrumente, Carl Zeiss Phillips). Un domeniu adiacent utilizării roboţilor îl reprezintă cel al prevenirii şi combaterii incendiilor. În Coreea de Sud şi în Japonia se utilizează manipulatoare şi roboţi pentru
detectarea, izolarea şi stingerea incendiilor în medii ecesiv de toice, cât şi pentru salvarea victimelor unor astfel de dezastre. Unele modele sunt dotate cu camere de luat vederi pentru localizarea focarelor, altele au în dotare dispozitive ce comandă poziţionarea elementelor pentru o intervenţie optimă. [] În Germania, cercetările în domeniul roboţilor sau maşinilor unelte au devenit o temă prioritară în ultimii ani, investindu-se sume imense în cercetare. Acelaşi lucru se întâmplă în Franţa, SUA, Marea Britanie.. Realizări în domeniu. Propunerea unui model de robot pentru stingerea incendiilor. Pe plan mondial sunt preocupări pentru realizarea unor roboţi utilizaţi la stingerea incendiilor încă din anii 70. În Franţa a fost realizat, în anul 973, un manipulator propulsat cu motor cu ardere internă, comandat în timp real de către operatori prin telecomandă cu cabluri electrice până la o distanţă de maimum 00 m, echipat cu un tun pentru refularea apei sau a spumei, având posibilitatea mişcării în plan vertical. Alimentarea cu agent de stingere se face prin linii de furtun de la o autospecială. Tot în anul 973 în SUA a fost prezentat Autovehicolul pentru stingerea incendiilor, telecomandat până la o distanţă de maimum 450 m, echipat cu un minitun pentru refularea apei, având mişcare atât în plan vertical cât şi în plan orizontal. În Japonia, unde eistă şi sprijinul statului în realizarea proiectelor, în anul 987 a fost realizat un robot pompier complet automatizat, echipat cu o cameră de luat vederi, cu elemente de inteligenţă artificială pentru dirijarea mişcărilor. Caroseria robotului este confecţionată din material rezistent la temperaturi ridicate. Dispune de rezervor propriu de apă şi spumant (5 t). Are posibilitatea de detectare a focarelor şi de orientare a jeturilor asupra lor în mod automat. [] În continuare, propun ca modelului de robot destinat stingerii incendiilor, dotat cu tun pentru refularea agentului de stingere (fig..a) [3] montat în partea superioară să i se ataşeze un mecanism de tipul R (fig..b), montat în partea din faţă. Fig..a Robot pentru stingerea incendiilor
Fig..b Mecanism de tipul R Dacă al doilea braţ al mecanismului (numerotarea se face de la bază către vârf) este de forma celui prezentat în figura atunci obţinem mecanismul din figura 3: Fig. Braţul Fig.3 Mecanism Prin ataşarea acestui mecanism obţinem modelul de robot propus (figura 4) ce poate fi utilizat atât la stingerea incendiilor cât şi la diferite operaţii (de eemplu închiderea sau deschiderea valvelor).
Fig.4 Modelul propus 3. Analiza poziţională şi cinematică. În spaţiul bidimensional, mecanismul propus (figura 5) are nevoie doar de două grade de libertate pentru a atinge orice punct din spaţiul de lucru. Fig.5 Mecanismul propus Cunoscând elementele geometrice (, ) şi poziţia punctului B (,) la un moment dat (punct ce aparţine spaţiului de lucru) obţinem [4] :
) ( ) ( () Ridicând la pătrat relaţia () şi adunând membru cu membru obţinem: ) ( () sau (3) în care am ţinut cont că: (4) Deci ar (5) Pentru ca relaţia (5) să aibă loc punem condiţia: (6) Presupunând că relaţia (6) este îndeplinită atunci din obţinem: (7) Relaţia (7) ne arată că efectorul poate atinge punctul B din spaţiul de lucru poziţionând braţele în două moduri diferite (ca în figura 6) [5] : Fig.6 Poziţionarea braţelor
Alegerea semnului corespunde poziţiei punctului A: + pentru cazul în care braţele au poziţie OA B - pentru cazul în care braţele au poziţie OAB. Dacă însă condiţia dată de relaţia (6) nu este îndeplinită atunci punctul B se află în afara ariei câmpului de lucru al mecanismului Pentru a determina unghiul rescriem ecuaţiile () sub forma: (8) Notând m m (9) ecuaţia (8) devine: m m m m (0) Prelucrând relaţia (0) şi dacă se face raportul termenilor, obţinem soluţia: m m arctg () m m Astfel, din relaţiile (5) şi () obţinem valorile unghiurilor făcute de cele două braţe cu aa O astfel încât efectorul să ocupe poziţia dorită din câmpul de lucru. Derivând relaţiile () în raport cu timpul, o gură dată respectiv de două ori, obţinem componentele vitezei respectiv acceleraţiei punctului B BIBLIOGRAFIE P.D.Liana, Dezvoltarea unui sistem performant de simulare dinamică destinat structurilor robot paraleli, Grant At. 44, Univ.Teh. din Cluj-Napoca;. S. Trache, Tipologii de mecanisme utilizate la autospecialele de pompieri, Referat doctorat; 3. J.Cristobal Zagal, Robots con Orugas, Articulados, Cinematica ; 4. Berthold K.P. Horn, Kinematics, Statics, and Dnamics of two-dimensional manipulators.