ROBSON ANDRADE VENCESLAU ROBSON ANDRADE VENCESLAU
PROJETO DE UM PROTÓTIPO DE ROBÔ AUTÔNOMO PARA
PROJETO DE UM PROTÓTIPO DE ROBÔ AUTÔNOMO PARA
COMBATE SEM ARMAS – SUMO ROBOT
COMBATE SEM ARMAS – SUMO ROBOT
Palmas Palmas 2011 2011
PROJETO DE UM PROTÓTIPO DE ROBÔ AUTÔNOMO PARA
PROJETO DE UM PROTÓTIPO DE ROBÔ AUTÔNOMO PARA
COMBATE SEM ARMAS – SUMO ROBOT
COMBATE SEM ARMAS – SUMO ROBOT
Elaboração de Projeto de Estágio Elaboração de Projeto de Estágio como requisito de aprovação da como requisito de aprovação da disciplina de Estágio Supervisionado disciplina de Estágio Supervisionado II do curso de Sistemas de II do curso de Sistemas de Informação da Faculdade Católica do Informação da Faculdade Católica do Tocantins, orientado pelo Prof. MSC. Tocantins, orientado pelo Prof. MSC. Igor Yepes. Igor Yepes. Palmas Palmas 2011 2011
2.
2. SSUMÔ UMÔ DDE E RROOBBÔÔS S ... ... 55 3.
3. ARARDDUINUINO O ... 6... 6 3.1.
3.1. AmAmbiente dbiente de e DeDesesenvolvimento Anvolvimento Arrduino duino (Arduino (Arduino IDEIDE)...)... 8... 8 4.
4. MOMOTTOORREES S ...1010 4.1
4.1. . Motor de Motor de PPasassso o ...10...10 4.2.
4.2. MotMotor or CCC C (C(Corrorrenentte e CContínua) ontínua) ...11...11 4.3
4.3. . SServoervomotor motor ...13...13 4.3.1
4.3.1. . SServomoervomottor or HXHXTT900 900 ...14...14 4.3.2.
4.3.2. CConversãonversão do So do Servomotervomotor em gor em giriro co contontínuo para usínuo para uso em robótio em robótica ca ...15..15 5.
5. SSEENSNSOORREES S ...2020 5.1.
5.1. SSenenssor or RReeflfleexivo xivo TTCCRRTT5005000 0 ...21...21 6.
6. MOMONTNTAGAGEEM DM DO O PPRROOTTÓÓTTIPIPO O ...2222 7.
7. PPRROOGGRRAMAAMAÇÇÃO ÃO ...29..29 9.
9. CCOONCNCLLUSUSÃO ÃO ...32..32 10
1. INTRODUÇÃO 1. INTRODUÇÃO O termo
O termo Robô Robô do inglêsdo inglês robot,robot, vem do tchecovem do tcheco robota robota que significaque significa
trabalho. A idéia de construir máquinas capazes de agir e realizar tarefas apenas trabalho. A idéia de construir máquinas capazes de agir e realizar tarefas apenas executadas por seres humano não é nova, apesar do termo
executadas por seres humano não é nova, apesar do termo Robô Robô ter sidoter sido
inicialmente utilizado em 1921 por
inicialmente utilizado em 1921 por karel Capek karel Capek em sua ficção “em sua ficção “Rossum’s universal Rossum’s universal Robots
Robots ”, há relatos de que os primeiros trabalhos sobre robôs tem sido os relógios”, há relatos de que os primeiros trabalhos sobre robôs tem sido os relógios
de água com figuras móveis projetados pelo engenheiro grego
de água com figuras móveis projetados pelo engenheiro gregoCtesibius Ctesibius (270 AC).(270 AC).
(Pires, 2002). (Pires, 2002).
O grande uso e avanço da robótica têm sido nas produções industriais, O grande uso e avanço da robótica têm sido nas produções industriais, tendo como primeiro robô industrial o “Unimate”, desenvolvido por
tendo como primeiro robô industrial o “Unimate”, desenvolvido por George Devol George Devol
(considerado o pai da robótica industrial) e
(considerado o pai da robótica industrial) e Joseph Engelberger Joseph Engelberger na companhiana companhia
americana Unimation Inc. (1959-1952). Com o avanço e o surgimento de novas americana Unimation Inc. (1959-1952). Com o avanço e o surgimento de novas tecnologias o ramo da robótica vem crescendo e com isso os robôs estão ganhando tecnologias o ramo da robótica vem crescendo e com isso os robôs estão ganhando formas, agilidades e inteligência mais precisas de acordo a finalidade de seu formas, agilidades e inteligência mais precisas de acordo a finalidade de seu desenvolvimento.
desenvolvimento.
Uma das áreas da robótica bastante pesquisada em academias e Uma das áreas da robótica bastante pesquisada em academias e universidades e que será abordada neste trabalho é a construção de robôs para universidades e que será abordada neste trabalho é a construção de robôs para combates. Este ramo da robótica vem crescendo bastante, envolvendo grandes combates. Este ramo da robótica vem crescendo bastante, envolvendo grandes competições e atraindo cada vez mais competidores e espectadores no mundo todo. competições e atraindo cada vez mais competidores e espectadores no mundo todo. A primeira competição envolvendo combate de robôs foi a “
A primeira competição envolvendo combate de robôs foi a “Design 2.007” Design 2.007” , , umum
evento que ocorre anualmente desde 1970 no
evento que ocorre anualmente desde 1970 noMassachusetts Institute of Technology Massachusetts Institute of Technology
(MIT), (Meggiolaro, 2006). Atualmente existem três modalidades principais de (MIT), (Meggiolaro, 2006). Atualmente existem três modalidades principais de competições entre robôs:
competições entre robôs:Combate Combate ,, Hockey Hockey eeSumô.Sumô.
CombateCombate: luta entre dois robôs radio-controlados dentro de uma: luta entre dois robôs radio-controlados dentro de uma
arena fechada. O principal objetivo de cada equipe é causar o maior dano possível arena fechada. O principal objetivo de cada equipe é causar o maior dano possível ao adversário e evitar que seu robô receba pancadas do outro. A vitória é obtida por ao adversário e evitar que seu robô receba pancadas do outro. A vitória é obtida por nocaute, quando o oponente fica sem se locomover por dez segundos ou por nocaute, quando o oponente fica sem se locomover por dez segundos ou por pontuação (distribuída em pontos de ataque/defesa semelhante a realizada em lutas pontuação (distribuída em pontos de ataque/defesa semelhante a realizada em lutas de boxe). Nessa modalidade os robôs podem utilizar armas para danificar ou destruir de boxe). Nessa modalidade os robôs podem utilizar armas para danificar ou destruir seus oponentes.
HockeyHockey: times de três robôs radio-controlados se enfrentam em uma: times de três robôs radio-controlados se enfrentam em uma
arena onde disputam uma partida semelhante ao esporte hockey, tendo dez minutos arena onde disputam uma partida semelhante ao esporte hockey, tendo dez minutos de duração. A meta é marcar o maior numero possível de gols no adversário.
de duração. A meta é marcar o maior numero possível de gols no adversário.
SumôSumô: robôs pequenos se enfrentam, um a um, em uma arena: robôs pequenos se enfrentam, um a um, em uma arena
redonda, onde devem empurrar um ao outro para fora dos limites demarcados. redonda, onde devem empurrar um ao outro para fora dos limites demarcados. Nessa modalidade de competição há categorias de sumô para robôs Nessa modalidade de competição há categorias de sumô para robôs radio-controlados e autônomos, não sendo permitido uso de armas.
controlados e autônomos, não sendo permitido uso de armas.
Existem outras modalidades de competições de robôs como o futebol de Existem outras modalidades de competições de robôs como o futebol de robôs, robôs de Lego e categorias humanóides. O futebol de robôs é uma robôs, robôs de Lego e categorias humanóides. O futebol de robôs é uma modalidade que vem avançando no Brasil, existindo a CBF-R (Confederação modalidade que vem avançando no Brasil, existindo a CBF-R (Confederação Brasileira de Futebol de Robôs) que promove, periodicamente, um Campeonato Brasileira de Futebol de Robôs) que promove, periodicamente, um Campeonato Brasileiro, tendo como inspiração a RoboCup (Organização internacional que Brasileiro, tendo como inspiração a RoboCup (Organização internacional que promove todos os anos competições envolvendo futebol de robôs e outras promove todos os anos competições envolvendo futebol de robôs e outras modalidades) e a FIRA (
modalidades) e a FIRA (Federation of International Robot-soccer Association Federation of International Robot-soccer Association ).).
