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Introdução à

Engenharia ElétricaGrupo de Automação & Controle

EEE071 - Introdução À Engenharia Elétrica

Prof. Fernando Passold

Enfoque desta disciplina:

• Problemas ou “pequenos desafios” que devem ser resolvidos durante as aulas e fora dos horários de aula

• Noções de automação & controle mescladas com a parte prática da disciplina.

• Obs: o sucesso e conclusão de cada equipe depende muito do empenho de cada um dos alunos.

2Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle

Calendário de Atividades

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No. Data Atividade Prevista

1. 14/05 Apresentação desta versão da disciplina. Aplicação de Questionário.

2. 21/05 Programação gráfica dos kits LEGO RCX usando linguagem icônica ROBOLAB. Apresentação deaspectos de programação desta linguagem. Detalhes dos laços de repetição limitados (FOR) ouperpétuos (WHILE (TRUE)) e blocos de decisão (IF's). Uso do sensor de luz. Apresentação dapista do primeiro desafio. Tempo livre para montagem mecânica dos AGVs e programação(software).

3. 28/05 Livre para preparação das equipes para o 1o-Desafio: Veículo AGV (montagem mecânica e programação).

4. 04/06 1o-Desafio: Apresentação dos AGVs (AVGs funcionando!)no LAMIC.

5. 11/06 Apresentação de Casos de Automatização: Cada equipe deve apresentar (em no máximo 10 minutos, resulta aprox. um máximo e 20 slides).Divulgação "oficial" do último desafio. Implica trabalho em equipe com posterior divisão dostrabalhos entre as equipes. Desafio final do semestre.

6. 18/06 Orientando trabalhos relacionados com o último desafio. Equipes realizando atividade de "brainstorm" tentando identificar uma proposta em consenso como solução para o problema. Início de divisão de tarefas entre as equipes.

7. 25/06 Orientando trabalhos relacionados com o último desafio. Trabalhando no “hardware” e no “software”

8. 02/07 Último desafio. Fim das aulas.

Método de Avaliação:

• 3 Notas:

1. 1º Desafio: Veículo AGV;

2. Apresentação de casos de automação;

3. 2º e último desafio: caso de automação de

um sistema (o trabalho é o resultado da

interação entre as equipes)

– Se considera a participação (nível de entusiasmo, dedicação e

iniciativa individuais de cada aluno).


Avaliação 2) Casos de Automação:• Cada equipe deve apresentar (em no máximo 10 minutos, resulta aprox. um máximo e 20 slides)

um caso real de automatização de um processo produtivo qualquer.

• Alguns itens devem ser ressaltados:

– Apresentar o processo: O que é? Onde fica? O que faz? Eventualmente mostrar dados como: produção antes da automatização x produção depois da automatização;

– Mostrar o "chão de fábrica" (fotos?); Mostrar máquinas já presentes; Eventualmente perceber se foi necessário adicionar mais máquinas para tornar o processo mais automático?

– Apresentar o processo produtivo - o que faz este setor da empresa? O item que este setor produz é passado para outra seção na empresa ou já se constitui no produto final da empresa?

– Apresentar a seqüência deste processo produtivo (etapas); Existe comunicação entre as máquinas? Quem realiza a comunicação entre as máquinas? Uma esteira, uma grua transportadora, humanos?

– Há necessidade de sensores? Quais? Onde? Para que servem?

– Tipo de atuadores (motores, pistões, etc) usados neste processo produtivo? Como são empregados neste caso (mostrar);

– Existe relação entre "atuação" x "sensoriamento"? Isto é, existe relação entre: "sensor perceber uma alteração, aguardar um período de tempo pré-determinado e acionar um pistão, por exemplo?

– Como é realizado o "Controle Automático" deste processo? Uso de um "CLP"? O que seria um "CLP"? Poderia ser realizada uma equivalência deste controlador com o bloco RCX?


Pequenos Desafios: “Problemas”

1º) AVG p/andar numa pista circular:


3 voltas na pista!(automaticamente)

O que é um “AGV”? • AGV: Automated Guided Vehicle;

• Exemplos: transporte automatizado de

mercadorias.


Exemplo de automatização de portos:

• In July 2008, Brisbane (Australia)

opened the world’s only fully

automated container terminal.

