robÔ seleto -...
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ROBÔ SELETO
MICROCONTROLADORES
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Lista de ilustrações
FIGURA 2.1 - ROBÔ QUE DESVIA DE OBSTÁCULO. .............................................................. 9
FIGURA 2.2 – DIAGRAMA EM BLOCOS DO SISTEMA DE INTERFACE COM O USUÁRIO100
FIGURA 2.3 – CICLO DE FUNCIONAMENTO DO ROBÔ SELETO ....................................... 111
FIGURA 2.4 - FERRAMENTAS PARA A CONSTRUÇÃO DA BASE DO ROBÔ. ................. 143
FIGURA 3.1 - PLANO FRONTAL DO ROBÔ QUE DESVIA DE OBSTÁCULO ..................... 143
FIGURA 3.2 - PLANO LATERAL DO ROBÔ SELETO ............................................................. 15
FIGURA 3.3 - CHASSI DO ROBÔ SELETO ............................................................................. 16
FIGURA 3.4 - A BASE DO ROBÔ SELETO FOI CONSTRUÍDA DE MADEIRA ..................... 16
FIGURA 3.5 RETIRANDO AS REBARBAS E IMPERFEIÇÕES DA MADEIRA ...................... 17
FIGURA 3.6 UTILIZANDO A FRESADORA PARA A CONSTRUÇÃO DO ACOPLADOR ..... 17
FIGURA 3.7 FABRICAÇÃO DO ACOPLADOR DE NYLON .................................................... 18
FIGURA 3.8 COLOCAÇÃO DA PARTE MECÂNICA E DO CHASSI DO ROBÔ SELETO ..... 19
FIGURA 3.9 CONSTRUINDO AS RODAS DE TRAÇÃO DO ROBÔ SELETO ....................... 19
FIGURA 3.10 FABRICAÇÃO DA RODA .................................................................................. 20
FIGURA 3.11 COLOCAÇÃO DAS RODAS E FINALIZAÇÃO DA PARTE MECÂNICA ......... 21
FIGURA 3.12 LAYOUT DA PLACA DO CIRCUITO ELÉTRICO .............................................. 22
FIGURA 3.13 ELÉTRICO DO ROBÔ SELETO ......................................................................... 23
FIGURA 3.14 CIRCUITO ELÉTRICO E SEUS COMPONENTES ............................................ 24
FIGURA 3.15 INTERRUPTOR DO CIRCUITO ELÉTRICO DO ROBÔ SELETO .................... 24
FIGURA 3.16 SERVOS MOTORES .......................................................................................... 25
FIGURA 3.17 SONAR USADO NO PROJETO ......................................................................... 26
FIGURA 3.18 SONAR - DETERMINAÇÃO DA DISTANCIA, DEFINIDA PELO SOM ............. 27
FIGURA 4.1 FLUXOGRAMA DO ROBÔ SELETO (INICIO) .................................................... 30
FIGURA 4.2 SOFTWARE DE DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ....................................... 31
FIGURA 4.3 CONFIGURAÇÃO INICIAL DO PROJETO ........................................................... 32
FIGURA 4.4 CONTROLE PWM ................................................................................................. 33
FIGURA 4.5 PROGRAMA PARA O CONTROLE DOS SERVOS ............................................. 35
FIGURA 4.6 PROGRAMA QUE TEM A FUNÇÃO DE REALIZAR A LEITURA DO SONAR ... 36
Lista de Tabelas
TABELA 2.1 LISTA OS COMPONENTES DO PROJETO ......................................................... 12
TABELA 3.1 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO MICROCONTROLADOR ........................ 28
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Sumário
1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 8
2. OBJETIVOS .............................................................................................................................. 8
2.1 FUNCIONAMENTO ................................................................................................................ 9
2.2. DIAGRAMA GERAL ............................................................................................................ 10
2.3.DESCRIÇÃO DO FUNCIONAMENTO DO SISTEMA ........................................................... 11
3.MATERIAIS E METODOS. ...................................................................................................... 11
3.1 MONTAGEM ......................................................................................................................... 14
3.1.1 MONTAGEM ...................................................................................................................... 14
3.1.2 MONTAGEM DA PARTE MECÂNICA .............................................................................. 14
3.2.. MONTAGEM DA PARTE ELETRICA ................................................................................ 22
3.2.1. CIRCUITO DO PROJETO ................................................................................................ 22
3.2.2. INTERRUPTOR ................................................................................................................ 24
3.2.3. SERVO MOTOR ............................................................................................................... 25