22. . SSUMUMÔ Ô DE DE ROBÔROBÔSS
O Sumô de Robôs é uma modalidade de competição, como o nome já diz, O Sumô de Robôs é uma modalidade de competição, como o nome já diz, que se assemelha num dos esportes mais populares do Japão, o sumô. No entanto, que se assemelha num dos esportes mais populares do Japão, o sumô. No entanto, no lugar de pessoas, os competidores são robôs que se enfrentam com a intenção no lugar de pessoas, os competidores são robôs que se enfrentam com a intenção de empurrar seu oponente para fora da arena. A modalidade foi originalmente de empurrar seu oponente para fora da arena. A modalidade foi originalmente iniciada no Japão no final de 1980 por Hiroshi Nozawa (Miles e Carroll, 2002).
iniciada no Japão no final de 1980 por Hiroshi Nozawa (Miles e Carroll, 2002).
Esta modalidade é conhecida mundialmente pelos profissionais, Esta modalidade é conhecida mundialmente pelos profissionais, estudantes e pesquisadores da área de robótica e vem crescendo desde o inicio, estudantes e pesquisadores da área de robótica e vem crescendo desde o inicio, pelo fato de ser um esporte relativamente simples em comparação a outras formas pelo fato de ser um esporte relativamente simples em comparação a outras formas de competições de robótica. As regras utilizadas nesta modalidade variam em de competições de robótica. As regras utilizadas nesta modalidade variam em competições no mundo todo, onde as principais diferenças entre as categorias estão competições no mundo todo, onde as principais diferenças entre as categorias estão no tamanho e pesos dos robôs, também existindo campeonatos para robôs no tamanho e pesos dos robôs, também existindo campeonatos para robôs radio-controlados e robôs autônomos (robôs com capacidade de se locomover e agir sem controlados e robôs autônomos (robôs com capacidade de se locomover e agir sem a interferência hum
em três rounds com um tempo de 3 minutos cada, sendo que o competidor que em três rounds com um tempo de 3 minutos cada, sendo que o competidor que ganhar dois rounds vence a batalha. No caso em que nenhum dos competidores sai ganhar dois rounds vence a batalha. No caso em que nenhum dos competidores sai da arena, a vitoria é atribuída ao que obtiver o maior número de pontos registrados da arena, a vitoria é atribuída ao que obtiver o maior número de pontos registrados pelos juízes durante o round. Esses pontos são registrados de acordo com o pelos juízes durante o round. Esses pontos são registrados de acordo com o desempenho e agressividade do robô dentro do ring.
desempenho e agressividade do robô dentro do ring.
Existem duas categorias principais para as competições de Sumô de Existem duas categorias principais para as competições de Sumô de Robôs, a categoria
Robôs, a categoria Internacional Internacional e e aa categoriacategoria Mini Mini . Na categoria. Na categoria Internacional Internacional , , aa
mais utilizada no Japão, e às vezes chamada de categoria de 3kg, tem como mais utilizada no Japão, e às vezes chamada de categoria de 3kg, tem como característica o peso dos robôs podendo chegar a 3kg, e o tamanho de 20cm x característica o peso dos robôs podendo chegar a 3kg, e o tamanho de 20cm x 20cm. Na categoria
20cm. Na categoria Mini Mini , o limite de peso do robô é de 500g e tamanho de 10cm x, o limite de peso do robô é de 500g e tamanho de 10cm x
10cm. Neste projeto serão utilizadas as normas para a categoria 10cm. Neste projeto serão utilizadas as normas para a categoriaMini Mini ..
3. ARDUINO 3. ARDUINO
O Arduino é um projeto de circuito baseado em microprocessador de O Arduino é um projeto de circuito baseado em microprocessador de código aberto (distribuídos sob a licença
código aberto (distribuídos sob a licença Creative Commons Attribution Share-Alike Creative Commons Attribution Share-Alike 2.5
2.5 ), da indústria Atmel da Itália, com o objetivo de fomentar a computação física,), da indústria Atmel da Itália, com o objetivo de fomentar a computação física,
cujo conceito é aumentar as formas de interação física entre o homem e a máquina. cujo conceito é aumentar as formas de interação física entre o homem e a máquina. O projeto tem sido um sucesso e vem crescendo no mundo inteiro pelo fato de ser O projeto tem sido um sucesso e vem crescendo no mundo inteiro pelo fato de ser um equipamento de baixo custo e fácil aprendizado. É uma plataforma de um equipamento de baixo custo e fácil aprendizado. É uma plataforma de computação física baseada numa placa de Entrada/Saída microcontrolada e computação física baseada numa placa de Entrada/Saída microcontrolada e desenvolvida sobre uma biblioteca que simplifica a escrita da programação em desenvolvida sobre uma biblioteca que simplifica a escrita da programação em C/C++. Basicamente são sistemas digitais ligados a sensores e atuadores que C/C++. Basicamente são sistemas digitais ligados a sensores e atuadores que permitem construir sistemas que percebam a realidade e respondem com ações permitem construir sistemas que percebam a realidade e respondem com ações físicas.
físicas.
Compõe a placa Arduino um microcontrolador (também denominado Compõe a placa Arduino um microcontrolador (também denominado MCU), é um computador em um chip que conte processador, memória e periféricos MCU), é um computador em um chip que conte processador, memória e periféricos de entrada/saída. Um microprocessador que pode ser programado para funções de entrada/saída. Um microprocessador que pode ser programado para funções especificas, em contraste com outros microprocessadores de propósito geral, como especificas, em contraste com outros microprocessadores de propósito geral, como
os utilizados em PC’s. Eles são embarcados no interior do Arduino para controlar os utilizados em PC’s. Eles são embarcados no interior do Arduino para controlar suas funções e/ou ações.
suas funções e/ou ações.
O Arduino é um kit de desenvolvimento capaz de interpretar variáveis no O Arduino é um kit de desenvolvimento capaz de interpretar variáveis no ambiente e transformá-las em sinal elétrico correspondente, através de sensores ambiente e transformá-las em sinal elétrico correspondente, através de sensores ligados aos seus terminais de entrada, e atuar no controle ou acionamento de algum ligados aos seus terminais de entrada, e atuar no controle ou acionamento de algum outro elemento eletro-eletrônico conectado ao terminal de saída. Pode-se dizer que outro elemento eletro-eletrônico conectado ao terminal de saída. Pode-se dizer que o Arduino é uma ferramenta de controle de entrada e saída de dados, que pode ser o Arduino é uma ferramenta de controle de entrada e saída de dados, que pode ser acessado por um sensor (por exemplo um resistor dependente da luz - LDR) e que acessado por um sensor (por exemplo um resistor dependente da luz - LDR) e que logo após passar por uma etapa de processamento o microcontrolador poderá logo após passar por uma etapa de processamento o microcontrolador poderá acionar um atuador, por exemplo um motor. Não é muito diferente de um acionar um atuador, por exemplo um motor. Não é muito diferente de um computador, que tem como sensores de entrado o mouse e teclado, e de saída, computador, que tem como sensores de entrado o mouse e teclado, e de saída, impressoras e caixas de som, por exemplo, só que o Arduino faz interface com impressoras e caixas de som, por exemplo, só que o Arduino faz interface com circuitos elétricos podendo receber ou enviar informações/tensões neles.
circuitos elétricos podendo receber ou enviar informações/tensões neles.
O Arduino pode ser usado para desenvolver objetos interativos, tomando O Arduino pode ser usado para desenvolver objetos interativos, tomando entradas de vários switches ou sensores, e controlando uma variedade de atuadores entradas de vários switches ou sensores, e controlando uma variedade de atuadores como LED’s, servomotores, relés, entre outros tipos de saídas. Os projetos podem como LED’s, servomotores, relés, entre outros tipos de saídas. Os projetos podem ser autônomos baseado na rotina para o microcontrolador ou podem se comunicar ser autônomos baseado na rotina para o microcontrolador ou podem se comunicar com um software em execução no computador.
com um software em execução no computador.
