Proiectare Asistata in Robotica

7/25/2019 Proiectare Asistata in Robotica

1/102

PROIECTARE ASISTATA IN ROBOTICA

Conf. univ. dr. ing. EGRI ANGELA

1


2/102

1 Prezentarea structurii C.I..- u!ui din cadru!

!a"oratoru!ui

Termenul de C.I.M. (Computer Integrated

Manufacturing) poate fi tradus in limba romana caProductie

integrata cu calculator [ 14 .

Ideea de !fabricatie digitala afost promo"ata in anii

1#$%& cand productia integrata cu calculator a fost de'"oltata

de catre producatorii de masini-unelte& C ( Computer

andutomated *stems ssociation ) +i M, ( ociet* of

Manufacturing ,ngineers ) [ 14 .

Productia integrata cu calculatorul este o "ersiune

automati'ata a procesului general de fabricatie& in care fiecare

functie este inlocuit printr-un set de tenologii automati'ate

[1/ .

In plus& mecanismele traditionale de integrare a

comunicarii orale si scrise sunt inlocuite prin tenologie

numerica.Prin C.I.M.& cele trei functii principale& conceptia

produsului si a procesului de fabricatie& planificarea si

urmarirea productiei& fabricatia propriu-'isa& sunt ilocuite prin

sase 'one functionale0 conceptia asistata de calculator&

tenologia de grup& sistemele de planificare si urmarire a


3/102

fabricatiei& manipularea automata a materialelor& fabricatia

asistata de calculator si robotica

[ 1/ .

C.I.M. presupune utili'area sistemelor informatice in

procesul de fabricatie& care indeplinesc cerintele functionale

specifice si sunt integrate cu ba'a ,2P (,nterprise

2esourcePlanning - Planificarea resurselor intreprinderii) si

sisteme de spri3in.

C.I.M. poate implica utili'area de colectare automata a

datelor& C5CM& stocare automata si sisteme de preluare

( 5 2 )& robotica& ecipamente automate de testare si multe

alte sisteme [14 .

istemul de planificare a resurselor intreprinderii este

instrumentul soft6are care facilitea'a integrarea tuturor

informatiilor dintr-o organi'atie intr-o platforma unica.

copul ,2P este sa asigure transparenta datelor in

cadrul unei organi'atii si sa facilite'e accesul la orice tip de

informatie utila in desfasurarea acti"itatii.e obicei C.I.M. se ba'ea'a pe procesi timp real primite

de la sen'ori [ 1 .

In figura 1 este pre'entata diagrama structurii

procesului de fabricatie.

/


4/102

7ig. 1 iagrama structurii procesului de fabricatie

Imaginea intreprinderii total automati'ate este

completata de introducerea proiectarii asistate de calculator si a

mi3loacelor de automati'are a acti"itatilor de birou si de

informati'area gestiunii economice si conducerii& aceasta din

urma fiind in general reali'ata de mai mult timp.

Toate aceste subsisteme de informati'are si

automati'are 0 proiectarea si fabricarea asistate de calculator

( C5CM )& gestiunea economica& birotica si conducerea

sunt integrate organic prin infrastructura informationala

4


5/102

constituita pe ba'a unei retele telematice care conectea'a

totalitatea mi3loacelor informatice distribuite in 8ntreprindere&

acolo unde se produce& se concentrea'a si se prelucrea'a

informatia.

Procesul de automati'are completa a intreprinderii nu

este numai de natura tenicista& folosirea optima a potentialului

obtinut prin incorporarea informatiei precum si a inteligentei in

masini si sisteme de productie& impune reconsiderarea intregii

infrastructuri tenice si tenologice& precum si restructurarea

organi'arii muncii intreprinderii.

,ste e"ident ca intreprinderea complet automati'ata nu

"a fi total lipsita de oameni& dar pe langa faptul ca numarul

acestora "a fi foarte redus& natura si ni"elul calificarii cerute lor

nu "or semana cu cele specifice unei intreprinderi traditonale.

CIM presupune integrarea tuturor societatilor de

productie folosind sisteme integrate pentru comunicarea de

date cuplate cu filo'ofiile noi manageriale care imbunatatesc

eficienta organi'atoare a personalului.Conceptul de structura CIM a intentionat sa uneasca

aceasta tenologie de calcul cu un singur concept dar el de

asemenea s-a fragmentat in C9IM ( Computer and 9uman.

Integrated Manufacturing )& CIMT ( d"anced Computer

:


6/102

IntegratedManufacturing Tecnolog* ) si CIM ( Computer

Integrated Manufacturing *stems ) [ 14 .

,;ista trei pro"ocari ma3ore la de'"oltarea unui sistem

functional C.I.M [ 1 0

Integrarea de componente de la furni'ori diferiti0 cand

masini diferite& precum CM - prefera definitia ( CI, ) Computer Integrated

,nterprise& ce accentuea'a natura globala a conceptului=

?


7/102

T @ T >ell Aobs - definete conceptul CIM ca fiind

suportul total si eficient implementat pe calculator& la

desfasurarea optima a operatiilor de productie dorite= Bournal of Computer - IntegratedManufacturing

Management [ 14 & pre'inta urmatoarea definitie0 !CIM

repre'inta organi'area logica a sistemului utila3elor

indi"iduale& structurilor productiei& partilor afacerii si

suportul functional integrat pe calculator= oft6are Maga'ine [ 1: ofera urmatoarea definitie0

!utomati'area si integrarea informatiilor si proceselor

de la intreprinderile mici si a proceselor de la

intreprinderile compuse din subsisteme ca M2P

( Manufacturing 2esources Planing )& C& CM!.

in literatura& se obser"a ca desi CIM este o tenologiein stare nati"a are cate"a caracteristici general acceptate.

copul sau este sa imbunatateasca po'itia competiti"a a unei

afaceri= aceasta "a implica integrarea si legatura cu toate

fatetele intreprinderii prin calea tenologiei pe calculator.

Prin noul concept& CIM ( Computer Integrated

Manufacturing ) se obtine optimi'area fabricatiei& a organi'arii

unei intreprinderi in general.

tructura C.I.M. apartinand epartamentului de

utomatica& Calculatoare& Inginerie ,lectrica si ,nergetica din

cadrul ni"ersitatii din Petrosani& a fost reali'ata si proiectata

D


8/102

ca un sistem functional fle;ibil folosit la instruirea studentilor

in domeniul programarii robotlor industriali.

cest sistem C.I.M. inmaga'inea'a mai multeecipamente dintre care amintim0 o masin de prelucrare

mecanica& doua ben'i transportoare& robotul articulat >> I2>

14%& robotul C2 E Famaa& robotul carte'ian E Famaa&

sistemul de recunoastere si monitori'are "i'uala.

tructura completa a sistemului C.I.M. este pre'entat in

7ig. .

7ig. tructura C.I.M.

$


9/102

1 - 2obotul carte'ian E Famaa=

- 2obotul C2 E Famaa=

/ - 2obotul articulat >> I2> 14%=

4 - Masina de prelucrare mecanica=: - >en'i transportoare =

? E Compresorul=

D E Telecomanda sistem recunoastere=

$ - Masa cu piese pentru prelucrare=

# - Pupitru control >>=

1% - uport prindere masinia de prelucrat=

11 - Consola robotului C2=

1 - istemul de recunoastere si monitori'are "i'uala.

# asina $entru $re!ucrari %ecanice

Masina pentru prelucrari mecanice este un dispo'iti" cu

o preci'ie foarte mare si este formata din doua sectiuni.

Prima sectiune & cea superioara& este destinata

prelucrarii pieselor& iar sectiunea inferioara de inmaga'inare a

elementelor constituti"e cele care asigura functionarea

dispo'iti"ului.

In sectiunea superioara se afla fi;at elementul de

prelucrat si unealta de taiere.

ceasta sectiune este pre"a'uta cu o intrare de acces a

bratului robotului >> I2> 14%& reali'ata prin intermediul

unei placi transparente culisante de ple;iglas& actionata pe

"erticala de cilindrii cu aer comprimat [ 1/ .

#


10/102

Pentru o "i'ibilitate buna a functionarii ecipamentului

intreaga 'ona superioara este incisa cu placi transparente din

ple;iglas ( 7ig. / ).

7ig. / Masina pentru prelucrari mecanice

& Ro"otu! articu!at ABB IRB 1'(

>> este o corporatie multinationala cu sediul in

Guric & ,l"etia & care operea'a in robotica si in principal in

domenii tenologice de automati'are& fiind cel mai mare

constructor din lume a retelelor de electricitate [ 1/ .

1%


11/102

,;ista numeroase definitii ale robotului& el repre'entand

un automat uni"ersal& destinat efectuarii unor functii motoare

sau intelectuale ale omului. Printre diferitele clase de roboti

una dintre cele mai importante o formea'a robotii manipulatori&

intre care sunt robotii industriali.

atorita fle;ibilitatii& obtinuta atat prin structura

mecanica& cat si prin sistemul de comanda ce permite diferite

modalitati de programare si de comunicare5sincroni'are cu alte

ecipamente industriale si cu utili'atorul& robotul I2> 14%

poate fi utili'at si in sistemele de tip CIM ( Computer

Integrated Manufacturing ). tructura geometrica a acestuia

este pre'entata in figura 4 [ 1/ .

