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FACULDADE DO CENTRO LESTE

RENAN ROGER LOUZADA

MARCOS ANTONIO SILVA VIEIRA

PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM

ROB ANTROPOMRFICO

DIDTICO

SERRA

2014

RENAN ROGER LOUZADA

MARCOS ANTONIO SILVA VIEIRA

PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM

ROB ANTROPOMRFICO

DIDTICO

SERRA

2014

Trabalho de concluso de curso apresentado ao

curso de Engenharia de Controle e Automao,

da Faculdade do Centro Leste, como requisito

parcial para obteno do ttulo de Engenheiro

de Controle e Automao.

Orientador: Prof. MSc. Gustavo Perim Cola

Dedicamos este trabalho de concluso de

curso inteiramente a todos que nos

apoiaram direta e indiretamente.

Renan Louzada e Marcos Vieira

Aos nossos pais, familiares, amigos,

professores, em especial ao nosso

orientador Gustavo Cola que tanto nos

ajudou desde o primeiro perodo do

curso quando era nosso monitor de

Clculo I, e principalmente a Deus.

O tempo nos faz esquecer o que nos

trouxe at aqui. Mas eu lembro muito

bem como se fosse amanh.

Humberto Gessinger

Engenheiros do Hawaii

RESUMO

Os alunos do curso de engenharia de controle e automao tendo em vista os recentes

investimentos da faculdade UCL na rea de robtica como, por exemplo, do manipulador

Michelangelo, se propuseram a realizar o projeto e desenvolvimento de um brao

manipulador antropomrfico em busca de aprimorar os conhecimentos na crescente rea da

robtica. O projeto consiste no desenvolvimento de um brao robtico acionado por servo-

motores, controlado pelo microcontrolador Atmega presente na plataforma Arduino,

possuindo comando digital wireless via bluetooth ou via teclado wifi, comando anlogico via

exoesqueleto ou controle remoto e comando de posicionamento direto dos ngulos dos elos

via software. O objetivo do projeto deste brao robtico consiste na aplicao direta de

diversos contedos abordados durante o curso e a elaborao de um prottipo a ser utilizado

como plataforma de ensino e incentivo para os demais alunos da instituio para a robtica. O

brao robtico elaborado ser chamado de SPIDER devido ao batismo do mesmo pelos familiares dos alunos durante fase de incio de projeto e testes. Foi desenvolvida a modelagem

matemtica baseada no mtodo Denavit-Hatemberg com os dados obtidos foi craido um

modelo virtual do prottipo no software MATLAB, foram realizados previamente testes dos

componentes eletrnicos e lgica de programao no software Proteus, assim finalizando a

fase de concepo do projeto. O torque dos servo-motores foram dimensionados para

manipular uma carga til de 150g. Tendo sido alcanado este objetivo como tambm o

desenvolvimento do prottipo completamente funcional operando a partir dos mtodos de

comando anteriormente citados.

PALAVRAS CHAVE: Rob, Manipulador, Antropomrfico e Didtico.

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1 - Rob Humanoide proposto por Leonardo da Vinci. ................................................ 11

Figura 2 - Rob Geminoid F da Universidade de Osaka. ......................................................... 12

Figura 3 - Rob antropomrfico comercial da ABB modelo IRB 140. ................................... 14

Figura 4 - Utilizao de robs em diversos pases. .................................................................. 15

Figura 5 - Supervisor de controle de rob. ............................................................................... 17

Figura 6 - Rob Manutec-R3. ................................................................................................... 18

Figura 7 - Resultados obtidos gerando trajetrias complexas .................................................. 19

Figura 8 - Manipulador robtico articulado ............................................................................. 19

Figura 9 - Kit didtico Robix Rascal (RASCAL, 2013)........................................................... 20

Figura 10 - Configurao jogador de golfe .............................................................................. 21

Figura 11 - Exemplo de manipulador hidrulico ...................................................................... 21

Figura 12 - Manipulador Semi-Passivo .................................................................................... 22

Figura 14 - Controle de motores proposto por Induzzi e Dutra. .............................................. 23

Figura 13 - Rob movel de seis pernas hibridas. ...................................................................... 23

Figura 15 - Brao manipulador didtico Arm-Pet .................................................................... 24

Figura 16 - Tipos de juntas ....................................................................................................... 26

Figura 17 - Efetuador com 3 graus de liberdade ...................................................................... 27

Figura 18 - Elementos bsicos do rob .................................................................................... 28

Figura 19 - Rob cartesiano...................................................................................................... 29

Figura 20 - Rob cilndrico ...................................................................................................... 29

Figura 21 - Rob esfrico ......................................................................................................... 30

Figura 22 - Rob articulado Scara na parte superior e tipo antropomrfico parte inferior ..... 30

Figura 23 - Exemplo de rea de trabalho de rob com articulao vertical ............................. 31

Figura 24 - Tipos de efetuadores .............................................................................................. 32

Figura 25 - Teach-box .............................................................................................................. 33

Figura 26 - Rob programado via conduo ............................................................................ 34

Figura 27 - Teach-pendant ........................................................................................................ 34

Figura 28 - Esquemtico da estrutura de um manipulador ....................................................... 35

Figura 29 - Algoritmo Denavit-Hartenberg .............................................................................. 36

Figura 30 - Sistema de coordenadas e ngulos para o rob PUMA ......................................... 37

Figura 31 - Relao entre cinemtica direta e inversa .............................................................. 37

Figura 32 - Rob planar e suas expresses da cinemtica direta.............................................. 38

Figura 33 - Brao manipulador didtico da UCL. .................................................................... 39

Figura 34 - Vista Frontal e Lateral. .......................................................................................... 40

Figura 35 - Vista Superior. ....................................................................................................... 41

Figura 36 - Efetuador. ............................................................................................................... 41

Figura 37 - Motor SG90. .......................................................................................................... 42

Figura 38 - Servomotor MG995. .............................................................................................. 43

Figura 39 - Localizao dos servomotores. .............................................................................. 44

Figura 40 - Arduino Duemilanove............................................................................................ 45

Figura 41 - Display JHD-162A. ............................................................................................... 46

Figura 42 - Fonte ATX-220W. ................................................................................................. 47

Figura 43 - Mdulo Bluetooth JYMCU. ................................................................................ 48

Figura 44 - Graus de liberdade brao manipulador Spider. ...................................................... 49

Figura 45 - Links manipulador Spider. ..................................................................................... 50

Figura 46 - Esquema grfico de coordenandas Denavit-Hatemberg. ....................................... 51

Figura 47 - Distribuio dos dados na matriz de posio-orientao final. ............................. 53

Figura 48 - Modelo computacional do rob manipulador Spider. ........................................... 55

Figura 49 - Modelo computacional rob manipulador Spider. ................................................ 55

Figura 50 - Conectores. ............................................................................................................ 57

Figura 51 - Controle anlgico. ................................................................................................ 58

Figura 52 - Conector modular e chave de acionamento para o bluetooth. ............................... 60

Figura 53 - Exoesqueleto. ......................................................................................................... 62

Figura 54 - Exibio dos parmetros rob Spider. ................................................................... 63

Figura 55 - Manipulador didtico Spider. ................................................................................ 63

Figura 56 - Coordenadas de teste ............................................................................................. 65

Figura 57 - Teste de preciso .................................................................................................... 67

Figura 58 - Resultados do teste 1.............................................................................................. 67




Figura 62 - Layout Microcontroller BT. ................................................................................. 102

Figura 63 - Parmetros de clculo. ......................................................................................... 108

Figura 64 - Volume de trabalho do rob Spider ..................................................................... 112

LISTA DE SIGLAS

PC Personal Computer (Computador pessoal).