Figura 1
A plataforma Arduino permite que qualquer pessoa possa trabalhar com A plataforma Arduino permite que qualquer pessoa possa trabalhar com microcontroladores de forma simples. Os detalhes confusos e complexos de microcontroladores de forma simples. Os detalhes confusos e complexos de programação desses componentes ficam alocados em um pacote chamado programação desses componentes ficam alocados em um pacote chamado easy-to-use (fácil de utilizar), oferecendo grande vantagem a professores, estudantes e até use (fácil de utilizar), oferecendo grande vantagem a professores, estudantes e até pessoas que não tem conhecimentos, mas que são interessados em sistemas pessoas que não tem conhecimentos, mas que são interessados em sistemas físicos. Outro ponto forte do Arduino é em relação ao fácil acesso, pois são físicos. Outro ponto forte do Arduino é em relação ao fácil acesso, pois são relativamente baratas em comparação com outras plataformas de relativamente baratas em comparação com outras plataformas de microcontroladores. A figura 1 mostra o modelo da placa Arduino que será utilizada microcontroladores. A figura 1 mostra o modelo da placa Arduino que será utilizada na construção do protótipo de robô abordado neste projeto.
na construção do protótipo de robô abordado neste projeto.
Diversos componentes podem ser conectados ao Arduino, por exemplo: Diversos componentes podem ser conectados ao Arduino, por exemplo:
Movimento: Acelerômetro, Giroscópio, Bússola, GPS;Movimento: Acelerômetro, Giroscópio, Bússola, GPS;
Comunicação sem fio: Rádio freqüência, infravermelho, Bluetooth,Comunicação sem fio: Rádio freqüência, infravermelho, Bluetooth,
RFID, Wifi, Zige-bee; RFID, Wifi, Zige-bee;
Displays: LCD, 7 segmentos, OLED;Displays: LCD, 7 segmentos, OLED;
Sensores de luz, Umidade, Toque, Presença, etc;Sensores de luz, Umidade, Toque, Presença, etc;
Motores: Corrente Continua, Motor de Passo, Servomotor;Motores: Corrente Continua, Motor de Passo, Servomotor;
Leds e Painéis de Leds;Leds e Painéis de Leds;
Leitor de impressão digital e outros;Leitor de impressão digital e outros;
Detector de cor.Detector de cor.
São amplas as áreas de aplicação com o Arduino, algumas delas são: São amplas as áreas de aplicação com o Arduino, algumas delas são: Robótica, máquinas de corte CNC, desenvolvimento de sistemas de localização, Robótica, máquinas de corte CNC, desenvolvimento de sistemas de localização, desenvolvimento de sistemas de identificação por RFID, automação residencial, desenvolvimento de sistemas de identificação por RFID, automação residencial, controle remoto, desenvolvimento de roupas com leds, automação industrial, criação controle remoto, desenvolvimento de roupas com leds, automação industrial, criação de objetos interativos, entre outras invenções em geral.
de objetos interativos, entre outras invenções em geral.
3.1
3.1. . AAmbientmbiente e de de DesDesenvolvimentenvolvimento o AArdrduino uino ((Arduino Arduino IIDEDE))
Para desenvolver objetos interativos com o Arduino, é necessário além da Para desenvolver objetos interativos com o Arduino, é necessário além da placa, abordada no tópico anterior, o ambiente de desenvolvimento que é a IDE para placa, abordada no tópico anterior, o ambiente de desenvolvimento que é a IDE para o desenvolvimento de programas para execução na placa. A IDE, é open source o desenvolvimento de programas para execução na placa. A IDE, é open source
(código aberto)
(código aberto) sob a sob a licença GPLv2 licença GPLv2 e hoe hospedada pelo spedada pelo projetoprojeto Google Code Google Code . . AA
figura 2
figura 2 representa a interface do Arduino IDE.representa a interface do Arduino IDE.
Figura 2:
Figura 2: Interface do Arduino IDE.Interface do Arduino IDE.
O Arduino IDE é uma aplicação multiplataforma desenvolvida em Java, O Arduino IDE é uma aplicação multiplataforma desenvolvida em Java, derivada dos projetos
derivada dos projetos Processing Processing ee Wiring.Wiring. Por ser um ambiente simples e fácil dePor ser um ambiente simples e fácil de
usar, mesmo pessoas não familiarizadas com o desenvolvimento de software tem usar, mesmo pessoas não familiarizadas com o desenvolvimento de software tem facilidade de trabalhar com o IDE. O editor de códigos possui os recursos realce de facilidade de trabalhar com o IDE. O editor de códigos possui os recursos realce de sintaxe, parênteses correspondentes e identação automática, sendo capaz de sintaxe, parênteses correspondentes e identação automática, sendo capaz de compilar e carregar programas para a placa com apenas um clique. Com a biblioteca compilar e carregar programas para a placa com apenas um clique. Com a biblioteca chamada “Wiring”, é possível programar em C/C++, permitindo criar muitas chamada “Wiring”, é possível programar em C/C++, permitindo criar muitas operações de entrada/saída, tendo que definir apenas duas funções para fazer um operações de entrada/saída, tendo que definir apenas duas funções para fazer um programa funcional:
programa funcional:setup()setup() eeloop()loop()..
A função setup(), inserida no inicio do programa, é utilizada para o código A função setup(), inserida no inicio do programa, é utilizada para o código de inicialização do programa (definição dos pinos de entrada/saída, valores iniciais de inicialização do programa (definição dos pinos de entrada/saída, valores iniciais de variáveis, etc.), sendo chamada apenas uma vez no inicio da execução. Já a de variáveis, etc.), sendo chamada apenas uma vez no inicio da execução. Já a função loop() fica executando repetidamente depois que a função setup() é função loop() fica executando repetidamente depois que a função setup() é
executada, e possui o código principal do programa. Essa é basicamente a estrutura executada, e possui o código principal do programa. Essa é basicamente a estrutura de um programa para a placa Arduino.
de um programa para a placa Arduino.
4. MOTORES 4. MOTORES
Os motores são uns dos principais objetos da estrutura robótica Os motores são uns dos principais objetos da estrutura robótica responsáveis pelos movimentos do robô. São eles que permitem a movimentação, responsáveis pelos movimentos do robô. São eles que permitem a movimentação, força e agilidade.
força e agilidade. Existem Existem vários tipos de vários tipos de motores que podem motores que podem ser utilizados naser utilizados na construção de robôs. Para a construção do projeto em questão será utilizado dois construção de robôs. Para a construção do projeto em questão será utilizado dois motores do tipo
motores do tipo Servo Motor Servo Motor . Antes de falar sobre o motor que será utilizado para a. Antes de falar sobre o motor que será utilizado para a
construção do protótipo, será mostrado alguns tipos de motores bastante utilizados construção do protótipo, será mostrado alguns tipos de motores bastante utilizados em construção de robôs e de outros segmentos eletromecânicos.
em construção de robôs e de outros segmentos eletromecânicos.
44.1. .1. Motor Motor de de PasPasssoo
Motores de passo, também chamado de
Motores de passo, também chamado de motor de motor de passo a passo passo a passo , são, são
dispositivos eletro-mecânicos que podem ser controlados digitalmente por meio de dispositivos eletro-mecânicos que podem ser controlados digitalmente por meio de um hardware específico ou através de um software. Este tipo de motor converte um hardware específico ou através de um software. Este tipo de motor converte pulsos elétricos em movimentos mecânicos que geram variações angulares pulsos elétricos em movimentos mecânicos que geram variações angulares discretas. O eixo de um motor de passo é rotacionado em pequenos incrementos discretas. O eixo de um motor de passo é rotacionado em pequenos incrementos angulares, chamado de passos, quando pulsos elétricos são aplicados em uma angulares, chamado de passos, quando pulsos elétricos são aplicados em uma determinada seqüência em seus terminais.
determinada seqüência em seus terminais.
