T-REX: UM ROBÔ AUTÔNOMO DE RESGATE BASEADO NA MODALIDADE
RESCUE B DA ROBOCUP JUNIOR
Gustavo Henrique Oliveira Aguiar
1,2,
Pedro Henrique Teixeira Costa
1,2, Pedro Victor Nogueira Diniz
1,2,
Fábio Ferreira
1,2, Ivisson Valverde
1,21 COLÉGIO ANCHIETA
Praça Padre Anchieta, 126, Pituba 41810-830– Salvador - BA
2 CIC ROBOTICS – CLUBE DE INVESTIGAÇÃO CIENTÍFICA ROBOTICS
Praça Padre Anchieta, 126, Pituba 41810-830– Salvador - BA
Resumo Esse documento tem como finalidade especificar as características do robô de resgate da categoria Rescue B, da
RoboCup Junior. A ROBOCUP Junior é uma competição com
intuito de propiciar trocas de informações entre pesquisadores de todos os lugares do planeta. Essa troca de conhecimento gera um enriquecimento cultural e intelectual, atraindo assim cada vez mais estudantes, das demais faixas etárias. O desenvolvimento de robôs de resgate estimula o avanço da robótica e inteligência artificial no intuito de promover soluções em situação de desastres naturais e incêndios.
Palavras Chaves: Robocup Junior, Robôs De Resgate, Detecção de Radiação Infravermelha Térmica.
Abstract: This document aims to specify the characteristics of the robot rescue Rescue of category B, the RoboCup Junior. RoboCup Junior is a competition aiming to provide information exchange between researchers from all over the planet. This exchange of knowledge generates a cultural and intellectual enrichment, thus attracting more and more students of other ages. The development of rescue robots encourages the advancement of robotics and artificial intelligence in order to promote solutions in situations of natural disasters and fires. Keywords: Robocup Junior, Rescue Robots, Thermal Infrared Radiation Detection.
1 INTRODUÇÃO
O robô T-REX é um autômato desenvolvido para a simulação de localização de vítimas, baseado na modalidade Rescue B da
RoboCup Junior (RCJ), para estimular a aprendizagem de
robótica e áreas afins e a promoção de soluções que envolvam robôs em situação de resgate.
A participação e integração de pessoas na RCJ é de fundamental importância para estimular o interesse da população jovem na área da robótica, ela também proporciona que jovens interessados tenham possibilidades de ingressar no ramo de pesquisa e possam a vim a por ventura contribuir com a ciência da robótica.
O principal desafio é como localizar uma vitima através de um pulso eletricamente aquecidas de radiação infravermelha térmica num campo de simulação?
O Projeto Rescue B é o resultado de uma pesquisa aplicada com o intuito de desenvolver um robô autônomo capaz de reconhecer vítimas e navegar num labirinto que simula um prédio após um incêndio. A competição é apenas um plano de fundo para reunir estudantes, pesquisadores e entusiastas pela robótica em prol do avanço da área. Assim, construir um robô para a competição exige mais em benefício da ciência e tecnologia. Diante do desafio, o robô é construído utilizando o
Kit Mindstorms NXT da LEGO, Sensores da Hitechnic e Mindsensors, numa estrutura de policarbonato. O ambiente de
programação RobotC (C/C++), uma linguagem em código compatível com kits e sensores (ROBOTC, 2012).
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 O Surgimento da Robótica
Os robô é um invento do século XX mas seu conceito foi criado muito antes, na mitologia clásica têm-se como exemplo o deus Hefesto, da metarlugia, que era capaz de criar servantes mecânicos e inteligentes. Filósofos gregos já teorizavam sobre a existência de um invento capaz de realizar atividades controladas direta ou indiretamente por um humano, foram encontradados registros teóricos que datam do séc 1 d.C. que relatam como pode ter sido a primeira máquina guiada por um programa já registrada, ela funcionaria através de um sistema mecânico e seria capaz de se locomover, para sua composição deveria ser usado cordas, polias, engrenagens e trigo atuando como força motriz. (TEMPLO APOLO, 2012)
2.2 A RoboCup
RoboCup (RC) é uma iniciativa científica internacional com o objetivo de avançar o estado da arte de robôs inteligentes. Quando criada em 1997, a missão inicial era montar uma equipe de robôs capazes de ganhar contra os humanos de futebol campeões da Copa do Mundo em 2050. Enquanto que a missão continua, RC desde então se expandiu em outros
domínios de aplicação relevantes com base nas necessidades da sociedade moderna (ROBOCUP, 2012).
