Abstract— The present Team Description paper (TDP) aims
to describe the process of creation and setting of a robot dance presentation, using a programmed robot to perform a choreography developed by the team. This work has been idealized and developed by integration among the Educational Robotics project, Arts and English classes of the school. The presentation was planned using two humanlike robots that portray the decades of 40s and 50s in Brazil, playing two characters; one is the Brazilian singer and actress who was the poster face of the country, Carmem Miranda, and the other is a popular bohemian figure from Rio de Janeiro, Malandro Carioca. This work has been developed by a group of students who is sponsored by CNPq studentship in order to possibly be part of Brazilian Robotics competition – CBR this year in the RoboCup Junior On Stage category.
I. INTRODUCTION
A Escola Municipal Rubens Machado se encontra situada em um bairro da periferia da cidade de Volta Redonda, chamado Vale Verde que faz parte de um complexo de bairros, denominado Complexo Vila Brasília. Neste contexto a escola desenvolve muito mais do que um trabalho educacional, mas social diante das necessidades dos alunos por uma visão diferenciada das expectativas vividas. O projeto Roboticando no Rubão vem crescendo ano a ano e proporcionando experiências antes inimagináveis aos alunos, que se dedicam com empenho, criatividade e entrega para representar bem a escola e seu bairro nesse processo.
Com alunos contemplados na MNR –Mostra Nacional de Robótica no ano de 2015 e a experiência adquirida na CBR – Competição Brasileira e Latino Americana de Robótica no ano de 2015, levou ao aluno uma nova visão do trabalho desenvolvido por eles, uma organização e estruturação que só vem a mostrar que estamos no caminho certo, que os recursos, o ambiente, as tentativas e erros, as reflexões sob essas tentativas buscando o asserto são aspectos significativos para percebermos as possibilidades da Robótica Educacional como um recurso pedagógico.
Jaguar Baby esse ano vem trazer a cultura do nosso estado com um passeio pela história de nosso Estado do Rio
Bianca Barbosa, Gabriely Silva, João Castro, Keslly Silva, Lais Lopes, Lucas Moreira, Rafaela Silva, Wellinson Anjos, Wendell Nery, Yuri Martins, estudantes do Ensino Fundamental Anos Finais da Escola Municipal Rubens Machado, Volta Redonda, Rio de Janeiro, Brasil.
Patrícia Pereira, especialista em Tecnologia na Educação pela PUC-Rio, regente na Escola Municipal Rubens Machado, Volta Redonda, Rio de Janeiro, Brasil (corresponding author to provide phone: 55 24 3346.1460;55 24 9880.31726; e-mail:patriciaosovr@yahoo.com.br).
de Janeiro e País na imagem desses dois robôs, A cantora e atriz Carmen Miranda e o Malandro Carioca que junto com a bateria de uma escola de samba, mostrar que no Rio de Janeiro além de samba também temos tecnologia inserida e vivida no Samba. Com a música Real in Rio termos uma performance com interação entre os robôs e membros da equipe.
II. DADOS GERAIS
Em 2013, alunos projetaram um robô construído com garrafas reutilizadas, que recebeu o nome de Robot Dance. Junto com o projeto de dança desenvolvido na escola foi planejado e montado uma apresentação semelhante as apresentadas vivenciadas na CBR 2013. O Robot Dance foi selecionado pela MNR para concorrer a bolsa da CNPq, com esse incentivo começaram os trabalhos para montagem do novo Robô e participação de novos integrantes para desenvolvimento do protótipo. Nesse caminhar em 2014 e 2015 participamos da CBR e muitas experiências, conhecimentos e habilidades foram adquiridas, possuímos hoje novos integrantes, que vêm contribuir para a melhoria do trabalho.
Essa proposta vem proporcionando uma trabalho multidisciplinar onde a Robótica Educacional interage com aulas de inglês e artes.
Hoje o grupo está composto por 10 integrantes que se reúnem três vezes por semana em horário contrário as aulas regulares, nestes dias eles se dedicam no planejamento, construção e programação dos robôs, as aulas de inglês e a produção de detalhes do robô como roupa, confecção da cabeça nas aulas de artes.