CPU Central Processing Unit (Unidade Central de processamento).

PIC Peripherical Interface Controller (Interface Controladora de Perifricos).

UCL Faculdade do Centro Leste.

CI Circuito Integrado.

RRR Rotativo, Rotativo, Rotativo.

PRR Prismtico, Rotativo, Rotativo.

PPR Prismtico, Prismtico, Rotativo.

PPP Prismtico, Prismtico, Prismtico.

DOF Degree of freedom (Grau de liberdade).

IDE - Integrated Development Environment (Ambiente integrado de desenvolvimento).

PNP Plug And Play (Ligar e Usar).

ISM Industrial, Scientific, Medical (Industrial, Cientifica, Mdica).

PDCA Plan, Do, Check, Act.

ATX - Advanced Technology Extended.

SUMRIO

1 INTRODUO ........................................................................................................... 11

1.1 ESTADO DA ARTE .................................................................................................... 17

2 ROBTICA INSDUSTRIAL .................................................................................... 26

2.1 MODELAGEM CINEMTICA DE ROBS .............................................................. 35

3 PROJETO DO ROB MANIPULADOR DIDTICO .......................................... 39

3.1 ACIONAMENTOS DO ROB ................................................................................... 42

3.2 PROCESSAMENTO .................................................................................................... 44

3.3 COMUNICAO ........................................................................................................ 47

4 ROB MANIPULADOR SPIDER ........................................................................... 49

4.1 MODELAGEM CINEMTICA DO BRAO ROBTICO SPIDER ........................ 51

4.2 METODOS DE PROGRAMAO APLICADOS AO ROB SPIDER ................... 56

4.3 INTERFACES .............................................................................................................. 57

4.3.1 Controle Analgico ....................................................................................................... 58

4.3.2 Controle Via Teclado .................................................................................................... 59

4.3.3 Controle Via Celular ..................................................................................................... 59

4.3.4 Controle Autonmo ...................................................................................................... 60

4.3.5 Controle Via Exoesqueleto ........................................................................................... 61

4.3.6 Modos de exibio e acabamento ................................................................................. 62

5 PROBLEMAS ENCONTRADOS ............................................................................. 64

6 TESTES E RESULTADOS ....................................................................................... 65

7 CONCLUSO ............................................................................................................. 74

7.1 SUGESTES FUTURAS ............................................................................................ 75

BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................... 76

8 APNDICES ............................................................................................................... 79

9 ANEXOS .................................................................................................................... 114

11

1 INTRODUO

Os robs sempre exerceram fascnio na humanidade, especialmente nos cientistas. A primeira

referncia sobre humanides que se tm notcia vm da mitologia grega, com o deus Hefesto

e seus serventes mecnicos. At um dos grandes gnios, o italiano Leonardo da Vinci,

sonhava em projetar robs ao desenvolver, em 1492, a sua prpria verso de rob humanide

que tinha forma de cavaleiro (ALL ON ROBOTS, 2012), Figura 1.

Figura 1 - Rob Humanoide proposto por Leonardo da Vinci (ALL ON ROBOTS, 2012).

O primeiro registro do termo rob foi pelo dramaturgo Karel Capek, escritor de Os Robs

Universais de Rossum em 1920, este termo derivado de robota da lngua Checa (servio

compulsrio, atividade forada) o que originou a palavra robot em ingls e traduzido para o

portugus como rob (GROOVER, 1998). Na ultima dcada muitos filmes de fico

cientfica mostraram robs produzidos com o comportamento e forma humana, tendo como

exemplo O Homem Bicentenrio e Eu Rob, baseados nos contos de Isaac Asimov. Pesquisas

como a do rob humanoide Geminoid F da Universidade de Osaka (INTELLIGENT

ROBOTICS AND COMMUNICATION LABORATORIES, 2012) demonstram quo

prximos humanidade esta desta realidade, Figura 2.

12

Figura 2 - Rob Geminoid F da Universidade de Osaka (REVISTA GALILEU, 2012).

Precursores da robtica, as tecnologias de comando numrico e telecomando possibilitaram

controlar as aes de uma mquina atravs de programao ou por um operador remoto

(ROMANO, 2002).

Com isso, os primeiros robs foram desenvolvidos basicamente para executar tarefas difceis,

perigosas, repetitivas ou mesmo impossveis para um ser humano, o que despertou o interesse

das indstrias. Os robs foram perfeitamente introduzidos no mbito industrial, aumentando

assim produtividade e eliminando tarefas perigosas, antes executadas exclusivamente por

seres humanos (SPONG, 1989).

O primeiro rob industrial denominado Unimate1, foi instalado em uma empresa no ano de

1961 pela Unimation Inc, sendo este uma juno de articulaes mecnicas e garras. Eles

possuiam tecnologia de teleoperador master-slave, desenvolvida aps a Segunda Grande

Guerra Mundial, onde o operador humano manipulava diretamente o sistema, master, e as

aes eram replicadas por atuadores mecnicos, ento chamados de slave (ROMANO, 2002).

O meio acadmico ainda no determinou uma definio nica para os robs. Sendo assim,

sero apresentadas algumas definies utilizadas (CUNHA, 2012).

1 Os robs Unimate apresentam at seis eixos de movimento totalmente programveis e so projetados para a

manipulao de alta velocidade de peas com peso de at 226.8kg.

13

Um rob uma mquina de uso geral que, como um humano, pode executar uma variedade

de diferentes tarefas sobre condies que no necessitam ser conhecidas a priori" (NITZAN,

1985).

"So mquinas flexveis capazes de controlar suas prprias aes em uma variedade de tarefas

utilizando uma programao armazenada" (MARSH, 1985).

O rob industrial um manipulador multifuncional, programvel, cuja posio controlada

automaticamente que tem vrios graus de liberdade e capaz de apanhar os materiais, as

peas, as ferramentas ou os aparelhos especializados para submet-los s operaes

programadas (ORGANIZAO INTERNACIONAL DE NORMATIZAO, 1982).

O rob uma mquina automtica universal destinada manipulao de objetos e dotada de

capacidade de aprendizagem de um comportamento tpico, da faculdade de aprender o

ambiente (percepo), da faculdade de anlise da informao assim obtida e da possibilidade

de modificar seu comportamento tpico (ADMINISTRAO RENAULT, 1979).

Um rob industrial um manipulador multifuncional e reprogramvel, concebido para

mover cargas, peas, ferramentas ou dispositivos especiais, segundo movimentos

programados variveis, para execuo de diversas tarefas (ROBOT INSTITUTE OF

AMERICA ( RIA), 1979).

Robs so manipuladores modestos, efetuando automaticamente sequncias de trabalho,

variveis ou mesmo fixas. A robtica deve englobar todas as novas adaptaes em mquinas

conhecidas e todas as mquinas desenvolvidas com base na utilizao de tcnicas modernas

de controle, da informtica e de novos sensores (ASSOCIATION FRANAISE DE

ROBOTIQUE (AFRI), 1986).

Mesmo que ainda no haja uma definio unnime no meio acadmico para o que um rob,

pode-se ter uma definio com os termos comuns utilizados por diversos autores. Desta

forma, um rob pode ser definido como, uma mquina flexvel, multifuncional,

reprogramvel e com capacidade de interagir com objetos em seu ambiente (CUNHA, 2012).

Os robs sofreram diversas evolues ao longo da histria. Essas evolues foram agrupadas

em 5 geraes, sendo (SANTOS, 2004):

1 gerao Robs executores: Executam repetitivamente instrues previamente gravadas.

