plano de projeto - universidade tecnológica …fabro/if66j/planos_de_projeto/...aos requisitos do...

Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPRTermo de Abertura de Projeto (Plano de projeto)

________________________________________________________________________________

Nome do ProjetoROBOFUT

Código do Projeto201101B

Preparado porAri Magagnin JuniorEduardo Cabral Resende NeivaFábio César Schuartz João Hamilton Cecato Simas

Versão No 1.4

ClienteJoão A. Fabro

Heitor S. Lopes

ContatoAri Magagnin Junior

Telefone Contato41 92325586

Data de Preenchimento17/03/2011

PLANO DE PROJETOROBOFUT – PROJETO DE INICIAÇÃO DE UM ROBÔ PARA A ROBOCUP

1


________________________________________________________________________________

SUMÁRIO

ROBOFUT - PROJETO DE INICIAÇÃO DE UM ROBÔ PARA A ROBOCUP

1 DECLARAÇÃO DO ESCOPO EM ALTO NÍVEL...............................................................32 ESPECIFICAÇÃO DE OBJETIVOS/METAS.....................................................................33 PREMISSAS E RESTRIÇÕES..........................................................................................44 DESIGNAÇÃO DO GERENTE E DA EQUIPE ….............................................................55 REFERÊNCIA A TRABALHOS SEMELHANTES ….........................................................56 PLANOS DE RESPOSTA AO RISCO...............................................................................87 REQUSITOS....................................................................................................................188 ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS.................................................................................208.1 ESTAÇÃO BASE..........................................................................................................208.2LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO..............................................................................218.2.1 JAVA..........................................................................................................................218.2 2V C..............................................................................................................................229 SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO.....................................................................................2210 SISTEMA EMBARCADO...............................................................................................2410.1 PONTE-H....................................................................................................................2410.1.1 L298N.......................................................................................................................2410.1.2 PONTE-H UTILIZANDO COMPONENTES DISCRETOS.......................................2510.1.3 COMPARAÇÃO E ESCOLHA.................................................................................2510.2 MICROCONTROLADOR............................................................................................2510.2.1 ATMEGA328............................................................................................................2610.2.2 DSPIC30F3010........................................................................................................2710.2.3 ATMEGA640............................................................................................................2710.2.4 ATMEGA2560..........................................................................................................2810.2.5 C8051F340..............................................................................................................2810.2.6 COMPARAÇÃO E ESCOLHA.................................................................................2911 ORÇAMENTO DETALHADO........................................................................................3012 CRONOGRAMA............................................................................................................3313 DERIVERABLES...........................................................................................................3314 AUXILIARES DE GERENCIAMENTO...........................................................................3315 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................35

2


________________________________________________________________________________

ROBOFUT - PROJETO DE INICIAÇÃO DE UM ROBÔ PARA A ROBOCUP

1 DECLARAÇÃO DO ESCOPO EM ALTO NÍVEL

Atualmente, a nossa universidade participa no campeonato de futebol de robôs,

entretanto, toda a tecnologia utilizada nos robôs não é pertencente à universidade o que

torna o desenvolvimento e o aprimoramento dos robôs um processo complicado já que

para alguma modificação é necessário a contratação de um serviço externo, como por

exemplo para poder ter acesso ao micro controlador e reprogramá-lo é necessário que

seja adquirido um cabo especial.

O que o projeto propõe é a criação do sistema eletrônico da UTFPR,

substituindo a atual eletrônica do robô utilizando apenas a mesma estrutura mecânica, a

qual não será modificada durante o projeto.

Esse sistema eletrônico conterá um microcontrolador, um sistema de

comunicação sem fio com o computador (base), e um software de controle do robô para o

computador. Esse software será capaz de movimentar o robô, para frente, para trás, e

lateralmente, além de rotações para esquerda e direita. Essa comunicação com o robô é

feita por uma central que será capaz de se comunicar com os demais robôs também.

Deixa-se claro que com o término do projeto ainda não será possível a

participação de nosso robô nos jogos de futebol de robôs, pois o “chutador” e o

“prendedor de bola” não serão implementados no projeto, entretanto ele será construído

de modo que futuramente outros projetos o aprimorem incluindo novas funcionalidades

além das citadas acima.

2 ESPECIFICAÇÃO DE OBJETIVOS/METAS

Os objetivos e metas deste projeto são:

Utilizando apenas a parte estrutural do robô existente, nosso objetivo é

3


________________________________________________________________________________

construir um sistema eletrônico capaz de receber instruções de movimentação de um

computador por meio de comunicação sem fio e executá-las. Esse sistema eletrônico

deve ser reduzido para se adequar as especificações do campeonato de futebol de robôs

e deve permitir implementações futuras (expanções).

Nossas duas principais metas são construir o robô por completo no prazo

estipulado dentro orçamento limite de R$600,00.

3 PREMISSAS E RESTRIÇÕES

Estará disponível a nossa equipe a base mecânica do robô que contém motores,

encoders, rodas, e baterias já instaladas além de um espaço físico dentro do robô para a

alocação do sistema a ser construído. Também consideramos que o local que o robô será

utilizado não contenha imperfeições e seja adequado para a roda utilizada e que ele

esteja dentro do alcance do sistema de comunicação e que exista um computador

disponível para que o software seja executado. E consideramos que não haja atraso de

entrega de componentes quando estivermos no período de implementação.

