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EEE071 - INTRODUÇÃO À ENGENHARIA ELÉTRICA

19/03/2010

Prof. Fernando Passold 1

Introdução à Introdução à Engenharia ElétricaEngenharia Elétrica

Grupo de Automação & ControleGrupo de Automação & Controle

EEE071 EEE071 -- Introdução À Engenharia ElétricaIntrodução À Engenharia ElétricaProfProf. Fernando . Fernando PassoldPassold

Enfoque desta disciplina: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.

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“Desafios” usando Lego/ROBOLAB...“Desafios” usando Lego/ROBOLAB...

• Propostos pequenos problemas da área de automação que podem ser resolvidos usando como ferramenta de implementação:

• Kits Lego MindStorms9793


O Kit “ROBOLAB DESAFIO”O Kit “ROBOLAB DESAFIO”(ferramenta adotada)(ferramenta adotada)

• Ou “LEGO MINDSTORM Robotics Invention System” (RIS 2.0):

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O Kit “ROBOLAB DESAFIO”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...Usando Lego para resolver problemas...• Exemplos:



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Pequenos Desafios: “Problemas”Pequenos Desafios: “Problemas”

1º) AVG p/andar numa pista circular:


Soluções já existentes: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

θ1

θ2

yc

xc

Roda giratória com

propulsor

xy

Tipos de tração:

1111


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• 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:



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

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

Tipos de Sensores:Tipos de Sensores:

Propioceptivos Exteroceptivos

CodificadoresAngulares(encoders)

Posição doElementoterminal

Encoder + Sensor de proximidade

Posição deUm objeto

Câmera (sensor CCD) + medidor laser

Mapa 3D


Sistema de ControleSistema de Controle• Manter o sistema sob

controle:

x0

y0

xR

yR

θ

ϕ

Erros de odometria →(sem compensação)

Caminho desejado →



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Problema de Controle:Problema de Controle:

• Seguir uma pista já demarcada:

vθ

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...

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: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.

??



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

??a) Toque.

b) De Luz.

Portas deEntrada


Descrição do Kit:Descrição do Kit:2) Processamento: bloco RCX

– Software: o que dá “inteligência” ao sistema.

??



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??

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


Programação do Kit:Programação do Kit:• Linguagem gráfica baseada em ícones:

“ROBOLAB”



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ProgramaçãoProgramação• Modos “Pilot” e “Inventor”:


Programação Modo “Pilot”: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).



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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:

Início

FimInício e Fim do programa



Funções disponíveis:



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?



Parada de motores



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Comando dos motores



Potência do motor

Porta de entrada



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EstadoSensor detoque



EstadoSensor deluz



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Lâmpadas



Temporizadores



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Programação de melodias...

Notas musicais...



Estruturas de decisão eRepetição(IF’s, WHILE’s, FOR’s)



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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:• Looping perpétuos:

Pular

Início(laço)

Fim(laço)


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



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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:• Laço de Repetição


Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:• Bloco de

decisão (“IF..THEN..ELSE”):



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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:• Execução de rotinas “multitarefa”:

2 rotinas rodando ao mesmo tempo!


Programação...Programação...

Apertar “TAB” para modificar função do cursor!: Conector (bobina)→Edição(mão)→Texto.



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Exemplos...Exemplos...• Uso do Sensor de toque:

Note: Erro, faltou o modificador para indicar em que porta o sensor de toque está conectado.


Exemplos...Exemplos...• Parar motores:

Note: O programa para de rodar mas os motores continuam girando!!!



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Exemplos...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...Exemplos...



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Exemplo:Exemplo:



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Bibliografia recomendada: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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