2 gerao Robs controlados por sensores: Possuem realimentao de dados obtidos a

partir de sensores a fim de aperfeioar a tomada de decises.

14

3 gerao Robs com viso: Possuem sistemas de viso (processamento de imagens).

4 gerao Robs com controle adaptativo: Podem se reprogramar analisando leituras

sensoriais.

5 gerao Robs com inteligncia artificial: Utiliza inteligncia artificial a fim de,

solucionar problemas e tomar decises.

Conforme a definio proposta anteriormente, a 1 gerao de robs somente poderia ser

considerada um rob, se pudessem ser reprogramados, sendo assim flexveis.

Um exemplo de rob de 4 gerao o manipulador antropomrfico demonstrado na Figura 3

que um dos tipos de robs atualmente aplicados em diversos tipos de processos industriais,

tais como: Processos de soldagem, pintura, fixao e manipulao em geral (SPONG, 1989).

Figura 3 - Rob antropomrfico comercial da ABB modelo IRB 140 (ABB, 2012).

Com o desenvolvimento das novas geraes de robs com capacidade de operaes cada vez

mais complexas e flexveis, atendendo a diversas demandas industriais a fabricao de robs

se tornou um negcio altamente promissor conforme pode ser visualizado na Figura 4 que

demonstra uma tendncia muito clara no aumento da utilizao de robs em diversos pases

(INTERNATIONAL FEDERATION OF ROBOTICS , 2012).

15

Figura 4- Utilizao de robs em diversos pases (INTERNATIONAL FEDERATION OF ROBOTICS , 2012).

Percebe-se ento que a robtica uma rea de conhecimento em franca expanso, motivada

principalmente pela crescente necessidade da indstria moderna, onde a capacidade

competitiva (produo, qualidade e custo) pode determinar o sucesso ou o fracasso de vrios

empreendimentos (SEBRAE, 2013).

Com isso, robs didticos tm sido amplamente usados na orientao de estudantes e tcnicos

responsveis pela operao e manuteno de robs. Em geral, esses robs possuem apenas

algumas das funcionalidades dos robs industriais, sendo mais baratos, menores e com um

nvel de desempenho inferior. Desta forma, a utilizao desta ferramenta vem se mostrando

importante na experimentao, imerso e fixao dos conhecimentos tericos referentes a

robtica (FRANCHIN, 2013).

Tendo em vista os pontos apresentados, fica clara a importncia dos robs didticos como

mecanismos de aprendizado em robtica, colaborando com a disseminao do conhecimento,

aperfeioamento e desenvolvimento de novos dispositivos, como tambm em prticas de

operao mais eficientes. Sua relevncia na robtica refora a necessidade deste projeto, que

consiste em desenvolver um rob manipulador com 4 graus de liberdade, baixo custo de

hardware e software, acionamentos simplificados e com diversas interfaces de comando

como: Exoesqueleto com sistema mestre-escravo, comando analgico, comando wireless via

celular, comando por computador via USB e execuo autnoma com insero prvia de

coordenadas. Para que isso seja possvel, os seguintes itens sero abordados:

16

Circuitos eletrnicos placa(s) eletrnica(s), seleo da tecnologia de processamento

(microcontrolador ou microprocessador), bem como sua programao;

Interface homem mquina desenvolvimento do programa (software) supervisrio e sua

comunicao com o rob, bem como o hardware para tal;

Desgin estrutural que possibilite sua plena utilizao;

Seleo e anlise dos materiais a serem utilizados materiais que proporcionem a rigidez

e caractersticas mecnicas necessrias;

Controle de motores, tipos configuraes e circuitos eletrnicos para o controle dos

motores (drivers);

Programao em diversas linguagens;

Transmisso de fora por engrenagens ou correias;

Dinmica e cinemtica de robs;

Sensores e suas aplicaes;

Eletrnica;

Comunicao entre dispositivos eletrnicos.

E tambm os demais conceitos necessrios para que o rob efetue movimentos previamente

programados e controlados em tempo real pelo operador humano, com grau de preciso e

repetitividade a serem mensurados e otimizados de acordo com as limitaes fsicas,

possibilitando assim operaes de movimentao de cargas simples, desenvolvendo uma

ferramenta didtica onde os futuros discentes da faculdade UCL podero aplicar vrios

conhecimentos das disciplinas integrantes dos cursos de engenharia. Podendo assim tambm

incentivar os discentes da faculdade UCL a pesquisa cientfica em robtica bem como em

reas afins.

17

1.1 ESTADO DA ARTE

De acordo com o estudo realizado em Fayan (1992), o custo elevado e a grande dificuldade na

utilizao, bem como operaes fracamente dimensionadas, so algumas das dificuldades de

implementao do supervisor de controle em robs manipuladores industriais, como o

apresentado na Figura 5. Esse autor cita tambm que existem vrios problemas com relao

mudana de aplicaes dos robs, que podem tornar oneroso este processo. Esse fato, muitas

vezes gerado pela falta de informaes das estruturas internas utilizadas nos supervisores de

controle dos robs, propondo como possvel soluo para os problemas supracitados, o uso de

uma arquitetura modular microprocessada, de forma hierarquizada e com interfaces

padronizadas, resultando na diviso das tarefas de forma otimizada. Outra abordagem adotada

neste estudo a utilizao de processadores trabalhando de forma independente nas diversas

juntas.

Figura 5 - Supervisor de controle de rob (FAYAN, 1992).

Como resultado das modelagens da cinemtica direta e inversa as transformaes das

coordenadas das articulaes nos diversos graus de liberdade do rob geraram coordenadas

cartesianas. Foi utilizado o rob industrial Manutec-R3 (Figura 6) como modelo para

simulaes dos algoritmos de modelagem inversa.

Aps os testes para a seleo do algoritmo implementado na unidade central de superviso, o

autor Fayan (1992) selecionou o mtodo de miss que tem como principais vantagens a fcil

implementao, operaes matemticas reduzidas e gerao de pontos intermedirios de

coordenadas que colabora para a criao de uma trajetria suave que uma caracterstica

essencial para aplicao de controle no espao cartesiano.

18

Figura 6 - Rob Manutec- R3 (FAYAN, 1992).

Outro estudo relevante foi o realizado por Santos, Junior e Lopes (2005), tendo como tema

principal, o problema de um grande nmero de solues de posio admissveis para

orientao de um atuador final (efetuador). Por incluir equaes no lineares utilizando a

cinemtica inversa, o autor prope a elaborao de um algoritmo gentico (AG), que

trabalhando em conjunto com uma tcnica de reduo progressiva de espao de busca (REB),

visa solucionar o problema do manipulador e toda sua trajetria.

Foi realizada uma sequncia de testes com trajetrias diferentes (Figura 7) e demonstrado o

sucesso do algoritmo gentico com a tcnica de reduo progressiva do espao de busca para

gerar trajetrias complexas.

19

Figura 7 Resultados obtidos gerando trajetrias complexas (SANTOS, JUNIOR e LOPES, 2005).

J no estudo realizado por Vieira, Saraiva, Listo e Santos (2009), demonstra que possvel o

projeto de um manipulador com baixo custo e razovel rigidez. Onde tambm foram

utilizados servo motores como atuadores devido a preciso, torque, tamanho, peso e custo. Na

elaborao dos circuitos eletrnicos tambm foi possvel manter o baixo custo.

Aps anlise foi possvel a elaborao do manipulador atendendo a expectativa do projeto em

estudo como segue na Figura 8.

Figura 8 - Manipulador robtico articulado (SARAIVA, LISTO, et al., 2009).

