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Introdução a Robótica

Professor Daniel SchererDepartamento de Computação

Professor Davis Matias de Oliveira

Professora Thiciany Matsudo IwanoDepartamento de Matemática

CES 2018

Google Street View

Carro autonomo da Uber

Carro autonomo da Uber

Carro autonomo da UFES

Carro autonomo da UFES

Robótica, um pouco de história

O advento no século XIX de:

◦ máquinas-ferramenta capazes de produzir componentes com elevada precisão;

◦ a disponibilidade de várias fontes de energia para atuação: hidráulica,

pneumática e

elétrica.

◦ os conceitos sobre: transmissão mecânica,

motores,

suspensões,

◦ a disponibilidade de sensores.

tudo isto possibilitou a construção de máquinas quepermitiam emular o "braço humano".

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Illustrated London

News for April (date

obscured) 1853

Robótica, um pouco de história

Os primeiros trabalhos em robótica datam de alguns anos após o fim da Segunda Guerra Mundial.

◦ Máquinas do tipo Master-Slave (Mestre-Escrava) foram introduzidas e desenvolvidas para manipular materiais perigosos, tais como materiais radioativos (1940-50).

◦ Um dos primeiros nesta linha é o "gantry-robot" - desenvolvido pela General Mills Corporation(EUA) em 1950,

Robótica, um pouco de história

Os primeiros trabalhos em robótica datam de alguns anos após o fim da Segunda Guerra Mundial.

◦ Máquinas do tipo Master-Slave (Mestre-Escrava) foram introduzidas e desenvolvidas para manipular materiais perigosos, tais como materiais radioativos (1940-50).

◦ Um dos primeiros nesta linha é o "gantry-robot" - desenvolvido pela General Mills Corporation(EUA) em 1950,

Robótica, um pouco de história

Os primeiros trabalhos em robótica datam de alguns anos após o fim da Segunda Guerra Mundial.

◦ Máquinas do tipo Master-Slave (Mestre-Escrava) foram introduzidas e desenvolvidas para manipular materiais perigosos, tais como materiais radioativos (1940-50).

◦ Um dos primeiros nesta linha é o "gantry-robot" - desenvolvido pela General Mills Corporation(EUA) em 1950,

Robótica, um pouco de história

Os primeiros trabalhos em robótica datam de alguns anos após o fim da Segunda Guerra Mundial.

◦ Máquinas do tipo Master-Slave (Mestre-Escrava) foram introduzidas e desenvolvidas para manipular materiais perigosos, tais como materiais radioativos (1940-50).

◦ Um dos primeiros nesta linha é o "gantry-robot" - desenvolvido pela General Mills Corporation(EUA) em 1950,

Robótica, um pouco de história

Os primeiros trabalhos em robótica datam de alguns anos após o fim da Segunda Guerra Mundial.

◦ Máquinas do tipo Master-Slave (Mestre-Escrava) foram introduzidas e desenvolvidas para manipular materiais perigosos, tais como materiais radioativos (1940-50).

◦ Um dos primeiros nesta linha é o "gantry-robot" - desenvolvido pela General Mills Corporation(EUA) em 1950,

Robótica, um pouco de história

Os primeiros trabalhos em robótica datam de alguns anos após o fim da Segunda Guerra Mundial.

◦ Máquinas do tipo Master-Slave (Mestre-Escrava) foram introduzidas e desenvolvidas para manipular materiais perigosos, tais como materiais radioativos (1940-50).

◦ Um dos primeiros nesta linha é o "gantry-robot" - desenvolvido pela General Mills Corporation(EUA) em 1950,

Robótica, um pouco de história

◦ o "Planetbot" (1957), que foi o primeiro robô

manipulador comercial com coordenadas

polares

Robótica, um pouco de história

◦ e o robô desenvolvido por Norman Diedrich

no Instituto Case da Western Reserve

University (Cleveland - USA) que foi o

primeiro manipulador elétrico com juntas de

revolução.