A opção tecnológica escolhida não deve ultrapassar o orçamento

preestabelecido, uma outra restrição é o tempo de execução do projeto para que não haja

imprevistos durante o decorrer do cronograma bem como imperfeições. É necessário que

esse cronograma seja seguido de modo mais próximo possível, pois não há muito tempo

de folga entre os prazos.

4 DESIGNAÇÃO DO GERENTE E DA EQUIPE

Gerente: Ari Magagnin Junior

4


________________________________________________________________________________

Colaboradores: Eduardo Cabral Resende Neiva, Fábio César Schuartz, João Hamilton

Cecato Simas

5 REFERÊNCIA A TRABALHOS SEMELHANTES

Algumas referências de projetos com grande similaridade com o nosso, são os 2

trabalhos já desenvolvidos na disciplina de oficinas de integração 3 sobre robôs

omnidirecionais. O primeiro projeto, denominado Robô Omni¹, consiste de uma plataforma

mecânica na qual estavam instalados 3 motores e um circuito responsável por receber as

realimentações dos sensores e assegurar que o robô executaria com sucesso as

instruções enviadas de maneira sem fio pela estação-base. [Nishibe, Souza, Gasoto,

Silva, Baraniuk, 2010]

Ilustração 1: Fonte: [Nishibe, Souza, Gasoto, Silva, Baraniuk, 2010]

O projeto Omni¹ tem objetivos muito semelhantes àqueles desse projeto, com a

diferença mais relevante na questão da dimensão do robô. Tendo em vista o sucesso

desse projeto na utilização da linguagem Java para a interface de controle na estação-

5


________________________________________________________________________________

base, podemos inferir que a escolha feita após o processo de analise de opções

tecnológicas, escolha essa de também utilizar Java, é muito procedente e deve atender

aos requisitos do projeto. [Nishibe, Souza, Gasoto, Silva, Baraniuk, 2010]

Um ponto negativo do projeto Omni¹ relevante a este projeto é sem duvida a

questão da escolha do microprocessador. O projeto do Omni¹ utilizou-se de um

microprocessador PIC que atendia aos requisitos do projeto, porém com uma margem

para expansão muito pequena, o que acabou inutilizando boa parte do projeto. Sendo

assim, durante o processo de analise de opções tecnológicas referente ao

microcontrolador, a equipe analisou não somente as características dos diversos

microcontroladores frente aos requisitos do nosso projeto, mas também as características

desses microcontroladores que conferem expansibilidade ao projeto, de modo que um

outro projeto possa futuramente dar continuidade a este. O Robô Omni¹ foi desenvolvido

no primeiro semestre de 2010 dentro da UTFPR.[Nishibe, Souza, Gasoto, Silva, Baraniuk;

2010]

Foi analisado também o projeto do Robô Omni². Foi um projeto que buscou

expandir as capacidades do Robô Omni¹ com a adição de sensores e aprimoramento de

diversos aspectos deficitários no Robô Omni¹. Esse projeto substituiu alguns sensores do

projeto anterior como, por exemplo, a bússola e adicionou sensores adicionais buscando

ampliar as capacidades do robô, no entanto como o microcontrolador utilizado pela equipe

do Omni¹ já estava “saturado” e não possibilitava expansão, o robô Omni² passou a

utilizar um microcontrolador Arduíno Mega. Esse novo microcontrolador atendeu aos

novos requisitos do projeto, mas levantou uma questão muito relevante também para o

nosso projeto. [Kurpiel, Nascimento, Higaskino, Costa; 2010]

Alguns periféricos inclusos no Arduíno Mega só são acessíveis diretamente

através dos pinos do microprocessador, e entre esses periféricos estão boa parte dos

timers disponibilizados pelo microprocessador. Como os timers são um componente

fundamental para fazer a leitura dos encoders que fazem a realimentação do movimento

das rodas, a equipe do robô Omni² precisava acessar esses eles de alguma maneira. O

6


________________________________________________________________________________

grande problema reside na tecnologia de soldagem SMD (Surface Mounted Device) do

ATMega2560 na placa do Arduino Mega. Esse tipo de solda é muito fina e complicada de

ser soldada sem tecnologia industrial, de modo que praticamente inviabiliza a utilização

desse mesmo microprocessador a este projeto.[Kurpiel, Nascimento, Higaskino, Costa;

2010]

Por fim, o ultimo artigo analisado foi resultado de um projeto de iniciação

científica desenvolvido pelo aluno Fernando Perez Tavares no Centro Universitário da

FEI. Esse projeto difere do nosso pelo fato de se basear em um robô omnidirecional de 4

rodas ao contrário das 3 que o nosso projeto propõe, no entanto boa parte da pesquisa

desenvolvida por esse artigo pode ser aproveitada de alguma maneira no

desenvolvimento do robô proposto. Vale lembrar que esse artigo trata do desenvolvimento

de um robô omnidirecional incluindo toda a parte mecânica, sendo que no caso este

projeto já possui uma base mecânica pronta e cabe a equipe somente desenvolver a

eletrônica responsável por comandar o robô. [RoboFEI 2007]

Ilustração 2: Fonte: [RoboFEI 2007]

7


________________________________________________________________________________

6 PLANOS DE RESPOSTA AO RISCO

Segue abaixo os planos para resposta ao risco.

Projeto: Robofut1ª Etapa:Identificação do RiscoDenominação do risco: Atraso no recebimento de componentes pelos fornecedores.

