Desenvolvimento dos Ensaios Navega¸ c˜ ao

Uma vez determinadas as condi¸c˜oes de opera¸c˜ao do robˆo e a forma como ser´a conduzido `a uma condi¸c˜ao segura, passa-se `a etapa em que os ensaios s˜ao efetivados.

Com o objetivo de capturar os efeitos decorrentes do compor- tamento dinˆamico e cinem´atico do robˆo nas medidas de corrente,

2- Listagem dos perif´ericos

Evento ativador _| Perif´erico _| Evento de sa´ıda Perif´erico da a¸c˜ao: ativa comunica¸c˜ao (I1)

1-Chave do robˆo 1-Sistema de comunica¸c˜ao Sinaliza¸c˜ao ativa ativada / operador 2-Sistema computacional

Perif´erico da a¸c˜ao: percorre distˆancia (E1)

1-Comando 1-Motores Deslocamento completo, para 2-Sistema IMU sistema IMU ativado desloca- 3-Sistema comunica¸c˜ao

mento 4-Sistema computacional Perif´erico da a¸c˜ao: rotaciona 180o

(E2)

2-Sistema 1-Motores Rota¸c˜ao completada, IMU 2-Sistema IMU sistema IMU ativado

3-Sistema comunica¸c˜ao 4-Sistema computacional

Perif´erico da a¸c˜ao: percorre distˆancia (E3)

3-Sistema 1-Motores Deslocamento completo, IMU 2-Sistema IMU sistema IMU ativado

3-Sistema comunica¸c˜ao 4-Sistema computacional

Perif´erico da a¸c˜ao: mapeia o ambiente (E4) 4-Chave doscan- 1-Sistemascanner LASER Mapa do local

ner LASER ati- 2-Sistema de comunica¸c˜ao vada/operador 3-Sistema computacional

Perif´erico da a¸c˜ao: monitora o ambiente (E5)

5-Chave do sistema 1-Sistema de vis˜ao Imagens do ambiente vis˜ao ativada/ 2-Sistema de comunica¸c˜ao

operador 3-Sistema computacional

Perif´erico da a¸c˜ao: t´ermino atividade (C1) 6-Status do sistema 1-Sistema de comunica¸c˜ao Sinaliza¸c˜ao conclu´ıdo 2-Sistema computacional desativada

Tabela 9 – Detalhamento do plano de trabalho quanto `a listagem dos perif´ericos.

executaram-se os ensaios em dois cen´arios: no primeiro, o robˆo foi suspenso sobre apoio; no segundo cen´ario, o robˆo permaneceu em contato com o piso, com carga.

7.4.2.1 Robˆo suspenso

Este ensaio, ilustrado pelas figuras 36 e 37, tem como objetivo analisar o comportamento energ´etico do robˆo sem a¸c˜ao das for¸cas de atrito e de tra¸c˜ao resultantes do contato com o piso. Com isso pretende- se identificar como essa condi¸c˜ao de opera¸c˜ao interfere no consumo energ´etico do robˆo.

3-An´alise e Sele¸c˜ao dos RNF Ativa Comunica¸c˜ao (I1) n˜ao h´a

Percorre distˆancia (E1= E3) 1-Distˆancia a percorrer: 0,5m 2-Velocidade deslocamento: 0,4m/s 3-Piso cerˆamico rugoso

4-Piso plano

5-Carga total de 25kg Rotac˜ao (E2) 1-ˆangulo de rota¸c˜ao: 180o

2-Velocidade angular: 100o/s 3-Piso cerˆamico rugoso 4-Piso plano

5-Carga total de 25kg Mapeamento do ambiente (E4) 1-Tempo de atividade: 60s Monitoramento do ambiente (E5) 1-Tempo de atividade: 60s Finaliza¸c˜ao (C1) n˜ao h´a

Tabela 10 – Detalhamento do plano de trabalho quanto aos requisitos n˜ao funcionais.