Robótica, um pouco de história

◦ e o robô desenvolvido por Norman Diedrich

no Instituto Case da Western Reserve

University (Cleveland - USA) que foi o

primeiro manipulador elétrico com juntas de

revolução.

Robótica, um pouco de história

◦ e o robô desenvolvido por Norman Diedrich

no Instituto Case da Western Reserve

University (Cleveland - USA) que foi o

primeiro manipulador elétrico com juntas de

revolução.

Robótica, um pouco de história

A investigação e desenvolvimento durante

os anos 50 e 60 conduziu ao

desenvolvimento dos primeiros robôs

controlados por computador

◦ como o T3 (Tool of The fuTure) (1974)

Robótica, um pouco de história

A investigação e desenvolvimento durante

os anos 50 e 60 conduziu ao

desenvolvimento dos primeiros robôs

controlados por computador

◦ como o T3 (Tool of The fuTure) (1974)

Robótica

Ainda temos:◦ a disponibilidade de várias fontes de energia para

atuação: hidráulica,

pneumática e

elétrica.

◦ os conceitos sobre: transmissão mecânica,

motores,

suspensões,

◦ a disponibilidade de sensores.

Acrescido do poder computacional:◦ Pré-programação

◦ Inteligência Artificial (I.A.)

Robótica hoje

Robôs remotamente controlados

◦ Situações perigosas

$135.000,00

Robótica hoje

Robôs remotamente controlados

A Deepfield Robotics, uma subsidiária da Bosch está pesquisando essa tecnologia faz tempo, e desenvolveu o Bonirob, uma plataforma de estudo que utiliza inteligência artificial, aprendizado e redes neurais. Os pesquisadores exibiram para o robô um número enorme de plantas saudáveis, doentes e ervas daninhas, ele aprendeu quais merecem viver e quais arrancar.

Se detecta uma erva daninha o Bonirob a esmaga com um Martelo Pneumático da Morte.

Robótica hoje

Robôs remotamente controlados

A Deepfield Robotics, uma subsidiária da Bosch está pesquisando essa tecnologia faz tempo, e desenvolveu o Bonirob, uma plataforma de estudo que utiliza inteligência artificial, aprendizado e redes neurais. Os pesquisadores exibiram para o robô um número enorme de plantas saudáveis, doentes e ervas daninhas, ele aprendeu quais merecem viver e quais arrancar.

Se detecta uma erva daninha o Bonirob a esmaga com um Martelo Pneumático da Morte.

Estimado chegar em 2020

Robótica hoje

Robôs para apoio

◦ Saúde

Esperam

economizar

$20 bilhões

Robótica hoje

Robôs para apoio

◦ Saúde

• Precisão,

• Cortes

menores,

• Menos perda

de sangue.

Robótica e Educação

M.I.T - Massachusetts Institute of Technology

Seymour Papert & Marvin Minsky

◦ 1969

Seymour Paper & Marvin Minsky -

1969

Seymour Paper & Marvin Minsky -

1969

Seymour Paper & Marvin Minsky -

1969

"Twenty Thing to

do with a

Computer“

by Seymour

Papert and

Cynthia Solomon,June 1971

Robótica e Educação

Robótica e Educação

Robótica e Educação

Robótica e Educação

A robótica permite contribuir de forma eficaz no desenvolvimento de competências no uso de tecnologias.

“O aluno pode desenvolver sua capacidade de solucionar problemas, utilizar a lógica de forma eficaz e compreender conceitos ligados à física e matemática. O professor pode encontrar condições de diversificar sua didática pela possibilidade do emprego de materiais diversos e as instituições um diferencial de qualidade por intermédio da aplicação de temas transversais e interdisciplinaridade.”

Prol, 2006

Robótica e Educação

Equipamentos

◦ Computador

◦ Software

◦ Peças

Motores

Sensores

Peças gerais

Robótica e Educação - Fases

◦ Formalização da idéias:

Se programando, haverá a descrição de uma idéia

em termos de uma linguagem formal e precisa.