11


12/102

7ig. 4 tructura geometrica a robotului >>

n robot industrial este un ecipament care nu

functionea'a in mod i'olat& ci lucrea'a impreuna cu alti roboti

1


13/102

si5sau masini unelte& ben'i transportoare& a3ungandu-se astfel la

notiunea de celula fle;ibila de fabricatie.

2obotul industrial este definit in pre'ent ca unmanipulator tridimensional& multifunctional& reprogramabil&

capabil sa deplase'e materiale& piese& unelte sau aparate

speciale dupa traiectorii programate& in scopul efecturii unor

operatii di"ersificate de fabricatie. Prin caracteristicile sale

poate fi utili'at in diferite operatii industriale& cum ar fi0

manipulare (deser"irea de msini unelte& prese& etc.)& sudura cu

arc& lipire& taiere& deba"urare& asamblare.

Compact si puternic robotul industrial multifunctional

>> I2> 14% pre'inta sase cuple de rotatie cu sarcina utila de

? Hg +i distanta ma;ima de lucru de $1% mm. I2> 14% poate fi

montat pe podea & in"ersat sau pe perete in orice ungi [ 1/ .

2obotul >> din cadrul laboratorului nostru este

montat pe podea ( 7ig. : ) cu a3utorul unui suport.

1/


14/102

7ig. : mplasarea robotului >>

cest robot are doua functii ma3ore in cadrul C.I.M-

ului. Prima functie este de a transporta piesele de pe masa pe

care se afla depo'itate in partea superioara a masinii pentru

prelucrari mecanice& iar cea de-a doua functie este de preluare a

acestor piese dupa ce au fost prelucrate& si de amplasare a

acestora pe ben'ile transportoare aferente.

2obotul este coordonat de controlerul aferent

14


15/102

( 7ig. ? )& iar programarea acestuia se face utili'and limba3ul de

programare 2PI.

7ig. ? Pupitru control >>

cest robot foloseste ca prindere un griper special ( 7ig.

D ). Proiectat pentru automati'ari industriale& griperul folosit la

eciparea robotului >> pre'inta o "ersatilitate de neegalat in

manipularea unei game mari de piese.

1:


16/102

7ig. D riperul robotului >>

cesta ofera fle;ibilitatea necesara pentru a automati'a

o gama larga de procese precum0 asamblare& ambalare&

culegere si transfer.

' Ro"otu! SCARA ) *AA+A

1?


17/102

eria de roboti FM9 FJ-K sunt o imbunatatire a

robotilor industriali de tip C2& ba'ata pe multi ani de

e;perienta si reali'ari in domeniul automaticii.2obotii din seria FJ-K au un manipulator cu doua

articulatii& constand dintr-un brat pe a;a ; si un brat pe a;a *&

care sunt in continuare dotate cu o a;a "erticala (') si o a;a de

rotatie (r) la "arful manipulatorului.

cesti roboti pot fi folositi pentru o gama larga de

aplicatii de monta3& precum instalarea si insertia de diferite

parti cat si operatiuni de ambalare.

2obotul pre'ent in sistemul nostru este de tip FJ4%%

( 7ig .$ ).

1D


18/102

7ig. $ 2obotul C2 E Famaa

Pentru programarea acestuia se utili'ea'a limba3ul de

programare de'"oltat de firma Famaa& denumit LFamaarobotic language& iar mediul de programare este denumit IP.

, Ro"otu! cartezian ) *AA+A

In cadrul sistemului C.I.M. se afla si robotul carte'ian

seria KFK produs de compania Famaa

( 7ig. # ).

1$


19/102

7ig. # 2obotul carte'ian-Famaa

cest tip de robot este folosit mai ales in cadrul

unitatilor de paleti'are datorita "ite'elor foarte mari si

capabilitatii de transport a unor sarcini la fel de mari. n alt

a"anta3 al acestor roboti il constituie constructia simpla a

acestora precum si spatiul de lucru e;tins.

enul acesta de roboti sunt folositi cu precadere in

cadrul etapelor finale de fabricatie unde este necesar pre'ena

1#


20/102

unui ecipament specific care e;ecuta procesul de paleti'are cu

"ite'a foarte mare.

cest tip de roboti se pot construi la dimensiuni foartemari datorita principiului de constructie al sistemului mecanic

care este asemanator cu cel al macaralelor pe sina.

2obotul carte'ian pre'ent in cadrul structurii are un

numar de 4 grade de mobilitate& implementand pe langa

miscarile standard oferite de configuratia carte'iana si o

miscare de orientare a obiectului prin rotirea acestuia in functie

de ultima a;a.

2obotul carte'ian foloseste controlerul 2CK4%. Aa

programarea robotului se utili'ea'a acelasi limba3 LFamaa

2obotic Aanguage si mediul de programare IP& tot ca in

ca'ul robotului C2 E Famaa pre'entat anterior.

1.- Benzi!e trans$ortoare

Transportorul cu banda este un sistem de transport

stationar de u' general care foloseste ca organ de transport si

tractiune o banda de cauciuc.n transportor obisnuit are in componenta urmatoarele

subansamble0 cap actionare E antrenare& cap intoarcere& role

metalice si cauciucate& suporti de role& banda de cauciuc&

lon3eroane& picioare de sustinere& 3geaburi metalice de

%


21/102

acoperire& elemente de securitate& supra"egere si control&

amena3ari speciale.

7iecare dintre aceste ben'i folosesc un motor asincron&lungimea ben'ilor fiind de 1.$m& ambele constituind

componente de ba'a ale sistemului C.I.M.

( 7ig.1% a si b ).

1


22/102

a)


23/102

b)

7ig. 1% a) si b) >en'ile transportoare

Cele doua sisteme de transport sunt dotate cu diferiti

sen'ori in "ederea implementarii di"erselor moduri de utili'are.

/


24/102

Transportul pieselor se face in plan ori'ontal& iar fiecare

dintre cele doua ben'i transportoare incorporea'a un automat

programabil pentru comanda si controlul liniei de transport

aferente.

1. Siste%u! de recunoastere si %onitorizare vizua!a

ite'a de procesare a sen'orului de "i'iune poate cau'a

un bloca3 in linia de productie astfel incat in cadrul acestui

sistem de recunoastere si monitori'are "i'uala este utili'at un

sen'or foarte performant produs de NM2N< ( 7ig.11 ).

4


25/102

7ig. 11 istemul de recunoastere si monitori'are "i'uala

cest sen'or inlocuieste operatorul uman in sarcinile de

reali'are a inspectiei prin procesarea mult mai rapida a

imaginilor preluate de catre camera de luat "ederi.

:


26/102

Mai poate sa identifice diferite forme ale obiectelor

inspectate& cu o "ite'a foarte mare ( mai mult de ?% de inspectii

pe secunda ).2olul acestui sistem in cadrul pre'entului C.I.M. este de

a prelua po'itia obiectului cilindric si a o transmite robotului

C2& permitand acestuia preluarea obiectului in cau'a

indiferent de po'itia initiala a acestuia pe banda transportoare.

1./ Co%$resoru!

In componenta sistemului C.I.M. se afla si un

compresor I2M,C C9 :5 1% 9A ( 7ig.1 ) parte integranta

a sistemului de productie si distributie a aerului comprimat.

cesta este folosit la actionarea elementelor de

preensiune ale griperelor robotilor utili'ati& precum si la alte

dispo'iti"e din cadrul C.I.M.

Presiunea de lucru al acestui compresor este de pana la

$ bari& are o greutate totala de ? de Hg si o capacitate de : de

litri.

?


27/102

7ig. 1 Compresor I2M,C C9 :5 1% 9A

Principalele a"anta3e ale acestui dispo'iti" sunt 0

upape din otel ino;idabil= Capul cilindrului este din fonta& iar pistonul este din

aluminiu=

Motor pre"a'ut cu protectie termica si "entilator pentru

racire=

Carcasa protectie antisoc=

ripioare suplimentare pentru racire.

0 C.I.. de !a"orator %ode!at si si%u!at

in %ediu! &S A2

D


28/102

plicatia / tudio Ma; este speciali'ata in crearea si

animarea unor obiecte "irtuale. Prin aceasta se pot modela si

anima diferite corpuri& cu traiectorii sau legi de miscare dupa

cum doreste proiectantul [ 1D .

,;pertii din domeniu argumentea'a performantele in

cadrul animatiei obiectelor cu un numar redus de poligoane&

reteaua sa larga de asistenta si numeroasele sale plug-in-uri&

astfel fiind considerat unul dintre principalele programe de

animatie / creat pentru PC.

/ tudio Ma; este utili'at in intreaga lume de catre

sute de mii de graficieni& fiind intalnit in arta digitala&

aritectura& reclame T& filme& publicitate si 3ocuri.

Programul a fost utili'at in crearea efectelor speciale

din filme precum0 Transformers& Iron Man& "atar& Tomb

2aider& ladiator& %1& Te Matri;& 9arr* Potter etc.