Situa¸c˜ao(˜oes) Atividade(s) segura(s)

cr´ıtica(s) A¸c˜ao Δt previsto (s) Perif´ericos Robˆo distante 0,5m i)1 rota¸c˜ao t’= 180/100=1,8 Motores DC da esta¸c˜ao de tra- ii)1 desloca- t”=0,5/0,4=1,25 e sistema IMU balho, no sentido mento de total=2,05

de afastamento 0,5m

Tabela 11 – Detalhamento das a¸c˜oes seguras do plano seguro.

A estrutura do ensaio consistiu em suspender o robˆo sobre um apoio, de modo a suprimir o contato das rodas com o piso e, assim, proceder a execu¸c˜ao do algoritmo de navega¸c˜ao usando os parˆametros relacionados na tabela 7.

Descri¸c˜ao das Correntes Medidas

Usando o diagrama el´etrico do robˆo, representado na figura 34 (p.139), em conjunto com o descritivo da tabela 6, fez-se a identifica¸c˜ao dos dispositivos necess´arios para a sua navega¸c˜ao. Desta forma, foram selecionados os ramos indicados na figura 38 para a realiza¸c˜ao das medi¸c˜oes.

A figura 39, por sua vez, representa graficamente o comporta- mento das corrente A1, A5 e A6, consumidas pelo circuito de controle dos motores DC, usados na movimenta¸c˜ao as rodas.

Figura 36 – Vista lateral do robˆo suspenso sobre suporte.

Figura 37 – Vista frontal da parte interna do robˆo.

Ramo A

⇒ A1: o n´ıvel de A1 indicado no gr´afico representa o consumo das duas pontes H. A corrente consumida antes da execu¸c˜ao do algo- ritmo de navega¸c˜ao ´e 0,034A. Durante a execu¸c˜ao do algoritmo, o valor m´edio da corrente eleva-se para 0,117A, com desvio padr˜ao (σ) igual a 0,0039A.

⇒ A5 e A6: inicialmente justifica-se que, para efeito da an´alise do perfil energ´etico do sistema, o gr´afico dos pontos de conex˜ao A5 e

Figura 38 – Destaque dos pontos de medi¸c˜ao avaliados durante a navega¸c˜ao do robˆo no cen´ario suspenso.

A6, indicados na figura 39, n˜ao representam o real consumo dos motores DC. Tal situa¸c˜ao ´e decorrente do fato de que a ponte H ´e um circuito eletrˆonico que controla a tens˜ao no motor por modula¸c˜ao por largura de pulso (PWM) em alta frequˆencia (ordem de kHz), fazendo o controle da velocidade do motor DC, sendo esse n´ıvel, o real consumo energ´etico desse perif´erico.

Uma segunda observa¸c˜ao, decorre do fato de que a representa¸c˜ao gr´afica de A5 e A6 ´e um sinal de alta frequˆencia e conforme descrito na se¸c˜ao 7.2, o instrumento em quest˜ao n˜ao atende aos requisitos de opera¸c˜ao nessa faixa de frequˆencia. Portanto, a op¸c˜ao em representar esses sinais (A5 e A6) ´e dada ao fato de que auxiliam no entendimento das fases que integram a atividade de navega¸c˜ao.

Durante o deslocamento retil´ıneo do robˆo, verifica-se o compor- tamento sim´etrico das correntes A5 e A6 em rela¸c˜ao ao eixo horizontal. O momento que representa a frenagem ´e caracterizado pela redu¸c˜ao de ambas as correntes. A rota¸c˜ao ´e identificada pelo aumento do consumo de ambas no mesmo sentido, resultante da movimenta¸c˜ao da roda esquerda com a tendˆencia de frenagem da roda direita.

O comportamento das correntes do ramos C e D ´e representado pela figura 40.

Figura 39 – Gr´afico das correntes A1, A5 e A6 medidas com o robˆo suspenso.