3.2.4. FUNCIONAMENTO DO SONAR ...................................................................................... 26
3.2.5. FUNCIONAMENTO DO MICROCONTROLADOR .......................................................... 26
4. PROGRAMAÇÃO ................................................................................................................... 28
4.1. FLUXOGRAMA DO PROJETO ........................................................................................... 29
4.2. PARÂMETROS DA PROGRAMAÇÃO ............................................................................... 33
4.3. CONTROLE DOS SERVOS MOTORES ............................................................................. 33
4.4. LEITURA DO SONAR ......................................................................................................... 36
5. RESULTADOS ........................................................................................................................ 37
6. CONCLUSÃO ......................................................................................................................... 43
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 43
8. ANEXO .................................................................................................................................... 41
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1 - Introdução
O potencial de crescimento de atividades relacionadas à robótica num futuro
próximo é muito grande. A automatização dos processos industriais é cada vez mais
intensa, e ao longo dos próximos anos, os robôs não serão apenas máquinas
automáticas, eles estarão presentes no nosso cotidiano. Robôs já estão sendo utilizados
nas áreas de logística, resgate, até mesmo em serviços domésticos. Por todo lado eles já
estão presentes, desde um caixa eletrônico, até uma máquina de retira senha no banco.
2 - Objetivos
O objetivo geral será construir um “Robô”, que é capaz de desviar de obstáculos,
o mesmo está conectado ao um carro que foi desenhado em ambiente CAD e pode ser
controlado através de um Microcontrolador (PIC16F84A). Através da construção do
robô que desvia de obstáculos, podemos aplicar nossos conhecimentos de Eletrônica,
Mecânica e Programação adquiridos ao longo do curso e, consequentemente, aprimorar
as técnicas necessárias para a construção de robôs. Serão detalhadamente descritos o
funcionamento e a construção do robô, de modo que, além de possibilitar a sua
elaboração, também seja fornecida uma base para a construção de robôs que utilizem
um princípio de funcionamento semelhante.
Portanto, veremos todos os tipos de aplicações práticas incluindo sensores,
circuitos específicos, o uso do computador, microcontrolador e os softwares que podem
ser empregados na programação do mesmo.
2.1. Funcionamento
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Figura 2.1: Robô que desvia de obstáculo pronto e ligado ao microcontrolador.
Sendo assim, o objetivo principal desse projeto é o desenvolvimento de um
equipamento móvel capaz de explorar ambientes sem a intervenção humana, com a
capacidade de detectar obstáculos, flexível tanto em sua estrutura mecânica, quanto
eletrônica, e que apresenta resultados confiáveis para o Grupo Alpha, com qualidade e
baixo custo.
O robô que desvia de obstáculo é um robô que possui como base um chassi, ou
seja, um carro fabricado de alumínio e de madeira que pode ser controlado pelo usuário
através de um programa que roda no computador (MikroC®). Ele possui um servo
motor os outros dois são motores com caixa de redução, sendo que o servo motor é
destinado ao controle do sonar e os outros controlam as duas rodas de direção.
2.2. Diagrama Geral do Projeto
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O sistema projetado pode ser dividido em duas partes. A Figura 1.2 ilustra o diagrama
em blocos da primeira parte.
Figura 2.2 – Diagrama em blocos do sistema de interface com o usuário
2.3. Descrição do Funcionamento do Sistema
Para dar uma visão geral do funcionamento do sistema, a Figura 1.3 tenta ilustrar
o conceito adotado pelo grupo ALPHA para a construção do robô seleto.
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Figura 2.3 – Ciclo de funcionamento do Robô Seleto
3. Materiais e Métodos
Seguindo corretamente as instruções a seguir, podemos ter em mãos o Robô
seleto. Mas nada o impede de realizar modificações e implementar o projeto com outras
características, ou seja, construir o robô ao seu gosto.
A seguir é dada uma breve descrição dos componentes utilizados no projeto,
assim como uma breve explicação a respeito da escolha dos principais componentes.