Nº Identificação

01Descrição do risco: Os componentes comprados podem sofrer atraso na entrega por razões diversas.

2ª Etapa:Avaliação do RiscoImpacto: O5(alto)O4(média/alto)O3(médio) O2(médio/baixo) O1(baixo)Explique: Sem os componentes solicitados, não é possível montar o artefato e realizar os testes iniciais, atrasando todo o cronograma.

Probabilidade: O5(alta) O4(média/alta) O3(média) O2(média/baixa)O1 (baixa)Explique: A solicitação dos componentes aos fabricantes é feito com antecedência e folga suficiente para comportar atrasos nas entregas.

3ª Etapa:Desenvolvimento da Resposta ao Risco

1 AÇÕES, RESPONSÁVEIS E DATAS DE CONCLUSÃOEstratégias e Ações para eliminar ou reduzir este risco (minimizar impacto e/ou probabilidade):Prevenir: Solicitar os componentes necessários aos fabricantes com antecedência suficiente para permitir atrasos nas entregas.Transferir: -Mitigar: Dedicar tempo maior na fase de montagem e testes do artefato para compensar o tempo perdido.Aceitar: -

Impacto reavaliado: 4 Probabilidade reavaliada: 3Elaborado por:

Ari Magagnin Junior, Eduardo Cabral Resende

Neiva, Fábio César Schuartz, João Hamilton Cecato Simas

Data:23/03/2011

Respostas incluídas na

WBS/Cronograma

Registros adicionais:

Formulário sugerido por Gasnier, 2000 Editora IMAN e alterado por Wille

8


________________________________________________________________________________

1ª Etapa:Identificação do RiscoDenominação do risco: Queima de componentes integrados com longo prazo para aquisição.

Nº Identificação

02Descriçãodo risco: Um componente essencial ao projeto pode queimar e o tempo para sua reposição ser demorado.

2ª Etapa:Avaliação do RiscoImpacto: O5(alto)O4(média/alto) O3(médio) O2(médio/baixo) O1(baixo)Explique: Não há como estender os prazos para a entrega do artefato, e o projeto ficará paralisado sem os componentes para sua confecção.

Probabilidade: O5(alta) O4(média/alta) O3(média)O2(média/baixa) O1 (baixa)Explique: Um componente pode queimar por diversas razões, desde o seu manuseio incorreto até distrações durante sua soldagem.


2 AÇÕES, RESPONSÁVEIS E DATAS DE CONCLUSÃOEstratégias e Ações para eliminar ou reduzir este risco (minimizar impacto e/ou probabilidade):

Prevenir: Realizar a compra de componentes de reserva, caso seja um componente vital e seu prazo de entrega muito grande. Sempre verificar a montagem dos componentes no circuito por outro membro do grupo.

Transferir: -

Mitigar: Procurar por um componente substituto ou outro fornecedor que possa entregar o componente em um prazo menor, mesmo a um custo maior.

Aceitar: -

Impacto reavaliado: 4 Probabilidade reavaliada: 3

Elaborado por: Ari Magagnin Junior,

Eduardo Cabral Resende Neiva, Fábio César Schuartz, João Hamilton Cecato Simas

Data:23/03/2011


WBS/Cronograma



9


________________________________________________________________________________

1ª Etapa:Identificação do RiscoDenominação do risco: Problemas com os sensores. Nº

Identificação03

Descrição do risco: Sensores são difíceis de calibrar e podem queimar facilmente.

2ª Etapa:Avaliação do RiscoImpacto: O5(alto)O4(média/alto) O3(médio)O2(médio/baixo) O1(baixo)Explique: Os sensores controlarão a aquisição de dados do artefato e se não estiverem bem calibrados, o artefato não cumprirá corretamente suas funções estabelecidas.

Probabilidade: O5(alta) O4(média/alta) O3(média) O2(média/baixa)O1 (baixa)Explique:Os sensores utilizados para este projeto são os encoders. Outros sensores serão adicionados apenas em trabalhos futuros, mas já devem ser previstos pela equipe.



Prevenir: Analisar os sensores corretamente antes de usá-lo. Fazer vários testes com os sensores e confrontá-los em si a fim de analisar possíveis fontes de erro.

Transferir: -

Mitigar: A má calibração dos sensores pode ser compensada parcialmente por software.

Aceitar: -




Data:23/03/2011


WBS/Cronograma



10


________________________________________________________________________________

1ª Etapa:Identificação do RiscoDenominação do risco: Problemas com a comunicação sem fio. Nº

Identificação04

Descrição do risco: Sem comunicação o robô não executará nenhum comando de movimentação.

2ª Etapa:Avaliação do RiscoImpacto: O5(alto)O4(média/alto) O3(médio) O2(médio/baixo) O1(baixo)Explique: Sem comunicação com o artefato, o mesmo não terá nenhuma funcionalidade operante.

Probabilidade: O5(alta) O4(média/alta)O3(média) O2(média/baixa) O1 (baixa)Explique: A comunicação sem fio é complexa e exige alto grau de conhecimento de protocolos.



Prevenir: Estudar a fundo a tecnologia de transmissão sem fio e os protocolos necessários para a comunicação entre a base e o microcontrolador.

Transferir: -

Mitigar: Não havendo a comunicação sem fio conforme planejado, será necessário mudar a tecnologia de transmissão (Wi-Fi, RF, Bluetooth, etc).