• Seagirt_Container_Teriminal_Simulation.flv

• STRADDLE_CARRIER_at_E.C.T._DELTA_

ROTTERDAM_MADE_BY_LAURENS.flv


Seagirt_Container_Teriminal_Simulation.flv

Seagirt_Container_Teriminal_Simulation.flv

STRADDLE_CARRIER_at_E.C.T._DELTA_ROTTERDAM_MADE_BY_LAURENS.flv






Último desafio:

Automatização de um sistema

• Célula de manufatura?


“Desafios” usando Lego/ROBOLAB...

• Propostos pequenos problemas da área

de automação que podem ser resolvidos

usando como ferramenta de

implementação:

• Kits Lego MindStorms

9793


O Kit “ROBOLAB DESAFIO”(ferramenta adotada)

• Ou “LEGO MINDSTORM Robotics Invention

System” (RIS 2.0):


O Kit “ROBOLAB DESAFIO”

• Principais

componentes:

– Bloco de controle RCX

(Robotics Control

eXplorer) – o “cérebro”

do sistema;

– 2 motores c/redução;

– 2 sensores de toque;

– 2 sensor de luz;

– 1 lâmpada.


Usando Lego para resolver problemas...• Exemplos:


Soluções já existentes:

A) Estrutura de triciclo: B) Diferencial:

Roda +

motor 1

Roda +

motor 2

Pára-choques

Pára-choques

Roda livre

Roda livre

Centro

geométrico

Roda

Encoder

1

2

yc

xc

Roda

giratória com

propulsor

xy

Tipos de tração:

17


• Outras formas de tração:



• Modelagem da tração:

StampBug:

http://www.din.uem.br/ia/robotica/stampbug.htm

Basic Stamp Exemplo:

:Symbol dir_olho=pin5Symbol dir_antena=pin6Symbol esq_antena=pin7

'Iniciodirs=%00111110pins=0high esq_olholow dir_olho

principal:toggle esq_olhotoggle dir_olhomeio_pos=max_grauesq_pos=max_graudir_pos=max_graugosub andatoggle esq_olhotoggle dir_olhomeio_pos=min_grauesq_pos=min_graudir_pos=min_graugosub andagoto principal:


http://www.din.uem.br/ia/robotica/stampbug.htm

Internos: de movimentação do robô (juntas do robô).

Externos: para localização do robô (medidas de distâncias).

Tipos de Sensores:

PropioceptivosExteroceptivos

Codificadores

Angulares

(encoders)

Posição do

Elemento

terminal

Encoder + Sensor de

proximidade

Posição de

Um objeto

Câmera (sensor CCD) +

medidor laser

Mapa 3D


Sistema de Controle

• Manter o sistema sob

controle:

x0

y0

xR

yR

Erros de odometria

(sem compensação)

Caminho desejado


Problema de Controle:

• Seguir uma pista já demarcada:

v

Comparo saída com desejado;

Posso calcular erro e definir o ângulo em que as

rodas do robô deveriam girar exige definição de

equações que descrevem o torque que deveria ser

aplicado em cada motor, etc...

Outras ações...


Descrição do Kit:

• 3 partes principais(decompondo o bloco RCX):

– 1) Entradas: portas 1, 2 e 3• Sensores (toque, luz);

– 2) Processamento:• Software rodando: o que dá

“inteligência” ao sistema.

– 3) Saídas: portas A, B e C• Motores, lâmpadas, tocar música, etc.

?


Descrição do Kit:

1) Entradas: portas 1, 2 e 3– Sensores:

?

a) Toque.

b) De Luz.

Portas de

Entrada


Sensor de luz:• Capacidade de distinguir algumas cores:


b) De Luz.

Descrição do Kit:

2) Processamento: bloco RCX– Software: o que dá “inteligência” ao

sistema.

?


Descrição do Kit:

?

3) Saídas: portas A, B e C

– Motores, lâmpadas, tocar música, etc.


Atuadores: Motores (torque)


Programação do Kit:

• Linguagem gráfica baseada em ícones:

“ROBOLAB”


Programação• Modos “Pilot” e “Inventor”:


Programação Modo “Pilot”:Exemplo:

• Note a seqüência (fluxo) do programa:

Girar motor A (para esquerda, potência 5), acender Lâmpada B e o motor C (para a direita, potência 3) por 6 segundos. Depois, Inverter a direção dos motores A e C, mantendo a lâmpada acesa, até que o sensor de toque (porta 1) se mova para dentro (seja pressionado).