Um motor de passo é bastante utilizado quando se necessita de Um motor de passo é bastante utilizado quando se necessita de movimentos precisos. Normalmente são utilizados em aplicações onde se necessita movimentos precisos. Normalmente são utilizados em aplicações onde se necessita controlar vários fatores como: velocidade, ângulo de rotação, sincronismo e posição. controlar vários fatores como: velocidade, ângulo de rotação, sincronismo e posição. Além da robótica, este tipo de motor é muito utilizado em impressoras, câmeras de Além da robótica, este tipo de motor é muito utilizado em impressoras, câmeras de vídeos, automação industrial, brinquedos entre outros dispositivos eletrônicos que vídeos, automação industrial, brinquedos entre outros dispositivos eletrônicos que requerem precisão.
4.2.
4.2. Motor CC (Corrente Contínua)Motor CC (Corrente Contínua)
O motor de corrente continua é conhecido pela característica de converter O motor de corrente continua é conhecido pela característica de converter energia elétrica em energia mecânica. Este tipo de motor é composto basicamente energia elétrica em energia mecânica. Este tipo de motor é composto basicamente de duas estruturas magnéticas: o
de duas estruturas magnéticas: oEstator e o Rotor.Estator e o Rotor.
O estator é a parte estática do motor, montado em volta do rotor O estator é a parte estática do motor, montado em volta do rotor permitindo que o mesmo possa girar internamente. Composto de uma estrutura permitindo que o mesmo possa girar internamente. Composto de uma estrutura ferromagnética com pólos expostos onde são enroladas as bobinas que formam o ferromagnética com pólos expostos onde são enroladas as bobinas que formam o campo, ou de um ímã permanente, que tem a função de produzir um campo campo, ou de um ímã permanente, que tem a função de produzir um campo magnético fixo para interagir com o campo do
magnético fixo para interagir com o campo dorotor rotor ..
O rotor (enrolamento de armadura) é a parte girante, montado sobre o O rotor (enrolamento de armadura) é a parte girante, montado sobre o eixo do motor, constituído de um material ferromagnético envolto em um eixo do motor, constituído de um material ferromagnético envolto em um enrolamento chamado de enrolamento de armadura que são alimentados por um enrolamento chamado de enrolamento de armadura que são alimentados por um sistema mecânico de
sistema mecânico de comutação. comutação. Esse Esse sistema é sistema é formado por comformado por comutador, solidárioutador, solidário ao eixo do rotor, que possui uma superfície cilíndrica com diversas lâminas às quais ao eixo do rotor, que possui uma superfície cilíndrica com diversas lâminas às quais são conectados os enrolamentos do rotor. O sistema mecânico de comutação são conectados os enrolamentos do rotor. O sistema mecânico de comutação também é composto por escovas fixas que exercem pressão sobre o comutador e também é composto por escovas fixas que exercem pressão sobre o comutador e são ligadas aos terminais de alimentação. A função do comutador é o de inverter a são ligadas aos terminais de alimentação. A função do comutador é o de inverter a corrente na fase de rotação apropriada de forma que o conjugado desenvolvido seja corrente na fase de rotação apropriada de forma que o conjugado desenvolvido seja sempre na mesma direção (Honda, 2006, p. 3).
sempre na mesma direção (Honda, 2006, p. 3).
Numa forma mais simples, um comutador apresenta duas placas de cobre Numa forma mais simples, um comutador apresenta duas placas de cobre encurvadas e fixadas isoladamente no eixo de um rotor, os terminais do enrolamento encurvadas e fixadas isoladamente no eixo de um rotor, os terminais do enrolamento da bobina são soldados nessas placas. Primeiramente a corrente elétrica checa por da bobina são soldados nessas placas. Primeiramente a corrente elétrica checa por uma das escovas (+), entra pela placa do comutador, passa pela bobina do rotor, sai uma das escovas (+), entra pela placa do comutador, passa pela bobina do rotor, sai pela outra placa do comutador e retorna à fonte pela outra escova (-). Assim o motor pela outra placa do comutador e retorna à fonte pela outra escova (-). Assim o motor realiza sua primeira meia volta.
realiza sua primeira meia volta.
Na figura 3 será mostrado um desenho representativo de um comutador. Na figura 3 será mostrado um desenho representativo de um comutador. Na CC. A figura 4 representa um esquema de motor CC.
Figura 3:
Figura 3: Comutador e Escovas.Comutador e Escovas. Figura 4:Figura 4: Representação de um motor CC.Representação de um motor CC. Fonte: htt
Fonte: http://wwww.feiradeciencias.cop://wwww.feiradeciencias.com.brm.br
Durante a meia volta do motor, as placas do comutador trocam seus Durante a meia volta do motor, as placas do comutador trocam seus contatos com as escovas e a corrente inverte seu sentido de percurso na bobina do contatos com as escovas e a corrente inverte seu sentido de percurso na bobina do rotor. Assim, o motor CC continua girando sempre com o mesmo sentido de rotação. rotor. Assim, o motor CC continua girando sempre com o mesmo sentido de rotação. Um problema num motor CC, como o representado na figura 4, é que não há nada Um problema num motor CC, como o representado na figura 4, é que não há nada que diz qual sentido será a rotação do motor, pode ser iniciado tanto para a que diz qual sentido será a rotação do motor, pode ser iniciado tanto para a esquerda, quanto para a direita. Outro problema pode ser que as escovas podem esquerda, quanto para a direita. Outro problema pode ser que as escovas podem iniciar tocando ambas as placas ou nenhuma, assim o motor não dá partida. Para iniciar tocando ambas as placas ou nenhuma, assim o motor não dá partida. Para que o motor dê partida e no sentido certo, é necessário que as escovas sempre que o motor dê partida e no sentido certo, é necessário que as escovas sempre enviem corrente para o rotor e que não ocorra curto circuito entre as placas devido enviem corrente para o rotor e que não ocorra curto circuito entre as placas devido às escovas. Consegue-se esse feito, na maioria dos motores CC, colocando várias às escovas. Consegue-se esse feito, na maioria dos motores CC, colocando várias bobinas no rotor, cada uma com seu par de placas no comutador. Conforme o rotor bobinas no rotor, cada uma com seu par de placas no comutador. Conforme o rotor gira as escovas suprem a corrente para as bobinas, uma de cada vez, uma após a gira as escovas suprem a corrente para as bobinas, uma de cada vez, uma após a outra. Deve-se planejar bem as larguras das escovas.
outra. Deve-se planejar bem as larguras das escovas.
A velocidade em que gira o rotor de motor CC depende da tensão A velocidade em que gira o rotor de motor CC depende da tensão aplicada em suas bobinas. Este tipo de motor é conhecido por seu controle preciso aplicada em suas bobinas. Este tipo de motor é conhecido por seu controle preciso de velocidade e por seu ajuste fino, por isso são muito utilizados em aplicações que de velocidade e por seu ajuste fino, por isso são muito utilizados em aplicações que necessitam dessas características.
necessitam dessas características.
Os motores CC são bastante utilizados em aplicações como o Os motores CC são bastante utilizados em aplicações como o posicionamento de um braço de robô. Porém, eles apresentam uma grande posicionamento de um braço de robô. Porém, eles apresentam uma grande
desvantagem. Para que o computador dê um comando para que o braço se mova desvantagem. Para que o computador dê um comando para que o braço se mova para uma determinada posição com precisão, é necessário um complicado circuito para uma determinada posição com precisão, é necessário um complicado circuito externo provido de sensores de posição, que informe para o computador que o externo provido de sensores de posição, que informe para o computador que o braço já está na posição determinada. Para resolver esse tipo de problema que foi braço já está na posição determinada. Para resolver esse tipo de problema que foi desenvolvido o
desenvolvido oMotor de Passo Motor de Passo , visto na seção anterior., visto na seção anterior.
4.3.
4.3. ServomotorServomotor
O servomotor é um dispositivo eletromecânico que apresenta um O servomotor é um dispositivo eletromecânico que apresenta um movimento proporcional ao seu comando, em vez de girar ou se mover livremente movimento proporcional ao seu comando, em vez de girar ou se mover livremente sem um controle mais efetivo de posição ao contrário de outros tipos de motores. Os sem um controle mais efetivo de posição ao contrário de outros tipos de motores. Os servo motores.
servo motores.
Os servomotores possuem uma grande aplicabilidade e funcionalidades, Os servomotores possuem uma grande aplicabilidade e funcionalidades, que se estendem desde o setor da robótica de pequeno porte até as grandes que se estendem desde o setor da robótica de pequeno porte até as grandes industrias e seus dispositivos automáticos.
industrias e seus dispositivos automáticos.