In filmele de animatie acest program nu lipseste fiind

folosit cu o preponderent foarte mare datorita calitatii scenelor

/ modelate si animate cu a3utorul acestuia.In grafica tridimensionala& ca si in realitate& se lucrea'a

cu trei dimensiuni0 latime& adancime si inaltime. aca pri"im

in 3urul nostru& tot ce "edem este tridimensional0 natura&

cladirile& obiectele.

$


29/102


30/102

metal )& dar se pot crea si materiale noi prin modificarea celor

originale sau pe ba'a unor imagini preluate din e;terior

( scanner& aparat foto digital etc ).

Pentru a mari gradul de realism& scena trebuie iluminata

si animata.

Aa proiectarea laboratorului "irtual& s-a folosit

"ersiunea %1/ a programului /ds Ma;& aceasta pre'entand mai

multe noutati decat "ersiunile precedente.

In plus fat dae "ersiunile anterioare& /ds Ma; %1/

include urmatoarele functii0

un nou editor de materiale si te;turi=

un nou motor de randare ard6are ce foloseste atat

puterea CP cat si cea a P reali'and o performanta

de pana la 1% ori mai buna decat cea obtinuta prin

tenicile con"entionale=

posibilitatea de a "i'uali'a mai multe te;turi si

materiale in "ie6port fara necesitatea de a fi e;ecutate

re-randari=

seturi de tool-uri e;tinse pentru rapite Modelling si

ie6port Can"as=

/ds Ma; Composite - o noua unealta ba'ata pe

tenologiile de'"oltate de utodesHTo;iH soft6are.

/%


31/102

In momentul de fata& utodesH [ 1D a pre'entat de3a

noua "ersiune %14& care a adus si ea multe imbunatatiri si noi

instrumente0

uport pentru arta "ectoriala - se obtine spri3in nou

pentru rati "ectoriale=

Popularea cu multime animata - generea'a miscare

umana foarte realista=

istem imbunatatit al flu;ului de particule - creea'a

simulari fi'ice mai bune intr-un timp mai mic=

Performanta imbunatatita in cadrul porturilor de"i'uali'are - o interacti"itate si redare mult mai rapid a

si performanta=

uport randare irectK 11 in cadrul porturilor de

"i'uali'are - /ds Ma; suporta acum irectK 11= Potri"ire in perspecti"a - plasea'a elemente C

(generate de calculator) in fundaluri fotografice=

Pan +i Goom - pan si 'oom nu afectea'a po'itia

camerei "ideo.

1( Interfata3 e!e%ente de "az4 5i configurarea

/1


32/102

$rogra%u!ui

/ds Ma; rulea'a o interfata ba'ata strict pe butoane spre

deosebire de utocad care se ba'ea'a in principal pe comen'i

[ 1D .

Aa pornirea programului /ds Ma;& ecranul este impartit

in patru sectiuni ( 7ig. 1/ )& pe care utili'atorul le poate

modifica si5sau rearan3a. Cele patru sectiuni sunt0 Top ( sus )&

Aeft ( stanga )& 2igt

( dreapta ) si Perspecti"e ( perspecti"a ).

/


33/102

7ig.1/ Porturi de "edere

Prin aceste porturi de "edere utili'atorul obtine o

imagine comple;a asupra obiectelor create. Primele trei porturi

de "edere sunt ortogonale& iar cel de-al patrulea ofera o "edere

in perspecti"a asupra grupului de obiecte create.

In mod prestabilit& punctul de "edere Top are a;a K pe

ori'ontala& a;a F pe "erticala +i a;a G orientata dinspre ecran

spre utili'ator& semnificand adancimea.

Celelalte porturi de "edere sunt configurate similar +i

ofera o "i'uali'are a spatiului / din diferite ungiuri.

In spatiul / se creea'a obiecte& lumini& camere si

animatie. Auminile sunt similare cu cele ale becurilor si

reflectoarelor reale& fiind utili'ate pentru a ilumina scena.

Auminile au propriul set de parametri configurabili&

cum ar fi0 culoare& intensitate& directie de iluminare& parametri

de creare a umbrei etc.

In fereastra principala obser"am in coltul din stanga susbutonul pentru lucrul cu fisiere ( 7ig. 14 ).

cesta are la ba'a ciar pictograma programului /ds

Ma; is are o functie foarte importanta in cadrul acestuia.

//


34/102

upa e;ecutarea unui clicH pe acesta& conform figurii

14& a"em acces la toate comen'ile pentru lucru cu fisiere ale

programului.

7ig. 14 >utonul de comanda pentru lucru cu fisiere

/4


35/102

ceste comen'i impreuna cu subcomen'ile adiacente

ale acestora permite utili'atorului o multitudine de optiuni cu

pri"ire la importul si e;portul obiectelor si scenelor& sal"area si

resetarea acestora in diferite formate (ciar ari"area acestora)&

precum si trimiterea acestora catre alte programe (Ma*a&

oftimage& Motionbuilder& Mudbo;& IM E programe

speciali'ate utodesH) spre a fi descise si prelucrate cu

acestea.

upa crearea unor obiecte in scena& proiectul trebuie

sal"at. Toate fisierele / tudio Ma; sunt incarcate si sal"ate

cu e;tensia Oma;.

Mai mult& programul ofera posibilitatea fu'ionarii&

inlocuirii si importarii fisierelor.

na dintre cele mai utile facilitati din program este capacitatea

de a 8ncarca un fisier si de a-l fu'iona cu scena curenta.

Tot aici se obser"a butoanele de Lndo si L2edo a

caror importanta este foarte mare& permitand utili'atorului de a

re"eni sau a merge cu un pas inainte in ca'ul efecturii uneioperatii in scena de lucru.

Ciar aceste butoane pot fi configurate apasand butonul

LNption pe care il obser"am in partea de 3os in cadrul figigurii

14. "em posibilitatea sa alegem cati pasi sa ne fie disponibili

pentru a efectuarea comen'ilor de Lndo si L2edo.

/:


36/102

aca se "a efectua clic dreapta asupra sagetilor

adiacente celor doua butoane Lndo sau L2edo atunci se "a

afisa o list a ultimelor actiuni intreprinse asupra scenei de

lucru.

Coerenta intre modele este foarte importanta pentru ca

acestea pot fi importate in aceiais scena.

Pentru a mentine aceiasi scara& unitatile de masura

trebuie s fie aceleasi pentru toate obiectele dintr-o scena.

In bara de meniu din /ds Ma; gasim unde putem selecta

modul de configurare a unitatilor de masura pe care le putem sa

le folosim in reali'area laboratorului "irtual ( 7ig. 1: ).

In fereastra aparuta !nitsetup!& se poate alege setarea

unitatilor de masura la oricare model.

/?


37/102

7ig. 1: Configurarea unitatilor de masura

upa cum a mai spus in spatiul de lucru al programului

/ds Ma; se creea'a obiecte& lumini& camere si animatie.

Auminile sunt similare cu cele ale becurilor si

reflectoarelor reale& fiind utili'ate pentru a ilumina scena.

Auminile au propriul set de parametri configurabili&

cum ar fi0 culoare& intensitate& directie de iluminare& parametri

de creare a umbrei etc.

/ds Ma; pune la dispo'itie trei tipuri de lumini0 LTarget

Aigt ( similara unui bec care difu'ea'a lumina intr-o directie

/D


38/102

anume )& L7reeAigt ( luminea'a in mod egal toate obiectele

aflate in scena ) si LmrH* Portal (o sfera luminoasa ).

>ara de meniu este pre'entata in ( 7ig. 1? ) si contine

urmatoarele butoane cu liste derulante0 ,dit

( editare )& Tools ( instrumente )& roup ( grupare )& ie6s

( "i'uali'are )& Modifiers ( modificatori )& nimation

( animatie )& rap,ditors ( editori grafuri )& 2endering

( randare )& Customi'e ( personali'are )& MKcript ( scripturi

si macrouri ) si 9elp ( a3utor ).

7ig. 1? >ara de meniu

In partea inferioara a lor gasim butoanele de LAinH si

LnlinH& caseta de alegere a modificatorilor afectati& urmata

de cele patru butoane de selectie si cele trei butoane de

miscare& rotatie si scalare a obiectelor.

/ds Ma; contine o serie de meniuri derulante& panouri

de comen'i (Create& Modif*& 9ierarc*& Motion& ispla*&

tilit*)& bara de instrumente& taste de comanda rapida. Prin

/$


39/102

utili'area modulelor plug-in& comen'ile acestora se integrea'a

perfect in interfata.

Cea mai utili'ata metoda de selectare a comen'ilor este

cea a panourilor de comen'i.

Trecerea de la un panou de comen'i la altul se face prin

clicH pe eticeta respecti"a.

Trecerea respecti"a anulea'a comanda curenta. Aa

selectarea unui buton dintr-un panou& sub acesta apare o lista .

ici se afla diferitele tipuri de obiecte care pot fi create&

modificate& cat si multe alte optiuni pri"ind elemente de

animatie& iluminare& ierari'are etc.

In partea dreapta a ecranului se afla 'ona de derulare a

panourilor de comen'i& unde sunt indicate toate comen'ile si

optiunile des folosite necesare crearii& modificarii sau editrii

obiectelor& luminilor& camerelor& efectelor speciale aflate in

scena.