Aceitar: -




Data:23/03/2011


WBS/Cronograma



11


________________________________________________________________________________

1ª Etapa:Identificação do RiscoDenominação do risco: Falta de conhecimento suficiente para completar o projeto, pelos membros da equipe.

Nº Identificação

05Descrição do risco: Conhecimento insuficiente dos membros da equipe inviabilizará terminar o projeto.

2ª Etapa:Avaliação do RiscoImpacto: O5(alto)O4(média/alto) O3(médio) O2(médio/baixo) O1(baixo)Explique: Sem os conhecimentos necessários, o projeto não terminará e o artefato não poderá ser construído.

Probabilidade: O5(alta) O4(média/alta) O3(média) O2(média/baixa)O1 (baixa)Explique: Os integrantes do grupo possuem uma base da tecnologia empregada e dos conceitos envolvidos no projeto.



Prevenir: Procurar uma tecnologia que seja compatível com o nível de conhecimento para a construção do artefato, satisfazendo os requisitos e não superestimando os componentes (microcontrolador) a serem utilizados.

Transferir: -

Mitigar: Estender a carga de estudo em cima do projeto, procurar tecnologias mais simples, caso o grupo esteja no estágio inicial do projeto.Aceitar: -



Eduardo Cabral Resende Neiva, Fábio César

Schuartz, João Hamilton Cecato Simas

Data:23/03/2011


WBS/Cronograma



12


________________________________________________________________________________

1ª Etapa:Identificação do RiscoDenominação do risco: Falta de tempo para a conclusão do projeto.

Nº Identificação

06Descrição do risco: Tempo não pode ser adquirido, portanto o prazo final não pode ser estendido.

2ª Etapa:Avaliação do RiscoImpacto: O5(alto)O4(média/alto) O3(médio) O2(médio/baixo) O1(baixo)Explique: Caso o tempo disponível não seja suficiente, o artefato não poderá ser completado, invalidando todo o projeto.

Probabilidade: O5(alta) O4(média/alta) O3(média)O2(média/baixa) O1 (baixa)Explique: è feito uma avaliação e planejamento prévios, mas imprevistos podem ocorrer durante o tempo estimado para cada tarefa.



Prevenir: Durante o planejamento, estimar os prazos para cada tarefa e considerar folgas entre as mesmas, para que se algo imprevisto aconteça permita a equipe corrigir os problemas atrasados.

Transferir: -

Mitigar: Diminuir o escopo do trabalho e reduzir os requisitos finais do artefato.

Aceitar: -




Data:23/03/2011


WBS/Cronograma



13


________________________________________________________________________________

1ª Etapa:Identificação do RiscoDenominação do risco: Problemas de saúde de membros da equipe.

Nº Identificação

07Descrição do risco: Um membro da equipe pode sofrer algum acidente ou ficar doente.

2ª Etapa:Avaliação do RiscoImpacto: O5(alto)O4(média/alto) O3(médio)O2(médio/baixo) O1(baixo)Explique: Caso algum membro da equipe fique doente, isso atrasará algum módulo do projeto, podendo (ou não) atrasar o início de outras etapas, acumulando o atraso.

Probabilidade: O5(alta) O4(média/alta) O3(média) O2(média/baixa) O1 (baixa)Explique: Resfriados e gripes são as formas mais comuns de doenças que podem ocorrer. Outras doenças tem possibilidade de ocorrer baixa.



Prevenir: Cuidar da saúde, não se expor a fatores de risco à saúde desnecessariamente, agasalhar-se bem são algumas formas de prevenção de doenças.

Transferir: -

Mitigar: Procurar um médico ou especialista o quanto antes a fim que cura-se rapidamente e ter condições para prosseguir o trabalho. Caso seja um curto período de algum dos membros da equipe com algum tipo de problema de saúde, os demais membros compensam o tempo e esforço do colega ausente temporariamente.Aceitar: -


Elaborado por: Ari Magagnin Junior, Eduardo Cabral Resende Neiva, Fábio

César Schuartz, João Hamilton Cecato Simas

Data:23/03/2011


WBS/Cronograma



14


________________________________________________________________________________

1ª Etapa:Identificação do RiscoDenominação do risco: Custo real muito acima do custo estimado, inviabilizando o término do projeto.

Nº Identificação

8Descrição do risco: O custo dos materiais pode se tornar muito acima do previsto, inviabilizando o projeto.

2ª Etapa:Avaliação do RiscoImpacto: O5(alto)O4(média/alto)O3(médio) O2(médio/baixo) O1(baixo)Explique: Caso o custo do projeto seja muito alto, não haverá possibilidade de completar o artefato.

Probabilidade: O5(alta) O4(média/alta) O3(média) O2(média/baixa) O1 (baixa)Explique: Utilizar-se-á de componentes individuais com custo reduzido ao invés de circuitos pré-montados.



Prevenir: Fazer um estudo detalhado dos componentes existentes no mercado, quais se adequam ao projeto e que sejam de baixo custo. Escolher componentes que não são superestimados.

Transferir: -

Mitigar: Reduzir as funcionalidades do artefato, procurar soluções alternativas em componentes mais baratos que possam realizar parte das especificações.

Aceitar: -




Data:23/03/2011


WBS/Cronograma



15


________________________________________________________________________________

1ª Etapa:Identificação do RiscoDenominação do risco: Desistência de algum membro da equipe. Nº

Identificação9

Descrição do risco: Um dos integrantes do grupo desiste do projeto e/ou da disciplina.