20

Ribeiro, Nascimento e Queiroz (RIBEIRO, NASCIMENTO e QUEIROS-NETO, 2010)

motivados pela necessidade de aprimoramento do polo industrial de Manaus e pela observada

dificuldade de ensino de robtica como tambm pela impossibilidade de aquisio de robs

didticos, desenvolveram um simulador de robs utilizando o ambiente LabView verso 8.5

da empresa National Instruments (NATIONAL INSTRUMENTS, 2013).

Como base, foi ultilizado o kit didtico Robix Rascal (RASCAL, 2013) que uma estrutura

modular didtica para construo de robs com as mais diversas peculiaridades, como simular

o movimento de uma cobra, jogar golfe como demonstrado na Figura 9, fazer caf e entre

outras. Utilizando a notao de Denavit-Hartemberg foi possvel elaborar o simulador do rob

no ambiente LabView e comparando com os resultados obtidos do sistema real apresentado

pelo kit Robix com configurao jogador de golfe.

Figura 9 Kit didtico Robix Rascal (RASCAL, 2013).

Tendo como concluso que o desenvolvimento de simuladores como na Figura 10, de robs

para anlise da cinemtica direta uma ferramenta poderosa e de baixo custo para demonstrar

exemplos nas aulas de robtica (RIBEIRO, NASCIMENTO e QUEIROS-NETO, 2010).

21

Figura 10 Configurao jogador de golfe (RIBEIRO, NASCIMENTO e QUEIROZ-NETO, 2010).

De acordo com Testi (2005), outra indstria que utiliza fortemente os manipuladores

antropomrficos a indstria offshore, que os utiliza nos veculos remotamente operados

(ROV) na forma de manipuladores hidrulicos submarinos, como o demonstrado na Figura

11. Esses sistemas so complexos de serem modelados pelo motivo de apresentarem diversas

no linearidades na dinmica do comportamento.

Em geral so operados pelo sistema mestre-escravo com tcnicas de controle tradicionais e os

trabalhos executados so geralmente em ambientes no estruturados. Ento o mesmo prope a

utilizao de um controlador aplicando lgica Fuzzy, este controlador se mostrou capaz de

lidar com diversas variaes nos parmetros do sistema assegurando um desempenho

esperado.

Figura 11 Exemplo de manipulador hidrulico (TESTI, 2005).

22

Visando reduzir a interferncia dinmica do brao manipulador nos veculos submarinos

autnomos (VSAs) durante as inspees e intervenes de equipamentos submarinos na

indstria de leo e gs. Fato que se deve ao veculo ser livre de restries de movimento (seis

graus de liberdade) e tambm a ligao cinemtico-dinmica existente entre o veculo e o

brao manipulador. Ferreira (2006) apresenta ento uma soluo para a reduo desses

distrbios desenvolvendo um equipamento nomeado de Manipulador Semi-Passivo (MSP),

Figura 12, uma nova soluo tecnolgica aplicando a braos manipuladores com propsito de

elevar a rigidez estrutural, alterando significativamente a capacidade de carga, preciso e

repetibilidade.

Figura 12- Manipulador Semi-Passivo (FERREIRA, 2006).

Outro trabalho relevante de desenvolvimento na rea da robtica mvel foi proposta por Moreira e

Cunha (2010) que proporam construir um rob com seis pernas hbridas, conhecido como Rhex

(Rob Hexapodal). O desenvolvimento se deu a partir da plataforma feita com motores de passo

bipolar; circuitos integrados; driver de interface computador-circuito eletrnico; e um software

controlador de movimentos pr-determinados, utilizando do software Matlab. Atravs de

simulaes e testes prticos obtiveram resultados satisfatrios comprovando que o projeto de

possvel aplicao Figura 13.

23

Outro exemplo de trabalho voltado para a rea da robtica o controle das juntas do rob

manipulador didtico da Faculdade do Centro Leste (UCL) proposto por Induzzi e Dutra

(2009), com o desenvolvimento de hardware e software modular. Tendo como hardware o

desenvolvimento e confeco de placas de circuito impresso para controlar os motores de

corrente contnua das juntas do rob. A comunicao foi realizada atravs do protocolo I2C.

Os resultados dos testes confirmaram a viabilidade da soluo, na Figura 14 exibida a

arquitetura do trabalho.

Figura 14 - Controle de motores proposto por Induzzi e Dutra (2009).

Figura 13- Rob movel de seis pernas hibridas (MOREIRA e CUNHA, 2010).

24

Tambm no campo da robtica didtica Moreira (2005) props o desenvolvimento de um

projeto de uma plataforma didtica baseada na placa GoGo Board. Sendo que essa j usada

com mrito em muitos trabalhos didticos. Moreira prope a utilizao da placa como o

crebro de um rob mvel terrestre de pequeno porte. Foram testados varios tipos de

sensoriamentos possivelmente aplicados ao projeto.

Como concluso do trabalho ficou evidente a aplicao da placa GoGo Board na robtica

didtica fornecendo inmeras vantagens para o aprendizado do aluno.

Outra pesquisa no campo da robtica foi realizada por Quaresma (2005) criando o Arm-Pet,

Figura 15, um brao robtico manipulador didtico construdo para fins acadmicos de nvel

tcnico e de engenharia, completamente funcional, criado para facilitar as prticas e conceitos

de robtica, eletrnica, controle, instrumentao e fsica. O Arm-Pet possibilita a simulao

de um modelo industrial de pintura automotiva. Possui 5 graus de liberdade (5 DOF), volume

de trabalho esfrico, tipo antropomrfico ou articulado, operando a partir de juntas rotativas.

A estrutura suporta cargas de ate 150g, controlado por microcontroladores. Com a

possibilidade de utilizar as seguintes ferramentas: Pinas, garras, solda a ponto, pistola de

pintura, sendo um projeto que conseguiu manter um custo relativamente baixo o que torna

uma alternativa vivel para a complementao das praticas acadmicas.

Figura 15 Brao manipulador didtico Arm-Pet (QUARESMA, 2005).

25

Similar ao projeto citado anteriormente o manipulador didtico proposto nesse trabalho

tambm tem o objetivo principal de movimentar cargas de ate 150g, tendo como objetivos

secundrios manter o baixo custo, desenvolver interfaces de comando prticas e de utilizao

intuitiva, criando uma plataforma de ensino que possa ser futuramente utilizada em conjunto a

outras plantas didticas.

Foi adotada a metodologia Top-Down, onde foram definidos os propsitos do projeto e ento

qual configurao atenderia aos objetivos e assim at as configuraes finais do prottipo.

As demais fases do projeto sero demonstradas nos prximos captulos assim como os

estudos tericos que o embassaram, desenhos esquemticos, at a exposio dos resultados

finais obtidos.

26

2 ROBTICA INSDUSTRIAL

Os robs industriais so classificados observando-se suas configuraes fsicas, que esto

relacionadas com os tipos de juntas que ele possui. Cada configurao pode ser representada

por um esquema de notao de letras. Neste caso, consideram-se primeiro os graus de

liberdade mais prximos da base, ou seja, as juntas do corpo, do brao e posteriormente do

punho (CUNHA, 2012).

As juntas so as partes responsveis pela ligao, movimento e acionamento das partes fixas

de um manipulador. Existem dois tipos bsicos, Figura 16, que so (ROSRIO, 2005):

Junta prismtica (P): Realiza movimento em linha reta;

Junta Rotacional (R): Gira em torno do eixo de rotao.

Os demais tipos de juntas podem ser obtidos atravs da combinao de juntas prismticas e

(ou) rotacionais (CORKE, 2012).

Junta esfrica: Pode ser entendida como a combinao de trs juntas rotacionais

possibilitando o movimento nos eixo (X, Y, Z);

Junta cilndrica: Composta por uma junta prismtica e uma rotacional;

Junta Planar: Composta por duas juntas prismticas;

Junta Fuso: Um parafuso gera o movimento prismtico ao eixo central.

