Introdução à Engenharia Elétrica Grupo de Automação & Controle. EEE071 - Introdução À Engenharia Elétrica Prof. Fernando Passold

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Introdução à

Engenharia Elétrica

Grupo de Automação & Controle

EEE071 - Introdução À Engenharia Elétrica

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Enfoque desta disciplina:

• Problemas ou “pequenos desafios” que devem ser

resolvidos durante as aulas e fora dos horários de aula

• Noções de automação & controle mescladas com a

parte prática da disciplina.

• Obs: o sucesso e conclusão de cada equipe depende

muito do empenho de cada um dos alunos.

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Calendário de Atividades

No.

Data

Atividade Prevista

1. 14/05

Apresentação desta versão da disciplina. Aplicação de Questionário.

2. 21/05

Programação gráfica dos kits LEGO RCX usando linguagem icônica ROBOLAB. Apresentação de

aspectos de programação desta linguagem. Detalhes dos laços de repetição limitados (FOR) ou

perpétuos (WHILE (TRUE)) e blocos de decisão (IF's). Uso do sensor de luz. Apresentação da

pista do primeiro desafio. Tempo livre para montagem mecânica dos AGVs e programação

(software).

3. 28/05

Livre para preparação das equipes para o 1o-Desafio:

Veículo AGV (montagem mecânica e programação).

4. 04/06

1o-Desafio: Apresentação dos AGVs (AVGs funcionando!)no LAMIC.

5. 11/06

Apresentação de Casos de Automatização:

Cada equipe deve apresentar (em no máximo 10 minutos, resulta aprox. um máximo e 20 slides).

Divulgação "oficial" do último desafio. Implica trabalho em equipe com posterior divisão dos

trabalhos entre as equipes. Desafio final do semestre.

6. 18/06

Orientando trabalhos relacionados com o último desafio. Equipes realizando atividade de

"brainstorm" tentando identificar uma proposta em consenso como solução para o problema.

Início de divisão de tarefas entre as equipes.

7. 25/06

Orientando trabalhos relacionados com o último desafio. Trabalhando no “hardware” e no

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Método de Avaliação:

• 3 Notas:

1. 1º Desafio: Veículo AGV;

2. Apresentação de casos de automação;

3. 2º e último desafio: caso de automação de

um sistema (o trabalho é o resultado da

interação entre as equipes)

–

Se considera a participação (nível de entusiasmo, dedicação e

iniciativa individuais de cada aluno).

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Avaliação

2) Casos de Automação:

• Cada equipe deve apresentar (em no máximo 10 minutos, resulta aprox. um máximo e 20 slides)

um caso real de automatização de um processo produtivo qualquer.

• Alguns itens devem ser ressaltados:

– Apresentar o processo: O que é? Onde fica? O que faz? Eventualmente mostrar dados como:

produção antes da automatização x produção depois da automatização;

– Mostrar o "chão de fábrica" (fotos?); Mostrar máquinas já presentes; Eventualmente

perceber se foi necessário adicionar mais máquinas para tornar o processo mais automático?

– Apresentar o processo produtivo - o que faz este setor da empresa? O item que este setor

produz é passado para outra seção na empresa ou já se constitui no produto final da

empresa?

– Apresentar a seqüência deste processo produtivo (etapas); Existe comunicação entre as

máquinas? Quem realiza a comunicação entre as máquinas? Uma esteira, uma grua

transportadora, humanos?

– Há necessidade de sensores? Quais? Onde? Para que servem?

– Tipo de atuadores (motores, pistões, etc) usados neste processo produtivo? Como são

empregados neste caso (mostrar);

– Existe relação entre "atuação" x "sensoriamento"? Isto é, existe relação entre: "sensor

perceber uma alteração, aguardar um período de tempo pré-determinado e acionar um

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Pequenos Desafios: “Problemas”

1º) AVG p/andar numa pista circular:

3 voltas na pista!

(automaticamente)

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O que é um “AGV”?

• AGV: Automated Guided Vehicle;

• Exemplos: transporte automatizado de

mercadorias.

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Exemplo de automatização de portos:

• In July 2008, Brisbane (Australia)

opened the world’s only fully

automated container terminal.