2ª Etapa:Avaliação do RiscoImpacto: O5(alto)O4(média/alto)O3(médio) O2(médio/baixo) O1(baixo)Explique: Caso um membro da equipe desista da disciplina, os demais integrantes podem não conseguir terminar o projeto dentro do tempo previsto.

Probabilidade: O5(alta) O4(média/alta) O3(média) O2(média/baixa) O1 (baixa)Explique: Os integrantes do grupo estão motivados a construírem o artefato.



Prevenir: Conversar semanalmente com cada integrante do grupo, definir metas alcançáveis, motivar os integrantes e manter a moral do grupo alta.

Transferir: -

Mitigar: Redistribuir o restante das tarefas entre os demais membros do grupo, absorvendo o impacto da melhor maneira possível.

Aceitar: -



Eduardo Cabral Resende Neiva, Fábio César

Schuartz, João Hamilton Cecato Simas

Data:23/03/2011


WBS/Cronograma



16


________________________________________________________________________________

1ª Etapa:Identificação do RiscoDenominação do risco: Perda ou roubo do artefato. Nº

Identificação10

Descrição do risco: O artefato pode ser roubado ou perdido.

2ª Etapa:Avaliação do RiscoImpacto: O5(alto)O4(média/alto) O3(médio) O2(médio/baixo) O1(baixo)Explique: Sem o artefato não será possível concluir o projeto.

Probabilidade: O5(alta) O4(média/alta) O3(média) O2(média/baixa) O1 (baixa)Explique: O artefato estará sempre no alcance de algum integrante da equipe.



Prevenir: Sempre manter o artefato no campo de visão dos integrantes da equipe, verificar sempre duas vezes a posse do artefato antes de deixar um laboratório, nunca deixar o artefato sozinho por motivo algum.

Transferir: -

Mitigar: Procurar o quanto antes o local onde fora deixado o objeto e buscar informações para tentar encontra-lo a mais rápido possível.

Aceitar: -




Data:23/03/2011


WBS/Cronograma



17


________________________________________________________________________________

7 REQUISITOS Requisitos do robô:

Requisitos de comunicação::

18

Requisitos – Robô Especificação – Robô

Medir a distância percorrida.

Ser alimetamento com baterias.

Se locomover com dois graus de liberdade no plano.

Possuir três rodas com rolos, específicas para robos omnidirecionais, acopladas em motores DC, que possam ser acionados nas duas direções através de circuitos ponte-H.Locomover-se com velocidade e

aceleração controlada numa direção dada e por distância pré-destinada.

Os motores serão controlados por PWM com realimentação para o sistema de controle Proporcional-Integrador.Calibrar os encoders de forma a conhecer a distância percorrida em determinada direção.Alimentar os motores utilizando dois bancos de pilhas AA e o microcontrolador será alimentado por uma bateria separada de 9V para evitar interferência por indução dos motores.

Requisitos - Comunicação Especificação – Comunicação

Baixo consumo de energia.

Comunicar-se com a base por meio de um sistema sem fio.

Utilizar um equipamento que permita comunicação bidirecional com um alcance mínimo de 20 metros.

Garantir a integridade dos pacotes recebidos pela base.

Especificar um protocolo que permita a detecção de erros e contemple reenvio de pacotes perdidos.A alimentação do sistema de comunicação deve ser inferior a 9V e deve consumir a menor energia possivel de modo a garantir a autonomia do robô.

O sistema de comunicação deve possuir uma taxa de transferência mínima para suportar o protocolo.

O sistema de comunicação deve ser capaz de transferir no mínimo 50kbps.


________________________________________________________________________________

Requisitos da estação base:

Existem ainda outros requisitos que não são fundamentais, mas são desejáveis porque

proporcionam maior flexibilidade ao desenvolvimento do projeto, bem como ao produto final:

• Interface gráfica de fácil manuseio;

• Multiplataforma;

• Orientada a objetos;

• Ferramentas de desenvolvimento de boa qualidade e sem custo.

8 ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS

8.1Estação-Base

A escolha da linguagem de programação utilizada na estação-base deve ser

baseada nos requisitos necessários para que desempenhe sua função no escopo do

projeto, na análise feita posteriormente a linguagem escolhida foi a Java dessa forma a

estação-base consiste em um computador capaz de executar esta linguagem que é

multiplataforma (independe do sistema operacional). A interface com o usuário proposta é

19

Requisitos – Estação Base Especificação – Estação Base

A estação base deve ser capaz de controlar 5 robôs.

O sistema de comunicação e a interface devem ser capazes de controlar até cinco robôs e garantir a integridade de informação para todos eles.

A estação base deve ser capaz de enviar comandos de movimento e direção para os robôs

Cada comando enviado pela base para cada robô deve consistir em uma direção e uma distância a ser percorrida, de modo que o próprio robô faça uso de seu sistema de controle para executar o comando.


________________________________________________________________________________

mostrada na Figura 3. A interface consiste em alguns campos, como o de “seleção” do

robô que executará o comando e um campo de informações do comando que será

executado. Ainda existe um outro campo em que o usuário mandará uma linha de

comando preestabelecida para do robô.