Figura 16 - Tipos de juntas (SANTOS, 2004).

27

O grau de liberdade, ou Degree of freedom (DOF), de um rob industrial, a quantidade de

movimentos indenpendentes possveis realizados por este manipulador (GROOVER, 1998).

Como exemplo pode-se citar o grau de liberdade de um efetuador com o seu movimento mais

comum de rolamento ou roll, que a rotao do punho em torno do brao, arfagem ou pitch

que a rotao para baixo ou para cima e guinada ou yaw que a rotao para direita ou

esquerda, Figura 17 (GROOVER, 1998).

Figura 17 - Efetuador com 3 graus de liberdade (GROOVER, 1998).

denominado brao robtico todo sistema que se encontra entre a base e o elemento final do

rob, sendo composto basicamente de brao e punho. O brao a parte de ligamento (elos)

que possuem as juntas onde acoplado o acionamento. O punho composto por vrias juntas

prximas que compem os movimentos do elemento final conforme Figura 18 (ROSRIO,

2005).

28

Figura 18 - Elementos bsicos do rob (ROSRIO, 2005).

As diversas configuraes dos elementos bsicos (base, juntas, brao, punho e antebrao) dos

robs atribuem aos mesmos caractersticas prprias, a fim de maximizar a capacidade de

execuo de uma determinada tarefa. A seguir sero apresentadas as configuraes mais

comuns.

Robs manipuladores cartesianos, Figura 19, so aqueles que possuem a combinao de trs

juntas prismticas2 (PPP), geralmente sendo sua configurao do tipo prtico, trabalhando no

sistema de coordenadas (X,Y,Z). possvel exemplificar este tipo sendo aplicado nas

dependncias da UCL no trabalho da disciplina de Projeto de Mquinas com a elaborao da

CNC e tambm em diversas indstrias com retficas de cilindros ou fresas (ROMANO, 2002).

2 Superfcie reta com direo fixa que se desloca apoiando-se no contorno de um polgono plano.

29

Figura 19 - Rob cartesiano (ROMANO, 2002).

Os Robs manipuladores cilndricos, Figura 20, so aqueles que possuem duas juntas

prismticas e uma rotativa (RPP), o que gera seus movimentos com um giro e duas

translaes (ROMANO, 2002).

Figura 20 - Rob cilndrico (ROMANO, 2002).

Robs manipuladores esfricos, Figura 21, so aqueles que possuem uma junta prismtica e

duas juntas rotativas (RRP), sendo seu volume de trabalho esfrico devido a um movimento

de translao e dois movimentos rotativos (ROMANO, 2002).

30

Figura 21 - Rob esfrico (ROMANO, 2002).

Robs manipuladores articulados, dividem-se em dois tipos bsicos, os de articulao vertical

tipo antropomrfico e os de articulao horizontal tendo como um dos tipos o Scara como

demonstrados na Figura 22, o rob tipo Scara segue uma configurao (RRP), os robs

antropomrficos so aqueles que possuem suas trs juntas rotativas (RRR), produzindo assim

o trabalho resultante mais complexo e com maior mobilidade se comparado com os demais,

(ROMANO, 2002).

Figura 22 - Rob articulado tipo Scara na parte superior e tipo antropomrfico parte inferior (ROMANO, 2002).

31

Cada tipo de rob possui caractersticas de movimento prprios assim o volume da rea de

trabalho tambm difere de um tipo para outro, o volume da rea de trabalho de robs se

caracteriza pela regio prxima ao rob onde qualquer pea ou ferramenta pode ser acessada,

conforme a Figura 23 (CUNHA, 2012).

Figura 23 - Exemplo de rea de trabalho de rob com articulao vertical (CORKE, 2012).

O clculo do volume de trabalho de cada tipo se da pelos seguintes equacionamentos (UFMG,

2013).

Robs Cartesianos - Acessam todos os pontos de um cubo de lado L.

Robs Cilndricos - Acessam todos os pontos em um cilindro de altura L e raio 2L,

excluindo os pontos do cilindro interno de raio L e altura L.

Robs Esfricos - Acessam todos os pontos de uma esfera de raio 2L, excluindo a esfera

interna de raio L.

Robs de Articulao Horizontal - Acessam todos os pontos de um cilindro de raio 2L e

altura L.

Robs de Articulao Vertical - Acessam todos os pontos de uma esfera de raio 2L.

32

Assim, os robs possuem um gradual aumento no seu volume de trabalho, do cartesiano at o

articulado vertical.

A razo entre o volume de trabalho relativa nos casos extremos :

Demonstrando que o volume de trabalho de um rob articulado vertical com dois vnculos de

tamanho L 33,51 vezes superior que o volume da rea de trabalho do rob cartesiano com

trs vnculos de tamanho L (UFMG, 2013).

Outro elemento importante o End-effector ou efetuador tendo como o modelo mais

popularmente conhecido a Garra, Sendo um dos elementos finais de um sistema robtico e

pode possuir diversos tipos e formas conforme a necessidade de uma aplicao dentro de uma

linha de produo. Normalmente os tipos de preenso da mo humana so utilizados para

facilitar a elaborao do efetuador com diferentes tipos de formatos mecnicos como na

Figura 24.

Figura 24 - Tipos de efetuadores (SPONG, 1989).

33

METODOS DE PROGRAMAO DE ROBS

Pode-se dividir os mtodos de programao de robs bsicamente em dois grupos (CORKE,

2012):

Mtodo de programao on-line (ligado), se faz necessrio utilizar o rob para gerar o

programa.

Mtodo de programao offline (desligado), utiliza a escrita em modo texto numa

linguagem de programao.

Sero demonstradas a seguir tcnicas que utilizam os mtodos citados.

Programao por aprendizagem realizada off-line atravs da conduo do manipulador at o

ponto desejado via joystick, onde a programao do rob utilizado reconhece as coordenadas

referentes a todo trajeto realizado do efetuador. Este modo de programao tambm pode ser

realizado atravs de um controle remoto conhecido como teach-box, mostrado na Figura 25,

que especifica toda a trajetria requerida para um determinado ponto aps o mesmo ser

selecionado pelo operador humano (ROMANO, 2002).

Figura 25 Teach-box (ROMANO, 2002).

Programao por conduo como ilustrado na Figura 26, realizada offline atravs da

conduo do efetuador fsicamente onde seus sensores internos reconhecem os movimentos

realizados (ROSRIO, 2005).

34

Figura 26 - Rob programado via conduo (ROSRIO, 2005).

Programao via teach-pendant realizada on-line atravs de um teclado porttil, Figura 27,

que associado com os sensores acoplados ao rob, permite seu posicionamento em qualquer

ponto dentro do volume de trabalho do manipulador e seu end-effector. permitido tambm,

atravs deste controle, a interligao de outros equipamentos que esto na mesma sequncia

de execuo do manipulador facilitando assim a produo contnua de uma linha (ROSRIO,

2005).

Figura 27 - Teach-pendant (ROSRIO, 2005).

Programao via linguagem textual realizada on-line, onde o programador, atravs de uma

linguagem especfica, insere toda a sequncia de operao com as coordenadas respectivas.

Existem linguagens comuns, como Assembly e C++, assim como existem tambm linguagens

prprias, como o do fabricante ABB, com a Arla.Rapid, da Fanuc com a Karel, da IBM com a

Aml/2, da Seiko com a Darl4 e entre outros (MCCOMB, 2001).