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TABELA 2.1 LISTA OS COMPONENTES UTILIZADOS NO CIRCUITO DO ROBÔ SELETO.
Componentes eletrônicos Qtd. Valor
Unitário
Valor total
1. SONAR
1 59,90 R$ 59,90 R$
2. MICROCONTROLADOR -
PIC 16F84A;
1 10,90 R$ 10,90 R$
3. CRISTAL - 8 MH;
1 3,90 R$ 3,90 R$
4. CAPACITORES CERÂMICOS
- 22 PF;
2 1,60 R$ 3,20 R$
5. TRANSISTORES - TIP 122;
2 1,90 R$ 3,60 R$
6. REGULADOR DE
VOLTAGEM - LM7805;
1 3,99 R$ 3,99 R$
7. CAPACITOR
ELETROLÍTICO -10 Mf;
1
2,90 R$
2,90 R$
8. LED’s;
2 0,25 R$ 0,50 R$
9. RESISTORES -1 KΩ;
2 0,15 R$ 0,30 R$
10. RESISTORES - 470 Ω;
2 0,20 R$ 0,40 R$
11. RESISTORES - 220 Ω;
2 0,20 R$ 0,40 R$
12. CHAVE PUSH BUTTON
N.A. ;
1 0,30 R$ 0,30 R$
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Além dos materiais descritos acima foram também utilizados nesta montagem
madeira tipo MDF, perfis de alumínio (barras e cantoneiras), polímeros (PVC),
engrenagens de acrílico, um servo motor, sendo duas caixas, parafusos de diversos
tamanhos, porcas, arruelas, cola branca, cola de secagem instantânea. Além disso, serão
necessárias ferramentas para a montagem tais como paquímetro, serra de meia-
esquadria. Tais ferramentas estavam à disposição na bancada de trabalho.
Figura 2.4 - ferramentas para a construção da base do robô.
Optamos pelos materiais utilizados pela acessibilidade, baixo custo, resistência
mecânica adequada, e também por serem fáceis de trabalhar, tentando sempre adequá-
los às dificuldades no desenvolvimento do projeto, ou até substituindo-os por outros se
necessário, lembrando-se sempre de que os materiais listados aqui, de forma alguma são
padrão para as montagens, e que podem ser substituídos tranquilamente por outros
semelhantes ou que desempenhem a mesma função. Deve-se apenas ter em mente que
nem todos os materiais têm desempenho semelhante sob uma determinada situação. Por
exemplo, a madeira MDF é uma boa escolha, pois é fácil de trabalhar e não trinca tão
facilmente como uma chapa de compensado, por exemplo, quando é perfurada.
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3.1 Montagem
3.1.1 Montagem da Parte Mecânica
O primeiro passo para a montagem de um projeto deve ser a elaboração de um
esboço deste no CAD (ou em qualquer outra plataforma de desenho), mesmo que se
tenha todo projeto em mente. Isto facilitará muito a montagem de qualquer projeto, pois
além de uma melhor visualização deste, não corremos o risco de esquecermos ou
pularmos algum passo.
Figura 3.1 – Plano frontal do robô que desvia de obstáculo.
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Figura 3.2 – plano lateral do robô seleto
Com o “roteiro” do projeto em mãos, podemos começar a montagem
escolhendo os materiais que mais se adéquem as montagens de cada parte do projeto,
enfatizando principalmente a acessibilidade dos materiais; o custo, para que o projeto
não venha a ter um valor econômico muito elevado; e maleabilidade. Por exemplo:
perfis de alumínio podem ser encontrados em qualquer loja especializada em alumínio,
são relativamente baratos e muito mais fáceis de trabalhar do que perfis de ferro, por
exemplo.
O projeto descrito nesse tutorial visa a construção de um robô, fazendo uso de
servo-motor, motores com caixa de redução, uma base de Madeirite, nylon e barras de
alumínio. A montagem do robô pode ser dividida em duas partes: a primeira, é a
construção da parte estrutural robô, base e eixo das rodas, e posteriormente, a parte
eletromecânica, que se refere à construção dos encaixes da caixa de redução das rodas e
do servo-motor que dá suporte ao sensor sonar.
Os servos motores deverão ser adaptados para rotação contínua e só serão usadas
as engrenagens, que devem estar acopladas aos eixos das rodas.