III. ROBÔS
Pensando em um tema que representaria a cultura Brasileira e principalmente o estado do Rio de Janeiro o grupo definiu que a apresentação seria com o tema Samba. Deste ponto em diante o planejamento se voltou para a escolha dos robôs que fariam parte da apresentação. Desta forma foi planejado a montagem de dois robôs humanoides que representariam a Carmen Miranda e o Malandro Carioca, destacando aspectos históricos e muito conhecido do Brasil.
Esses robôs estão sendo montado e programados por eles a partir do zero com chapas e estruturas que os próprios alunos projetaram utilizando o arduíno para a automação e programação dos robôs. Sendo esses dois robôs os principais da apresentação, seguindo por mais três robôs, projetados
Jaguar Baby Dance
Bianca Câmara Romero Barbosa, Gabriely de Souza Silva, João Gabriel Alves de Castro, Keslly
Cristina Souza Silva, Lais Soares Lopes, Lucas Roberto Moreira, Rafaela Ferreira da Silva, Wellinson
com o kit educativo do Lego®Mindstorms® NXT® que representaram a bateria da escola de samba com chocalho, prato e cuíca, seguido de dois carros alegóricos com giros e luzes piscantes.
Após o planejamento inicial o grupo partiu para a aquisição de materiais, testes com materiais diversos projetando possíveis adaptações para a construção da parte estrutural dos robôs humanoides.
A. Planejamento
O planejamento desta nova apresentação se faz a partir da reflexão de experiências anteriores vividas por parte desse grupo, com destaca o filósofo e pedagogo John Dewer, em sua obra do início do século XX, servindo como referência a muitos teóricos atuais. “Refletir é olhar para trás sobre o que foi feito e extrair os significados positivos, que irão constituir o capital para se lidar inteligentemente com as posteriores experiências. (DEWEY, 1971, p. 92-3). [3]
A presente reflexão mostrou a todos envolvidos no grupo que o trabalho precisava de uma estruturação mais conveniente com o conhecimento que veem adquirindo no projeto, que alguns detalhes passam desapercebidos e se faz necessário para uma boa apresentação do grupo.
Desta forma, a estrutura esse ano conta com peças desenvolvidas e modeladas pelos próprios alunos, com circuitos elétricos bem projetados e estruturado para evitar falhas. [Figura 1]
Figura 1 – Planejamento
A partir de uma das peças utilizadas no robô de 2015, o PanTilt os alunos projetaram e construíram peça por peça as pernas os braços. A princípio utilizaram chapas retiradas de aparelhos de DVDs descartados e completaram com as estruturadas em chapa de alumínio. [Figura 2]
Figura 2 – Peças para montagem dos braços e pernas
O robô foi tomando forma durante o planejamento e está todo estruturado em alumínio, desde os membros aos troncos, sendo a cabeça desenvolvida e montada em aulas de papietagem com a professora de artes.
Com o ato de pensar fica claro que o refletir sobre a prática e o conhecimento se torna essencial, pois a vivência deixa de ser apenas experiência e erro, mas uma experiência reflexiva. “Pensar equivale, assim, a patentear, a tornar explícito o elemento inteligível de nossa experiência. Tornar possível o proceder-se tendo um fim em vista” (DEWEY, 1959, p. 159). A experiência deve estar relacionada não apenas com as sensações causadas pela experiência, mas com as consequências que tais experiências presentes irão proporcionar em experiências futuras.[4]
B. Montagem
Com materiais selecionados e adquiridos o grupo iniciou a montagem que foi sendo desenvolvido em forma sequencial. As peças foram projetadas em moldes, transferidas para as chapas, recortadas, modeladas, furadas e por último a montagem das estruturas. Cada passo realizado e trabalhado da melhor forma possível para uma boa apresentação. [Figura 3]
Figura 3 – Equipe em sequência de montagem
Toda a estrutura montada em chapas com o tronco dividido em duas partes, sendo a cintura separa que poderá ter algum movimento, braços serão fixos com junções flexíveis em algumas articulações, as pernas serão divididas
em cada elo mas fixas sem movimentos e como pés dois carrinhos montados com cantoneiras em alumínio. Toda estrutura foi fixada com parafusos e porcas de 1/8, recebendo rebite somente algumas partes fixas, assim possibilitando possível adaptação de movimentos. [Figura 4 e 5]
Figura 4 – Processo de Montagem Pernas
Figura 5 – Processo de Montagem tronco
O tronco do robô foi projetado para demonstrar uma estrutura bem próxima a um corpo humano, com curvas e silhuetas que parecem com as curvas da personagem escolhida, “Carmen Miranda”. Foram cortados e montados com chapa de alumínio pelo grupo em um trabalho em conjunto. [Figura 6].