Figura 40 – Gr´afico das correntes A3 e A4 medidas com o robˆo suspenso.

Ramo C

⇒ A3: possui um consumo m´edio de 0,297A e σ=0,0088A, que nas condi¸c˜oes de opera¸c˜ao ´e requerido quase que integralmente pelo conversor 12V/5V, pois o consumo do encoder ´e de 6mA. O conversor alimenta o cooler e a placa microcontrolada que, por sua vez, acomoda o microcontrolador Renesas 64F7144F50V, o sistema de multiplexa¸c˜ao e demultiplexa¸c˜ao dos 8 sonares, o driver do girosc´opio

e os barramentos de comunica¸c˜ao dos sensores e da placa-m˜ae. Os componentes anteriormente citados tˆem seus consumos relacionados na tabela 12 (p.158).

Ramo D

⇒ A4: representa o consumo do sistema computacional que nesse caso ´e formado pela placa-m˜ae (COBRA EBX12) e pelo hard-

disk. O comportamento dessa corrente indica que os valores de pico

coincidem com o momento em que o robˆo realiza o deslocamento retil´ı- neo da sua trajet´oria, sendo que os demais instantes indicam as etapas que compreendem a frenagem-rota¸c˜ao-frenagem do robˆo. Observa- se que o perfil do consumo do sistema computacional acompanha as fases que comp˜oem a atividade de navega¸c˜ao, sugerindo um maior ou menor n´ıvel de processamento em fun¸c˜ao da atividade que est´a sendo processada pelo algoritmo de navega¸c˜ao. Dessa forma, conclui- se que durante o deslocamento do robˆo, h´a uma eleva¸c˜ao no consumo do sistema computacional decorrente do processamento dos c´alculos necess´arios para a manuten¸c˜ao da trajet´oria imposta pelo algoritmo de navega¸c˜ao. O valor m´edio de A4 na base de 12V antes do robˆo iniciar a execu¸c˜ao do algoritmo ´e 1,75A. Durante o deslocamento retil´ıneo esse valor passa para 2,73A. O acr´escimo de 0,98A no processamento, representa um aumento de consumo equivalente a 56%.

A an´alise preliminar dos resultados indicam a coexistˆencia da atividade do sistema computacional e do perif´erico, no caso represen- tado pela ponte H em conjunto com o sistema IMU e os sonares. Dessa forma, matematicamente ´e fact´ıvel expressar o consumo indicado pelo A1 e A4 usando a hip´otese definida pelo MO, apesar do cen´ario em quest˜ao n˜ao avaliar uma condi¸c˜ao real do funcionamento do robˆo.

Nesse cen´ario, pode-se atribuir `a atividade de navega¸c˜ao, os seguintes MOs: deslocamento, frenagem linear, rota¸c˜ao e frenagem angular. Essa atribui¸c˜ao ´e proposta uma vez que, os modos sugeridos expressam um estado ativo elementar do sistema durante a navega¸c˜ao.

7.4.2.2 Robˆo com carga

Neste ensaio o robˆo executou o algoritmo de navega¸c˜ao com carga em piso cerˆamico e rugoso. A carga ´util transportada ´e formada pela estrutura met´alica que sustenta o computador port´atil e os mult´ımetros (6kg), por trˆes baterias (7kg) e pelos scanner LASER + sistema vis˜ao (3kg), totalizando 16kg, al´em do seu pr´oprio peso que ´e de 9kg. O

cen´ario representativo dessa situa¸c˜ao ´e ilustrado nas figuras 41 e 42.

Figura 41 – Vista da parte traseira do robˆo no cen´ario de navega¸c˜ao com carga.

Figura 42 – Vista frontal, ilustrando a disposi¸c˜ao dos instrumentos.