Panoul cu comen'i repre'inta una dintre cele mai

importante sectiuni din interfata programului /ds Ma;.cest panou contine ma3oritatea instrumentelor

necesare desenarii& modelarii& editarii +i animarii obiectelor

dintr-o scena& fiind impartit in sase sectiuni0 Create E creare&

Modif* E modificare& 9ierarc* E ierarie& Motion E miscare&

/#


40/102

ispla* E afisare +i tilit* E optiuni suplimentare cu caracter

utilitar ( 7ig. 1D ).

7iecare sectiune are propriul set de comen'i si

functionalitati.

Trecerea de la o sectiune la alta se efectuea'a printr-un

clicH cu mouse-ul pe eticeta corespun'atoare.

Comutarea intre sectiunile panoului de comen'i

anulea'a comanda selectata in acel moment.

4%


41/102

7ig. 1D Panoul de comen'i

In figura 1D se obser"a structura sectiunii Create. In

partea superioara a acestuia sunt sapte butoane& sub care se afla

cate un meniu inserate intr-o scena& inclu'and

eometr*(geometrie)& apes (forme)& Aigts ( lumini )&

Cameras ( camera)& 9elpers (elemente a3utatoare)& pacearps

( elemente de deformare spatial ) si *stems (sisteme) .

Aa selectarea unui buton ( eometr*& spre e;emplu )

apare o lista in care sunt enumerate diferitele tipuri de

elemente geometrice care pot fi create ( in ca'ul de fat "a

apare0 tandard Primiti"es& ,;tendedPrimiti"es&

CompundNb3ects& AoftNb3ect& Particle*stems& Patcrids&

urfaces& oors si indo6s).

ectiunile sunt organi'ate ieraric pentru a permite

locali'area simpla +i rapida a comen'ii cutate. upa selectarea

unui set de comen'i (tandard Primiti"es& spre e;emplu) apare

o lista cu tipurile de primiti"e standard disponibile& fiecare cupropriile optiuni si caracteristici.

ectiunea LCreate ofera toate resursele pentru crearea

obiectelor geometrice& camere& lumini& elemente a3utatoare&

elemente de deformare spatiala si sisteme.

41


42/102

Crearea acestor obiecte este& de altfel& si primul pas in

reali'area unei scene cu /ds Ma;& meniul fiind folosit& cu

siguranta& pe parcursul intregului proiect.

Nbiectele incluse in scena& folosind sectiunea LCreate&

sunt determinate ca forma si caracteristici& de o serie de

parametri& care in momentul crearii obiectului& iau anumite

"alori.

ectiunea LModif* permite aplicarea asupra obiectului

a unor serii de modificatori& care sunt& de fapt& instrumente de

scimbare a formei obiectului.

Totusi& ciar daca modificatorii scimba forma

obiectului& parametrii fundamentali ai acestuia raman

nemodificati& oricand e;istand posibilitatea re"enirii obiectului

la forma initiala.

ectiunea L9ierarc* ofera acces la diferite optiuni de

a3ustare a legaturii ierarice intre obiecte.

Prin legarea unui obiect de altul& se creea'a o relatie de

tip Qcild-parent( copil-parinte )& toate transformarile aplicateasupra obiectului Qparent influentRnd obiectul Qcild.

ectiunea LMotion contine optiunile necesare pentru

a3ustarea miscarii obiectului selectat. Miscarea are la ba'a un

set de cadre ceie& ce definesc traiectoria de rulare a obiectului&

4


43/102

dar si momentele de timp in care au loc transformari asupra

acestuia.

ectiunea Lispla* ofera acces la optiunile ce

controlea'a afisarea obiectelor in scena. Lispla* se utili'ea'a

pentru a determina care obiecte "or fi Qascunse sau&

dimpotri"a& Qafisate& Qingetate& in functie de comple;itatea

scenei& astfel incat utili'atorul sa lucre'e cu un numar cat mai

mic de obiecte.

n numar redus de obiecte& afisat la un moment dat&

conduce la o mai rapida afisare a geometriei acestora si&

e"ident& la simplificarea acti"ittii de modelare.

ectiunea Ltilit* contine di"erse programe utilitare&

scrise special pentru /ds Ma;.

Ma3oritatea acestor programe utilitare se numesc Qplug-

in-uri& fiind scrise de firma producatoare& dar si de alti

de'"oltatori& pe ba'a informatiilor continute de J

( oft6are e"elopment Jit ). Poate& cel mai cunoscut plug-in

pentru /ds Ma; este LCaracter tudio& utili'at in reali'areaanimatiei comple;e.

upa cum se poate obser"a in figura precedenta& a"em

setat in bara derulanta L tandard primiti"es

( Primiti"e standard ).

4/


44/102

,;ecutand clicH pe sageata de e;tindere a"em acces la

urmtoarele optiuni conform figurii 1$.

7ig. 1$ Meniu obiecte implicite

Primiti"ele e;tinse sunt o colectie de primiti"e

comple;e pentru / Ma;. rmatoarele parti descriu tipul de

44


45/102

obiect si di"ersi parametrii de creatie ai lui. Cu e;ceptia celor

mentionate& parametrii LCreationMetod si parametrii

LJe*board ,ntr* sunt intocmai ca cei ce au asigurat

primiti"ele standard& sau sunt luati in consideratie de sine-

e;plicati"i.

In partea de 3os a ecranului se afla controalele de

derulare a animatiei ( 7ig. 1# )& iar in partea din stanga a"em

parametri a;elor de coordonate.

7ig. 1# Control animatie si parametri a;elor de coordonate

/ds Ma; contine& in partea de 3os a interfetei& trei 'one

ce ofera informatii despre scena curenta& afisea'a comanda

acti"a si setea'a cadrele animatiei& respecti"& linia de stare& linia

cu mesa3e si controalele de timp

( 7ig. % ).

Ainia de stare arata in ce consta selectia curenta si

permite singulari'area acestei selectii pentru a se pre"eni

selectarea accidentala a altui obiect din scena.

4:


46/102

e asemenea& ea afisea'a coordonatele obiectului supus

actiunii curente sau alte date importante referitoare la acesta.

7ig. % Ainia cu mesa3e si control de timp

Ainia cu mesa3e afisea'a o scurta descriere a functieiinstrumentului folosit. e asemenea& in linia de stare se afla

butoanele LelectionAocH& LCrossingelection& L/ nap&

Lnglenap& Lrid etc.& foarte utile in modelarea si

manipularea obiectelor in scena.

Controlul de timp se compun din cursorul

( glisorul ) de timp& butonul nimate si cele sapte controale din

partea dreapta a acestuia& a"and ca functie deplasarea prin

cadrele animatei si setarea numarului de cadre pentru

segmentul curent de timp.

4?


47/102

>utonul Lnimate este foarte important in stabilirea si

acti"area cadrelor animatiei& toate deplasarile& rotatiile sau

scalarile aplicate obiectelor fiind inregistrate si transformate in

cadre& cand butonul este apasat (pentru a fi cat mai "i'ibil& in

momentul acti"arii& acesta de"ine rosu).

Cursorul de timp afisea'a numarul cadrului curent.

nimatia se desfasoara in limitele impuse de segmentul acti"

de timp& care& implicit& are "aloarea 1%%& adica 1%1 de cadre&

numerotate de la % la 1%%.


48/102

Ciar de la crearea unui obiect& acestuia i se pot modifica

numele& dimensiunile& numarul de "erte;-uri& numarul de fete&

numarul de poligoane& materialul atribuit etc (7ig. 1).

7ig. 1 7ereastra cu proprietatile obiectului.

4$


49/102

Aa crearea unui obiect& acestuia i se atribuie un nume in

functie de categoria din care face parte si o cifra pentru a-l

numerota ca in e;emplul cubului rosu care are numele

LNbiectul( 7ig. ).

In cadrul unui proiect la care lucrea'a mai multi

utili'atori este util ca obiectele sa se conforme'e unei sceme

de denumire cunoscuta de toti membrii ecipei

( spre e;emplu& un grafician se ocupa de modelarea obiectelor&

scena fiind apoi trimisa animatorului sau celui care mapea'

obiectele cu materiale etc ).

7ig. tribuirea de nume obiectelor.

4#


50/102

Con"entiile de denumire sunt o alegere a utili'atorului&

care poate atribui obiectelor orice nume

( caractere si5sau cifre ). ,ste important de stiut ca numele sunt

Qcase sensiti"e ( dependente de ma3uscule si minuscule ).

Ciar daca obiectele au nume diferite& in momentul in

care sunt grupate& noua structura "a a"ea un nume propriu&

stabilit& de asemenea& de utili'ator.

ccesul la obiectele grupate si& implicit& la numele

acestora& se face prin desciderea grupului in componentele

sale.

/ds Ma; atribuie automat nume tuturor obiectelor

create& indiferent de numarul acestora& utili'and o functie de

autodenumire. pre e;emplu& daca am construi inca un obiect

ca cel din figura de mai sus& el "a a"ea denumirea implicita

L>o;%%& pentru ca primul obiect de acest tip ( fostul

L>o;%%1 ) l-am redenumit LNbiectul. ceasta functie de

autodenumire este folosita si la importul de alte obiecte& darcum am mai spus poate pro"oca confu'ie daca numarul de

obiecte similare este foarte mare.