Figura 6 – Visão parcial de montagem
Cada braço está recebendo na altura do ombro, do cotovelo e do punho servos motores 9g montados com
PanTilt onde realizarão os movimentos conforme a coreografia desenvolvida bem característica da personagem principal sendo que também no pescoço receberá mais um servo para movimentos da cabeça.
O mecanismo de programação e controle está separado em parte superior e inferior, com ligações e programações independentes.
Na parte inferior está sendo conectado ao Arduino um Motor Shield L293D Driver Ponte H acoplado. [1] O Motor Shield L293D integrando alta tensão, alta corrente e controle de 4 canais em uma só placa. Basicamente isto significa que você pode ligar motores DC e uma fonte de tensão de mais de 36v que este chip se encarrega de fornecer uma corrente máxima de 600mA por canal. O chip L293D também é conhecido como um tipo de Ponte H que é tipicamente um circuito elétrico que permite uma tensão ser aplicada em uma carga em qualquer direção para uma saída, como por exemplo um motor. [Figura 7]
Figura 7 – Motor Shield L293D
O Motor Shield L293D controlará os atuadores da parte inferior, com dois motores DC que farão os movimentos de dança referente aos pés do robô. [2]
Na parte superior um Arduíno Mega controlará os atuadores da cabeça e dos braços, que são micro servo motores. Nos ombros foram adaptados suportes para Pan/Tilt que controla ângulos de rotação do motor, realizando assim os movimentos verticais e horizontais semelhantes ao movimento do braço humano. A ligação entre os servos motores e o Arduíno acontecerá através de placa de circuito integrado projetada e desenvolvida pelo grupo após uma oficina realizada esse ano no IFRJ de Volta Redonda. [Figura 8]
D. Programação
Os robôs são controlados pelo Arduíno uma plataforma eletrônica de código aberto baseado em hardware e software de fácil utilização. Projetada com um microcontrolador Atmel AVR com suporte de entrada/saída embutida, uma linguagem de programação padrão, a qual tem origem em Wiring, e é essencialmente C/C++. O objetivo do projeto é criar ferramentas que são acessíveis, com baixo custo, flexíveis e fáceis de se usar por artistas e amadores. Principalmente para aqueles que não teriam alcance aos controladores mais sofisticados e de ferramentas mais complicadas.
A programação vem sendo desenvolvida por um dos grupos de alunos após aulas de programação recebido por eles desde o início das aulas de robótica, o grupo retorna a Unidade Escolar dois dias da semana para montagem estruturação do robô de dança e um outro dia para aulas de programação.
Nestas aulas eles aprenderam desde acender leds, display, controlar motores com shield e a controlar servos motores, utilizando a linguagem própria do Arduíno.
Para a programação dos micros servos motores dos braços, da cabeça, está sendo utilizado o Arduíno Mega. Nessa programação utilizou-se a biblioteca “Servo”.
Exemplificando de como é a programação dos Servos: - Inclusão/definição de bibliotecas, variáveis, pinos e servos;
- Setup (onde se define se os pinos são de entrada ou saída);
- Loop (onde ocorre a leitura de pinos de entrada, e a definição das posições dos servos em graus) [Figura 9]
Figura 9 – Exemplo da programação em Arduíno
O Arduíno Uno controla a direção do giro das pernas por meio do Motor Shield utilizando a biblioteca AFMotor, própria para o módulo utilizado.
Exemplificando com o primeiro passo da dança que já foi programada.
- Inclusão/definição de bibliotecas, variáveis, pinos e motores;
- Setup (pode definir a velocidade do motor, ou deixar o mesmo para o loop);
- Loop (onde ocorre a leitura de pinos de entrada, e a definição das posições e movimentos do motor).
