Zippy - Roboti - Hunedoara - Lucrari 2025 Nationala

alexo01 · July 18, 2025, 8:53pm

Informatii generale

Categorie: Roboti
Judetul: Hunedoara
Surse: GitHub - AlexandruBigden/Zippy: Autonomous Drone for Delivery and Environmental Monitoring

Descriere

Zippy – Robot Autonom pentru Livrare și Monitorizarea Calității Aerului

Proiectul Zippy constă în realizarea unui robot autonom multifuncțional, proiectat pentru a efectua livrări de mâncare sau colete ușoare și, în același timp, pentru a monitoriza calitatea aerului din zonele tranzitate. Acest robot combină mobilitatea eficientă cu funcționalitatea unui sistem senzorial inteligent, devenind astfel un instrument inovator pentru logistică urbană și monitorizare ambientală.

Zippy colectează date de mediu (precum temperatura, umiditatea, presiunea și nivelurile de poluanți) în timpul rutelor de livrare, generând o hartă detaliată a calității aerului pe traseele parcurse. Informațiile sunt transmise către o platformă digitală unde pot fi vizualizate în timp real, contribuind la identificarea zonelor cu poluare ridicată și la crearea unui oraș mai sănătos.

Această soluție oferă un mijloc accesibil, sustenabil și inteligent pentru livrări și supravegherea calității aerului în zone urbane, contribuind la digitalizarea logisticii și la protejarea mediului înconjurător.

Tehnologii

Zippy este o dronă autonomă multifuncțională, concepută pentru a îmbina două scopuri esențiale: livrarea de pachete ușoare și monitorizarea calității aerului în timpul zborului. Aceasta transformă conceptul clasic de UAV într-o soluție inteligentă pentru logistică și evaluare ambientală, fiind capabilă să colecteze date din zone greu accesibile, să cartografieze nivelurile de poluare și să transmită date în timp real.

Construită pe un cadru aerodinamic optimizat, Zippy integrează senzori de mediu, GPS, comunicație mobilă și un sistem de propulsie eficient, toate coordonate printr-un ecosistem hardware-software distribuit.

Senzori de mediu și poziționare:

MQ-135 – senzor pentru compuși organici volatili (COV), capabil să detecteze poluarea chimică din aer
Senzor electrochimic NO₂ – monitorizează concentrația de dioxid de azot, util în zone industriale sau cu trafic intens
DHT22 – senzor de temperatură și umiditate, pentru analiza microclimatică pe traseele de zbor
NEO-6M GPS – modul de localizare pentru georeferențierea precisă a măsurătorilor
HC-SR04W (ultrasonic waterproof) – senzor de proximitate, utilizat pentru detecția altitudinii joase, obstacole la sol sau monitorizarea suprafețelor de aterizare (inclusiv nivelul apei)

Microcontrolere și procesoare:

Arduino UNO – microcontroller responsabil pentru achiziția senzorilor, generarea semnalelor PWM pentru mecanismele auxiliare și publicarea datelor prin MQTT
Raspberry Pi Zero 2 W – unitate de procesare avansată care rulează middleware-ul ROS Noetic pentru planificarea zborului, cartografierea aerului (SLAM 2D/3D) și serverul web de interacțiune cu utilizatorul

Comunicație și transmisie date:

Modul SIM800C (GSM/GPRS) – permite trimiterea datelor prin rețele mobile (TCP/IP, SMS), facilitând controlul și monitorizarea la distanță
Protocol MQTT + WebSocket – asigură comunicare bidirecțională eficientă cu infrastructura cloud pentru integrare în sisteme IoT sau platforme urbane de monitorizare

Sisteme mecanice și actuatori:

2 x Servomotoare – acționează mecanismele de poziționare și rotire ale modulului de senzori, pentru calibrare sau direcționare în funcție de fluxul aerului
1 x Motor pas cu pas – controlează compartimentul de livrare, care se poate deschide automat pentru a elibera pachetele în zone predefinite

Energie și răcire:

Baterie principală LiFePO₄ 12.8V / 20Ah – asigură o autonomie de până la 5,5 ore în regim combinat (zbor, procesare și comunicare)
Ventilator 5V – răcire activă pentru modulele GSM și driverele de putere, prevenind supraîncălzirea în timpul zborului

Software și interfață utilizator:

ROS Noetic (Robot Operating System) – rulează pe Raspberry Pi, oferind funcționalități de cartografiere în zbor (SLAM), urmărire GPS, planificare de rută și agregare de date senzoriale
Server Node.js + WebSocket – backend care gestionează API-ul REST, stochează datele și comunică în timp real cu clientul
Frontend web (Leaflet.js, Chart.js) – afișează traseul dronei, harta calității aerului și grafice cu valorile înregistrate
Aplicație mobilă Flutter – permite utilizatorului să urmărească drona în timp real, să primească alerte și să acceseze datele istorice ale zborurilor și poluării

Design și modularitate:

Zippy este proiectat cu un design compact, optimizat aerodinamic, cu module ușor detașabile pentru senzori, compartiment de livrare și sistemul solar. Toate componentele sunt integrate pentru a nu perturba centrul de greutate sau stabilitatea zborului. Sistemul este gândit să fie scalabil – pot fi adăugați senzori suplimentari (PM2.5, O₃, CO), camere video sau module edge-AI în funcție de cerințele viitoare.

Cerințe de sistem

1. Cerințe hardware minime:

Microcontroller: Arduino UNO
Computer de bord: Raspberry Pi Zero 2 W (sau alternativ Pi 3 Model A+)
Senzori de mediu:
- MQ-135 – detecția compușilor organici volatili
- Senzor electrochimic NO₂ – monitorizarea nivelului de dioxid de azot
- DHT22 – temperatură și umiditate
Poziționare și navigație:
- Modul GPS NEO-6M
- HC-SR04W – senzor ultrasonic waterproof pentru detecție apropiere/obstacole
Actuatori:
- 2 x servomotoare (SG90 sau MG90S)
- 1 x motor pas cu pas (cu driver compatibil, ex. A4988)
Comunicație:
- Modul SIM800C (GSM/GPRS) + cartelă SIM activă cu date mobile
Stocare și procesare:
- Card microSD minim 16 GB pentru Raspberry Pi
Energie:
- Acumulator LiFePO₄ 12.8V / 20Ah
- Convertori DC-DC (Buck & Boost) pentru alimentarea modulelor la 3.3V, 5V, respectiv 12V
- Panou solar flexibil 30W + regulator MPPT pentru încărcare regenerabilă
Sistem de propulsie: cadru compatibil cu montajul componentelor + elice și ESC-uri corespunzătoare
Ventilație: Ventilator 5V pentru răcirea modulelor GSM și a driverelor

2. Cerințe software:

Raspberry Pi (Zero 2 W):
- Sistem de operare: Raspberry Pi OS Lite (Debian 11+)
- ROS Noetic instalat și configurat (navigație, SLAM, integrare senzori)
- Server Node.js + WebSocket pentru API REST și comunicație în timp real
- Bază de date: MySQL sau SQLite (opțional)
Frontend Web:
- Fișiere statice: index.html, style.css, main.js
- Biblioteci frontend: Leaflet.js pentru hartă, Chart.js pentru vizualizarea datelor
Aplicație mobilă:
- Realizată în Flutter, rulabilă pe Android și iOS
- Integrare cu WebSocket/API pentru vizualizarea traseelor, datelor de poluare și notificări push