Este tipo de motor é conhecido como dispositivo de malha fechada, ou Este tipo de motor é conhecido como dispositivo de malha fechada, ou seja, recebem um sinal de controle, verifica a posição atual e atuam no sistema indo seja, recebem um sinal de controle, verifica a posição atual e atuam no sistema indo para a posição desejada. Diferente dos motores contínuos, que giram para a posição desejada. Diferente dos motores contínuos, que giram indefinidamente, os servomotores têm o eixo que possui a liberdade de girar que indefinidamente, os servomotores têm o eixo que possui a liberdade de girar que varia apenas entre 90 a 180 graus, porém são precisos quanto à posição. varia apenas entre 90 a 180 graus, porém são precisos quanto à posição. Basicamente são motores que trabalham sobre a ação de algum mecanismo de Basicamente são motores que trabalham sobre a ação de algum mecanismo de servo posicionamento, que exige precisão no posicionamento e altíssimo grau de servo posicionamento, que exige precisão no posicionamento e altíssimo grau de repetição.
repetição.
Existem três componentes básicos responsáveis pelo o funcionamento do Existem três componentes básicos responsáveis pelo o funcionamento do servomotor e que garantem a precisão quanto posicionamento:
servomotor e que garantem a precisão quanto posicionamento: Sistema atuador,Sistema atuador, Sensor e
Sensor e CircuiCircuito de to de controle.controle.
Sistema atuadorSistema atuador: constituído por um motor elétrico (existem servos: constituído por um motor elétrico (existem servos
com motores de corrente alternada). Possui ainda um conjunto de engrenagens que com motores de corrente alternada). Possui ainda um conjunto de engrenagens que forma de redução com uma relação longa que ajuda a amplificar o torque.
forma de redução com uma relação longa que ajuda a amplificar o torque.
SensorSensor: o sensor funciona como um potenciômetro que fica: o sensor funciona como um potenciômetro que fica
acoplado ao eixo do servo, é com o valor de sua resistência elétrica que é acoplado ao eixo do servo, é com o valor de sua resistência elétrica que é determinado a posição angular do eixo.
Circuito de controleCircuito de controle: formado por componentes eletrônicos: formado por componentes eletrônicos
discretos ou circuitos integrados, e geralmente é composto por um oscilador e um discretos ou circuitos integrados, e geralmente é composto por um oscilador e um controlador que recebe um sinal do sensor contendo a posição do eixo, assim o sinal controlador que recebe um sinal do sensor contendo a posição do eixo, assim o sinal de controle aciona o motor no sentido necessário para posicionar o eixo na posição de controle aciona o motor no sentido necessário para posicionar o eixo na posição desejada.
desejada.
Os servomotores são bem utilizados nas indústrias, onde há grande Os servomotores são bem utilizados nas indústrias, onde há grande necessidade de automação, sendo amplamente aplicados em quase todos os necessidade de automação, sendo amplamente aplicados em quase todos os segmentos industriais. É um bom recurso quando a necessidade for controle de segmentos industriais. É um bom recurso quando a necessidade for controle de torque, posição e ou velocidade.
torque, posição e ou velocidade.
4.3
4.3.1. .1. SSerervomotor vomotor HXT90HXT9000
HXT900 é o modelo de servomotor que será utilizado na montagem do HXT900 é o modelo de servomotor que será utilizado na montagem do protótipo proposto neste projeto. Funciona como qualquer outro tipo de servomotor, protótipo proposto neste projeto. Funciona como qualquer outro tipo de servomotor, podendo rodar cerca de 180 graus, sendo 90 para esquerda e 90 para direita. Será podendo rodar cerca de 180 graus, sendo 90 para esquerda e 90 para direita. Será utilizado pelo fato de ser menor que outros modelos de servo e também pelo baixo utilizado pelo fato de ser menor que outros modelos de servo e também pelo baixo custo, atende as necessidades em relação às dimensões do robô.
custo, atende as necessidades em relação às dimensões do robô.
Figura 5:
Figura 5: Servomotor HXT900Servomotor HXT900
Esse servomotor possui aproximadamente as seguintes características: Esse servomotor possui aproximadamente as seguintes características:
> tamanho: 23x11x29 milímetros; > tamanho: 23x11x29 milímetros; > voltgem: 3v ~ 6v > voltgem: 3v ~ 6v > peso: 9g > peso: 9g > velocidade: 0,12 s/60 (em 4.8v) > velocidade: 0,12 s/60 (em 4.8v)
> torque: 1,6 kg-cm > torque: 1,6 kg-cm
Na figura 6 é mostrado como o servomotor hxt900 é conectado na placa Na figura 6 é mostrado como o servomotor hxt900 é conectado na placa Arduino.
Arduino.
Figura 6
Figura 6: servomotor HXT900 conectado na placa Arduino.: servomotor HXT900 conectado na placa Arduino. Fonte:
Fonte: http://arduino.cc/en/Tuhttp://arduino.cc/en/Tutorial/Sweeptorial/Sweep
Os servmotores possuem três fios: alimentação, terra e sinal. O cabo de Os servmotores possuem três fios: alimentação, terra e sinal. O cabo de alimentação, normalmente vermelho, deve ser conectado ao pino 5V na placa alimentação, normalmente vermelho, deve ser conectado ao pino 5V na placa Arduino. O fio terra, o mais escuro, geralmente preto ou marrom, deve ser conectado Arduino. O fio terra, o mais escuro, geralmente preto ou marrom, deve ser conectado a um pino terra (Gnd) na placa. Por último, o fio de sinal, normalmente amarelo, a um pino terra (Gnd) na placa. Por último, o fio de sinal, normalmente amarelo, laranja ou branco, deve ser ligado ao pino 9 da placa Arduino.
laranja ou branco, deve ser ligado ao pino 9 da placa Arduino.
Para a construção do protótipo será utilizado dois servomotores HXT900, Para a construção do protótipo será utilizado dois servomotores HXT900, fazendo com que as rodas de movimentação do robô girem de acordo com os fazendo com que as rodas de movimentação do robô girem de acordo com os comandos do programa. Nesse caso será necessário converter o servo para giro comandos do programa. Nesse caso será necessário converter o servo para giro contínuo (360 graus). Esse procedimento será mostrado na próxima seção.
contínuo (360 graus). Esse procedimento será mostrado na próxima seção.
44.3.2.3.2. . CConversão onversão do do SSerervomotor em gvomotor em giirro o cocontntínuo para usínuo para uso o em em rrobótiobóticcaa Como já citado em seções anteriores, os servomotores tem a capacidade Como já citado em seções anteriores, os servomotores tem a capacidade de giro apenas em 180 graus. Para a construção do protótipo é preciso que o motor de giro apenas em 180 graus. Para a construção do protótipo é preciso que o motor gire em 360 graus, fazendo com que as rodas do robô girem livremente. Para isso gire em 360 graus, fazendo com que as rodas do robô girem livremente. Para isso deve-se converter o servo para que tenha o giro contínuo. Abaixo será mostrado deve-se converter o servo para que tenha o giro contínuo. Abaixo será mostrado passo a passo como é feito esse processo:
1º Passo:
1º Passo: para abrir o servo, é necessário desparafusar os 4 parafusospara abrir o servo, é necessário desparafusar os 4 parafusos que se encontra e cortar o adesivo que impede as partes de soltarem. Para um que se encontra e cortar o adesivo que impede as partes de soltarem. Para um melhor manuseio é recomendado utilizar uma chave Philips e um estilete ou faca. melhor manuseio é recomendado utilizar uma chave Philips e um estilete ou faca.
Figura 7:
Figura 7: abrindo o abrindo o servomotoservomotorr Fonte:
Fonte: http://letsmakerobots.com/node/4873http://letsmakerobots.com/node/4873
2º Passo:
2º Passo: após abrir o servomotor deve tirar as engrenagens comapós abrir o servomotor deve tirar as engrenagens com cuidado para não soltar os fios. Sempre atento para colocar tudo de volta após a cuidado para não soltar os fios. Sempre atento para colocar tudo de volta após a conversão do servo.
conversão do servo.