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Começaremos pela montagem da parte estrutural do robô, que será feito com
uma base de madeirite junto com o alumínio.
Figura 3.3: chassi do robô seleto.
A base do robô seleto consiste em uma chapa de alumínio (chassi), que foi
doada pelo docente Ademir, as chapas foram unidas com os rebites e com ajuda de um
alicate especial para corte de metais (tesoura de metal), foi feita as medições com um
paquímetro para perfeita colocação motores.
Figura 3.4 - A base do Robô seleto foi construída de madeira.
O suporte de alumínio (chassi) é acoplado em uma planificação de madeira
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MDF, essa base tem o propósito de servir como base para os componentes eletrônicos
do robô seleto. A mesma foi fabricada de madeira em dimensões 21cm x 20cm.
Uma dica é sempre após cortar a madeira ou alumínio, os mesmos devem ter
suas beiradas lixadas, para retirar rebarbas e imperfeições. Como poder ser observado
nas figuras abaixo.
.
Figura 3.5: retirando as rebarbas e imperfeições da madeira.
Figura 3.6: utilizando a fresadora para a construção do acoplador.
A utilização da fresadora no projeto robô seleto consiste em usinar um
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acoplador, que realizará o encaixe nas rodas e também nas engrenagens do Servo motor.
A Fresadora é uma máquina de movimento contínuo, destinada a usinagem de
materiais. Removem-se cavacos por meio de uma ferramenta de corte chamada fresa.
Figura 3.7: fabricação do acoplador de nylon.
O material usinado é o nylon por ser de origem sintética. Largamente utilizado
em fibras têxteis, que se caracteriza pela sua grande resistência, tenacidade, brilho e
elasticidade. O acoplador de nylon feito com dimensão de 3.0 mm de circunferência e
no centro do acoplador 1.5 mm foi feito um corte de usinagem para que o acoplador se
encaixe perfeitamente na engrenagem do servo-motor, como pode ser observado na
figura 4.
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Figura 3.8: colocação da parte mecânica e do Chassi do Robô seleto.
A figura acima mostra o acoplamento da parte mecânica do robô seleto. Este
acoplamento é feito de modo a fixar todas as peças do robô. A primeira parte a ser
colocada são o servos motores, eles são parafusados na madeira MDF com um parafuso
de bitola de 1 mm, depois é acoplado o chassi do robô seleto na planificação de madeira
por meio de uma cola instantânea, e por último é colocado a roda central do robô que
poderá realizar um giro contínuo.
Figura 3.9: construindo as rodas de tração do Robô seleto.
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A roda tem por objetivo realizar a movimentação terrestre do robô seleto na área
destinada de atuação, consiste de um raio de 20 mm², a mesma foi feita com madeira
MDF.
Figura 3.10: fabricação da roda.
É interessante notar que a superfície por onde a roda se desloca deve ser
preparada a priori para aumentar a eficiência da roda. A roda não é muito útil para o
transporte sem a presença de uma superfície com atrito.
Não esqueça, a roda é também o princípio básico de todos os dispositivos
mecânicos.
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Figura 3.11: colocação das rodas e finalização da parte mecânica.
Depois de feito o acabamento das rodas, essa fase do projeto realiza a
montagem, sendo um processo de pós-produção, onde consiste em selecionar, ordenar e
ajustar o projeto robô seleto a fim de alcançar o resultado desejado.
3.1.2. Montagem da parte Elétrica
O projeto da montagem elétrica levou em conta as seguintes questões:
Padrões e regulamentos;
Questões pertinentes à internacionalização, ou seja, aplicação em várias áreas,
quando for o caso;
Questões de diferenças econômicas, quando for o caso;
Sustentabilidade social (econômica e ambiental).
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3.1.2.1. Circuito do Projeto
O circuito impresso na figura 3.2.1 abaixo consiste de uma placa de fibra de
poliéster, possuem a superfície coberta numa das faces por fina película de cobre, nas
quais foram desenhadas pistas condutoras que representam o circuito onde serão fixados
os componentes eletrônicos.
Figura 3.12: layout da placa do circuito elétrico.