Nesse ensaio os ramos avaliados s˜ao indicadas na figura 43. As correntes A5 e A6 n˜ao foram medidas neste ensaio pelo motivo de n˜ao representarem o consumo real de corrente da bateria. Assim

Figura 43 – Pontos de medi¸c˜ao que foram avaliados durante a navega¸c˜ao do robˆo sobre o piso.

sendo, as correntes ilustradas no gr´afico da figura 44 somente indicam o comportamento dos pontos de medi¸c˜ao A1, A3 e A4.

Ramo A

⇒ A1: corrente solicitada pelas pontes H (controlam os motores da roda direita e esquerda). Nesse cen´ario identifica-se que a os picos ocorrem durante o deslocamento retil´ıneo e durante a execu¸c˜ao da rota¸c˜ao. O consumo m´edio resulta em 0,89A, sendo que, nesta condi¸c˜ao, o desvio padr˜ao ´e elevado (σ=0,84A) - resultante da varia¸c˜ao constante da corrente avaliada. Considerando apenas os picos de corrente acima de 1,08A, que ´e o valor da corrente de menor pico, o valor m´edio ´e igual 1,84A e σ=0,41A.

Ramo C

⇒ A3: as considera¸c˜oes na descri¸c˜ao do consumo do A3 na condi¸c˜ao do robˆo suspenso s˜ao igualmente v´alidas nesta situa¸c˜ao. O consumo m´edio mant´em-se pr´oximo ao da condi¸c˜ao suspensa, no caso, igual a 0,298A e σ=0,003A. Isso sugere que a atividade do microcontrolador foi mantida, indicando a prov´avel regularidade do n´ıvel do fluxo de dados entre sensores/atuadores e o microcontrolador.

⇒ A4: o valor m´edio da corrente antes da navega¸c˜ao ´e 1,98A e durante a execu¸c˜ao da deslocamento retil´ıneo, o valor se altera para 2,97A. A diferen¸ca de 0,98A ´e a mesma encontrada no do cen´ario do robˆo suspenso. Nota-se que o n´ıvel m´edio relativo ao momento que o robˆo realiza a frenagem e a rota¸c˜ao, aumentou de 1,75A para 1,98A, diferen¸ca de 0,23A no consumo do sistema computacional, indicando um aumento no processamento para a manuten¸c˜ao do equil´ıbrio, uma vez que a for¸ca peso passou a interferir na dinˆamica do robˆo.

Figura 44 – Gr´afico das correntes A1, A3 e A4 medidas com o robˆo navegando com carga.

Comparando os dois cen´arios (robˆo suspenso e com carga), nota- se um aumento do consumo de A1 (ponte H). Isso ´e atribu´ıdo ao fato de que neste cen´ario o torque requerido para o deslocamento e para a rota¸c˜ao do robˆo com a mesma velocidade ´e superior ao da situa¸c˜ao com o robˆo suspenso. Em consequˆencia os motores DC solicitam uma corrente de maior intensidade para suprir esta condi¸c˜ao.

De forma semelhante ao cen´ario suspenso, houve aumento do consumo de A4 durante os estados em que o robˆo realizava o movimento de deslocamento. Esse acr´escimo no consumo do sistema computacio- nal revela um aumento do processamento, decorrente das opera¸c˜oes matem´aticas que modelam a dinˆamica do robˆo nas instˆancias em que o sistema sofre com a atua¸c˜ao das for¸cas dissipativas.

O consumo de A3 permanece praticamente constante no decorrer do ensaio, indicando que a fun¸c˜ao do microcontrolador durante a atividade de navega¸c˜ao ´e a de estabelecer a interface de controle entre os sensores/atuadores do SCF e o sistema computacional.

Tais constata¸c˜oes fornecem ind´ıcios favor´aveis `a confirma¸c˜ao da hip´otese definida pelo MO, j´a que foi poss´ıvel avaliar o consumo do perif´erico em conjunto com o respectivo processamento do software de controle. No cen´ario em quest˜ao, tamb´em pode-se estabelecer a atividade de navega¸c˜ao como sendo formada pelos MO: deslocamento, frenagem linear, rota¸c˜ao e frenagem angular.