F1X: DESENVOLVIMENTO DE ROBÔS DE FUTEBOL UTILIZANDO A PLATAFORMA LIVRE ARDUINO

IGOR ARAÚJO DIAS SANTOS1, GUILHERME DE OLIVEIRA AURICH1, POLIANA NASCIMENTO FERREIRA1 JOÃO PAU-LO SANDES BRITO1, JOÃO PEDRO VILAS BOAS SILVA1,

1. Colégio Nossa Senhora de Fátima - Sacramentinas Av. Jorge Teixeira, 125, candeias – Vitória da Conquista-Ba. CEP: 45028-050

E-mails: higor@live.com, guiaurich@colegiosacramentinas.com.br, poliro-botica@colegiosacramentinas.com.br , joaopaulo.sandes@hotmail.com,

japasvilasboas@gmail.com

Abstract - This paper contains information about the construction of autonomous robots to participate in the competition for Soccer Robots CBR-2014 (Brazilian Robotics Competition). Two robots were developed using the free Arduino platform. The objective of the robots is to collaborate to achieve their goal during a football match.

Keywords - CBR, robotic, robot soccer

Resumo - Este trabalho contém informações sobre a construção de robôs autônomos para participar da competição de Futebol de robôs da CBR-2014 (Competição Brasileira de Robótica). Dois robôs foram desenvolvidos utilizando a plataforma Livre Ardui-no. O objetivo dos robôs é colaborarem entre si para atingirem o seu objetivo durante uma partida de futebol.

Palavras-chave - CBR, robótica, futebol de robôs

1 Introdução

Em meados do século 21, uma equipe de robôs humanóides totalmente autônomos jogado-res de futebol devem vencer uma partida, em con-formidade com as regras oficiais da FIFA , contra o vencedor da mais recente Copa do Mundo . "Foi com esse objetivo que o campeonato mundial de robôs Robocup surgiu, bem como a categoria Futebol de Robôs. A categoria consiste em dois times disputan-do a bola para fazer gols no oponente. Na Robocup Jr cada time possui dois robôs composto por sensores receptores, que devem identificar uma bola que emite sinais infravermelhos. Todo o trabalho realizado pe-los robôs devem ser feitos de forma autônoma sem qualquer interferência humana.

2 Propósito

Este trabalho tem como objetivo apresentar o robô F1X do Colégio Nossa Senhora de Fátima - Sacramentinas para participar da modalidade Ro-bocup Junior Soccer LightWeight – Secondary da Competição Brasileira de Robótica – CBR[1] que acontecerá na cidade de São Carlos-SP em outubro de 2014.

3 Métodos

O robô foi desenvolvido usando uma plata-forma de hardware e software livre (Open Source), o Arduino[2], que possibilita uma grande flexibilidade de uso de vários tipos de componentes eletrônicos (sensores e atuadores) além de possuir uma IDE (ambiente de desenvolvimento integrado) de fácil manipulação por meio da linguagem C/C++. O Colé-gio Nossa Senhora de Fátima – Sacramentinas[3] tra-balha com o Arduino em suas aulas de robótica desde 2009 em conjunto com vários conceitos de eletrôni-ca, mecânica e programação.

3.1 Estrutura física

A estrutura atual do robô é resultado de diversos testes e adaptações. Quando começamos a trabalhar com a categoria Soccer no Colégio Nossa Senhora de Fátima, usávamos bases circulares à semelhança dos outros robôs de futebol já existentes. O material usa-do para a confecção das mesmas foi MDF(Fibra de Média Densidade) [4] do início ao fim, por ser um material resistente, de fácil manipulação, baixo custo e leve. Conforme adquirimos experiência, optamos por fazer robôs de bases retangulares para um melhor desenvolvimento no quesito “dominar a bola”.

Figura 1. Robôs FX1

Para obter maior precisão, a estrutura foi cortada a laser por uma empresa especializada.

3.2 Deslocamento

Possibilitando o deslocamento do robô pela are-na, foram utilizados 3 motores DC[5]. Estes motores estão conectados a controladores de motores do tipo Mosfet[6], circuito eletrônico que permite que o mi-crocontrolador envie sinais PWM[7] (Modulação por Largura de Pulso) para os controladores, fornecendo assim a corrente necessária para o funcionamento dos motores. Foram escolhidos esses motores por pro-porcionarem velocidade e força necessárias aos ro-bôs.

Três rodas Omni direcionais foram acopladas

aos motores. As rodas Omni direcionais permitem que o robô se desloque em todas as direções, o que não seria possível com rodas normais.

Figura 2. Modelagem em 3D dos motores rodas e base do robô.

3.3 Microcontrolador

O microntrolador do nosso robô é o Atmel AVR 2560 utilizando a plataforma Arduino, como foi cita-do anteriormente. Desenvolvemos uma placa com fibra de vidro para facilitar a manipulação do Hardware, contendo um buzzer (buzina), botões, Leds, e um display de LCD de 16x2 segmentos para vizualização das informações gravadas no microntro-lador.