8.2 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO

8.2.1 JAVA

A primeira linguagem de programação a ser estudada é a tecnologia Java, pois

a equipe já teve extenso contato com ela durante o curso. Esta tecnologia tem suporte

extensivo à comunicação serial através de bibliotecas inclusas na linguagem, atendendo

20

Ilustração 3: Interface com usuárioFonte: Autoria própria


________________________________________________________________________________

um dos requisitos necessários. Ela também possibilita que seja desenvolvido um

framework com todas as sub-rotinas de comunicação com o robô, de modo que um

próximo projeto (por exemplo, construir a inteligência do robô) bastaria apenas estudar a

documentação do framework desenvolvido pelo grupo, desenvolvendo seu trabalho em

cima deste framework.

Uma vez que essa opção atende aos requisitos mais importantes, analisamos

mais a fundo os outros requisitos apresentados e concluímos que a plataforma Java

atende todos eles, conforme é esclarecido a seguir.

A plataforma Java possui um ambiente de desenvolvimento muito poderoso e

de custo zero, chamado Netbeans [NetBeans. 2010]. Ambiente este que também

possibilita o desenvolvimento de interfaces gráficas de maneira muito simples, facilitando

no processo de prototipagem e demonstração do produto final. Outras características

importantes da plataforma Java são os fatos de ser totalmente orientada a objetos e

funcionar em diversos sistemas operacionais, como por exemplo: Windows, Linux e Mac

OS.

8.2.2 C

A linguagem de programação C atende aos requisitos primários do projeto, que

são comunicação serial e possibilidade de desenvolver framework. No entanto, ela tem

algumas limitações que podem dificultar o desenvolvimento do projeto e prejudicar o

produto final.

Essas limitações são principalmente os fatos de não ser orientada a objeto,

dificultando o desenvolvimento, organização e documentação dos códigos-fonte do

projeto. Ela também não é multiplataforma, ou seja, compilando o código em uma

plataforma, por exemplo, no Windows, resulta em um programa não pode ser utilizado em

outras plataformas, como, por exemplo, no Linux. Com relação às ferramentas de

desenvolvimento, existem opções sem custos, mas com sérias limitações – como, por

21


________________________________________________________________________________

exemplo, o Dev C++ - e opções com custo alto, que são excelentes ambientes de

desenvolvimento, por exemplo, Visual Studio.

9 SISTEMA DE COMUNICAÇÃO

O sistema de comunicação será responsável por conectar o computador a

vários robôs. Dentre os sistemas mais utilizados, podemos citar as principais

características de cada uma e compará-las com os requisitos necessários ao projeto,

eliminando as tecnologias não cabíveis.

ZigBee 802.11 ( Wi-Fi ) Bluetooth IR Wireless

Velocidade de

transmissão de

dados

20, 40 e 250

Kbits/s

11 e 54

Mbits/sec

1 Mbits/s 20-40 Kbits/s 115

Kbits/s

4 Mbits/s

Alcance 10 - 100

metros

50 - 100 metros 10 metros < 10 metros (linha

de visão)

Topologia de

rede

Ad-hoc, peer

to peer ou

mesh

Ponto até hub Ad-hoc, redes

muito pequenas

Ponto a Ponto

Complexidade Baixa Alta Alta Baixa

Consumo de

Energia

Muito baixo Alto Médio Baixo

Tabela 1: Fonte: Software technologies group; 2009

Por tratarmos de um sistema com fornecimento de energia limitada (uso de

baterias), utilizar uma tecnologia de comunicação de baixo consumo é sempre uma boa

22


________________________________________________________________________________

alternativa. Entre as tecnologias expostas acima temos ZigBee e IR como opções de

baixo consumo. Enquanto as demais alternativas também podem ser usadas, elas não

são recomendadas devido ao seu quesito consumo.

Considerando o alcance como um fator limitante, o alcance máximo em uma

partida da Robocup F180 não passaria de 4 metros, tornado todas as tecnologias viáveis.

Entretanto a IR Wireless depende que o objeto alvo esteja em sua linha de visão, o que

nem sempre pode acontecer devido à presença constante de pessoas no campo

gerenciando a partida. Este fator impossibilita a utilização do IR Wireless como tecnologia

de transmissão.

Outro fator importante a ser tratado é o impacto da tecnologia no projeto, já que

quanto maior a complexidade, maior será o consumo do microcontrolador em gerenciar os

pacotes recebidos e maior será o custo do equipamento de comunicação. Esse fator é o

que torna o Wi-Fi e o Bluetooth opções pouco interessantes, ao contrário do ZigBee, que

é de baixa complexidade.

O ZigBee, então, é a escolha que mais se ajusta ao projeto, pois já foi trabalho

em semestres anteriores e apresentou boa aceitação. Entretanto, apesar de ser de baixa

complexidade, os grupos anteriores gastaram boa parte do tempo do projeto

desenvolvendo o sistema de comunicação.

23


________________________________________________________________________________

10 SISTEMA EMBARCADO

O sistema eletrônico do robô possui uma variedade de componentes e

dispositivos a serem analisados.

10.1 PONTE-H

O papel da ponte H no sistema embarcado é possibilitar a movimentação dos

motores em ambos os sentidos, com controle de velocidade.

10.1.1 L298N

Componente eletrônico utilizado em outros semestres para controle de

motores, o L298N tem se mostrado o melhor. Possui boa disponibilidade no mercado local

e seu preço gira em torno de R$15,00. Pode ser utilizada alimentação de até 46 [V] e com

corrente de até 2 [A], o que está dentro dos requisitos do projeto.

