Positronics Soccer: Comunicando além do jogo

Positronics Soccer: Comunicando além do jogo

Cavalcanti, Breno Mendes de Melo Uchôa; Lucchese, Pietro Gouveia de Melo Rabelo; Nogueira, Gustavo; Santana, José Severo; Silva, Erick Vinícius Soares; Silva, Pedro Henrique Herculano da; Barros, Inaldo Gomes de

(Orientador); Santos; Lucas Henrique Cavalcanti (Orientador); Silva, Juliana Iskarlaty (Orientador).

Colégio Santa Emília – Unidade Olinda Rua Marfim, 375 –Jardim Atlântico CEP 53140-280 – Olinda – Pernambuco – Brasil

E-mail: equipepositronics@gmail.com

Abstract— In this document will be discussed all the information about the robots, software, strategy and the 3d models of the Positronics Jr. team that will participate of RoboCup Jr. Soccer LightWeight Secundary. From Colégio Santa Emília, the Positronics Soccer come with a little experience, but a new view on moving robots for soccer.

Keywords: soccer, robocup, positronics.

Resumo - Este trabalho contém informações sobre o projeto, a construção e a programação de dois robôs com o objetivo de atuar como jogadores de futebol, um goleiro e um atacante, na Competição Brasileira de Robótica (CBR) e RoboCup Jr. Soccer Lightweight Secundary, a ser realizada na cidade Recife-Pernambuco. Do Colégio Santa Emília, Positronics Soccer Vem com pouca experiência, mas com um olhar novo sobre movimentar robôs de soccer.

Palavras-chave: futebol, robocup, positronics.

O futebol de robôs é uma competição que envolve um ambiente dinâmico, em que todos os robôs devem se movimentar de acordo com uma estratégia tem como seu principal objetivo direcionar a bola para o gol adversário e defender o próprio gol.

Nesse projeto iremos explicar nosso trabalho nos dois robôs do Soccer CBR 2016. A equipe Positronics surgiu em 2006, mas seu primeiro campeonato nessa categoria foi no ano de 2011. Esse ano a equipe resolveu apostar no Soccer Secundário, tendo em vista o amadurecimento dos seus integrantes e trazendo como inovação a utilização do Arduino como CLP dos nos nossos robôs.

O motor que usamos é o Dynamixel AX-18A usado no Bioloid Premium. Para a movimentação do robô usamos três rodas omnidirecionais e também colocamos um LCD para facilitar o feedback do robô. Os projetos foram planejados no SolidWorks 2013, pois já temos experiência nele e também nos permite criar uma grande variedade de projetos. Planejamos em 3D para controlar o espaço e para evitar gastos desnecessários com material.

Imagem 1: Motor Bioloid.

Na escolha de motor levamos em consideração a velocidade, seus sensores internos como o de rotação, temperatura, e também por conta do seu tamanho compacto. Cada robô terá três motores dois localizado na parte da frente do robô e mais um na parte de atrás. O robô terá um formato circular para aproveitarmos melhor o espaço.

Imagem 2: Informações usadas para construir modelo 3D.

Para manusear a bola foi feito um ''furo'' na base do robô com um formato de uma linha parabólica de 3cm raio para a bola ser encaixada durante o jogo.

Imagem 3: imagem ilustrativa.

III. SOFTWARE

Utilizamos a linguagem Arduino, baseada do Witiring, para programar a placa Arduino. Trata-se de uma linguagem escrita baseada em C/C++, construída em um ambiente próprio disponibilizado no site do fabricante. Nela programaremos tudo que o robô deverá fazer, desde enviar sinais para controlar os motores como a lógica que irá reger a estratégia do robô. Dentro do nosso software teremos um módulo para controlar XBee, emissor e receptor de rádio frequência, para tornar possível os robôs se comunicarem.

A equipe escolheu usar o XBee por conseguir enviar, replicar e receber informações e estímulos por meio das portas seriais (RX/TX), possibilitando iniciar programações ou enviar comandos e informações de um Arduino para outros. O XBee pode ser configurado como coordenador, roteador e ponto final, o coordenador somente envia dados, o roteador tem a capacidade de receber os dados e replica-los para XBee`s que estejam mais distantes, o modo ponto final somente recebe os dados. Assim a equipe utilizou este artificio para que os robôs possam se comunicar e saber a hora exata de efetuar determinada ação. Logo, apenas o mestre precisa ser acionado para que os demais possam efetuar junto com ele os comandos.

Em nosso software teremos também módulos para controlar a movimentação do robô através da arena, pois ao usarmos três rodas precisamos compor vetores para atingir a direção e o módulo desejado.

O XBee será utlizado da seguinte forma: caso o goleiro infrinja as regras e tenha que sair do campo por um minuto, enviará uma mensagem para o atacante que por sua vez assumira a função de goleiro durante a partida.

