ROBÓTICA AUTÔNOMA

DOCUMENTAÇÃO DO PROJETO

Outras observações importantes são relativas a necessidade de um planejamento antes de montar qualquer coisa. Planejar onde será instalada cada placa, baterias, chaves de cotrole, fusíveis, calculadora, sensores, etc...

Um bom planejamento evitará muitos fios elétricos trançando de um lado para o outro, tornando difícil uma necessária manutenção corretiva, instalação e desmontagem de placas, substituição de baterias, etc...

É útil fazer algumas anotações, desenhos, tabelas, etc... o que for importante para o projeto. É PRECISO  DOCUMENTAR.

___________________________________________________________________________________________________________

SUGESTÕES DE PROJETO

- Saber exatamente o que quer projetar (tem que visualizar o projeto pronto antes de   começar).

- Preparar com muito cuidado simulações das situações reais a serem trabalhadas.

- Medir formas de onda em várias etapas dos circuitos.

- Nunca trabalhar com apenas um integrado de cada tipo.Eles vem com defeito.

- Testar cada circuito separadamente e garantir as característica desejadas.

- Fazer modificações nos circuitos para obter a resposta desejada.

- Todos estes processos devem ser bem monitorados e por bons instrumentos como osciloscópios, multímetros, etc...

___________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________

METAS

Um robô autônomo deve ser capaz de navegar (circular) por um ambiente evitando obstáculos ( Este já é um grande desafio ).

Deve ser capaz de seguir uma trajetória  em rampa inclinada.

Deve ser capaz de realizar alguma tarefa útil

Deve ser capaz de locomover de forma não  previsível .

Deve ser capaz de localizar algum tipo de alvo

Deve ser capaz de se autoalimentar.(carregar as baterias sozinho).

Deve ser capaz de transportar alguma carga útil.

Deve possuir sensores adequados a tarefa a ser executada.

Deve ser de fácil programação.

___________________________________________________________________________________________________________

ROBÓTICA PARA INICIANTES

Como iniciar um projeto de robótica?

Em primeiro lugar é importante definir o tipo de robô que será desenvolvido.

O tipo veículo de quatro rodas é o mais indicado devido à facilidade quanto ao equilíbrio do robô.

Definir o propósito do projeto. O que o robô deverá fazer. Que tipo de resistência mecânica deverá ter. Que pêso terá e que pêso poderá agüentar.

O robô poderá ser totalmente analógico ou ser controlado por sistemas digitais micro-processados.

Que tipo e quantidade de sensores deverá ter este robô. Sensores infravermelho e ultrassom são recomendados. Maior quantidade de sensores torna o projeto mais inteligente mas aumenta o grau de dificuldade para gerenciar estes sensores.

_____________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________

UM PROJETO DE ROBÓTICA ENVOLVE TRÊS GRANDES ÁREAS :

 

Mecânica

Eletrônica

Programação

 

A MECÂNICA compreende a parte da estrutura do veículo, tipo rodas e como serão acopladas ao motor escolhido. Escolha dos motores e  torque esperado dos mesmos. Tipo de terreno onde o robô navegará.

A ELETRÔNICA envolve os circuitos de controle dos motores, relés para acionamento e inversão de velocidade dos motores. Circuitos eletrônicos dos sensores e sua atuação. Os circuitos de controle dos canais de saída para acionar os dispositivos desejados. Os circuitos de leitura de dados de entrada que são as informações dos sensores. Tipo de processador que será utilizado. Interface de controle. Esta interface foi desenvolvida específicamente para as calculadoras científicas programáveis da HP. A escolha da bateria é importantíssima pois define o tempo de funcionamento e o peso a ser suportado pelo chassi.

PROGRAMAÇÃO  faz o contrôle de toda a operação dos sistemas autônomos.

Ela pode ser desenvolvida em várias linguagens de programação como C++ ,

Assembly e outras. O PLC-T1000 utiliza a USER RPL da própria HP50G. 

É uma linguagem interpretada ( por isso mais lenta ) e muito parecida com a

linguagem C em muitos aspectos, como as estruturas de LOOP. Apresenta

algumas vantagens como a facilidade de medir tempos de poucos milissegundos

com poucas intruções. Uma rotina muito simples.

_________________________________________________________________

 

EXEMPLO DE PROGRAMAÇÃO DA HP50G NO CONTROLE DO RMU-RT

_________________________________________________________________

 

___

 ________________________________________________________________________

 

Eletrônica

___________________________________

_________________________________________________________________

PROJETANDO UM ROBÔ:

 

Este projeto começará com a escolha dos MOTORES. O escolhido por ser fácil de encontrar e fácil de acoplar às rodas é o motor de acionamento de vidro elétrico de veículos automotivos, o motor MABUCHI com adaptador universal.