Figura 8:
Figura 8: Servomotor aberto.Servomotor aberto. Fonte:
3º Passo:
3º Passo: nessa etapa deve soltar o potenciômetro da base, semnessa etapa deve soltar o potenciômetro da base, sem interromper os fios.
interromper os fios.
Figura 9:
Figura 9: Potenciômetro em Potenciômetro em destaquedestaque Fonte:
Fonte: http://letsmakerobots.com/node/4873http://letsmakerobots.com/node/4873
4º Passo:
4º Passo: agora é necessário conectar o servo a um controlador, no casoagora é necessário conectar o servo a um controlador, no caso a placa arduino. Ao conectar o servomotor na placa o motor irá rodar até que se a placa arduino. Ao conectar o servomotor na placa o motor irá rodar até que se encontre o posição exata. Isso ocorre quando o motor para.
encontre o posição exata. Isso ocorre quando o motor para.
Figura 10:
Figura 10: Servomotor conectado à placa.Servomotor conectado à placa. Fonte:
5º Passo:
5º Passo: quando achar a posição exata, deve soldar ou colar o eixo doquando achar a posição exata, deve soldar ou colar o eixo do potenciômetro que fica na parte de trás. Assim o eixo não se moverá.
potenciômetro que fica na parte de trás. Assim o eixo não se moverá.
Figura 11:
Figura 11: Colando o eixo do potenciômetro.Colando o eixo do potenciômetro. Fonte:
Fonte: http://letsmakerobots.com/node/4873http://letsmakerobots.com/node/4873
6º Passo:
6º Passo: Após colar a parte traseira do eixo, encaixa-se novamente oApós colar a parte traseira do eixo, encaixa-se novamente o potenciômetro na base. Agora é necessário diminuir a circunferência do eixo, potenciômetro na base. Agora é necessário diminuir a circunferência do eixo, permitindo que a engrenagem que será encaixada gire livremente. Para isso pode permitindo que a engrenagem que será encaixada gire livremente. Para isso pode ser usado uma lixa, ou até mesmo raspar o eixo com uma faca.
ser usado uma lixa, ou até mesmo raspar o eixo com uma faca.
Figura 12:
Figura 12: LixanLixando o do o eixo do potenciômetro.eixo do potenciômetro. Fonte:
7º Passo:
7º Passo: Na engrenagem que fica a amostra no motor, existe umNa engrenagem que fica a amostra no motor, existe um segmento que impede a engrenagem de girar. Para o motor girar livremente é segmento que impede a engrenagem de girar. Para o motor girar livremente é necessário cortar essa elevação.
necessário cortar essa elevação.
Figura 13:
Figura 13: Segmento que deve ser cortado.Segmento que deve ser cortado. Fonte:
Fonte: http://letsmakerobots.com/node/4873http://letsmakerobots.com/node/4873
8º Passo:
8º Passo: Feito isso, pode encaixar as engrenagens ao eixo e fechar oFeito isso, pode encaixar as engrenagens ao eixo e fechar o servomotor.
servomotor.
Figura 14:
Figura 14: Servomotor convertido para giro continuo.Servomotor convertido para giro continuo. Fonte:
Feito a conversão do servomotor para giro contínuo, com auxílio das Feito a conversão do servomotor para giro contínuo, com auxílio das rodas o robô será capaz de se locomover livremente, de acordo com a programação rodas o robô será capaz de se locomover livremente, de acordo com a programação implementada a ele.
implementada a ele.
5. SENSORES 5. SENSORES
Os sensores são definidos como um dispositivo que recebem e responde Os sensores são definidos como um dispositivo que recebem e responde a um estímulo ou sinal. Ou seja, são dispositivos que mudam seu comportamento a um estímulo ou sinal. Ou seja, são dispositivos que mudam seu comportamento sob a ação de uma grandeza física, podendo fornecer diretamente ou indiretamente sob a ação de uma grandeza física, podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal que indique esta grandeza. São chamados de transdutores quando operam um sinal que indique esta grandeza. São chamados de transdutores quando operam diretamente, convertendo uma forma de energia neutra. Os de operação indireta diretamente, convertendo uma forma de energia neutra. Os de operação indireta alteram suas propriedades, como a resistência, a capacitância ou a indutância, sob a alteram suas propriedades, como a resistência, a capacitância ou a indutância, sob a ação de uma grandeza, de forma proporcional.
ação de uma grandeza, de forma proporcional.
São amplas as áreas onde os sensores podem ser encontrados e São amplas as áreas onde os sensores podem ser encontrados e aplicados, mas normalmente são utilizados nas indústrias, medicina e principalmente aplicados, mas normalmente são utilizados nas indústrias, medicina e principalmente na robótica. Os sensores trabalham com sinais, sendo esses uma forma de energia, na robótica. Os sensores trabalham com sinais, sendo esses uma forma de energia, assim os sensores podem ser classificados de acordo com o tipo de energia que assim os sensores podem ser classificados de acordo com o tipo de energia que detectam. Como exemplo pode ser citados os seguintes:
detectam. Como exemplo pode ser citados os seguintes:
Sensores de Luz: células solares, fotodíodos, fototransistores, tubosSensores de Luz: células solares, fotodíodos, fototransistores, tubos
fotoelétricos, CCDs (charge-coupled device, ou dispositivo de carga fotoelétricos, CCDs (charge-coupled device, ou dispositivo de carga acoplada, sensor para gravação de imagem), radiômetro de Nichols.
acoplada, sensor para gravação de imagem), radiômetro de Nichols.
Sensores de Som: microfones, hidrofone (transdutor eletroacústico queSensores de Som: microfones, hidrofone (transdutor eletroacústico que
responde a fontes sonoras e as transforma em impulsos elétricos responde a fontes sonoras e as transforma em impulsos elétricos equivalentes), sensores sísmicos.
equivalentes), sensores sísmicos.
Sensores de temperatura: termômetros, termopares, resistênciasSensores de temperatura: termômetros, termopares, resistências
sensíveis a temperaturas (termistores), termômetros bi-metálicos e sensíveis a temperaturas (termistores), termômetros bi-metálicos e termostatos.
Sensores de calor: bolometro (instrumento elétrico para a detecção deSensores de calor: bolometro (instrumento elétrico para a detecção de
calor radiante), calorímetro. calor radiante), calorímetro.
Sensores de radiação: contador Geiger, dosimetro (para a medição daSensores de radiação: contador Geiger, dosimetro (para a medição da
exposição diária ao ruído). exposição diária ao ruído).
Sensores de partículas subatômicas: cintilometro, câmera de nuvens,Sensores de partículas subatômicas: cintilometro, câmera de nuvens,
câmera de bolhas. câmera de bolhas.
Sensores de resistências elétricas: ohmímetro.Sensores de resistências elétricas: ohmímetro.
Sensores de corrente elétrica: galvanômetro, amperímetro.Sensores de corrente elétrica: galvanômetro, amperímetro.
Sensores de tensão elétrica: eletrômetro, voltímetro.Sensores de tensão elétrica: eletrômetro, voltímetro.
Sensores de potência elétrica: wattímetro.Sensores de potência elétrica: wattímetro.
Sensores magnéticos: bussola magnética, bussola de fluxo de porta,Sensores magnéticos: bussola magnética, bussola de fluxo de porta,
magnetômetro, dispositivo de efeito hall. magnetômetro, dispositivo de efeito hall.
Sensores de pressão: barômetro, barógrafo, indicador da velocidade doSensores de pressão: barômetro, barógrafo, indicador da velocidade do
ar, variômetro (indicador da velocidade vertical). ar, variômetro (indicador da velocidade vertical).
Sensores de movimento: arma radar, velocímetro, tacômetro,Sensores de movimento: arma radar, velocímetro, tacômetro,
hodometro, coordenador de giro. hodometro, coordenador de giro.
Sensores de orientação: giroscópio, horizonte artificial, giroscópio deSensores de orientação: giroscópio, horizonte artificial, giroscópio de
anel de laser. anel de laser.
Sensores mecânicos: sensor de posição, selsyn, chave, strain gauge.Sensores mecânicos: sensor de posição, selsyn, chave, strain gauge.
Sensores de proximidade: sensor de distancia, porém menosSensores de proximidade: sensor de distancia, porém menos
sofisticado, detecta a proximidade especifica. sofisticado, detecta a proximidade especifica.