Para desenhar o diagrama impresso utilizamos o programa (Proteus
ARES). Logo depois de feito o diagrama coloca na solução salina, percloreto de
ferro.Depois de desenhado o circuito desejado na placa, deve-se lavá-la com
bastante água corrente. Usa-se removedor apropriado, e após secá-la devemos poli-la
com uma esponja de aço bem fina. Limpas as trilhas de cobre, restará o trabalho de
perfurar as ilhas para a fixação dos componentes eletrônicos.
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Figura 3.13: circuito elétrico do robô seleto.
Deve-se evitar criar trilhas muito largas ou próximas entre si, pois isso poderá
causar a inserção indesejável de elementos indutivos de cobre entre as pistas, podendo
ocorrer interações (curto-circuito) e mútua interferência eletromagnética, que poderá
causar consequentemente alguma realimentação, ou oscilação indesejável do circuito
eletrônico.
As trilhas extremamente finas também devem ser evitadas, e utilizadas somente
quando necessárias, pois poderão se partir com facilidade.
O ideal é criar trilhas com largura aproximada de 3 mm ou até 4mm. As "ilhas"
onde serão fixados os componentes, Poderão ter uma circunferência com diâmetro
aproximado de 5 mm chegando até a 7mm.
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Figura 3.14: circuito elétrico e seus componentes.
3.1.2.2. Interruptor
Um interruptor foi inserido no projeto do robô seleto tendo como função
interferir na circulação e distribuição de energia abrindo o circuito elétrico,
interrompendo a corrente.
Figura 3.15: interruptor do circuito elétrico do robô seleto.
Um interruptor foi inserido no projeto do robô seleto tendo como função
interromper a circulação de corrente e distribuição de energia, evitando o desperdício de
energia das baterias. A forma mais familiar do interruptor é um dispositivo mecânico
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operado manualmente com um ou mais conjuntos de contatos elétricos. Cada conjunto
de contatos pode estar em um dos dois estados: "fechado" (UM) quando os contatos
estão a se tocar e a eletricidade pode fluir entre eles, ou "aberto"(ZERO) quando os
contatos estão separados e não conduzindo.
3.1.2.3. Servo motor
Na elaboração do projeto o servo motor são dispositivo de malha fechada, ou
seja: Recebem um sinal de controle; verificam a posição atual; atuam no sistema indo
para a posição desejada -90º, 0° e +90°.No contraste com os motores contínuos que
giram indefinidamente, o eixo dos servo motores possui a liberdade de apenas cerca de
180º graus mas são precisos quanto a posição, sendo assim esse dispositivo é ideal para
o projeto do robô seleto.
Figura 3.16: servos motores.
O servo motor no projeto robô seleto é formado por uma parte fixa (o estator) e
outra móvel (o rotor). O estator é bobinado como no motor elétrico convencional,
porém, apesar de utilizar alimentação trifásica, não pode ser ligado diretamente à rede,
pois utiliza uma bobinagem especialmente confeccionada para proporcionar alta
dinâmica ao sistema. O rotor é composto por ímãs permanentes dispostos linearmente e
um gerador de sinais (resolver) instalado para fornecer sinais de velocidade e posição,
como pode ser observado na figura abaixo.
3.1.2.4. Funcionamento do Sensor (SONAR)
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Foi feito primeiro um teste inicial do sensor sonar, do fabricante Tato no
protoboard, o que poderá ser visto, mas adiante na parte de programação do robô, o
objetivo principal desse teste foi o de confirmar o funcionamento do sensor de ultrasom
(Sonar), para tornar possível a detecção de obstáculos e conseqüentemente o
mapeamento do ambiente envolvido.
Figura 3.17: sonar - a navegação e determinação da distancia, definida pelo som.
"Navegação e determinação da distância pelo som” esse é o conceito dado ao
sensor que pode interagir em um ambiente através do som.
O princípio básico de funcionamento do sonar no projeto do robô seleto é a
emissão de ultra-sons (definição: ondas mecânicas de alta frequência) por um aparelho.
O sensor sonar é colocado na parte superior do robô, acoplado a um servo motor, onde é
controlado pelo PIC 16F84A. O som emitido propaga-se no espaço, reflete-se em algum
obstáculo, retorna e é captado pelo receptor do sonar, que registra a variação de tempo
entre a emissão e a recepção do som.