2.2.1 Liga de Robôs de Resgate
Um dos objetivos da RoboCup consiste em auxiliar a equipe de emergência para salvar as pessoas e realizar tarefas perigosas com robôs altamente móveis e semiautônomos capazes de mapear ambientes complexos. (ROBOCUP, 2012).
2.2.2 Liga de Simulação de Robôs de Resgate São dois os objetivos da simulação de resgate da RoboCup, o primeiro tem como objetivo desenvolver simuladores que formam a infraestrutura do sistema de simulação e emular fenômenos realistas predominantes em desastres. Segundo tem como objetivo desenvolver agentes inteligentes e robôs que sejam capazes de se locomover em um cenário de desastres e responder autonomamente a essa situação. (ROBOCUP, 2012). 2.2.3 RoboCup Junior - Rescue A
RoboCup Junior é uma iniciativa orientada para patrocinar
projetos educacionais regionais e internacionais de eventos de robótica para jovens estudantes. Ele é projetado com o intuito de introduzir a RC para crianças de escolas primárias e secundárias, bem como graduandos que ainda não têm recursos para se envolver em projetos mais altos. A liga Junior da RC está focada na educação, o torneio oferece aos participantes a oportunidade de participar de programas de intercâmbio internacionais e de compartilhar a experiência do encontro com colegas do exterior. (ROBOCUP, 2012).
2.2.4 RoboCup Junior - Rescue B
As mesmas regras do Rescue A são aplicadas para o Rescue B, a diferença estão nas medidas do campo, nos obstáculos e na forma de detectar as vitimas. (ROBOCUP, 2012).
2.3 Robô de Resgate Real
Ambientes perigosos e até mesmo impossíveis para seres humanos são superados pelos robôs. Eles são convocados para missões importantes onde vidas podem estar em jogo. Tivemos grandes avanços, relativos aos robôs de resgate, devido a conflitos armados e atentados terroristas, para desmontar bombas e localizar inimigos e, principalmente, pela sua utilidade no resgate à procura de pessoas em desastres naturais, como foi o caso do tsunami no Japão recentemente. Conforme a Figura 1, o Robô utilizado no Japão para vasculhar os escombros a procura de sobreviventes é o T-53 Enryu (TECHTUDO, 2012).
3 DESENVOLVIMENTO DO ROBÔ DE
RESGATE
O robô de resgate é um robô autônomo que será usado em um ambiente simulado de um desastre, ele tem que detectar as vítimas e alertar piscando uma luz que encontrou a vítima.
3.1 Estrutura de Deslocamento
O robô contará com dois motores Lego NXT, conforme figura 2, usando esteiras para poder ter mais equilíbrio e estabilidade durante a locomoção.
Figura 10. Servo Motor da LEGO Fonte: (COMPUTERO, 2012)
Também serão usados sensores para detectar onde o robô e a vítima estão e tudo isso será montado com uma base de policarbonato pois com policarbonato teremos mais velocidade, já que ele é mais leve e resistente, gerando um melhor relação peso x potência (COMPUTERO, 2012).
3.2 Mapa de Sensores e Efetuadores
Serão usados quatro tipo de sensores diferentes, um de cor para o robô saber se está em um beco sem saída, um acelerômetro para o robô saber para que lado ele está indo, um sensor de infra-vermelho para detecção da vítima, quatro sensores ultrassônicos para o robô saber para onde ir e um sensor térmico, também para a detecção da vítima.
3.2.1 Sensor de Cor (Hitechnic)
Figura 3. Sensor de Cor Fonte: (HITECHNIC, 2012)
Figura 4. Tabela sensor de cor Fonte: (HITECHNIC, 2012a) 3.2.2 Sensor Acelerômetro (Hitechnic)
Usando o sensor de acelerômetro, conforme a figura 5, o robô pode saber o que é cima ou baixo. O Acelerômetro mede a aceleração em 3 eixos, também mede a inclinação em cada um desses eixos (HITECHNIC, 2012).
Figura 5. Acelerômetro (escala x, y e z) Fonte: (HITECHNIC, 2012)
3.2.3 High Precision (Short) Range Infrared Distance Sensor for NXT - v2 (Mindsensors)
Figura 6. High Precision (Short) Range Infrared Distance Sensor Fonte: (MINDSENSORS, 2012).
3.2.4 Sensor Ultrassônico (LEGO Mindstorms NXT)
Figura 7. Sensor Ultrassonico Fonte: (COMPUTERO, 2012).
4 NAVEGAÇÃO
O Robô contará com uma programação para navegação autônoma baseada nos resultados dos sensores. O robô em seu caminho mapeara a arena a fim de não perder tempo na hora de saída ou de procurar outras vítimas.