Imagem 4: XBee.

O sensor IRSeeker, produzido pela HiTechinc, é utilizado nos nossos robôs para efetuar a busca da radiação infravermelha emitida pelo emissor de ondas, através da atribuição de diferentes números relacionados à posição de emissão das ondas infravermelhas. Serão colocados mais de um sensor ao redor do robô, facilitando a detecção do emissor de ondas(bola utilizada durante a partida), o que possibilita captar as ondas durante a partida. A resposta do sensor são posições um a nove e a intensidade da posição onde a bola foi encontrada, caso ele não identifique a bola o valor será zero, caso a bola esteja na sua frente o valor retornado será cinco, caso a bola esteja a sua direita a valor será maior que 5, e se tiver na sua esquerda será menor que 5.

Imagem 5: IRSeeker.

O sensor ultrassônico HCSR04 emite ondas ultrassônicas numa distância de até 4 metros. O sensor de ultrassom emite ondas sonoras que, de acordo com a velocidade de envio e o tempo que ele recebe a onda de volta, é calculada a distância. O ultrassom será colocado atrás do goleiro, fazendo que ele não adentre no gol aliado Necessita de um gatilho (trigger) de pelo menos 10us de nível alto. Ele possui quatro pinos: VCC(positivo), GND(negativo), TRIG(envia as ondas), ECHO(recebe as ondas).

Imagem 6: Funcionamento do sensor ultrassônico.

HMC5883L tem a mesma função de uma bússola, ele identifica todos os pontos cardeais (norte, sul, leste, oeste e etc), através dos valores entre zero e trezentos e cinquenta e nove. Através da nossa programação iremos utilizar a bússola para manter os nossos robôs orientados para o gol adversário, assim evitando fazer gol contra, para tal função vamos gravar a orientação inicial do robô e desde então iremos utilizar um controle proporcional para manter a mesma orientação durante a partida. O HMC5883L será posicionado na parte superior do robô.

Imagem 7: HMC5883L.

Sensor de Infravermelho(seguidor de linha), iremos usar para identificar a linha lateral do campo assim podemos manter nosso robô dentro das 4 linhas do campo. O sensor de infravermelho funciona identificando a intensidade das radiações infravermelho refletidas pela superfície. Posicionaremos dois sensores de infravermelho na parte inferior do robô, um de cada lado. Para construir esse sensor usamos dois LEDs, um transparente e o outro preto, o transparente é emissor e o preto é receptor.

Os sensores de linha são um tipo de sensor de presença e podem ser utilizados para a construção de carrinhos seguidores de linha (robôs seguidores de linha). Normalmente utilizados em competições de robôs seguidores de linha criadas por estudantes de engenharia, sua função é fazer com que o robô seja capaz de identificar uma linha desenhada no chão (normalmente uma linha preta sobre um piso branco), seguindo-a até completar um circuito previamente desenhado. O mesmo princípio de funcionamento poderia ser utilizado em robôs de inspeção que precisam se deslocar de forma autônoma em terrenos que possuem padrões em seu piso. Neste caso, bastaria programar o robô para que o padrão existente fosse reconhecido a partir dos sinais entregues pelo sensor seguidor de linha.

Quando emitimos raios infravermelhos ele irá bater na superfície e parte será refletida, através do receptor sabemos quanto foi refletido, assim também podemos diferenciar intensidades de cor diferentes no sensor.

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Imagem 8: Emissor e receptor de infravermelho.

V. ESTRATÉGIA

Nosso atacante irá detectar a bola com o IrSekeer, portanto teremos direção e distância do robô a bola. Se a bola estiver com o goleiro do nosso time teremos como comunicar através do XBee para que a bola seja empurrada para o atacante, e assim o nosso atacante irá conduzir a bola até o gol adversário.

Já se o nosso atacante estiver com a bola ele irá tentar fazer o gol, mas se durante o caminho o adversário tomar a bola, ele irá retomar o estado de detecção da bola com o sensor IrSekeer e se receber a informação que a bola está perto do goleiro, ele irá ajudar a defender o gol.

Já o nosso goleiro prioriza intensamente a defesa do gol, de modo que este robô não faz uma busca pela bola muito além das proximidades do gol. Portanto enquanto o IRSeeker não conseguir detectar a bola, o robô se posicionará em sua pequena área, mantendo o gol protegido, através do sensor ultrassônico. Entre um ciclo e outro, com auxílio do HMC5883L (bússola), o goleiro se posicionará frontalmente ao gol adversário. Isso é possível, pois no primeiro instante da partida, o robô avalia as leituras da “bússola” e grava tal direção, desde então o controle proporcional atua de forma a posicionar sempre nessa mesma direção.