Programação Modo “Inventor”:

Início

FimInício e Fim

do programa



Funções disponíveis:



?



Parada de motores



Comando dos motores



Potência do motor

Porta de entrada



Estado

Sensor de

toque



Estado

Sensor de

luz



Lâmpadas



Temporizadores



Programação de melodias...

Notas musicais...


Programação de tons musicais:



Estruturas de decisão e

Repetição

(IF’s, WHILE’s, FOR’s)


Programação Modo “Inventor”:• Looping perpétuos:

Pular

Início

(laço)

Fim

(laço)


Programação Modo “Inventor”:• Comando “goto” (saltos):



• Laço de Repetição


Programação Modo “Inventor”:• Bloco de

decisão

(“IF..THEN

..ELSE”):



• Execução de rotinas “multitarefa”:

2 rotinas rodando ao mesmo tempo!


Programação...

Apertar “TAB” para modificar função do cursor!

: Conector (bobina)Edição(mão)Texto.


Exemplos...

• Uso do Sensor de toque:

Note: Erro, faltou o

modificador para

indicar em que

porta o sensor de

toque está

conectado.


Exemplos...

• Parar motores:

Note: O programa

para de rodar mas

os motores

continuam

girando!!!


Regras Uso dos Kits:

• Sempre(!) testar no solo! NUNCA sobre as mesas

(perigo de danos “irreversíveis” ao bloco RCX

principalmente);

• Cada equipe: organizar (manter) suas próprias peças.

Não se permite empréstimo de componentes entre

equipes!

• Final de cada aula: cada equipe é responsável pelo seu

kit e (volta da) organização da sala.

• Advertências;

• “Punição”: uso do ki suspenso por 1 semana!


Peças de cada kit:

• Controle

por

equipe!


Exemplos...• Usando temporizador + display do LEGO:

O bloco da exposição de RCX, encontrado na caixa de funções: "comunicações RCX“. É uma boa maneira de

ver que dados estão circulando por dentro do RCX. Pode ser usado para mostrar valores do “container” ou do

sensor, e mesmo do temporizador interno do RCX. O programa acima é para um cronômetro simples. Usa um

sensor do toque para disparar e parar o cronômetro, e outro zerá-lo.

Este programa espera o sensor 1 de toque ser pressionado, então zera o “container” e o temporizador. Em

seguida, um evento é disparado até que um toque ocorra no sensor 1 de toque. O valor do temporizador é

colocado no “container” amarelo e então mostrado no display do RCX. Os ícones de setas azuis atualizam a

tela com valores novos. O modificador "1" no bloco do display serve para indicar uso de 1 ponto decimal. O

RCX continuará a mostrar o valor do temporizador até que um novo evento seja provocado. Neste caso, a

visualizarão no display parará de ser atualizar. Quando o sensor 2 do toque é pressionado, o display será

zerado e o programa reiniciará.


Exemplos...


Exemplo:


Exemplos...


Exemplos...

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Automação & Controle

Bibliografia recomendada:•Fabricantes de Kits:

Lego MindStorms:

http://mindstorms.lego.com/eng/default.asp:

Robotics Invention System 2.0:

–RCX™ Microcomputer:

• 6 AA batteries;

• LCD display;

• 3 sensor inputs;

• 3 motor outputs;

• Hitachi H8/3297 processor @ 16 Mhz;

• 32k ram;

• rom with basic I/O functions

–CD-ROM Software

–USB Infrared Transmitter

–718 pieces, including:

• 2 Motors

• 2 Touch Sensors

• 1 Light Sensor

Hitachi H8/3297 µcontrolador:

• 8 registradores de 16-bits ou 16 registradores de 8-bits;

• High-speed operation:

• 8- or 16-bit register-register add/subtract: 125 ns (16 MHz;

• 8 x 8-bit multiply: 875 ns (16 MHz);

• 16 ÷ 8-bit divide: 875 ns (16 MHz);

• 1 contador/timmer de 16-bits;

• 1 A/D de 10-bits;

• I/O ports:

• 43 input/output lines (16 of which can drive LEDs)

• 8 input-only lines.

• Interrupts:

• Four external interrupt lines: 10,, IRQ0 to IRQ2

• 19 on-chip interrupt sources

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http://mindstorms.lego.com/eng/default.asp

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