35

2.1 MODELAGEM CINEMTICA DE ROBS

A modelagem cinemtica de robos o estudo da velocidade e da posio do efetuador e seus

ligamentos que distinguem em dois tipos bsicos conforme segue (GROOVER, 1998).

Cinemtica direta

Entende-se por cinemtica direta quando se deseja obter a posio e velocidade do efetuador

atravs da posio e velocidade das juntas previamente conhecidas, Figura 28.

Figura 28 - Esquemtico da estrutura de um manipulador (SPONG, HUTCHINSON e VIDYASAGAR, 2006).

A posio, , do efetuador obtida inicialmente pela coordenada da posio

inicial, que encontra-se na base do manipulador, . atravs desta referncia

que possvel conhecer a posio de cada articulao, , pelo uso de matrizes

homogneas em orientao atravs da orientao anterior . O mtodo para obter as

coordenadas relacionando duas articulaes foi elaborado por Denavit-Hartenberg, (SPONG,

HUTCHINSON e VIDYASAGAR, 2006).

36

Aplicao da notao de Denavit-Hartenberg

O algoritmo de Denavit-Hartenberg (D-H) oferece uma soluo metdica para obteno das

coordenadas e transformaes para todos os elos do manipulador (CORKE, 2012).

O mtodo D-H apresenta a posio e orientao do efetuador que obtido atravs da

coordenada referncia, Figura 29, sendo que a coordenada da junta sucessiva se refere a

coordenada anterior, resultando assim em uma matriz homognea 4x4, sendo necessrio

obedecer trs regras iniciais (ROMANO, 2002):

O eixo deve ser estabelecido ao longo do eixo de movimento da junta ;

O eixo normal ao eixo , apontando para fora dele;

Utilizando a regra da mo direita o eixo completa o sistema.

O comportamento cinemtico de um ligamento esta relacionado quatro parmetros da junta

a ser analisada, como demonstrado no exemplo da Figura 30.

Figura 29 - Algoritmo Denavit-Hartenberg (ROMANO, 2002).

37

Figura 30 - Sistema de coordenadas e ngulos para o rob PUMA (CUNHA, 2012).

Cinemtica inversa

Diferente da cinemtica direta a cinemtica inversa busca os valores das juntas que se

adaptam a uma configurao cartesiana, Figura 31. A complexidade se da pelo fato de poder

haver diversas solues ou mesmo nenhuma soluo para determinado problema. Outra

grande dificuldade a falta de uma metodologia central de aplicao da cinemtica inversa.

Alguns dos mtodos mais proeminentes (CORKE, 2012) so:

Transformaes inversas.

Matrizes duais.

Mtodos interativos.

Abordagens geomtricas.

Figura 31 - Relao entre cinemtica direta e inversa (FRANCHIN, 2013).

38

Matriz Jacobiana

A matriz jacobiana (ROSRIO, 2005) tem como principal funo relacionar as velocidades

no espao operacional com a velocidade das juntas, que so obtidas atravs da diferenciao

das expresses da cinemtica direta

em cada dimenso (X, Y e Z). Tal relao pode ser observada na Figura 32.

Figura 32 - Rob planar e suas expresses da cinemtica direta (SANTOS, 2004).

Obtendo assim sua forma matricial como demostrado:

Obtemos nesse capitulo o conhecimento terico necessrio para desenvolver o brao

manipulador. No prximo capitulo ser demonstrado como foram aplicadas as teorias

expostas.

39

3 PROJETO DO ROB MANIPULADOR DIDTICO

Foi adotada inicialmente a ideia de elaborar um manipulador cujas funes pudessem se

aproximar ao mximo do manipulador existente na Faculdade UCL, como demonstrado na

Figura 33. Porm, pretendeu-se fazer uma plataforma simples de ensino e com melhor

facilidade de manuseio e operao. Sendo assim, foram utilizadas as dimenses demonstradas

na Figura 34, que exibe a vista lateral e frontal do manipulador. A Figura 35 exibe a vista

superior e na Figura 36 o efetuador.

Para confeco da estrutura foi elaborado um esboo mostrado no apndice H, e enviado a

uma empresa, denominada Projetos Especiais, para usinagem e preparao das partes, o que

gerou bons resultados na aplicao dos acionamentos, das engrenagens e unio com as juntas

e seus graus de liberdade, devido ao material aplicado e ao acabamento realizado com

equipamentos profissionais.

Figura 33 - Brao manipulador didtico da UCL.

40

Figura 34 - Vista Frontal e Lateral.

41

Figura 35 - Vista Superior.

Figura 36 Efetuador.

42

3.1 ACIONAMENTOS DO ROB

Aps definio da dimenso e da disposio dos motores de acionamento foi necessrio a

especificao dos tipos de motores a serem aplicados a cada junta. Para isso, foram

especificados trs tipos de servomotores por serem compactos, precisos, possuir fcil

integrao com o circuito eletrnico adotado, serem robustos pelos seus tamanhos para as

devidas aplicaes facilitando o acoplamento e tambm por possurem um controle digital

interno de posicionamento conforme o sinal PPM3 recebido.

O servomotor SG90, Figura 37, possui o ngulo de trabalho entre 0 e 180 graus com a

velocidade mxima de giro igual a 60 graus a cada 0,12 segundos, alimentado a 5 volts.

Possui suas engrenagens de nylon que permitem um torque de 1,6kg / cm e um peso total de

9g , o que fica excelente para a aplicao nos elementos finais de braos robticos (TOWER

PRO, 2013).

Este tipo de motor foi aplicado em dois movimentos do brao robtico Spider, sendo um na

abertura e fechamento da garra e outro no giro da mesma.

Figura 37 - Motor SG90.

Outro modelo utilizado foi MG995, Figura 38, que um poderoso servomotor da TowerPro

com engrenagens de metal que compem o peso mximo deste motor de 65 gramas. Possui

um controle preciso de posio angular especificamente designado para aplicaes em

robticas que requerem alta qualidade com um range de operao entre 0 e 180 graus. O

torque dinmico deste servo de aproximadamente 15kg/cm o que atende perfeitamente o

3 Modulao por Posio de Pulso

43

projeto, que necessita de 14.66kg/cm conforme clculos apresentados no apndice I, o

servomotor MG995 tambm fornece a velocidade de 60 graus por 0,16 segundos a uma

alimentao de 5 volts e consumo maximo de corrente igual a 3 ampres (TOWER PRO,

2013).

Usando a biblioteca Arduino para servomotores possvel facilmente o controle de

posicionamento para ngulos requeridos por controle de sinais PPM com resoluo de 2 s e

range de largura de pulso positivo entre 400 s e 2550 s. A frequencia PWM4 mxima de

4khz.

Este modelo de servomotor foi aplicado em trs movimentos do brao robtico Spider, sendo

um no cotovelo, dois no obro devido ao torque requerido e um no giro da base.

Figura 38 Servomotor MG995.

Os servomotores citados foram posicionados conforme a Figura 39, de forma a executar os

movimentos desejados de um manipulador antropomrfico com as seguintes funcionalidades:

Motor 1: Abrir e fechar o efetuador;

Motor 2: Giro do efetuador;

Motor 3: Movimento do cotovelo;

Motor 4 e 5: Movimento do ombro;

Motor 6: Giro da base.

4 Modulao por Largura de Pulso uma tcnica utilizada para obter resultados analgicos por meios digitais. O

controle digital utilizado para criar uma onda quadrada, ou seja, um sinal chaveado entre ligado e desligado.

Este liga/desliga padronizado pode simular tenses entre 0Ve 5V, alterando a parcela de tempo que o sinal

utilizado associado ao tempo em que o sinal retirado. A durao deste tempo chamado de largura de pulso.