VI. ELETRÔNICA

Iremos usar um circuito acoplado em cima da nossa placa Arduino, comumente chamado de shield, ele tem como principal função organizar todo o circuito, e facilitar a montagem do robô. Iremos soldar toda nossa eletrônica na nossa shield, e por termos construído nosso próprio circuito, teremos controle total do circuito. A bateria que estamos usando é a bateria de íon-polímero (Li-Po), pois com ela temos uma durabilidade melhor que outras disponíveis. Usaremos uma bateira com três células, que dá um total de 11,1 volts.

Imagem 9: Shield ilustrativa para Arduino.

Para controlar todos os motores e sensores citados acima iremos utilizar uma Arduino Mega 2560, pois ela fornece uma maior quantidade de portas comparada a outras versões, e por usar o nível logico TTL (5V), teremos compatibilidade com as tensões de motores e sensores. Para controlar o motor sua velocidade, direção e outras coisas iremos usar um CI (circuito integrado) que será o 74LS241. Tal CI nos auxilia a controlar nossos motores Dynamixels, pois eles utilizam uma comunicação serial com protocolo próprio. As placas possuem 54 pinos digitais de entradasaída,14 dos quais podem fornecer saída analógica PWM, e 16 pinos de entrada analógica. A comunicação é feita com até quatro portas seriais de hardware. A comunicação SPI e o suporte para dispositivos I2C/TWI estão também disponíveis. A placa também inclui um conector ICSP e um botão de reset.

Imagem 10: Controlador de motor Dynamixel.

Apesar que a Arduino Mega 2560 não ser a placa mais rápida, ela fornece mais pinos para os sensores é opera com a maioria dos shields disponíveis.

A equipe gostaria de agradecer ao Colégio Santa Emília por sempre acreditar no nosso potencial e nos permitir participar da competição, além das contribuições que disponibilizaram. E também não apenas os alunos, mas também os nossos amigos e familiares que sempre nos

apoiaram dentro e fora dos treinamentos da robótica. A equipe agradece aos pais, mães e demais familiares que compreendem e contribuem com o nosso esforço.

Para concluir esse projeto, a equipe superou desafios para trabalhar presencialmente e a distância com ajuda do aplicativo Skype. Testes de resistência mecânica apontaram a madeira como melhor opção para construir a plataforma do robô, já programação inseriu elementos de inteligência ao criar comunicação entre os robôs como forma de permitir modificações na estratégia do jogo de acordo com o ambiente dentro de campo. A realização de oficinas de programações permitiu à equipe ampliar seus recursos de programação e construir códigos mais complexos para satisfazer suas necessidades. Fizemos testes entre o Xbee (comunicação via rádio) e o módulo Bluetooth (comunicação via bluetooth) e chegamos à conclusão que seria melhor utilizar o Xbee por sua simplicidade e sua eficiência.

Diante deste cenário conseguirmos aprender muito e desenvolver não só tecnicamente, mas também aprendemos a trabalhar em equipe, ser flexíveis e compreensíveis.

[1] O IDE e adquirido facilmente no site oficial do arduino, o link está localizado na 1ª referência

<http://www.arduino.cc/en/Main/Software> acessado em

agosto.

[2] Como programar o LCD disponível em

<

http://www.comofazerascoisas.com.br/projeto-arduinocom-display-lcd.html>acessado em agosto.

[3] HITECHNIC. Informações sobre o sensor IRSeeker.

Disponível em

<https://www.hitechnic.com/cgibin/commerce.cgi?pread

d=action&key=NSK1042>aces sado em agosto.

[4] Ensinando a programar/montar algumas partes do robô disponível no: Livro Arduino em ação. Autores: Martin Evans, Joshua Noble, Jordan Hocheenbaum lido em agosto.

[6] Robocup Junior. Regras 2015 da Robocup Junior

<http://www.cbrobotica.org/wpcontent/uploads/soccer

_2015.pdf> acessado em agosto.

[7] Informações sobre a bussola, disponível em

<

http://labdegaragem.com/profiles/blogs/tutorial-bussolaeletronica-com-hmc5883l> acessado em julho.

[8] Tutorial sobre o infra vermelho(seguidor de linha), disponível em <

http://labdeeletronica.com.br/sensor-delinha-arduino/> acessado em agosto.

[9] Informações técnicas sobre o sensor ultrassonico, disponível em

<

http://blog.vidadesilicio.com.br/arduino/sensor-ultrassomhc-sr04/> acessado em junho.

[10] Manual do motor Dynamixel AX18, disponível em <

http://support.robotis.com/en/techsupport_eng.htm#pr

oduct/ dynamixel/ax_series/ax-18f.htm> acessado em

julho.

[11] Definição e exemplos de “Shields” para Arduino,

disponível em <https://www.arduino.cc/en/Main/arduinoShields> acessado em junho.