Quando o Arduíno envia “motor.setSpeed” define a velocidade de rotação do motor que pode ser um valor entre 0 (motor parado) e 255 (rotação máxima), e quando envia
“motor.run” é determinado o sentido que pode ser
“FORWARD” em frente no sentido horário,
“BACKWARD” para trás ou no sentido anti-horário, ou “RELEASE” para o motor. [Figura 10]
Figura 10 – Exemplo da programação em Arduíno
Acompanhando a apresentação atrás dos robôs principais teremos três robôs que representaram junto ao integrante do grupo humano bateria de uma escola de samba, esses Robôs estão sendo construídos utilizando os Kits educativo do Lego®Mindstorms® NXT®. Neste caso a programação foram realizadas utilizando a Linguagem Nativa do Lego através de Blocos de Programação. Com empenho estudaram e montaram a programação necessária. [Figura 11]
Figura 11 – Exemplo de programação em Lego
Logo atrás da bateria terão dois carros alegóricos feitos de bandeja de ovos reutilizadas coloridas e iluminadas com leds que piscarão e se movimentarão ao ritmo da música, todos controlados por um Arduíno Uno.
IV. APRESENTAÇÃO
Apresentação contará com um espetáculo de Samba, onde os integrantes humanos e robóticos através da interação desenvolverão uma apresentação com coreografias como uma escola de samba.
Iniciarão a presentação pela bateria e os carros alegóricos apresentados pelos robôs principais, Carmen e o Malandro em seguida se direcionando ao grupo e começando a performance conforme o ritmo da música.
Como o ritmo é bem específico o grupo pensou em diversas músicas que tivessem a ver com os personagens robóticos, diante desse fato foi realizado pelo grupo uma pesquisa das músicas e sucessos referentes a Carmen Miranda e o Malandro Carioca.
Entre essas pesquisas surgiu a ideia de utilizar algo relacionado ao estado do Rio de Janeiro e a opção de selecionar alguma música do filme Rio. A escolhida foi Real in Rio que foi mixada e selecionada alguns trechos com o tempo necessário para a apresentação.
Desta forma, o relato e apresentação do grupo em cada apresentação que realizarem, levantará ao um pouco de nossa história, de representantes de sucesso de nossa cultura e principalmente um dos maiores eventos de nosso estado do Rio de Janeiro, o Carnaval na era robótica.
V. CONCLUSÃO
Protótipos sendo desenvolvidos em fase de montagem das ligações elétricas e início dos testes da programação já montada, ensaios junto aos alunos que desenvolverão a performance no palco.
Entrando em fase de recesso escolar, os alunos continuarão a frequentar a escola para construção dos carros alegóricos iluminados, dos personagens que utilizarão Kits educativo do Lego®Mindstorms® NXT®, os ajustes e ensaios e início da escrita do artigo científico para apresentação junto a MNR.
Possíveis mudanças e adaptações poderão ser necessárias após a fase de testes e ensaios, sendo que essas alterações não descaracterizarão a essência do projeto até a fase de apresentação.
Relato parte do que já possuímos e planejamos para uma possível participação na Competição Brasileira e Latino Americana de Robótica no ano de 2016.
AGRADECIMENTOS
A equipe Jaguar Baby Dance agradece ao corpo docente, em especial as professoras Helena e Elyssa, a direção, toda equipe da Escola Municipal Rubens Machado e principalmente a Secretária de Educação Prof. Therezinha Gonçalves por todo empenho recebido. Agradecemos também a Universidade Federal Fluminense - UFF - Campus Volta Redonda na pessoa do Dr. Daniel Girardi que buscou fundos junto a Faperj para estarmos realizando esse trabalho e o Instituto Federal do Rio de Janeiro – IFRJ - Campus Volta Redonda na pessoa do Ms. Prof. Helton Sereno, Ms. Prof. Prof. Wallace Pereira Neves dos Reis e da Equipe
Jaguar pela orientação em eletrônica proporcionando um trabalho mais apreciável.
.
REFERÊNCIAS
[1] ARDUINO UNO, Disponível em
https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno, Acesso em
Jun/2016
[2] Ada, Lady. Adafruit Motor Shield. Disponível em
https://cdn-learn.adafruit.com/downloads/pdf/adafruit-motor-shield.pdf. Acesso
em Jun/2016
[3] DEWEY, John. Experiência e educação. São Paulo: Nacional, 1971. [4] DEWEY, John. Como pensamos: como se relaciona o pensamento
reflexive com o processo educativo: uma reexposição. São Paulo: Nacional, 1959.