Para ter valores analgicos variando, alterada ou modulada a largura do pulso.

44

Figura 39 - Localizao dos servomotores.

3.2 PROCESSAMENTO

Dando prosseguimento ao projeto, foi definido um controlador que j possuisse toda a

interface para programao e aplicabilidade de entradas e sadas analgicas e digitais,

principalmente com o controle PWM.

O Arduino Duemilanove, Figura 40, uma placa microcontrolada baseada no Atmega 168 ou

Atmega 328. Esse possui tenso de entrada recomendada entre 7 e 12V, 14 pinos de entradas /

sadas digitais (Destas 6 podem ser utilizadas como sadas PWM), 6 entradas analgicas, um

cristal oscilador de 16 MHz, conexo USB, um plugue de alimentao, um conector ICSP e

um boto de reset. Possui todo o necessrio para suportar o microcontrolador, simplificar a

45

conexo com o computador via cabo USB ou alimentao do circuito com um adaptador AC /

DC. Ver diagrama esquemtico no anexo A.

Figura 40 Arduino Duemilanove.

Foi observado que o Arduino Duemilanove possui algumas particularidades que foram

descobertas durante a fase de testes com o comando de motores isolados conforme segue:

Uma fonte externa no USB pode ser conectada com um plugue de 2,1mm com centro

positivo para utilizar o adaptador direto disponvel na placa ou com uma conexo externa feita

pelos pinos Vin e GND, sendo a segunda aplicada ao projeto.

A interface pode operar com uma fonte externa entre 6 e 20V. Se o fornecimento de energia

for inferior a 7V, entretanto, o pino de 5V pode fornecer menos de cinco volts e o circuito

apresentar instabilidade. Se utilizar mais que 12V, o regulador de tenso pode sobreaquecer e

danificar a placa. O recomendado um range entre 7 e 12V, sendo o aplicado na entrada de

alimentao igual a 12V e nas entradas digitais e analgicas especficas de 5V.

O Arduino Duemilanove possui um polifusvel resetvel que realiza a proteo da porta USB

de sobrecorrentes. Se mais de 500mA for aplicado a porta USB, o fusvel ir automaticamente

romper a comunicao antes que a sobrecarga seja danosa.

Alm destes citados alguns pinos possuem funes especiais como:

0 (RX) e 1 (TX). Utilizados para receber e transmitir dados seriais TTL. Estes pinos so

conectados aos correspondentes pinos FTDI USB para TTL do chip serial, utilizado para

comunicao direta com o mdulo JY-MCU.

3, 5, 6, 9, 10 e 11. Disponibilizam 6 portas com possibilidade de sada PWM.

46

A0, A1, A2, A3, A4 e A5: Entradas analgicas que providenciam 10 bits de resoluo

(1024 valores diferentes). Por default eles medem de 0V a 5V, sendo possvel alterar o

range utilizando o pino de AREF ou a funo analogReference.

Para atender a necessidade de demonstrar o status do rob e o ngulo das juntas o hardware

de impresso de dados utilizado ser o display LCD JHD 162, Figura 41. Baseado no chipset

Hitachi HD 44780 para matriz de pontos. Sendo possvel exibir 240 caracteres alfanumricos

diferentes. O LCD possui escrita composta por duas linhas com mximo de 16 caracteres

cada, alm da funo backlight, que significa a utilizao de um LED para iluminao dos

caracteres de leitura.

A especificao bsica deste display uma alimentao de 5V, clock interno de 2Mhz,

suporte a 4 ou 8 bits, memria RAM para 80 caracteres e reset automtico a cada

inicializao.

Figura 41 Display JHD-162A.

Foi especificada para este projeto, uma fonte de alimentao ATX modelo 500 P42S, Figura

42. Esta possui potncia mxima de 220W, para uma entrada de 115 VCA, 60Hz e consumo

mximo de 6A. Possui sada CC de 5V com capacidade de 18A a potncia de 100W e 12V

com capacidade de 12A a potncia de 104w, sendo capaz de alimentar a plataforma Arduino e

os motores conforme especificaes recomendadas. Veja no apndice B tabela de clculo de

corrente.

47

Figura 42 - Fonte ATX - 220W.

3.3 COMUNICAO

Foram concebidas algumas formas de comunicao entre o operador e o rob, como via USB

e Bluetooth.

USB

O Universal Serial Bus (USB) exatamente o que o nome expressa, ou seja, um barramento

universal serial desenvolvido entre um consrcio de vrias empresas como Microsoft, Apple,

HP, Intel, entre outras com o objetivo de interligar diversos equipamentos em uma porta de

comunicao nica e de simples utilizao pelo usurio mais imaturo em relao a

computadores pessoais. A concepo de desenvolvimento ocorreu aps o surgimento da

topologia plug and play (PnP) e a necessidade de interligar dispositivos perifricos para

usurios de PCs que no possuam familiaridade com a parte interna de um computador,

sendo a partir de ento os perifricos conectados e imediatamente utilizados sem dificuldades.

Atualmente existem trs tipos de conexo USB sendo a 1.1 com velocidade mxima de

transmisso de dados de 12 Mb/s, a USB 2.0 com velocidade de 480 Mb/s e a USB 3.0 com

4,8 Gb/s.

A comunicao USB ser utilizada no projeto para a transferncia de dados do IDE Arduino

para o microcontrolador via interface Arduino.

48

Bluetooh

O Bluetooth um protocolo de transmisso de dados a curta distncia via faixa de frequncia

ISM centrada em 2,45 GHz. Cada dispositivo possui seu endereo de 48 bits no formato

00:00:00:00:00:00 normalmente exibidos com o nome dos dispositivos por default. Para

iniciar uma comunicao necessrio o pareamento entre o mestre que fornece a senha e o

escravo que insere a senha para comprovao de amizade para transferncia de dados, sendo

estes salvos at que os usurios alterem as configuraes, tambm e possvel a alterao entre

mestre e escravo entre o pareamento de mais dispositivos.

Neste projeto a comunicao sem fio entre o celular ou computador e o microcontrolador ser

atravs do modulo Bluetooth JY-MCU.

O mdulo JY-MCU, Figura 43, possui a caracterstica ideal para associao com o Arduino.

Contm um regulador de tenso que permite a alimentao entre 3,3 e 5V, LED de indicao

de pareamento e comunicao, baud rate de 4800 / 9600 / 38400 / 57600 / 115200 / 230400 /

460800 / 921600, suporte em modo mestre e escravo, velocidade sncrona de 1Mbps, alcance

mximo de 10 metros e perfil serial Bluetooth. Veja no apndice E o modo de configurao

prvia do mdulo.

Figura 43 Mdulo Bluetooth JYMCU.

49

4 ROB MANIPULADOR SPIDER

O brao projetado possui quatro juntas rotacionais, sendo a primeira com o giro de 180 graus

da base, a segunda com o movimento de giro de 180 graus do ombro, a terceira com o

movimento de giro de 180 graus do cotovelo e a quarta acoplada garra articulada com

movimento de rotao de 90 graus. A garra possui, tambm, abertura e fechamento.

Consequentemente, o brao robtico possui quatro graus de liberdade e classificao como

rob articulado. Estes dados podem ser observados na Figura 44.

Figura 44 Graus de liberdade brao manipulador Spider.

O rob manipulador Spider possui um volume de trabalho, e sua determinao foi dada por

(Figura 45):

50

Figura 45 - Links manipulador Spider.

A razo entre a rea relativa de robs com articulao vertical 33,51 sendo esta utilizada no

clculo.

Como os motores so limitados a 180 Graus:

Ou seja,

O Espao de trabalho do rob Spider esfrico com volume da area de trabalho aproximado

de (Figura 64).