Este motor também é robusto, tem redução mecânica  própria e possue alto torque quando alimentado com 12 volts. Consome aprox. 1A em vazio e aprox. 2A quando submetido a uma carga normal. Ele já vem com buracos próprios par fixação. Além disso é leve em relação a sua tração  e tem formato estreito facilitando a sua instalaçao.

Escolhido o motor devemos escolher uma bateria que dê uma autonomia satisfatória ao robô. Baterias seladas utilizadas em circuitos de alarmes caseiros (7 AH) 12volts, são muito boas pois mantem carga quando paradas por um tempo. Para robôs maiores podemos utilizar várias dessas baterias em paralelo.

Estas escolhas definem as características dos relés e transistores de comutação dos motores. Os relés de 12 volts e 15A de corrente de comutação são indicados. Os transistores adequados são TIP142(Darllington) para evitar o uso de grandes dissipadores de calor.

Agora devem ser escolhidas as rodas de traçao, as rodas de apoio e o sistema de transmissão que conecta os motores e as rodas de traçao.

Rodas de traçao com grande diametro e conectadas diretamente ao motor faz o sistema perder força(torque). Este sistema exige mecanismo de redução para manter o torque necessário. Também pode ser usada uma alimentaçao PWM para os motores de traçao. O sistema PWM permite que o motor possa ter sua velocidade controlada e ao mesmo tempo mantem força.

O circuito acima substitui o circuito abaixo.

Controlando 2 motores.

___________________________________

Como rodas de apoio(equilíbro) podem ser usadas rodízios tipo carrinho de supermercado. Esta rodas são muito barulhentas. Por isso foram desenvolvidas rodas mais macias, leves e silenciosas.

ESCOLHA DA RODA, DO MOTOR E DO CHASSIS

O acoplamento do motor com as rodas (transmissão) deve ser considerado um ponto crítico da mecânica do veículo.

MOTORES de 12 volts facilitam pelo uso de baterias adequadas ao consumo do mesmo. O diâmetro do eixo do motor deve ser menor do que o diâmetro das rodas para que o veículo tenha torque(força). Esta relação entre o diâmetro dos eixos dos motores e o diâmetro das rodas pode ser alterada com a utilizaçao de engrenagens redutoras de velocidade para o aproveitamento do torque máximo dos motores.

Circuitos eletronicos PWM tambem podem ser utilizados para controlar a velocidade e o torque dos motores. Estes sao mais fáceis de serem implementados do que engrenagens que tambem sao mais pesadas.

 MOTOR MABUCHI DE VIDRO ELÉTRICO AUTOMOTIVO. USADO EM TODOS OS PROJETOS POR VÁRIOS MOTIVOS.

 

 PROJETO TANQUE

 

SISTEMA DE REDUÇÃO MECÂNICA. Utiliza tração indireta por atrito entre borracha. Menos barulho e não força o motor ao limite pois o sitema patina se forçar.

 

PRINCÍPIOS BÁSICOS DE CONTRÔLE ROBÓTICO

Informações mais completas você encontrará no curso de robótica em quadrinhos. Veja no menu.

O Processador gerencia as informações dos sensores e aciona os motores. Os

sensores observam o ambiente e enviam as informações para o processador. O

processador executa o programa que tomará as decisões sobre o que fazer.

 

Os motores precisam de circuitos que controlem sua velocidade e seu sentido de

rotação. O tipo mais interessante de controle de velocidade é o PWM. O circuito

mais utilizado para inverter o sentido de rotação dos motores é a chave HH. Aqui é

feita com circuitos de relés.

___________________________________

SENSORES

Existem vários tipos de sensores que podem ser utilizados em robótica. Os mais comuns são os do tipo infravermelho , ultrasom e de contato por toque ou inclinação.

Para os projetistas que interessam em aprender a fazer os próprios sensores , mostraremos alguns circuitos mais simples e outros mais complexos de fazer mas também mais fáceis de utilizar além de serem vendidos prontos e a baixo custo.

É importante pensar nas limitações impostas pelo uso de muitos sensores em um projeto  de robótica. Muitos sensores significa maior complexidade do programa de controle do sistema como um todo. Poucos sensores limita a capacidade de percepção do ambiente.