24

Figura 1: Ponte H Fonte: Projetos de Ponte-H; 2010


________________________________________________________________________________

10.1.2 PONTE-H UTILIZANDO COMPONENTES DISCRETOS

Ao invés de utilizar um CI pronto, pode-se montar uma ponte-H com

componentes discretos. Para isto deve-se utilizar transistores que suportem corrente de 2

[A] e tensão de 25 [V] e outros componentes passivos com tais requisitos.

10.1.3 COMPARAÇÃO E ESCOLHA

Ambas as configurações atendem aos requisitos dos motores. Entretanto, a

opção discreta ocupa um maior espaço de PCI, o que é um dos fatores preponderantes a

ser considerado na escolha de uma tecnologia, inviabilizando a construção de um e

tornando o L298N a melhor opção.

10.2 MICROCONTROLADOR

Para controlar o robô, o microcontrolador deve possuir algumas

características:

25

Figura 2: L298 Fonte: L298N Motor Driver IC


________________________________________________________________________________

10.2.1 ATMEGA328

Microcontrolador conhecido utilizado no Arduino Uno. Esta plataforma possui

um conector USB que permite acesso a qualquer computador moderno. Sua programação

é feita a partir de uma linguagem própria, chamada Wiring, o que facilita a gravação de

programas. A equipe já possui um dispositivo desse, o que reduz os custos caso ocorra

uma queima de algum componente.

Não atende aos requisitos do projeto, pois possui apenas 2 timers disponíveis.

Não é possível a inserção de timers externos, pois não possui terminais suficientes.

26

Figura 3: Atmega328 Fonte : ATMega328 28 pin DIP with Bootloader

Tabela 2: Características necessárias do microcontroladorFonte: Autoria própria

MínimoSaídas PWM 5

3 (Liberados)Pinos I/O livres 12

Suporte para expansibilidade UART, SPI ou I2C

Timers


________________________________________________________________________________

10.2.2 DSPIC30F3010

O dsPic30F30 é caracterizado por se um microcontrolador de arquitetura

RISC que possui algumas características de DSP. Possui 6 saídas PWM, interface UART,

três interrupções externas e multiplicação por hardware em um ciclo de clock (Microchip,

2005). Possui interfaceamento serial.

Em um projeto passado, esse microcontrolador foi utilizado com sucesso.

Entretanto, pela falta de terminais de entrada e saída, acabou não possibilitando futuras

expansões.

Não atende aos requisitos do projeto pela falta de terminais, inviabilizando um

projeto onde a expansibilidade é um dos requisitos.

10.2.3 ATMEGA 640

O microcontrolador Atmega640 é um modelo da Atmel que é conhecido por

ser utilizado no Axon. Possui interfaceamento USB e a programação é feita por meio do

AVR Studio. Possui 6 timers, 55 terminais de entrada e saída e 64 [KB] de memória

interna.

Atende aos requisitos do projeto.

27

Figura 4: Atmega640Fonte : Lista de microcontroladores AVR


________________________________________________________________________________

10.2.4 ATMEGA2560

O microcontrolador Atmega2560 é o mais potente da categoria compatível

com o Arduino, sendo que possui 54 terminais - 14 com possibilidade de PWM, e uma

memória interna de 256 [KB]. Sua programação também é feita em Wiring e possui

interfaceamento USB. Ao contrário do Atmega328, esse microcontrolador só possui

versão SMD.

Atende aos requisitos do projeto.

10.2.5 C8051F340

O microcontrolador da Silicon Labs possui 64 [KB] de flash, 4 [KB] de memória

interna e opera a 48 [MHz], executando 48 [MIPS]. Possui também 40 portas de I/O e 4

Timers. Ele é baseado na arquitetura 8051, diferentemente dos outros microcontroladores

analisados, que são baseados na arquitetura AVR. A grande desvantagem é a dimensão

da placa, a qual é muito grande devido a extensa quantidade de periféricos encontrados

nesse microcontrolador. Assim, não é possível acomodá-lo no chassi do robô,

inviabilizando a utilização deste microcontrolador no projeto.

Não atende aos requisitos do projeto.

28

Figura 5: Arduíno mega com Atmega2560 Fonte: Loja Virtual, Arduino Mega 2560; 2011


________________________________________________________________________________

10.2.6 COMPARAÇAO E ESCOLHA

Descartando os microcontroladores que não possuem os requisitos

necessários sobram apenas dispositivos SMD. Isso acaba exigindo a compra de um kit de

desenvolvimento, pois a equipe não possui acesso à tecnologia de soldagem SMD e a

aquisição de uma PCI com complexidade para SMD não é de fácil acessibilidade ao

grupo.

É fato que ambos os kits de desenvolvimento possuem as características

necessárias para o desenvolvimento do projeto, sendo que as principais diferenças

consistem no Arduíno Mega possuir quatro vezes mais memória que o Axon e o Axon

ocupar uma área de superfície 21% menor. Foi escolhido então o Axon por possuir todos

os pinos de PWM disponíveis para uso – problema enfrentado por projetos anteriores - e

ser de tamanho reduzido, permitindo um melhor aproveitamento do espaço interno do

robô.