:%


51/102

11 etode!e de %ode!are fo!osite

Nrice proiect reali'at intr-un program de grafica / are

la ba'a modelarea geometriei obiectelor care compun scena in

lucru. In ma3oritatea ca'urilor& se porneste de la asa-numitele

obiecte Qprimiti"e& oferite implicit de aplicatia folosita.

Prin editarea si deformarea acestor obiecte primare se

obtine forma dorita a obiectului final& operatia numindu-se

Lmodelare.

7iecare program de grafica / tratea'a modelarea

obiectelor in mod diferit. nul dintre cei mai importanti factori

de deci'ie in alegerea unui astfel de program este usurinta de

utili'are a instrumentelor de modelare.

e asemenea& este necesara si pre'enta unei

documentatii complete& pentru intelegerea anumitor conceptepe care se ba'ea'a tenicile de modelare.

nele programe ofera utili'atorului un control deplin in

construirea modelului& fiind foarte comple;e si& implicit& mai

dificil de inteles si utili'at& altele e;celea'a prin ideile

ino"atoare aduse.

:1


52/102

Ciar daca ni"elul comple;itatii de modelare difera

mult intre programe& acestea se aseamana& totusi& prin anumite

concepte de ba'a implementate.

/ds Ma; ofera sase metode fundamentale de modelare [ 1D

pentru crearea geometriei obiectelor din cadrul scenelor0

Modelarea ba'ata pe curbe spline=

Modelarea poligonala sau ba'ata pe plase=

Modelarea parametrica=

Modelarea prin petice= Modelarea =

Modelarea ba'ata pe curbe spline e;tinse.

7iecare din aceste metode tratea'a in mod diferit

geometria obiectelor& a"and propriile a"anta3e +i de'a"anta3e.

In functie de obiectul care se doreste a fi obtinut& se

recomanda o metoda sau alta& a"and in "edere ca unele operatii

sunt mai usor de reali'at in anumite ca'uri.

In timp& dupa ce se familiari'ea'a cu toate metodele&

utili'atorul isi "a alege una singura& pe care o "a folosi mereu.

Cu toate acestea& se recomanda cunoasterea& macar in

principiu& a tuturor metodelor de modelare

Cum am "a'ut mai sus /ds Ma; ofera sase metode de

modelare& pentru a crea geometria din cadrul scenelor0

modelarea ba'ata pe curbe pline& modelarea poligonala&

:


53/102

modelarea prin petice ( Patc )& modelarea parametrica&

modelarea


54/102

nui "erte; al unei curbe pline ii este asociat un

ansamblu de Scontrol tangenta care determina gradul de

curbura al curbei pline in 3urul "erte;-ului.

istanta intre doua "erte;-uri este segmentul. Aa randul

lui& segmentul este compus din mai multi pasi.

Cu cat numarul de pasi este mai mare& cu atat curba este

mai corect redata& dar si consumul de memorie este mai mare.

In fine& dupa crearea unei forme& aceasta este

transformata in obiect /.

Procesul de transformare se numeste modelare& fiind

destul de simplu de inteles0 astfel& se creea'a scita obiectului

dorit.

poi se aplica acesteia operatii de tip L,;trude&

L>e"el& LTesselate etc.

Modelarea poligonala creea'a obiecte pe ba'a unor

poligoane cu trei sau patru laturi. stfel de poligoane sunt

reunite pentru formarea unui obiect.

cest tip de modelare permite crearea de obiectecomple;e si combinarea lor& reali'andu-se& astfel& alte obiecte

/.

Modelarea parametrica permite a3ustarea si animarea

parametrilor unui obiect in orice moment.

:4


55/102

Modelarea este considerata cea mai puternica

metoda de modelare a suprafetelor comple;e. e caracteri'ea'a

prin generarea de curbe pline si crearea de suprafete

intre aceste curbe& dar si prin combinarea suprafetelor intre ele.

Nbiectele nu sunt compuse din triungiuri sau

patrulatere& ci din suprafete apro;imate prin plasa.

esi consumul de memorie este mare& re'ultatul

modelarii este foarte bun& neputand fi obtinut prin alt tip de

modelare.

Ciar daca unele obiecte sunt comple;e& acestea au la

ba'a cate"a principii de modelare& cum ar fi curbele pline&

primiti"ele /& compunerea obiectelor.

Cu a3utorul plug-in-urilor se obtin si alte obiecte decat

cele oferite in mod implicit de program.

Curbele pline - se gasesc in panoul Create -Uapes si

sunt create pe ba'a unor "erte;-uri si segmente ( elementele

componente ale unei curbe ).

7iecare "erte; permite modificarea formei curbei plinein 3urul sau.

Cea mai utili'ata comanda de desenare a unei curbe

pline este Aine. In general& se desenea'a din linii forma

apro;imati"a a obiectului. e obser"a ca doua linii sunt legate

printr-un "erte;.

::


56/102

ceste "erte;-uri sunt create unul dupa altul& iar daca

ultimul "erte; se suprapune peste primul& programul "a intreba

daca se doreste inciderea curbei& creandu-se astfel& o curb

incisa.

lte tipuri de curbe pline& precum cercul sau

dreptungiul sunt forme incise si au amplasate "erte;-uri in

locatii prestabilite.

upa crearea formei apro;imati"e se trece la etapa

a3ustarii formei curbei. Nperatia se numeste editarea sub-

obiectelor& deoarece trebuie editate sub-obiectele curbei pline.

e modifica po'itia unor "erte;-uri si5sau tangenta

curbei in 3urul "erte;-ului. Ndata curba creata& se transforma

intr-un obiect / sau prin ,;trudare& trun3ire& >i'otare si

2eliefare.

,;trudarea consta in atribuirea unei grosimi pe o

anumita directie. ,ste o metoda foarte simpla si des folosita de

a obtine un obiect / din unul .

trun3irea ( Aate ) este procedeul prin care o curba esterotita in 3urul unei a;e din spatiu ( centrul& mucia stanga sau

cea dreapta ). In cursul rotirii este generata o suprafata pentru a

crea obiectul /.

:?


57/102

,"ident& se poate stabili numarul de grade cu care este

rotit obiectul& precum si numarul de segmente necesare

obtinerii unui obiect neted.

Metoda strun3irii este folosita la crearea corpurilor de

re"olutie care nu pot fi obtinute prin e;trudare din cau'a formei

speciale.

>i'otarea ( >e"el ) este asemanatoare cu ,;trudarea&

dar se poate defini o inaltime a e;trudarii si o scara a curbei la

fiecare ni"el de bi'otare.

Procedeul implica crearea unui obiect cu cel mult trei

ni"ele. Cele trei ni"ele "or fi pri"ite separat& fiecare a"and o

inaltime si o dimensiune a conturului.

neori& conturul fiind prea mic sau numarul de "erte;-

uri prea mare& operatia nu "a fi corecta si "or apare unele efecte

secundare

2eliefarea curbelor pline ( Aoft ) este& de asemenea&

similara cu ,;trudarea dar apar cate"a particularitati0 reliefarea

creea'a o forma de-a lungul unei cai& aceasta poate fi a3ustata sieste posibila reliefarea obiectului de-a lungul caii& concomitent

cu modificarea profilului.

Pentru a crea obiecte reliefate& se desenea'a intai forma

profilului si se reliefea'a de-a lungul caii alese. In cele mai

:D


58/102

multe situatii& la crearea unui obiect reliefat& "a fi necesara o

deformare inainte de a obtine obiectul dorit.

/ds Ma; 4 ofera cinci tipuri de deformari care pot fi

folosite& ai anume0 cale& T6ist& Teeter& >e"el +i 7it.

eformarile sunt aplicate prin intermediul grilei de

deformare. 2eliefarea este un procedeu dificil care necesita

foarte multa intuitie pentru a sti de la inceput ce anume se

doreste a fi creat.

tili'area primiti"elor / este ce"a mai usor de inteles

si se ba'ea'a pe crearea si combinarea unor obiecte pe care /ds

Ma; le pune& implicit& la dispo'itie.

Nbiectele sunt de doua tipuri& Ltandard si L,;tended

si permit desenarea rapida a unor obiecte& precum0 sfera& conul&

piramida& prisma& cana de ceai& si suprafata .

ceste obiecte se folosesc rareori in forma initiala si& de

cele mai multe ori& trebuie modificate pentru a obtine alte

obiecte& mai comple;e. In acest ca' inter"ine combinarea

obiectelor& procedeu prin care sunt reunite doua sau mai multeobiecte.

,;ista sase tipuri de obiecte compuse0 Morp& >oolean&

catter& Conform& Connect& apeMerge. intre cele sase& cele

mai folosite sunt >oolean si catter.

:$


59/102

Nbiectele de tip >oolean functionea'a pe principiul

algebrei boolene si sunt folosite pentru a crea obiecte compuse

prin combinarea a doua sau mai multe primiti"e.

tili'and nion ( reuniunea )& Intersection ( intersectia ) sau

ubstraction ( scaderea )& se obtin obiecte comple;e.

e procedea'a astfel0 se selectea'a primul obiect

( Nperand )& se alege operatia de tip boolean dorita si apoi al

doilea operand ( > ).

catter permite reali'area de copii ale unui obiect pe

suprafata altuia si contine o multime de controale care

gestionea'a spatierea& orientarea si dimensiunea obiectelor

distribuite pe suprafata.