Se construindo, haverá a descrição do que se deseja

construir

Essa descrição permite ao aluno explicitar o nível de

compreensão que possui sobre os diferentes aspectos

envolvidos na resolução de um problema.

Equipamentos

Modelix

Meccano

Fischer Technik

Lego Dacta

Mindstorms NXT

Equipamentos

Modelix

Características:

◦ composto de lâminas furadas nas mais diversas formas, que permitem encaixes exatos;

◦ mini ferramentas para montar

◦ conjunto de peças porcas,

parafusos,

cantoneiras,

engrenagens,

eixos,

Polias.

◦ As lâminas furadas podem se unir por meio de porcas e parafusos.

Equipamentos

Modelix

Características:

◦ composto de lâminas furadas nas mais diversas formas, que permitem encaixes exatos;

◦ mini ferramentas para montar

◦ conjunto de peças porcas,

parafusos,

cantoneiras,

engrenagens,

eixos,

Polias.

◦ As lâminas furadas podem se unir por meio de porcas e parafusos.

Equipamentos

Meccano

Características:

◦ composto de lâminas furadas nas mais diversas formas, que permitem encaixes exatos;

◦ mini ferramentas para montar

◦ conjunto de peças porcas,

parafusos,

cantoneiras,

engrenagens,

eixos,

Polias.

◦ As lâminas furadas podem se unir por meio de porcas e parafusos.

Equipamentos

Meccano

Características:

◦ composto de lâminas furadas nas mais diversas formas, que permitem encaixes exatos;

◦ mini ferramentas para montar

◦ conjunto de peças porcas,

parafusos,

cantoneiras,

engrenagens,

eixos,

Polias.

◦ As lâminas furadas podem se unir por meio de porcas e parafusos.

Equipamentos

Fischer Technik

Características:

◦ composto por peças

plásticas conectáveis;

◦ conjunto de peças

peças diversas,

engrenagens,

eixos,

Polias.

Equipamentos

Fischer Technik

Características:

◦ composto por peças

plásticas conectáveis;

◦ conjunto de peças

peças diversas,

engrenagens,

eixos,

Polias.

Equipamentos

Fischer Technik

Características:

◦ composto por peças

plásticas conectáveis;

◦ conjunto de peças

peças diversas,

engrenagens,

eixos,

Polias.

Equipamentos

Lego Dacta

Características:

◦ composto por peças

plásticas conectáveis

◦ conjunto de peças

peças diversas,

engrenagens,

eixos,

Polias.

Equipamentos

Lego Dacta

Características:

◦ composto por peças

plásticas conectáveis

◦ conjunto de peças

peças diversas,

engrenagens,

eixos,

Polias.

Equipamentos

Lego Mindstorms

Características:

◦ composto por peças

plásticas conectáveis

◦ conjunto de peças

peças diversas,

engrenagens,

eixos,

Polias.

Lego Mindstorms NXT

RCX NXT EV3

1998 – LEGO

MINDSTORMS Robotics

Invention System

1999 – LEGO

MINDSTORMS Robotics

Invention System 1.5

2001 – LEGO

MINDSTORMS Robotics

Invention System 2.0

2006 – LEGO

MINDSTORMS NXT

Education Set (9797)

2006 – LEGO

MINDSTORMS NXT (8527)

2009 – LEGO

MINDSTORMS NXT 2.0

(8547)

2013 – LEGO

MINDSTORMS EV3 (31313)

2013 – LEGO

MINDSTORMS Education

EV3 Core Set (45544)

Lego Mindstorms NXT

1.0 Lançado em julho de 2006

◦ Já existe uma versão 2.0, lançada em 2009.