29

Tabela 3: Comparação Arduíno / AxonFonte : Arduíno Mega 2560 e Axon Microcontroller Description

Arduino Mega AxonPinos I/O Digitais 54 55

PWM 14 9Memória Interna 256 [KB] 64 [KB]Pinos analógicos 16 16

Consumo 40mA 40mATimers 6 6

Velocidade do Clock 16Mhz 16MhzDimensões 10,1cm*5,3cm*1,36cm 6,54cm*6,54cm*1,99cm

I2C 1 1SRAM 8 [KB] 8 [KB]

EEPROM 4 [KB] 4 [KB]UART 3 3

Familiaridade Alta BaixaCusto U$65,00 U$95,00


________________________________________________________________________________

11 ORÇAMENTO DETALHADO

Na primeira tabela encontram-se os custos de materiais necessários para que

haja início do projeto.

Do orçamento inicial planejado a ser gasto com materiais, ainda sobra

R$201,41 para ser gastos nos componentes e na placa PCI a ser projetada.

30

Figura 6: Axon com Atmega640 Fonte: Axon Microcontroller Description


________________________________________________________________________________

Na tabela abaixo encontram-se os gastos em recursos humanos divididos por

31


________________________________________________________________________________

parte do projeto

32

Tabela 4: Gastos com recursos humanos, Fonte : Autoria própria


________________________________________________________________________________

12 CRONOGRAMA Segue em anexo o arquivo do cronograma com a utilização do OpenProj.

13 DELIVERABLESDATA DELIVERABLE

28/04/11 1. Projeto do software que vai rodar na

estação base (Interface usuário).

2. Teste com o encoder (Dados)12/05/11 1. Demonstração da locomoção do robô

rudimentar (apenas movimentos de

rotação, na horizontal e vertical) com um

cabo ligando o Robô a base (PC).26/05/11 1. Demonstração básica da comunicação

sem fio com o Xbee (Hello world).

2. Demonstração do Software da estação

base. 09/06/11 1. Robô capaz de responder comandos

mandados pela base (Comandos de

direção e distância a se deslocar).

2. Demonstração do projeto da PCI da

ponte-H.Tabela 5: Tabela de deliverables e sua respectivas datas e especificações. Fonte Autoria própria

14 AUXILIARES DE GERENCIAMENTO

A cada fase de execução do projeto foi determinado um auxiliar de

gerenciamento (sub-gerentes) conforme determinado pelos professores da matéria de

33


________________________________________________________________________________

Oficinas de Integração 3, esse auxiliar deve ser um membro da equipe do projeto. A

tabela 4 apresenta os nomes dos auxiliares a fase a qual ele vai auxiliar.

Fase Auxiliar de gerenciamento1 Eduardo Cabral Resende Neiva2 Fábio César Schuartz3 João Hamilton Cecato Simas4 Eduardo Cabral Resende Neiva

Tabela 6: Tabela de Sub-gerentes. Fonte: Autoria própria

34


________________________________________________________________________________

15 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. (Nishibe, Souza, Gasoto, Silva, Baraniuk, 2010) Nishibe, Caio Arce; Souza, John

Théo Sierpinski de; Gasoto, Renato Girardi; Silva, Thiago Avelino da; Baraniuk, Tui

Alexandre Ono; Desenvolvimento de Sistema de Controle Sem Fio Para Robô Omni-

direcional; 2010.

2. (Kurpiel, Nascimento, Higaskino, Costa) Kurpiel Francisco Delmar; Nascimento,

Leandro Piekarski do; Higaskino, Marcelo Massao Kataoka; Costa, Ricardo Fantin

da; Sistema de navegacao do robô omnidirecional; 2010

3. NetBeans; NetBeans IDE 6.9.1 Release Information; 2010; Disponivel em <

http://netbeans.org/community/releases/69/ > Acesso em 01/12/2010.

4. Projetos de Ponte-H; 2010; Disponível em <

http://resenhaeletronica.blogspot.com/2010/04/projetos-de-ponte-h.html > Acesso em

01/04/2011.

5. L298N Motor Driver IC; Disponível em <

http://eksekutif2007.blogspot.com/2010/04/l298n-motor-driver-ic-by-herlina.html >

Acesso em 01/04/2011.

6. ATMega328 28 pin DIP with Bootloader; Disponível em < http://www.spikenzie-

labs.com/Catalog/index.php?main_page=index&manufacturers_id=14 > Acesso em

02/04/2011.

7. Lista de microcontroladores AVR; Disponível em < http://ca.digikey.com/1/4/inde-

xe18.html > Acesso em 01/04/2011.

8. Loja Virtual, Arduino Mega 2560; 2011; Disponível em <

http://www.robocore.net/modules.php?name=GR_LojaVirtual&prod=121 > Acesso

em 30/03/2011

35


________________________________________________________________________________

9. Axon Microcontroller Datasheet; Disponível em <

http://www.societyofrobots.com/axon/axon_datasheet.shtml > Acesso em

01/04/2011.

10. Axon Microcontroller Description; Disponível em < http://www.societyofrobots.-

com/axon/ > Acesso em 02/04/2011.

11. Software technologies group; 2009; How does ZigBee compare with other wire-

less standards?; 2009; disponível em <http://www.stg.com/wireless/ZigBee_comp.h-

tml> Acesso em 01/04/2011

12. RoboFEI 2007; Desenvolvimento da estrutura e dispositivos mecânicos do time

de Futebol de Robôs da Categoria Small-Size da FEI; disponivel em <http://www.-

fei.edu.br/pt-

BR/pesquisas_projetos/projetos_institucionais/Robo_FEI/Documents/ProjetoIC_Fer-

nando.pdf> acesso em 01/04/2011.

13. Arduíno Mega 2560; Disponível em <http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMe-

ga2560> Acesso em 30/04/2011.

36