Celelalte tipuri [ 1D sunt mai rar folosite0

Morp permite animarea unui obiect& transformandu-l

in altul& dar cele doua obiecte trebuie sa aiba acelasi

numar de "erte;-uri=

Conform fortea' un obiect sa se conforme'e suprafetei

altuia=

Connect permite conectarea unor 'one descise dintre

doua obiecte=

apeMerge fu'ionea'a o curba pline cu suprafata

unui obiect.

:#


60/102

laturi de primiti"e& curbe pline si obiecte compuse&

in /ds Ma; se intalnesc obiecte petic& si sisteme de

particule.cestea sunt folosite pentru a crea suprafete cu grad

ridicat de comple;itate.

Modelarea prin petice utili'ea'a suprafete controlate si

deformate prin intermediul unei LAatice. ceasta are "erte;-

uri care pot fi a3ustate pentru a controla suprafata peticului.

eformarea are loc dupa o curba >e'ier& ceea ce face ca

deformarile sa fie netede.

Procesul de creare si editare a peticelor este simplu.

Pentru inceput& se creea'a o suprafata petic& apoi se aplica un

modificator de tip ,dit Patc pentru a modifica suprafata si a

adauga noi suprafete& sau pentru a reali'a operatii de modelare.

unt folosite doua tipuri de suprafete petic0 patrulatere

si triungiuri.

Modelarea (-pline)

este frec"ent folosita pentru a crea forme organice sau obiecte

ce necesita suprafete cu curbura precis. Aa acest tip de

modelare sunt folosite curbe si suprafete.Curbele sunt similare celor pline& putRnd fi

controlate usor si cu preci'ie. uprafetele se creea'a

pornind de la suprafete standard sau de la curbe .

Metoda de creare a obiectelor ba'ate pe sistemele de

particule este putin diferita deoarece pre'inta o "ariatie in timp.

?%


61/102

n sistem de particule este format dintr-o serie de mici

particule controlate printr-o di"ersitate de parametri.

e poate simula& astfel& ploaia& 'apada& "iforul& fumul&focul etc. In /ds Ma; se intalnesc sase tipuri de sisteme de

particule0 pra*& no6& Pcloud& Parra*& uperpra*& >li''ard.

pra* si no6 sunt usor de folosit& dar se obtin si efecte

simple. ltimele patru sisteme au cate"a 'eci sau sute de

parametri de configurat.

istemele de particule sunt create prin selectarea tipului

de obiect ( Create -UParticle*stems )& urmata de ase'area

obiectului intr-un port de "edere& creandu-se pictograma

obiectului emitator.

upa crearea sistemului de particule& sunt afisate opt

liste cu parametri care pot fi modificati0 >asic parameters&

Particlegeneration& Particlet*pe& Particlerotation&

Nb3ectmotionineritance& >ubblemotion& Particlespa6n.

Prin combinarea acestor parametri se modelea'a

aproape orice tip de sistem de particule& in conditii in care&

uneori& timpul de randare este destul de mare.

supra sistemelor de particule pot actiona elemente dedeformare spatiala ( "ant& gra"itatie& deflectoare ) care

influentea'a miscarea particulelor.

In ca'ul modelarii obiectelor din cadrul laboratorului

"irtual& am folosit in principal metoda modelarii poligonale&

?1


62/102

datorita comple;itatii foarte mari a unora dintre elementele

constituti"e.


63/102

( transparent ) ingreunand procesul de Lrandare etapa ce "a fi

pre'entata ulterior.

Pentru reali'area cat mai realista a sistemului am folosit

aceleasi materiale si culori.

Managementul cablurilor a fost impins catre ma;im

folosind pat cabluri pentru a e"ita aglomerarea scenei si

ingreunarea perceptiei "i'uale asupra procesului de e;ecutie.

7ig. 4 Masina pentru prelucrari mecanice inainte de Lrandare

?/


64/102

In figura de sus Masina pentru prelucrari mecanice este

pre'entata din portul LPerspecti"e E ireframe. e pot

obser"a partile constituti"e dar nu si elementele de animatie

sau materiale folosite. Pentru a "edea toate acestea trebuie

efectuata operatia de Lrandare ( 7ig. : )& operatie care este

pre'entata intr-unul din subcapitolele urmatoare.

7ig. : Masina pentru prelucrari mecanice dupa Lrandare

?4


65/102

Robotul articulat ABB IRB 140

Aa modelarea acestuia& datorita mobilitatii comple;e ale

acestuia ( sase puncte de rotatie ) am preferat sa il impart in

?:


66/102

mai multe componente pentru o modelare cat mai reala (7ig .?

a) si b)).

a)

??


67/102

b)

7ig. ? a) si b) 2obotul articulat >> I2> 14% E "edere

LPerspecti"e- ireframe

7iecare componenta la randul ei a fost modelata prin

metoda modelarii poligonale datorita numarului foarte mare de

poligoane si structuri adiacente.

?D


68/102

Pe tot parcursul e;ecutiei robotului articulat >>& ( 7ig.

D ) pentru o modelare mai usoara fiecarei suprafete i-am

atribuit o alta culoare ( un sub-material separate ).

ceasta a3uta la intelegerea tenicii de construire a

pistonului dar& in acelasi timp& indica si modul in care trebuie

aplicata te;tura.

Pe fiecare suprafata poate fi mapata cate o te;tura in

mod separat& iar acest lucru "a de"eni un factor important

pentru modul in care se construiesc suprafetele in cursul

procesului de modelare.

ici nu a fost ca'ul& fiind "orba de un robot compus din

mai multe elemente de aceiasi te;turs si culoare.

e e;emplu& e;teriorul este fscut dintr-o singurs

suprafata& pentru ca "a a"ea o singura te;tura.

?$


69/102

7ig.D. Impartirea robotului articulat >> pe

componente

,ste recomandabil ca& intotdeauna& modelul la care se

lucrea'a sa fie descompus in cele mai simple unitati care pot fi

modelate. In acest ca'& sapte unitati

( 7ig. D ).

?#


70/102

Pe langa metoda de modelare poligonala am mai folosit

si LModelarea parametrica

Modelarea parametrica este o metoda de modelare a"ansata

prin care toti parametrii obiectului pot fi modificati in orice

moment.

Metoda utili'ea'a curbe spline& obiecte plase etc&

precum si modificatori care scimba forma obiectului.

pre e;emplu& un paralelipiped are trei parametri

principali ce pot fi modificati0 lungime& inaltime si latime. e

asemenea& e;ista si optiuni ce controlea'a gradul de detaliere al

paralelipipedului= in timpul unei animati acesta poate fi scalat&

rasucit& intersectat5reunit cu alt obiect pentru a obtine alte

forme.

Robotul SCARA Yamaha

N singura metoda a fost utili'ata pentru modelarea

acestuia si anume LModelarea poligonala & fiind "orba de unrobot mai simplu din punct de "edere poligonal decat

precedentul.

cest robot contine si el un cablu (cel superior 7ig.

$ ) care trebuie sa respecte regulile de miscare& la fel ca in

ca'ul LMasinii pentru prelucrsri mecanice.

D%


71/102

cest cablu a fost reali'at cu a3utorul primiti"ei e;tinse

L9ose& iar cu a3utorul metodei L,ndpoint E

L>oundtoob3ectpi"ots am reali'at unirea celor doua

componente prin aceasta primiti"a.

ceiasi metoda am aplicat-o si la celelalte cone;iuni pe

ba'a de cabluri din cadrul C.I.M.

7ig. $ 2obotul C2 E Famaa

D1


72/102

e obser"a ca spre deosebire de o curba spline& "erte;-

urile dintr-o plasa nu au controale tangenta.

,ditarea la ni"el de "erte; este destul de dificila si

permite numai operati de scalare& deplasare& inserare si

stergere& dar ofera un control foarte precis asupra punctelor

indi"iduale din plasa& implicit si modelarea obiectului am

e;ecutat-o relati" intr-un timp mai scurt.

Crearea suprafetelor curbe a necesitat un numar foarte

mare de fete pentru a crea aspectul de curbura.

>ineinteles& marirea numarului de fete duce la cresterea

numarului de "erte;-uri& laturi si fete ale obiectului& iar timpul

de prelucrare si randare creste proportional.

Robotul cartezian Yamaha

Modelarea poligonala implica crearea unuia sau mai

multor obiecte& fie ca este "orba de primiti"e& reliefari& precum

si modificarea plasei pentru a obtine formele dorite.In ca'ul acestui robot pe langa metoda de modelare

poligonala am mai folosit si modificatorii pentru modelarea

obiectelor ce compun acest robot

( fig. # ).

D


73/102

Modificatorii repre'inta metode de a transforma usor si

rapid un obiect intr-altul& modificandu-i geometria.

ctiunea modificatorilor se ba'ea'a pe a3ustarea unora

sau tuturor partilor obiectului& actionand la ni"elul sub-

obiectelor ( "erte;-uri& laturi& fete )& repre'entand instrumente

de modelare ai a3ustare puternice.