O sonar é um dispositivo que detecta um estímulo físico apenas, transmite um
impulso (mensurável ou operante) correspondente para o PIC16F84A.
Uma interrupção foi inserida no projeto do robô seleto tendo como função
27
interferir na circulação e distribuição de energia abrindo o circuito elétrico,
interrompendo a corrente.
Figura 3.18: sonar usado no projeto.
Algumas características que diferenciam os tipos de sensores encontrados e que
são importantes na definição de qual tipo de sensor são mais apropriadas para um
determinado sistema.
3.1.2.5 - Funcionamento do Microcontrolador (PIC16F84A)
O microcontrolador utilizado no projeto Robô Seleto é o PIC 16F84A, sendo que
suas principais características são mostradas na Tabela 4.6 [25].
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TABELA 3.1 – PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO MICROCONTROLADOR
PIC 16F84A.
PRINCIPAIS
CARACTERISTICAS
DESCRIÇÃO
Arquitetura RISC
A velocidade de operação: DC - 20 MHz de clock de
entrada DC - 200 ns ciclo de instrução
1024 palavras de memória de programa
68 bytes de dados RAM
64 bytes de dados EEPROM
Família
O PIC16F84A pertence à família do mid-range da
PICmicro
Características
Periféricas
13 pinos de E / S com controle de direção individuais
Coletor de corrente elevada 25 mA max pia. por pino
25 mA max fonte. por pino
TMR0: temporizador de 8 bits / contador de 8 bits
Memória do Programa
10.000 apagar / escrever ciclos em Flash Programa de
memória típica
10 milhões apagar / escrever ciclos EEPROM
Além dessas características apresentadas, outro fator importante que levou à
escolha desse microcontrolador PIC16F84A no projeto Robô seleto, foi a facilidade na
construção de um circuito eletrônico para realizar a programação da memória e a
possibilidade de escrever o código do programa (Mikroc), compilá-lo e fazer a
simulação do seu funcionamento, economizando assim tempo na procura de erros de
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lógica de programação e tempo de gravação.
4. Programação
Para que o nosso robô seleto possa funcionar perfeitamente, ele deverá ser
controlado de modo adequado. Sendo assim, devemos criar um programa que faça com
que o PIC16F84A acione os servos-motores e leia a entrada do sonar de modo que o
Robô possa se deslocar no ambiente.
4.1. Fluxograma
Para auxiliar a construção do programa é recomendável fazer o uso do
fluxograma, pois ele servira de embasamento sendo que através do fluxograma é
possível compreender de forma rápida e fácil a transição de informações do programa
ou documentos entre os elementos que participam no processo de criação do controle do
robô seleto. O fluxograma pode ser definido também como o gráfico em que se
representa o percurso ou caminho percorrido por certo elemento (por exemplo, o robô
seleto), através dos vários comandos, bem como o tratamento que cada um vai lhe
dando durante o percurso do robô. A existência do fluxograma para cada um dos
processos de criação do programa c é fundamental para a simplificação e racionalização
do trabalho, permitindo a compreensão e posterior otimização dos processos
desenvolvidos em cada fase do projeto de criação do Seleto.
As Figuras, 4.1 e 4.2 apresentam os fluxogramas correspondentes à lógica de
programação do circuito do robô seleto, respectivamente.
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Figura 4.1: Fluxograma do robô seleto (inicio)
O fluxograma acima mostra o inicio do processo, sendo que o M1 e M2 são os
servos das rodas, eles são acionados no inicio do programa, até quando o sonar detecta o
obstáculo. O sonar faz a leitura da distancia e compara se for maior que 30 cm, os
servos continua operando, se não, para os servos das rodas, e realiza um giro no sonar
de 90°, ler distancia e guarda na variável Dist1, logo depois o sonar gira 180°, indo para
-90° e também faz a leitura da distancia e guarda em Dist2.
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Figura 4.2: Fluxograma do robô seleto (final).
Continuando, logo depois do sonar gira para -90° ele ira retorna para a sua
posição inicial 0°, e realizar a comparação, se Dist1 for maior que Dist2 então aciona a
rodada direita e deixa acionada por 3,5 segundos e posteriormente aciona a roda da
esquerda. Se Dist1 for menor que Dist2 então aciona a roda da esquerda e
consequentemente após 3,5 segundos, acionara a roda da direita.