55.1. .1. SSensensor or ReflexiReflexivo vo TCTCRT5RT5000000
O TCRT5000 é um sensor óptico de reflexão, composto por um LED O TCRT5000 é um sensor óptico de reflexão, composto por um LED emissor de infravermelho e um fototransistor. O LED imite um feixe de luz invisível emissor de infravermelho e um fototransistor. O LED imite um feixe de luz invisível
ao olho humano, o qual é refletido por uma superfície próxima (3 ~ 15mm) e ao olho humano, o qual é refletido por uma superfície próxima (3 ~ 15mm) e capturado pelo fototransistor, que possui uma película que filtra a luz natural, capturado pelo fototransistor, que possui uma película que filtra a luz natural, permitindo a passagem do infravermelho emitido pelo LED. Assim, de acordo com a permitindo a passagem do infravermelho emitido pelo LED. Assim, de acordo com a reflexibilidade da superfície, o fototransistor recebe um valor maior ou menor da reflexibilidade da superfície, o fototransistor recebe um valor maior ou menor da reflexão, mediante o qual pode ser determinada a cor sobre o qual se encontra reflexão, mediante o qual pode ser determinada a cor sobre o qual se encontra (Yepes, 2011). A figura 15 mostra em cores como é o sensor que será introduzido (Yepes, 2011). A figura 15 mostra em cores como é o sensor que será introduzido ao robô.
ao robô.
Figura 15
Figura 15: Sensor Reflexivo TCRT5000: Sensor Reflexivo TCRT5000
O TCRT500 é o sensor que será utilizado no projeto com a finalidade de O TCRT500 é o sensor que será utilizado no projeto com a finalidade de detectar a borda branca da arena, auxiliando o robô para que não saia do limite da detectar a borda branca da arena, auxiliando o robô para que não saia do limite da arena de combate.
arena de combate.
66. . MMONONTAGTAGEM EM DO DO PROPROTÓTTÓTIIPOPO
Nesta seção será apresentado como o protótipo do robô será montado. Nesta seção será apresentado como o protótipo do robô será montado. Serão apresentados todos os componentes necessários para garantir a forma e a Serão apresentados todos os componentes necessários para garantir a forma e a agilidade do robô. Para a montagem do protótipo foi utilizado os seguintes agilidade do robô. Para a montagem do protótipo foi utilizado os seguintes componentes:
componentes:
1 Placa Arduino Uno;1 Placa Arduino Uno;
1 Prototype Shild (Protoshild);1 Prototype Shild (Protoshild);
1 Sensor Reflexivo TCRT5000;1 Sensor Reflexivo TCRT5000;
2 Rodas;2 Rodas;
1 Roda livre (esfera de metal);1 Roda livre (esfera de metal);
Para um melhor entendimento da montagem do protótipo será mostrado Para um melhor entendimento da montagem do protótipo será mostrado imagens dos componentes que foram utilizados.
imagens dos componentes que foram utilizados.
Figura 16:
Figura 16: Prototype Shild e Arduino.Prototype Shild e Arduino.
Para a montagem do protótipo foi necessário conectar uma prototype Para a montagem do protótipo foi necessário conectar uma prototype shild à placa Arduino. Com isso a placa ganha mais portas e facilita durante a shild à placa Arduino. Com isso a placa ganha mais portas e facilita durante a conexão dos componentes. A figura 17 mostra a protoshild conectada à placa conexão dos componentes. A figura 17 mostra a protoshild conectada à placa Arduino.
Figura 17:
Figura 17: Prototype Shild conectada à Arduino.Prototype Shild conectada à Arduino.
A base que suporta a placa e dar forma ao robô, foi feita de pedaços de A base que suporta a placa e dar forma ao robô, foi feita de pedaços de madeira cortada respeitando o limite de tamanho para a categoria Mini de sumô de madeira cortada respeitando o limite de tamanho para a categoria Mini de sumô de robôs. Foram colocados dois servomotores, um em cada lado da estrutura, virados robôs. Foram colocados dois servomotores, um em cada lado da estrutura, virados de lado opostos um do outro, de forma que se encaixem os pneus. É importante de lado opostos um do outro, de forma que se encaixem os pneus. É importante tomar cuida na hora da programação dos servos, pois como um está oposto ao tomar cuida na hora da programação dos servos, pois como um está oposto ao outro, para que os dois girem e o robô ande para frente, o código de um motor deve outro, para que os dois girem e o robô ande para frente, o código de um motor deve ser implementado para que gire em um sentido e o outro em sentido contrário, ser implementado para que gire em um sentido e o outro em sentido contrário, levando em consideração a posição real dos servomotores.
levando em consideração a posição real dos servomotores.
Figura 18:
É visível na
É visível na figura 18 figura 18 que as rodas foram colocadas nas laterais traseirasque as rodas foram colocadas nas laterais traseiras
do protótipo. Para dar equilíbrio ao robô, foi introduzida uma roda livre na frente do do protótipo. Para dar equilíbrio ao robô, foi introduzida uma roda livre na frente do protótipo, permitindo que se mova para qualquer lado, de acordo com a protótipo, permitindo que se mova para qualquer lado, de acordo com a programação.
programação. A figura 19 A figura 19 mostra o local que foi introduzida a roda livre.mostra o local que foi introduzida a roda livre.
Figura 19:
Figura 19: Roda livre acoplada ao rRoda livre acoplada ao r obô.obô.
Agora o robô pode se mover e tem a liberdade de girar para qualquer Agora o robô pode se mover e tem a liberdade de girar para qualquer lado. Depois de encaixar as rodas, falta introduzir os sensores. Neste protótipo lado. Depois de encaixar as rodas, falta introduzir os sensores. Neste protótipo foram colocados dois sensores reflexivos na parte dianteira do robô.
foram colocados dois sensores reflexivos na parte dianteira do robô.
Figura 20:
A
A figura 20 figura 20 mostra os sensores conectados ao protótipo. Nesta etapa émostra os sensores conectados ao protótipo. Nesta etapa é
importante calcular a altura em que os sensores ficarão distante da superfície, pois importante calcular a altura em que os sensores ficarão distante da superfície, pois só trabalham em distancia menor que 12 mm. Neste caso os sensores ficaram numa só trabalham em distancia menor que 12 mm. Neste caso os sensores ficaram numa distancia de 4 mm da superfície. Outro aspecto bastante importante em relação aos distancia de 4 mm da superfície. Outro aspecto bastante importante em relação aos sensores é quanto à conexão do mesmo à placa Arduino. Sendo que cada sensor sensores é quanto à conexão do mesmo à placa Arduino. Sendo que cada sensor possui quatro pinos de conexão. A figura 21 mostra o esquema de conexão dos possui quatro pinos de conexão. A figura 21 mostra o esquema de conexão dos sensores reflexivos TCRT5000.
sensores reflexivos TCRT5000.
Figura 21:
Figura 21: Esquema de conexão do Sensor TCRT5000Esquema de conexão do Sensor TCRT5000 Fonte:
Fonte:http://www.icaro.pro.brhttp://www.icaro.pro.br
Como pode ser visto na figura 21, o esquema de conexão do sensor Como pode ser visto na figura 21, o esquema de conexão do sensor TCRT5000 se resume na seguinte forma:
TCRT5000 se resume na seguinte forma:
C (collector)C (collector) – conectar diretamente a um dos pinos digitais– conectar diretamente a um dos pinos digitais
(configurado com input) da Arduino. Simultaneamente, deve ser conectado a um (configurado com input) da Arduino. Simultaneamente, deve ser conectado a um resistor de 10k e desse resistor ao pino +5V da Arduino.
resistor de 10k e desse resistor ao pino +5V da Arduino.
A (anode)A (anode) – co – conectar, pnectar, por meio or meio de de uma reuma resistência sistência de 5de 510r 10r ao piao pinono
+5V da Arduino. +5V da Arduino.
C (cathode)C (cathode) – conectar ao GND. – conectar ao GND.
De acordo com esquema mostrado na
De acordo com esquema mostrado na figura 21figura 21, a seguinte imagem, a seguinte imagem
mostra como a conexão do sensor à placa Arduino. mostra como a conexão do sensor à placa Arduino.
Figura 22:
Figura 22: Sensor Reflexivo TCRT5000 conectado à Sensor Reflexivo TCRT5000 conectado à placa.placa.