Modificatorii sunt parametrici& fiecare a"and un set de

controale configurabile si a3ustabile in orice moment& pentru a

fi aplicate unuia sau mai multor obiecte simultan.

Modificatorii pre'enti si acti"i in panoul de comen'i

depind de tipul obiectului selectat (suprafete petic& &

plase& curbe spline etc).

laturi de modificatorii e;istenti implicit in /ds Ma;&

se pot adauga alti modificatori prin intermediul modulelor

plug-in& care "or fi afisati 8n panoul Modif*& conform

necesitatilor +i selectiei utili'atorului.

D/


74/102

7ig. # 2obotul carte'ian E Famaa

Benzile transportoare

Modelarea poligonala a repre'entat si in acest ca'

principala metoda de reali'are a sistemului de transport din

cadrul C.I.M.

Principalul modificator folosit in acest sistem a fost

L>end. fost utili'at la prelucrarea ben'ii de cauciuc din

cadrul transportatorului ( 7ig. /% ).

D4


75/102

7ig. /% >anda transportoare

upa cum s-a afirmat anterior& modificarile scimba

geometria unui obiect /. pre e;emplu& daca se aplica

modificatorul de indoire unui obiect& acesta "a fi indoit

conform parametrilor functiei respecti"e.

D:


76/102

Modificatorii obiectelor / sunt ba'ati pe functii mult

mai comple;e decat cei ai formelor .

L>end repre'inta modificatorul care indoaie un obiect

in 3urul unei a;e specificate. imilar modificatorului T6ist&

>end are tot trei sectiuni0 >end& >end ;is +i Aimits& dar apare

si o noua optiune& irection.

Sistemul de recunoastere si monitorizare vizuala

cest sistem este compus din mai multe obiecte

indi"iduale si o mare parte din ele sunt atasate de alte sisteme

( 7ig. /1 ). atorita acestui lucru am preferat sa las in partea

finala modelarea acestuia& dupa e;ecutia celorlalte sisteme.

D?


77/102

7ig. /1 istemul de recunoastere si monitori'are "i'uala

Modelarea poligonala a acestor mici obiecte a decurs

relati" simplu& neutili'and-se alti modificatori speciali la

reali'area acestora.

DD


78/102

Compresorul

ltimul obiect modelat din cadrul scenei laboratorului

"irtual a fost compresorul. 7iind "orba de un obiect foarte

simplu& la reali'area lui am folosit doar primiti"ele e;tinse

(LCapsule) si modificatorul L>end pentru reali'area coturilor

( 7ig. / ).

7ig. / Compresorul.

D$


79/102

1# Co%$unerea scenei

Compunerea scenei este un factor important in

e;primarea intentiilor de modelare& "i'uali'are si randare ale

utili'atorului. N compunere reusita a scenei presupune alegerea

unei bune po'itii de "i'uali'are pentru camera& o iluminare

optima care sa e"identie'e detaliile obiectelor& selectarea ai

aplicarea corecta a materialelor si efectelor speciale& cat si

randarea scenei pentru a obtine o imagine sau animatie de cat

mai buna calitate.

intre elementele de ba'a care intra in compunerea unei

scene trebuie amintite0 camerele fotografice& sursele de lumina

si materialele aplicate obiectelor.

Camera

Camera este un obiect ce permite "i'uali'area scenei ca

in lumea reala0 in perspecti"a. Ciar daca& implicit& programulofera trei porturi de "edere ortogonale ( Top& 7ront +i Aeft ) si

unul de perspecti"a

( Perspecti"e )& o afisare corecta are ne"oie de o camera de

tipul celor fotografice pentru un control de preci'ie a

"i'uali'arii scenei.

D#


80/102

In absenta unei "i'uali'ari adec"ate aspectul final al

scenei nu "a fi intotdeauna cel dorit& iar 8n lipsa unei iluminari

corespun'atoare& unele obiecte "or fi mai putin sau deloc

"i'ibile.

Programul ofera doua tipuri de camere fotografice& utili'ate

pentru "i'uali'area scenei0 camere orientate

( LTarget ) si camere libere ( L7ree ).

In cadrul proiectului am folosit numai camera de tip

L7ree& pentru accesul la mai multe setari pe care aceasta le are.

In cadrul laboratorului "irtual a"eam ne"oie de o

camera in miscare pentru a surprinde toate momentele

importante si toate ecipamentele.

upa alegerea camerei de tip L7ree am descis din

bara de meniu caseta derulanta Lnimation U LConstraints U

LPatConstraint dupa e;ecutand clicH pe linia traseului

modelata premergator acestui pas

( 7ig. // ).

upa aceasta operatiune camera este atasata automat latraiectoria de deplasare si in ca'ul unei animatii cum este ca'ul

de fata& pe toata durata ei camera se deplasea' automat pe

aceasta.

$%


81/102

pre deosebire de camera orientat& camera liber

trebuie orientata catre locul de actiune cu a3utorul meniului de

animatie prin setarea de cei.

7ig. // Camera si traiectoria de deplasare.

pre deosebire de camerele fotografice reale& cele

"irtuale din /ds Ma; au a"anta3ul ca pot fi po'itionate oriunde

in scena& deplasate cu orice "ite'a& rotite si isi pot scimba

caracteristicile in timpul unei animatii.

$1


82/102

e asemenea& pentru o scena pot fi definite una sau mai

multe camere& ce "or surprinde animatia din mai multe

ungiuri simultan.

umina

Aumina "i'ibila cu ociul liber este compusa dintr-un

spectru de culori& de la rosu la "iolet& culori date de lungimea

de unda a luminii. Cand ra'ele de lumina ating un obiect& o

parte din culori sunt absorbite de materialul acestuia& iar altele

sunt reflectate.

Intensitatea si culoarea luminii reflectate confers& in

fapt& culoare obiectului respecti". Intensitatea luminii este

determinata de gradul de stralucire al sursei de lumina sau al

refle;iei.

ngiul la care o ra'a de lumina cade pe o suprafata&

fiind apoi reflectata spre pri"itor (ungi de incident)

determina cat de stralucitor "a parea obiectul./ds Ma; utili'ea'a opt tipuri de surse de lumina pentru

a ilumina scena0 LNmni& LmrreaNmni & LH*ligt&

Lmrrea pot& LTarget spot & LTarget direct L7ree spot si

L7ree direct.

$


83/102

In proiectul laboratorului "irtual am folosit o lumina de

tip LmrreaNmni cest tip de lumina ambientala ofera o

iluminare generala& uniforma& cu aceeasi intensitate pe orice

obiect al scenei.

Intensitatea luminii scade direct proportional cu

cresterea distantei dintre sursa de lumina +i obiect& fenomen

numit atenuare. tenuarea se e;plica prin faptul ca atmosfera

contine particule ( praf& apa& geata& fum etc. ) care blocea'a

si5sau reflecta ra'ele de ( lumina ).

Materiale

n material se defineste ca un set de parametri asociati

suprafetei unui obiect pentru a-i conferi un aspect realist la

randare.

/ds Ma; interpretea'a setul de parametri& sursele de

lumina si po'itionarea camerelor pentru a genera culorile si

te;tura materialelor.Programul ofera implicit o mare "arietate de materiale&

impartite in doua tipuri0 standard si mapate.

n material standard are aspect uniform& asemanator

"opselei aplicate pe o suprafata. Culoarea sa este definita de

trei parametri0 mbient& iffuse si pecular.

$/


84/102

Ambient ( culoarea ambientala ) repre'inta nuanta

reflectata de un obiect cand acesta nu este iluminat direct de o

sursa de lumina (culoarea obiectului in umbra).

Diffuse ( culoarea difu'a ) este culoarea reflectata de

obiect la iluminarea cu o sursa directa.

Specular ( culoarea reflectata ) repre'inta nuanta

refle;iilor luminoase de pe suprafata obiectului.

laturi de materialele standard& / tudio Ma; permite

si folosirea materialelor mapate& numite si arti de te;tura

( te;turemaps ).

n material mapat utili'ea'a un fisier imagine in format

bmp& 3pg& gif& tiff etc sau arti procedurale& definite matematic&

in locul unor caracteristici ale materialului standard& precum

culoarea difu'a.

In general& imaginea bitmap care sta la ba'a noului

material este o fotografie scanata sau preluata cu un aparat foto

digital dupa un material real.

pre e;emplu in proiectul nostru pentru a crea unmaterial din lemn folosit la podeaua din laboratorul "irtual& am

inlocuit culoarea difu'a cu o imagine e;terna programului

( 7ig. /4 ).

$4


85/102

7ig. /4 Material e;tern tip parcet laminat.

Pentru accesul la meniul cu materiale se apasa icoana

specifica de pe bara cu instrumente sau comanda rapida prin

apasarea literei LM de pe tastatura.

In cadrul laboratorului "irtual am folosit foarte multe

materiale pentru a reali'a o scen finala care sa repre'inte

intocmai parametri materialelor folositi in realitate ( 7ig. /: ).

$:


86/102

7ig. /: ,ditorul de materiale

"and in "edere numarul foarte mare de obiecte

continute in scena finala am folosit atat materiale standard catsi materiale mapate.

$?