3.4 Sensoriamento

Na montagem dos robôs jogadores de futebol, utilizamos os sensores descritos a seguir:

1. Ultrassom: Funciona emitindo e recebendo ondas sonoras, calculando distâncias a partir do tempo que a onda leva para retornar ao receptor. Foram usados dois sensores em apenas um dos robôs, nas laterais, com a fi-nalidade de centralização no campo.

2. IMU: Utilizamos uma IMU (Unidade de

Medida Inercial – Bússola / Giroscópio) pa-ra auxiliar na orientação dos robôs no cam-po, servindo para que eles permaneçam sempre virados para o gol do oponente. O sensor registra valores iniciais e, durante a execução do programa, o robô deverá sem-pre virar-se para que o valor da IMU seja igual ao valor inicial registrado.

3. IRSeekers : Acoplado à parte frontal do ro-

bô, dotado por 5 receptores infravermelhos este sensor consegue obter uma percepção da bola em torno de 240 graus retornando em qual posição ela está. A Figura 3 apre-senta a comunicação do IrSeeker ao ardui-no.

4. Infravermelhos (Light Sensor): Sensores

que funcionam com um emissor e um recep-tor de luz infravermelha para diferenciação da coloração no campo. São usados para identificar as linhas limites do campo, evi-tando que o robô as ultrapasse. São usados 3 em cada robô.

5. Infravermelhos do Goleiro: infravermelhos

de longo alcance, que atuam apenas em um dos robôs, o goleiro, para identificação das traves, Com isso, ele não sai da Grande Área.

Figura 3. Ilustração - Conexões dos senso-

res e atuadores ligados ao Arduino.

3.5 Programação

Os robôs foram programados através do ambien-

te do Arduino que permite o uso da linguagem C++ em conjunto com vários comandos para controlar motores e sensores.

O Software varia de um robô para o outro. En-quanto um dos robôs é programado para seguir a bola constantemente, visando fazer gols no adversário, o outro robô segue a bola ao mesmo tempo em que fica restrito à Grande Área com o objetivo de defender o gol.

3.6 Estratégia

O Robô (atacante), constantemente mede a dis-tância entre si e as paredes do campo para estar sem-pre no centro.

Figura 4. Ilustração – Robô Identificando as paredes

Utilizamos o algoritmo PID com o auxílio da IMU e do IrSeeker, para que os robôs sempre se des-loquem pelo campo virados para o gol do oponente.

Figura 5. Ilustração – Robô sempre virado para o gol do oponente

O Robô (goleiro) é dotado por dois sensores in-

fravermelhos na parte traseira para detecção do gol.

Figura 6. Ilustração – Robô detectando as traves do gol

A diferença entre o robô goleiro e o atacante

é simples. O goleiro apenas se movimenta de acordo à leitura do sensor infravermelho, de um lado ao ou-tro, dentro da área do gol, de modo que possa defen-der as bolas lançadas e cumpra sua missão. Já o robô atacante deve buscar a bola tanto para rea-lizar um chute quanto para tentar roubá-la do adver-sário.

4 Resultados

A estrutura física do robô saiu como plane-jado, embora modificações tenham sido feitas ao longo do desenvolvimento do projeto visando melho-rias. O software cumpre com as necessidades e exi-gências da modalidade de competição, havendo a necessidade de modificação constante devido à cali-bração dos sensores em diferentes espaços.

5 Conclusão

O projeto da Equipe F1X leva em conta o encon-tro de duas paixões dos alunos: a robótica e o futebol. A tarefa de organizar a utilização de dois robôs e a programação dos mesmos, é um grande desafio para os estudantes, visto que, nessa competição os robôs não estão sozinhos numa arena, mas sim com outros robôs em interação. Esse ambiente faz com que os alunos tentem melhorar adquirindo conhecimento para criar táticas e modificar seus robôs para a melhor performance em campo.

Após vários testes com os robôs a equipe se sente devidamente preparada para enfrentar outras equipes, pois a estrutura e programação se mostraram extremamente eficientes e funcionais.

Referências Bibliográficas

[1] Competição Brasileira de Robótica. Disponível em: http://cbrobotica.org/

[2] Arduino. Disponível em: http://arduino.cc/ [3] Colégio Nossa Senhora de Fátima - Sacramenti-

nas. Disponível em: http://colegiosacramentinas.com.br/

[4] Fibra de Média Densidade (MDF). Disponível

em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Medium_Density_Fiberboard

[5] Motores DC. Disponível em:

http://en.wikipedia.org/wiki/DC_motor

[6] Controladores de Motores. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Ponte_H

[7] Modulação por Largura de Pulso (PWM).

Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Modulação_por_largura_de_pulso

http://pt.wikipedia.org/wiki/Medium_Density_Fiberboard