◦ 4 porta de entradas

◦ 3 portas de saída

◦ LCD monocromático de 100x64 pixel

◦ 4 botões para controle e navegação

◦ 6 pilhas AA

Lego Mindstorms NXT

Processador 32 bit ARM7

256 K de memória flash

64 K de memória RAM

Lego Mindstorms NXT

NXT antigo (2009) EV3 (2013)

Equipamentos

Lego Mindstorms NXT

Equipamentos

Lego Mindstorms EV3

Lego Mindstorms NXT/EV3

NXT EV3

Processador Atmel 32-Bit ARM

AT91SAM7S256

48 MHz

256 KB FLASH-RAM

64 KB RAM

ARM9

300MHz

16 MB Flash

64 MB RAM

Co-Processador Atmel 8-Bit AVR, ATmega48

8 MHz

4 KB FLASH-RAM

512 Byte RAM

n/a

Sistema Operacional Proprietário Baseado em Linux

Portas de Sensores 4,

Analog

Digital: 9600 bit/s (IIC)

4

Analog

Digital, up to 460.8 Kbit/s

(UART)

Lego Mindstorms NXT/EV3

NXT EV3

Portas de Motores 3, with encoders 4, with encoders

USB Communication Full speed (12 Mbit/s) High speed (480 Mbit/s)

USB Host n/a Daisy-chain ( 3 levels)

WiFi dongle

USB Storage

SD-Card n/a Micro SD-Card Reader,

Até 32 GB

Controlador

Possibilita:

- Ver o que existe no controlador

- Baixar e executar software

- Baixar software

- Parar software

Lego Mindstorms EV3/Robo TX

EV3 RoboTX

Processador ARM9

300MHz

16 MB Flash

64 MB RAM

ARM 9 - 32-bit

200 MHz

2 MB Flash

8 MB RAM

Co-Processador n/a n/a

Sistema Operacional Baseado em Linux

Portas de Sensores 4

Analog

Digital, up to 460.8 Kbit/s

(UART)

8 entradas universais:

- Digital/analógica 0-9VCC,

- Analógica 0-5 kΩ

4 entradas 1 kHz

Lego Mindstorms EV3/Robo TX

EV3 RoboTX

Portas de Motores 4, with encoders 4, motor 9V/250mA:

resistente a curtocircuitos,

8 saidas alternativas

USB Communication High speed (480Mbit/s) USB 2.0 (12Mbit/s)

USB Host Daisy-chain ( 3 levels)

WiFi dongle

USB Storage

SD-Card Micro SD-Card Reader,

Até 32 GB

Alguns Modelos

8421

Alguns Modelos

8421

Alguns Modelos

8376

Alguns Modelos

9748

◦ Droid Developer

Kit

Equipamentos de baixo custo

Green Science

Alguns Modelos

Green Science

◦ Solar Rover

Equipamentos de baixo custo

Green Science

Arduino

Equipamentos de baixo custo

Green Science

Arduino

Equipamentos de baixo custo

Green Science

Arduino

Equipamentos de baixo custo

Green Science

Arduino

Rapsberry pi

Equipamentos de baixo custo

Green Science

Arduino

Rapsberry pi

Equipamentos de baixo custo

Green Science

Arduino

Rapsberry pi

Alguns links

Arduino

◦ http://arduino.cc/

Lego

◦ http://www.lego.com/en-us/mindstorms/?domainredir=mindstorms.lego.com

Fischer Technik

◦ http://www.fischertechnik.de/en/Home.aspx

Rapsberry pi

◦ http://www.raspberrypi.org/

Alguns links

Atividades extras

◦ http://www.peeron.com/

◦ http://www.nxtprograms.com/projects.html

◦ http://www.brickshelf.com/cgi-

bin/gallery.cgi?f=278624

◦ http://www.technicbricks.com/2008/02/tbs-

techtips-008-technic-meta-parts.html

Tear de Lego

Tartaruga Lego

Wall-e de Lego

Resolvedor de Rubik Cube

Resolvedor de Sudoku

Impressora 3D

Impressora 3D

Boston Dynamics