• Seagirt_Container_Teriminal_Simulation.flv

• STRADDLE_CARRIER_at_E.C.T._DELTA_

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Último desafio:

Automatização de um sistema

• Célula de manufatura?

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“Desafios” usando Lego/ROBOLAB...

• Propostos pequenos problemas da área

de automação que podem ser resolvidos

usando como ferramenta de

implementação:

• Kits Lego MindStorms

9793

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O Kit “ROBOLAB DESAFIO”

(ferramenta adotada)

• Ou “LEGO MINDSTORM Robotics Invention

System” (RIS 2.0):

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O Kit “ROBOLAB DESAFIO”

• Principais

componentes:

– Bloco de controle RCX

(Robotics Control

eXplorer)

– o “cérebro”

do sistema;

– 2 motores c/redução;

– 2 sensores de toque;

– 2 sensor de luz;

– 1 lâmpada.

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Usando Lego para resolver problemas...

• Exemplos:

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Soluções já existentes:

A) Estrutura de triciclo:

_{B) Diferencial:}

Roda +

motor 1

Roda +

motor 2

Pára-choques

Roda livre

Centro geométrico Roda Encoder



₁



₂

y

_c

x

_c

Roda

giratória com

propulsor

x

y

Tipos de tração:

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Soluções já existentes:

(16)

Soluções já existentes:

• Modelagem da tração:

StampBug:

http://www.din.uem.br/ia/robotica/stampbug.htm

Basic Stamp Exemplo:

: Symbol dir_olho=pin5 Symbol dir_antena=pin6 Symbol esq_antena=pin7 'Inicio dirs=%00111110 pins=0 high esq_olho low dir_olho principal: toggle esq_olho toggle dir_olho meio_pos=max_grau esq_pos=max_grau dir_pos=max_grau gosub anda toggle esq_olho toggle dir_olho meio_pos=min_grau esq_pos=min_grau dir_pos=min_grau gosub anda goto principal :

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Internos: de movimentação do robô (juntas do robô).

Externos: para localização do robô (medidas de distâncias).

Tipos de Sensores:

Propioceptivos

Exteroceptivos

Codificadores

Angulares

(encoders)

Posição do

Elemento

terminal

Encoder + Sensor de

proximidade

Posição de

Um objeto

Câmera (sensor CCD) +

medidor laser

Mapa 3D

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Sistema de Controle

• Manter o sistema sob

controle:

x

₀

y

₀

x

_R

y

_R





Erros de odometria



(sem compensação)

Caminho desejado



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Problema de Controle:

• Seguir uma pista já demarcada:

v



Comparo saída com desejado;

Posso calcular erro e definir o ângulo em que as

rodas do robô deveriam girar



exige definição de

equações que descrevem o torque que deveria ser

aplicado em cada motor, etc...

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Descrição do Kit:

• 3 partes principais

(decompondo o bloco RCX):

– 1) Entradas: portas 1, 2 e 3

• Sensores (toque, luz);

– 2)

Processamento:

• Software rodando: o que dá

“inteligência” ao sistema.

– 3) Saídas: portas A, B e C

• Motores, lâmpadas, tocar música, etc.

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Descrição do Kit:

1) Entradas: portas 1, 2 e 3

– Sensores:

?

a) Toque.

Portas de

Entrada

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Sensor de luz:

• Capacidade de distinguir algumas cores:

(23)

Descrição do Kit:

2) Processamento: bloco RCX

– Software: o que dá “inteligência” ao

sistema.

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Descrição do Kit:

?

3) Saídas: portas A, B e C

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Programação do Kit:

• Linguagem gráfica baseada em ícones:

“ROBOLAB”

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Programação

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Programação Modo “Pilot”:

Exemplo:

• Note a seqüência (fluxo)

do programa:

Girar motor A (para

esquerda, potência 5),

acender Lâmpada B e o

motor C (para a direita,

potência 3) por 6

segundos. Depois,

Inverter a direção dos

motores A e C, mantendo

a lâmpada acesa, até que

o sensor de toque (porta

1) se mova para dentro

(seja pressionado).