Uma linguagem correta do fluxograma poderá propicia em uma conversão em
linguagem de programação C, onde será traduzida, para a linguagem em que o robô
reconhece.
O software de controle do robô, utilizado através da Linguagem de programação
C do projeto, foi desenvolvido em MikroC®.
A Figura 4.3 apresenta a tela do software desenvolvido utilizado para realizar o
controle do robô.
32
Figura 4.3: software de desenvolvimento do projeto.
A seguir serão abordados em maiores detalhes os principais módulos de controle
utilizados neste software.
4.2. Parâmetros de ajuste da programação do robô
33
Parâmetros de ajustes do robô: são ajustes necessários que podem variar de
acordo com as características do robô e das condições do mesmo.
Na Figura 4.4, são mostrados os parâmetros que podem ser ajustados para a
execução correta robô.
Figura 4.4: configuração inicial do projeto.
4.3. Controle do servo motor
34
Antes de explicar o conceito aplicado para melhorar o desempenho do robô
seleto com relação ao caminho e o controle, cabe aqui uma breve explicação do
conceito utilizado com relação à forma de controle dos motores.
O servo motor de corrente contínua, pode ser controlado por meio do ajuste da sua
tensão de armadura. Em vez de um sinal contínuo ser utilizado para realizar esse
controle, pode ser utilizado um sinal PWM (Pulse Width Modulation) onde a largura
dos pulsos controla a potência fornecida ao motor e por sua vez a velocidade de rotação.
A modulação PWM, consiste basicamente em aplicar uma onda quadrada de
amplitude Vcc e freqüência alta (entre 10KHz e 20KHz)(41) no lugar da tensão
contínua (Vcc). A tensão média varia em função do tempo que a onda fica em nível alto
(Vcc) e do tempo que a onda fica em nível baixo (0V). A relação entre o tempo que a
onda fica em nível alto e o período total é conhecido como “Duty Cycle” (Ciclo de
Trabalho).
O Duty Cycle é normalmente expresso em porcentagem, ou seja, para uma
modulação PWM com Duty Cycle igual a 50%, metade do tempo a tensão fica em nível
alto (Vcc) e metade em nível baixo (0V). Uma modulação PWM de amplitude 12V
e Duty Cycle de 50% produz o mesmo efeito de uma tensão contínua de amplitude 5V,
isto porque a tensão média nos dois casos é 5V.
Figura 4.5: controle PWM.
O programa no MikroC, logo abaixo, realiza o controle dos servos adaptados da
esquerda -90°, direita 90° e centro 0°.
35
Figura 4.6: programa para o controle dos servos.
4.4. Leitura do Sonar
A medição de distancia são problemas que diversas áreas encontram, seja ela
36
robótica ou mesmo no segmento de consumo, a medição de distancias pelo sonar é
normalmente utilizada quando uma medição sem contato é necessária.
O sensor fornece dois tipos de sinal de saída, o primeiro, chamado Eco é um pulso
em nível alto que corresponde ao tempo de ida e volta do som, ou seja, é necessário
divide este tempo por dois. O outro sinal e um sinal seria ASCII com velocidade de
2400bps, que representa a distancia em milímetros.
Figura 4.7: programa que tem a função de realizar a leitura do sonar.
5. Resultados
Os resultados exemplificados neste relatório servem como um exemplo. Ele
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contém apenas as instruções básicas para o funcionamento do Robô Seleto,
possibilitando que ele se movimente em determinadas direções. Ele pode ser
modificado de inúmeras maneiras, proporcionando uma interface melhor ou uma linha
de código diferente.
6. Conclusão
Este trabalho teve como objetivo principal, o desenvolvimento de um robô
móvel capaz de desvia de obstáculos sem a intervenção humana, com a capacidade de
detectar obstáculos e que apresentasse resultados confiáveis, com qualidade e baixo
custo.
Grande parte do trabalho desenvolvido e dos conceitos adotados podem ser
utilizados em diversas outras aplicações similares. Pode-se citar os seguintes exemplos:
Os conceitos de programação C aplicados no controle e compensação
da velocidade dos servos motores, utilizados para permitir que o
caminho percorrido pelo robô seja o mais próximo possível de uma
linha reta;
- a lógica implementada que permite definir o ângulo em que o servo
vai girar;
- o protocolo de comunicação criado para realizar a comunicação do
sonar com a linguagem de programação c
entre outros.