Como o robô é autônomo, não há nenhuma interferência humana quanto Como o robô é autônomo, não há nenhuma interferência humana quanto ao movimento do robô durante o funcionamento do mesmo. Assim foi utilizado uma ao movimento do robô durante o funcionamento do mesmo. Assim foi utilizado uma bateria recarregável de 9v e 400ma, com autonomia de 20 minutos. A bateria fica bateria recarregável de 9v e 400ma, com autonomia de 20 minutos. A bateria fica acoplada na mesma estrutura de madeira que suporta as placas.
acoplada na mesma estrutura de madeira que suporta as placas.
Figura 23:
Com os componentes necessários para o protótipo todos conectados à Com os componentes necessários para o protótipo todos conectados à placa e obedecendo ao tamanho limite da categoria mini (peso até 500g e tamanho placa e obedecendo ao tamanho limite da categoria mini (peso até 500g e tamanho 10 x 10cm), para completar, é necessário desenvolver o código com as funções e 10 x 10cm), para completar, é necessário desenvolver o código com as funções e estratégias de movimento do robô, essa parte será abordada na próxima seção. A estratégias de movimento do robô, essa parte será abordada na próxima seção. A
figura
figura 24 24 mostra como ficou a estrutura do protótipo.mostra como ficou a estrutura do protótipo.
Figura 24:
Figura 24: Protótipo pronto.Protótipo pronto.
Como pode ser visto na
Como pode ser visto na figura 24,figura 24, o protótipo montado utiliza um sensoro protótipo montado utiliza um sensor
(frente do protótipo), este é um sensor de distância ultrassônico HC-SR04, utilizado (frente do protótipo), este é um sensor de distância ultrassônico HC-SR04, utilizado para detectar a presença de obstáculos, no caso deste, detecta a presença do para detectar a presença de obstáculos, no caso deste, detecta a presença do inimigo da arena de combate. Como este projeto só aborda o movimento do robô e a inimigo da arena de combate. Como este projeto só aborda o movimento do robô e a capacidade de detectar a borda que delimita a arena, não será prolongado sobre o capacidade de detectar a borda que delimita a arena, não será prolongado sobre o sensor de distância, assunto para próximos trabalhos.
7. PROGRAMAÇÃO 7. PROGRAMAÇÃO
O código de funcionamento do protótipo foi desenvolvido em Linguagem O código de funcionamento do protótipo foi desenvolvido em Linguagem C, utilizando a IDE Arduino 0022. Todo o código pode ser visto logo abaixo.
C, utilizando a IDE Arduino 0022. Todo o código pode ser visto logo abaixo.
#include <Servo.h> #include <Servo.h> Servo servo01; Servo servo01; Servo servo02; Servo servo02; int po
int pos = s = 0; 0; // // variavel para variavel para armazenar armazenar a posiça posição ão do do servoservo int ledPin = 13; //
int ledPin = 13; // Para controle visual, adicionar um LED direto na Arduino (pin 13 e GND)Para controle visual, adicionar um LED direto na Arduino (pin 13 e GND)
int inPin01
int inPin01 = = 2; 2; // P// Pino para ino para input do input do sensor 1sensor 1 int inPin02
int inPin02 = = 3; 3; // P// Pino para ino para input do input do sensor sensor 22 int valor01 =
int valor01 = 0; 0; // variá// variável para armvel para armazenar o azenar o valor de invalor de input 1put 1 int valor02 =
int valor02 = 0; 0; // variá// variável para armvel para armazenar o azenar o valor de invalor de input 2put 2 int inicio=0; int inicio=0; void setup() void setup() {{ servo01.attach(8);
servo01.attach(8); // attaches the // attaches the servo on pin 9 to servo on pin 9 to the servo objectthe servo object servo02.attach(9);
servo02.attach(9);
pinMode(ledPin, OUTPUT);
pinMode(ledPin, OUTPUT); // seta o // seta o pino 13 pino 13 como outputcomo output pinMode(inPin01,
pinMode(inPin01, INPUT); INPUT); // // seta seta o o pino pino 2 2 como como inputinput pinMode(inPin02,
pinMode(inPin02, INPUT); INPUT); // // seta seta o o pino pino 3 3 como como inputinput }}
void para() void para() {{
servo01.write(91);//para servo01.write(91);//para servo02.write(91); servo02.write(91); }} void tras() void tras() {{ servo01.write(0); //Tras servo01.write(0); //Tras servo02.write(180); servo02.write(180); }} void frente() void frente() {{ servo01.write(180);//Frente servo01.write(180);//Frente servo02.write(0); servo02.write(0); }} void giraDir() void giraDir() {{ servo01.write(180);//gira dir servo01.write(180);//gira dir servo02.write(180); servo02.write(180); }} void giraEsq() void giraEsq() {{ servo01.write(0);//gira esq servo01.write(0);//gira esq servo02.write(0); servo02.write(0); }} void loop() void loop()
{{ if (inicio==0) if (inicio==0) {{ para(); para(); delay(10000); delay(10000); inicio=1; inicio=1; }} valor01 =
valor01 = digitalRead(inPin01); digitalRead(inPin01); // lê // lê o o valor valor do input do input e e guarda em guarda em "valor""valor" valor02 =
valor02 = digitalRead(inPin02); digitalRead(inPin02); // lê // lê o o valor valor do input do input e e guarda em guarda em "valor""valor" if (valor01 == HIGH || va
if (valor01 == HIGH || valor02==HIGH)lor02==HIGH) {
{ // // se se o o input input for for HIGHHIGH digitalWrite(ledPin, HIGH);
digitalWrite(ledPin, HIGH); // Liga // Liga o LEDo LED para(); para(); //delay(1000); //delay(1000); if (valor01==HIGH) if (valor01==HIGH) {{ tras(); tras(); delay(500); delay(500); digitalWrite(ledPin, LOW); digitalWrite(ledPin, LOW); giraEsq(); giraEsq(); delay(700); delay(700); }} else else {{ if (valor02==HIGH) if (valor02==HIGH) {{ tras(); tras();
delay(500); delay(500); digitalWrite(ledPin, LOW); digitalWrite(ledPin, LOW); giraDir(); giraDir(); delay(700); delay(700); }} }} }} else else {{ digitalWrite(ledPin, LO
digitalWrite(ledPin, LOW); W); // // Desliga Desliga o o LEDLED frente();
frente(); }}
}}
Com esse código o robô é capaz de se locomover livremente na arena de Com esse código o robô é capaz de se locomover livremente na arena de combate, com capacidade de detectar a borda na extremidade do ring. Foram feitos combate, com capacidade de detectar a borda na extremidade do ring. Foram feitos testes numa plataforma preta com bordas brancas. Nesta o protótipo conseguiu se testes numa plataforma preta com bordas brancas. Nesta o protótipo conseguiu se mover para todos os lados sem sair do limite estabelecido.
mover para todos os lados sem sair do limite estabelecido.
9. CONCLUSÃO 9. CONCLUSÃO
Neste trabalho foi desenvolvido um protótipo de robô autônomo para Neste trabalho foi desenvolvido um protótipo de robô autônomo para combate sem armas, para a modalidade de sumô de robôs dentro da categoria Mini, combate sem armas, para a modalidade de sumô de robôs dentro da categoria Mini, podendo atingir no máximo 500g e tamanho entre 10 x 10cm. Com as pesquisas podendo atingir no máximo 500g e tamanho entre 10 x 10cm. Com as pesquisas realizadas foi possível conhecer os tipos de placas Arduino fabricadas para o uso realizadas foi possível conhecer os tipos de placas Arduino fabricadas para o uso em robótica, os diferentes tipos de competição envolvendo robôs, as áreas em robótica, os diferentes tipos de competição envolvendo robôs, as áreas profissionais que utilizam a robótica como ferramenta, além de obter conhecimentos profissionais que utilizam a robótica como ferramenta, além de obter conhecimentos referentes a motores, sensores e programação de circuitos em linguagem C com o referentes a motores, sensores e programação de circuitos em linguagem C com o ambiente de desenvolvimento Arduino 0022. Os resultados foram satisfatórios ambiente de desenvolvimento Arduino 0022. Os resultados foram satisfatórios