87/102

1& Te6nici fo!osite $entru ani%atie

na dintre cele mai importante caracteristici ale

programului /ds Ma; este capacitatea sa de a anima si

transforma toate obiectele& sub-obiectele& ma3oritatea

parametrilor acestora& modificatorilor& materialelor si efectelor

atmosferice.

In animatia pe calculator o componenta esentiala este

timpul. Toate animatiile depind de timpul in care sunt afisate

seriile de cadre indi"iduale& succesi"e& la o "ite'a suficient de

mare pentru a crea sen'atia de miscare.

stfel& o animatie nu poate fi considerata continua decat

daca rulea'a la o "ite' de cel putin 1: cadre pe secunda ( 7P

E frames per second ).

pre e;emplu& industria cinematografica foloseste un

standard de 4 7P& sistemul PA

( ,uropean ) are : 7P& iar sistemul


88/102

animatiei conform oricaruia dintre aceste standarde sau la orice

alta "ite'a& dar si afisarea sa in cadre& minute si secunde etc.

( 7ig. /? ).

7ig./? Configurarea timpului

$$


89/102

Aa crearea animatiei 8in /ds Ma; al laboratorului "irtual

& fiecarui parametru animat al obiectelor i se atribuie un

controller de animatie& ce contine informatiile asociate acesteia.

Pentru animarea robotilor si a sistemelor ce compun

C.I.M. am folosit controllerul de animatie cu cei ( 7ig. /D ).

upa cum se remarca in figura& pe grila de timp sunt

marcate cu culoarea "erde aceste cei.

ceasta metoda presupune po'itionarea obiectelor in

cadrele cele mai importante ( critice )& iar programul creea'a

restul cadrelor care lipsesc. Conform definitiei& cadrul ceie

repre'inta orice cadru al animatiei in care se petrece un

e"eniment.

Cadrele de legatura& aflate intre cadrele ceie& sunt

generate de program si se numesc cadre intermediare.

$#


90/102

7ig. /D nimatia

Principalele elemente pe care le-am folosit in animarea

obiectelor din cadrul laboratorului "irtual au fost 0 traiectoriile

si punctele de pi"otare.

Traiectoriile sunt& in general& linii curbe sau drepte& care

unesc toate po'itiile din cadrele ceie.

#%


91/102

Intre acestea traiectoria depinde de controllerul utili'at&

care influentea'a curbura traiectoriei si "ite'a de deplasare a

obiectului intre cadrele ceie.

upa stabilirea fiecarei miscari pentru fiecare obiect in

parte e;ista posibilitatea de a bloca acel obiect pentru miscarea

respecti"a. ceasta metoda este folosita foarte des pentru a

impiedica miscrile accidentale in coordonate imposibile&

re'ultand o animatie nerealista.

Punctul pi"ot este asociat implicit oricarui obiect creat.

Toate transformarile care se aplica asupra sa depind de punctul

pi"ot. pre e;emplu& la rotirea sau scalarea unui obiect& acesta

este rotit sau scalat relati" la punctul pi"ot ( 7ig. /$ ).

#1


92/102

7ig./$ Punctele de pi"otare la robotul >> 14%

in figura /$ se obser"a foarte clar cum po'itia

punctelor de pi"otare

#


93/102

afectea'a modul in care transformarea prin rotire este aplicata

obiectului.

Punctul pi"ot este util atat la animarea dispo'iti"elor

mecanice& cat mai ales la animarea persona3elor.

In ma3oritatea ca'urilor& punctul pi"ot trebuie plasat in

interiorul obiectului& dar sunt ca'uri in care se afla in afara

acestuia pentru a crea impresia ca se roteste in 3urul altui

obiect.

,"ident& po'itia si orientarea punctului pi"ot pot fi

reglate dupa dorinta utili'atorului.

1' Randarea scenei

2andarea este procesul de obtinere a imaginilor dintr-o

scena cu obiecte /. In literatura de specialitate& randarea este

eci"alenta e;presiei Qtaking a picture of the scene ( a lua o

imagine din scena ).

nimatia este o serie de asemenea randarea cu scena inpermanenta transformare.

In compunerea scenei este deseori necesara randarea de

proba& pentru a "erifica amplasarea corecta a obiectelor&

luminilor si camerelor sau alegerea si maparea materialelor.

#/


94/102

7iecare randare consuma timp& "ite'a de lucru crescand

considerabil daca sunt de'acti"ate umbrele& refle;iile& filtrarea

artilor sau incetosarea datorata miscarii. ceste optiuni& dar si

multe altele se gasesc in caseta de dialog L2enderetup ( 7ig.

/# ).

7ig. /# Configurare 2ender

#4


95/102

Caseta de dialog L2enderetup permite stabilirea

parametrilor si declansarea procesului de randare. stfel&

parametrii din 'ona LTime Output preci'ea's cadrele ce "or fi

randate.

e poate alege un inter"al continuu de cadre ( ca' in

care re'ultatul "a fi o animatie )& numai anumite cadre sau doar

un singur cadru.

Nptiunile din 'ona LOutput Size permit stabilirea

re'olutiei ( inaltime ; latime ) imaginii finale in pi;eli.

legerea tipului de fisier si locatia implicita de sal"are a

acestuia se face alegand din caseta de dialog LRenderSetup

optiunea LRender Output e;ecutand clicH pe butonul aferent

LFiles ( 7ig. /.4% ).

Aa LConfigurare 2ender am debifat optiunea

L2endered7rameindo6& iar in "ie6portul camerei am ales

optiunea Lo6 afe 7rames

#:


96/102

7ig. 4% legerea tipului de fisier si locatia implicita de sal"are

Pe timpul cat / tudio Ma; e;ecuta o randare este

afisata caseta de dialog LRendering ( 7ig. 41 )& un indicator

complet care pre'inta progresul procesului si un sumar al

parametrilor de randare.

#?


97/102

7ig. 41 Caseta de dialog L2endering

,"ident& cu cat este mai mare re'olutia& cu atat cresc

calitatea imaginii& durata randarii +i dimensiunea fisierului

re'ultat.

Pe toata durata procesului de randare& resursele

calculatorului respecti" sunt utili'iate la ma;im& astfel incat

toate celelalte aplicatii care rulea'a in paralel cu /ds Ma;

"or fi drastic incetinite.

e recomanda deci oprirea tuturor aplicatiilor ce rulea'a

in paralel& eliminand astfel pericolul blocarii acestora& cat si a

intregului sistem.

N imagine de ansamblu a intregului laborator "irtual

este pre'entata in figura 4.

#D


98/102

7ig. 4 Aaborator "irtual

atorita comple;itatii proiectului laboratorului "irtual&

a materialelor utili'ate si a animatiilor folosite& pentru randarea

filmului am a"ut ne"oie de aproape 4$ de ore asta in ca'ul in

care am folosit re'olutia de $%%;?%% si formatul filmului Oa"i.

#$


99/102

BIBLIOGRA7IE

1.brudean& M.& Metod for numerical modelling and

simulation . Clu3-ucure+ti&

1##4.

/. Colosi&T.&


100/102

stiintific QCercetari si re'ultate si stiinta si tenica&

Petrosani& 1##?.

D. ,gri& .& irb&.& ocirca& >.& Contribution

concerning CIM modeling and simulation.

International Conference on utomation& Vualit* and

Testing 2obotics& Clu3& %%?.

$. I"nescu& M. isteme a"ansate de conducere 8n

robotic. ,ditura Tenic& >ucure+ti& %%/.

#. BacHson &P. Introduction to ,;pert *stems.

ddison-esle*& 9arlo6& 1###.

1%. Panescu& . isteme ba'ate pe cunostinte.

Matri; 2om& >ucuresti& %%%.

11. Pop& ,. oft6are 8n timp real pentru conducerea

inteligenta a sistemelor dinamice rapide. nnales

ni"ersitatis pulensis& seria Matematic-Informatic&

lba Iulia& 2omRnia& %%.

1. irb&. Modelarea si simularea unui CIM de

productie. 2aport de cercetare stiintifica& Petrosani& %%D.

1%%


101/102

1/. OOO 2PI 2eference Manual& >> 2obotics >&

asteras& uedia& %%%.

14. OOO Bournal of Computer Integrated Manufacturing&

1##4-1##:-1##?.

1:. OOO ttps055666.lucidpress.com5pages5...5

free-digital-maga'ine-soft6are.1?. OOO microsoft-"isual basic.en.softonic.com

Microsoft isual >asic& free do6nload.

1D. OOO 666.autodesH.com5education5

free-soft6are5/ds-ma;.

1$. OOO 666.ferroli.ro5...solare5...solare5panouri- solare.tml.

1#. OOO 666.soltec.ro.

1%1
https://www.lucidpress.com/pages/.../http://www.ferroli.ro/...solare/...solare/%20%20%0D%20%20%20%20%20%20%20panouri-http://www.ferroli.ro/...solare/...solare/%20%20%0D%20%20%20%20%20%20%20panouri-http://www.soltech.ro/https://www.lucidpress.com/pages/.../http://www.ferroli.ro/...solare/...solare/%20%20%0D%20%20%20%20%20%20%20panouri-http://www.ferroli.ro/...solare/...solare/%20%20%0D%20%20%20%20%20%20%20panouri-http://www.soltech.ro/


102/102

Documents

Proiectare Asistata in Robotica