Com relação à comunicação por meio de ultrasom, os módulos utilizados
apresentaram bons resultados ao longo dos testes realizados quando o protocolo de
comunicação e o sistema de codificação (PIC16F84A/Mikroc) desenvolvido eram
aplicados, caso contrário, a comunicação se tornava impraticável para o objetivo
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traçado. Como sugestão para simplificar o circuito elétrico e a lógica de programação,
poderia ser utilizado um módulo de codificação Basic step, ou seja, com comunicação
mais fácil, para a transmissão e outro para a recepção do som.
No desenvolvimento do tutorial, procurou-se também apresentar a maioria dos
testes realizados e de uma forma bem detalhada, além das lógicas de programação
desenvolvidas, permitindo a sua perfeita reprodução.
É importante salientar, que no desenvolvimento do projeto, a estrutura física
adotada para o robô seleto, foi apenas um meio utilizado para se poder demonstrar o
conceito de controle, mapeamento e comunicação implementado. Para que o robô seleto
possa ser utilizado em qualquer ambiente hostil, independente do caminho a ser
percorrido, é necessário que sejam estudadas melhores formas estruturais de
comunicação entre o sonar e o PIC16F84A.
É importante a princípio pelo menos considerar que a estrutura seja capaz de
proteger os circuitos eletrônicos, que dê uma boa durabilidade ao sistema, que não seja
afetado se estiver operando em ambientes úmidos, tóxicos, ou com temperaturas
elevadas.
De uma maneira geral, através do resultado dos testes executados, o sistema
implementado apresentou resultados satisfatórios, entretanto, sempre há espaço para
melhorias quando se trata de conceitos envolvendo a eletrônica e a mecânica.
Componentes mais baratos podem ser substituídos por componentes mais robustos e
velozes. Abaixo são listadas algumas sugestões adicionais para uma possível melhoria
do sistema desenvolvido:
Utilizar um único motor, mais potente, e não dois servos-motores para
que o movimento em linha reta seja preciso, não sofrendo interferência
devido às diferentes características existentes entre os motores e do
tamanho das rodas do robô seleto. As movimentações em curva podem
ser feitas utilizando-se um servo motor na frente, com um ângulo de giro
limitado.
39
Adicionar ao sistema uma bússola digital para garantir a precisão na
definição do ângulo de giro do robô.
Incluir no robô um sistema de medição do nível de tensão da bateria,
para que o sistema possa compensar automaticamente os ajustes de
calibração.
Adicionar outro sonar, ou um sistema de movimentação angular do
sensor utilizado, para que o ambiente possa ser mapeado 360º, sem a
necessidade de movimentação do robô..
Implementar na programação do software de controle, uma lógica que
possibilite o mapeamento do ambiente sem a necessidade da intervenção
humana com o interruptor EX. um sistema de AUTO-DESLIGA, ou seja,
aplicar conceitos que com base nos dados recebidos dos sensores do
robô, este seja capaz de movimentar-se de forma autônoma e se auto
desliga
O Tutorial aqui apresentado tentou, de uma forma geral, abranger todos os passos
necessários para a construção de um robô capaz de desvia de obstáculos, que pode ser
facilmente adaptado para o desenvolvimento de trabalhos de pesquisa e acadêmicos.
Não existe limite para a aplicação e melhoria de qualquer sistema que esteja
relacionado com a robótica. O limite está apenas na imaginação dos seres humanos...
Bibliografia
Élio R.P (2007), Robô Autônomo – Modelo Chão De Fabrica – Curitiba/PR
Julio Cesar M. H.(2003), Automação – Mecatrônica Fácil – CEFET/SP
40
Octavio Nogueira (2001), Robô Octa-I – O Robô Tato – São Paulo/SP
http://www.tato.ind.br/
http://pt.wikipedia.org
http://www.sabereletronica.com.br
http://www.ppgia.pucpr.br/~santin/ee/…/3/
7. Anexo
Fluxograma do Projeto Robô Seleto
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Código do projeto Robô Seleto
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