4.1 Mapeamento da Arena
Usando matrizes e algoritmos de mapeamento o robô mapeará a arena para poder saber onde está, onde passou, onde é a saída. Esse algoritmo vai armazenar na matriz todo o mapeamento da arena de por onde o robô passou, esse mapeamento contará com a utilização de sensores ultrassônico, cor e acelerômetro. (TECHLEGO, 2012).
Figura 8. Arena de Resgate Fonte: (TECHLEGO, 2012)
4.2 Identificação das Vítimas
O robô visualiza as vitimas através de pulsos eletricamente aquecidos de radiação infravermelha térmica, posicionados nas paredes da arena. Esses pulsos são reconhecidos e analisados pelo NXT PIR Sensor (Hitechnic).
Figura 9. Campo de Visão do NXT PIR Sensor Fonte: (HITECHNIC, 2012)
Dividido em duas zonas, o campo de visão do PIR NXT Sensor define a esquerda como zona positiva, e a direita como zona negativa. O valor do sensor é baseado na mudança relativa da radiação infravermelha, a partir destas duas zonas.
Figura 10. Diagrama de Funcionamento do PIR NXT
Legenda: 1) fora do campo de visão do sensor PIR; 2) a pessoa entrou no lado positivo (esquerdo) do sensor (aumenta o valor do sensor); 3) diminuição
dramática no valor do sensor; 4) o valor retorna para 0. Fonte: (HITECHNIC, 2012)
4.3 Localização do Módulo Superior
O acelerômetro será usado indicar a inclinação da rampa, permitindo identificar a posição do robô no “mapa” (labirinto), ciente que está a caminho do último módulo.
5 PROPOSTAS FUTURAS
Os futuros avanços tecnológicos ofereceram materiais e sensores mais desenvolvidos, com uma maior precisão e um maior nível de recursos. Os robôs também ganharam maior agilidade e velocidade, tendo cada vez um processamento mais rápido, o que é crucial na hora do robô tomar decisões. Cada vez mais os robôs serão utilizados, tanto em resgate, localização de minas terrestres, desarmamento de bombas,
usados para o salvamento e a localização de vitimas, localização de minas e desativação de bombas. A RoboCup utiliza diversos níveis de Resgate e incentiva os competidores a criar robôs com métodos mais rápidos e eficazes na hora de tomar decisões autónomas.
REFERÊNCIAS
TECNOTUDO. Artigo. Disponível em:
<http://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2011/04/ro bo-de-resgate-pode-limpar-areas-devastadas-por-tsunami-no-japao.html>. Acesso em: 09 ago. 2012. TEMPLO DE APOLO. História. Disponível em:
<http://www.historia.templodeapolo.net/noticias_ver.as p?Cod_noticias=1&value=Rob%C3%B4%20da%20Gr %C3%A9cia%20Antiga%20era%20movido%20a%20tr igo&s=Civiliza%C3%A7%C3%A3o%20Grega&f=Glo bo.com&t=#topo>. Acesso em: 11 de set. 2012.
ROBOTC. Disponível em: <http://www.robotc.net>. Acesso em: 28 ago. 2012.
WORDPRESS. Disponível em:
<http://naweb.wordpress.com/2007/10/02/os-primeiros-robos/>. Acesso em: 11 de set. 2012.
UEM. DIN. Disponível em:
<http://www.din.uem.br/ia/robotica/classif.htm> Acessado em: 11 set. 2012.
UEM. DIN. <http://www.din.uem.br/ia/robotica/classif.htm> Acessado em: 11 set. 2012.
ROBOCUP. Disponível em:
<http://rcj.robocup.org/rcj2012/rescueA_2012.pdf>. Acesso em: 31 ago. 2012
ROBOCUP. Disponível em:
<http://rcj.robocup.org/rcj2012/rescueB_2012.pdf>. Acesso em: 31 ago. 2012.
ROBOCUP. Disponível em: <http://www.robocup.org/about-robocup/>. Acesso em: 31 ago. 2012.
COMPUTERO. Blog. Disponível em:
<http://blog.computero.com.br/lego-mindstorms-nxt-2-0/> Acesso em: 11 set. 2012.
HITECHNIC. Disponível em:
<http://www.hitechnic.com/contents/media/Color%20S ensor%20W1.jpg>. Acesso em: 11 set. 2012.
HITECHNIC. Disponível em:
<http://www.hitechnic.com/contents/media/Color%20N umber.jpg>. Acesso em: 11 set. 2012.
HITECHNIC. Disponível em:
<http://www.hitechnic.com/contents/media/Tilt_Sensor 2.jpg> Acesso em: 11 set. 2012,