 

SENSORES INFRAVERMELHOS

Os raios infravermelhos são radiação luminosa não visível pelos nossos olhos pois sua frequência está abaixo ( infra ) da luz vermelha.

O controle remoto usado nas TVs são exemplos da tecnologia de LEDs EMISSORES e FOTORECPTORES de INFRAVERMELHO. 

Os LEDs infravermelhos emitem esta radiação quando submetidos a uma corrente elétrica. Como as fontes de luz visível no nosso ambiente também emitem alguma quantidade de luz infravermelha ( o sol , as lâmpadas, objetos muito quentes como velas acesas, fogão...) precisamos diferenciar estas radiações das dos LEDs.

Para isto os emissores são alimentados com corrente elétrica pulsante em uma frequencia alta ( kHz ). Filtros eletronicos podem separar estas radiações quando chegam aos receptores ( os capacitores separam sinais contínuos não pulsantes dos sinais pulsantes ).

OS SENSORES INFRAVERMELHOS NÃO DETETAM OBJETOS TRANSPARENTES COMO O VIDRO.

SENSORES DE ULTRASSOM NÃO DETETAM OBJETOS MACIOS COMO ESPUMA , TRAVESSEIRO, COISAS DO TIPO.

 

EXEMPLOS DE CIRCUITOS EMISSORES E RECEPTORES DE INFRAVERMELHO

___________________________________

___________________________________

 

SENSOR PRONTO PARA USAR.

SENSORES DE ULTRASSOM

Estes sensores utilizam um princípio muito parecidos com a localização de objetos por morcêgos durante a noite.

O circuito gera um som de frequência muito elevada para os nossos ouvidos (ultrassom 50KHz ). Ao atingir um objeto o ultrassom retorna para o sensor receptor. Pelo tempo decorrido entre a emissão e o retorno do sinal, a distância do objeto pode ser estimada.

Os sensores de ultrassom tem dificuldade para detetar objetos macios que amortecem os sons.

 

EXEMPLO DE SENSOR DE ULTRASSOM

O sensor de ultrassom acima tem um emissor e um receptor separado.

 

INICIANDO PROJETO DE UM ROBÔ SIMPLES ( SEM SENSORES) MAS INTERESSANTE.

___________________________________

Com este circuito acima podemos desenvolver programas usando também outros comandos da HP50G. O comando WAIT é muito útil para executar os movimentos. Uma vez ligado, o robo anda em uma direção. Acrescentando o comando 5 WAIT ele anda 5 segundos nesta direção e então pode ser dado outro camando de virar por exemplo.

 

PROGRAMA 01

 

<<  LC1  LC2  LC3  LC4  10 WAIT  DL1  1 WAIT  DL3  2 WAIT  DL1 DL2 DL4  >>

 

10 WAIT  espera 10 segundos naquela direção.

1  WAIT   espera 1  segundo   nesta outra direção.

2  WAIT   espera 2  segundos  e depois para com  DL1 DL2 DL4.  DL3 já foi.

________________________________

ALÉM DOS COMANDOS DO PLC-T1000 PODEMOS USAR QUALQUER

COMANDO DO SET DE COMANDOS DA HP50G.

ISTO ACRESCENTA MUITO O DESEMPENHO DO PLC-T1000.

 

A HP50G e o PLC-T1000 podem ficar fora do robô, em uma mesa com o programador desenvolvendo novos softwares de forma bem confortável, sem precisar ficar indo até o robô onde está a HP50G. É MUITO BOM ISSO !

 VEJA NA FIGURA ABAIXO

POSSÍVEIS APLICAÇÕES DOS ROBÔS

Estes robôs podem ser utilizados para fins úteis e interessantes. Eles podem ser programados e adaptados para algumas funções....

 

- Laboratório para estudo de ROBÓTICA AUTÔNOMA

- Simulador de presença humana em residência que esteja vazia por algum motivo.

- Vigia noturno para circular pelas dependências de uma casa ou um prédio, inibindo a presença de intrusos.

- Podem ser adaptados para lavar calçadas ou outro piso com economia de água.

- Sistema para monitorar ambientes nocivos ao ser humano.

- Com uma câmera de vídeo adaptada pode ajudar a visualização de ambientes com a presença de pessoas perigosas.

- Pode ser adaptado para ser tema de festas de aniversário de crianças. (pode dar um bom retorno financeiro).

- Pode ser adaptado para atuar como um tipo de doutor da alegria em hospitais com crianças enfermas. Isso seria    importante.

- Pense em outras aplicações.......................