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Programação Modo “Inventor”:

Início

Fim

(30)

Programação Modo “Inventor”:

(31)

Programação Modo “Inventor”:

(32)

Programação Modo “Inventor”:

(33)

Programação Modo “Inventor”:

(34)

Programação Modo “Inventor”:

Potência do motor

(35)

Programação Modo “Inventor”:

Estado

Sensor de

toque

(36)

Programação Modo “Inventor”:

Estado

Sensor de

luz

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Programação Modo “Inventor”:

(38)

Programação Modo “Inventor”:

(39)

Programação Modo “Inventor”:

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(41)

Programação Modo “Inventor”:

Estruturas de decisão e

Repetição

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(43)

(44)

Programação Modo “Inventor”:

• Looping perpétuos:

Pular

Início

(laço)

Fim

(laço)

(45)

Programação Modo “Inventor”:

(46)

Programação Modo “Inventor”:

(47)

Programação Modo “Inventor”:

• Bloco de

decisão

(“IF..THEN

(48)

Programação Modo “Inventor”:

• Execução de rotinas “multitarefa”:

(49)

Programação...

Apertar “TAB” para modificar função do cursor!

: Conector (bobina)



Edição(mão)



Texto.

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Exemplos...

• Uso do Sensor de toque:

Note: Erro, faltou o

modificador para

indicar em que

porta o sensor de

toque está

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Exemplos...

• Parar motores:

Note: O programa

para de rodar mas

os motores

continuam

girando!!!

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Regras Uso dos Kits:

• Sempre(!) testar no solo!

NUNCA sobre as mesas

(perigo de danos “irreversíveis” ao bloco RCX

principalmente);

• Cada equipe: organizar (manter) suas próprias peças.

Não se permite empréstimo de componentes entre

equipes!

• Final de cada aula: cada equipe é responsável pelo seu

kit e (volta da) organização da sala.

• Advertências;

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Peças de cada kit:

• Controle

por

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Exemplos...

• Usando temporizador + display do LEGO:

O bloco da exposição de RCX, encontrado

na caixa de funções: "comunicações RCX“. É uma boa maneira de

ver que dados estão circulando por dentro do RCX. Pode ser usado para mostrar valores

do “container” ou do

sensor, e mesmo do temporizador interno do RCX. O programa acima é para um cronômetro simples. Usa um

sensor do toque para disparar e parar o cronômetro, e outro zerá-lo.

Este programa espera o sensor 1 de toque

ser pressionado, então zera o “container” e o temporizador. Em

seguida, um evento é disparado até que um toque ocorra no sensor 1 de toque. O valor do temporizador é

colocado no “container” amarelo e então mostrado no display do RCX. Os ícones de setas azuis atualizam a

tela com valores novos. O modificador "1" no bloco do display serve para indicar uso de 1 ponto decimal. O

RCX continuará a mostrar o valor do temporizador até que um novo evento seja provocado. Neste caso, a

visualizarão no display parará de ser atualizar. Quando o sensor 2 do toque é pressionado, o display será

zerado e o programa reiniciará.

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Bibliografia recomendada:

• Fabricantes de Kits:

Lego MindStorms:

http://mindstorms.lego.com/eng/default.asp: Robotics Invention System 2.0:

–RCX™ Microcomputer: • 6 AA batteries; • LCD display; • 3 sensor inputs; • 3 motor outputs; • Hitachi H8/3297 processor @ 16 Mhz; • 32k ram;

• rom with basic I/O functions –CD-ROM Software

–USB Infrared Transmitter –718 pieces, including:

• 2 Motors

• 2 Touch Sensors • 1 Light Sensor

Hitachi H8/3297 µcontrolador:

• 8 registradores de 16-bits ou 16 registradores de 8-bits; • High-speed operation:

• 8- or 16-bit register-register add/subtract: 125 ns (16 MHz; • 8 x 8-bit multiply: 875 ns (16 MHz);

• 16 ÷ 8-bit divide: 875 ns (16 MHz); • 1 contador/timmer de 16-bits;

• 1 A/D de 10-bits; • I/O ports:

• 43 input/output lines (16 of which can drive LEDs) • 8 input-only lines.

• Interrupts:

• Four external interrupt lines: 10,, IRQ0 to IRQ2 • 19 on-chip interrupt sources