51

4.1 MODELAGEM CINEMTICA DO BRAO ROBTICO SPIDER

Inicialmente, foi elaborada a modelagem cinemtica do manipulador Spider utilizando o

mtodo Denavit-Hartenberg, resultando nas coordenadas de acordo com Figura 46.

Figura 46 Esquema grfico de coordenandas Denavit-Hatemberg.

Com a tabela elaborada a partir do algoritimo D-H obtm-se as matrizes de transformao

homognea de cada junta,

52

Foi utilizado o vetor de entrada com os ngulos de cada junta conforme abaixo para

verificao e simulao de resultados:

Atravs da multiplicao das matrizes homogneas de cada junta, obteve-se ento a matriz de

posio-orientao final . Na Figura 47 demonstrado como os dados de rotao,

orientao, perspectiva e escala so distribudos na referida matriz.

A matriz relaciona por sua vez o sistema de coordenadas da base com o sistema de

coordenadas do efetuador para a configurao do rob manipulador Spider.

53

Figura 47 - Distribuio dos dados na matriz de posio-orientao final.

Utilizando os parmetros obtidos pelo algoritimo de D-H no Robotic Toolbox (CORKE, 2011)

no Matlab verso 7.12.0 tambm foi obtida a matriz de transformao homognea para o

mesmo vetor de entrada .

Com isso pde-se verificar que a matriz idntica ao mtodo D-H, utilizado anteriormente,

reforando a validade dos dados. Tambm foram testados outros vetores de entrada com

valores aleatrios e os resultados obtidos sempre foram idnticos.

Com o mesmo Toolbox foi construido o modelo computacional do rob manipulador Spider,

que possibilitar variadas anlises e experimentaes, sem que sejam alterados componentes

fsicos no rob, podendo assim manter o baixo custo nos experimentos.

Como entrada, o modelo utiliza os parmetros Denavit-Hatenberg (Tetha, D, A, Alpha), como

pode ser observado no trecho de cdigo:

>> startup_rvc

>> L(1) = Link([0 0.147 0 pi/2 0]);

>> L(2) = Link([0 0 0.122 0 0]);

>> L(3) = Link([0 0 0 pi/2 0]);

>> L(4) = Link([0 0.333 0 0 0]);

>> robo = SerialLink(L, 'name', 'Rob Spider')

54

j theta D A alpha

1 Q1 0.147 0 1.571

2 Q2 0 0.122 0

3 Q3 0 0 1.571

4 Q4 0.333 0 0

O Matlab gera uma nova tabela de dados baseada nos mesmos dados D-H com o comando

SerialLink , com base nessa tabela cria o rob nas configuraes especificadas.

Com a mesma ferramenta foi extrada a matriz Jacobiana que relaciona as velocidades das

juntas com a velocidade espacial do efetuador.

Com isso, foi obtido o modelo computacional, conforme a Figura 48 e Figura 49, que tambm

pode ser perfeitamente controlado atravs de comandos prprios do Matlab. Veja apndice I.

55

Figura 48 - Modelo computacional do rob manipulador Spider.

Figura 49 - Modelo computacional rob manipulador Spider.

56

4.2 METODOS DE PROGRAMAO APLICADOS AO ROB SPIDER

aplicado no brao robtico Spider uma programao principal que a existente no

microcontrolador utilizado na interface Arduino. Esta programao baseada na linguagem

textual especfica da plataforma utilizada e que constitui a idia pincipal do programador de

hardware (Apndice A). Existe tambm uma programaco do programador-operador do brao

robtico. Esta baseada na idia da programao por Teach-Pendant, porm com uma

particularidade aplicada ao rob Spider. Esta programao secundria se baseia no

posicionamento via controle analgico ou digital, registros dos ngulos dos servomotores e

insero posterior conforme seleo de modo de operao.

Ao selecionar a operao por modo contnuo ser solicitado insero dos ngulos de cada

junta, logo aps inserir os dados o rob inicializar a rotina de repetio conforme a

quantidade tambm fornecida. importante lembrar que a sequncia de movimentos se baseia

sempre da base para o elemento final, ou seja, ao realizar a programao o brao robtico ir a

uma posio default e logo aps iniciar o giro, seguindo o acionamento do ombro, cotovelo,

giro do pulso, abertura e fechamento da garra respectivamente.

A elaborao da programao foi feita no Ambiente Integrado de Desenvolvimento (IDE) do

Arduino, que derivado de projetos com linguagem de programao de cdigo aberto para

plataforma de prototipagem eletrnica de hardware livre, composta por um microcontrolador

de placa nica. Possui uma aplicao multiplataforma escrita em Java e esquematizada para

introduzir pessoas no acostumadas com ambientes de programao e desenvolvimentos de

softwares. Para isto, o editor possui caractersticas e ferramentas de apoio ao desenvolvimento

de software, recursos de identificao automtica, parnteses correspondentes, realce de

sintaxe e capacidade de compilao simples que exibe a um click o ponto de defeito caso

exista.

Para realizar um programa funcional so exigidos apenas duas funes chamadas de Setup(),

que inserida no incio do programa e usada para inicializar a configurao, e Loop(), que

utilizada para repetir um bloco de comandos ou esperar at o desligamento do mesmo. Para

programadores mais familiarizados possivel atravs da biblioteca Wiring/Processing5 a

5 uma linguagem de programao aberta com base na linguagem C/C++, possui recursos como classes e

objetos alm de bibliotecas para simplificao de cdigo.

57

capacidade de programar em C/C++ que a base de programao utilizada na plataforma

Arduino.

Para elaborao dos testes das lgicas dos programas elaborados foi observado que no existia

um software especfico para simulao da plataforma Arduino, sendo assim, foi utilizado o

software Proteus6, que exige a instalao de uma biblioteca especfica, alm de uma

particularidade para upload da lgica dentro do microcontrolador utilizado pelo programa,

conforme tutorial presente no apndice D.

4.3 INTERFACES

Com o ideal de ter o manipulador com facilidade de transporte, foram adaptados na base do

brao robtico Spider as conexes fmeas. Para a adaptao com a fonte de alimentao foi

utilizado um conector de 4 pinos conforme Figura 50, fixado prximo ao plug 2,1mm de

alimentao 12VCC alternativa e porta USB acoplada na plataforma Arduino.

Figura 50 Conectores.

No projeto foram adotadas vrias possibilidades de comando do manipulador, tais como

controle analgico, controle via teclado, controle via celular, autnomo e exoesqueleto. Cada

comando possui sua particularidade e sua lgica de programao especfica conforme

detalhadas a seguir.

6 um software que contm uma vasta biblioteca de componentes eletrnicos com uma excelente facilidade de

interligao que pode ser utilizado para simulao de circuitos eletrnicos e elaborao de circuitos impressos.

58

4.3.1 Controle Analgico

O controle analgico, demonstrado na Figura 51, foi elaborado a partir de um Joystick

especfico do videogame Play Station 2. Aproveitando a estrutura do mesmo, foram retirados

todos componentes eletrnicos, vedada as cavidades com massa plstica, aguardado

enrrigecimento e logo aps realizado pintura na cor prata.

Os potencimetros de 5 K responsveis pelos comandos analgicos foram fixados atravs

de dois furos, sendo um responsvel pela adaptao da parte mvel e outro para travamento

da parte fixa.

A conexo com o microcontrolador foi realizada via cabo de par tranado UTP CAT 5E com

um conector modular RJ45 macho, sendo o conector fmea fixado na base fixa do

manipulador (Figura 52) e diretamente ligado s entradas analgicas, alimentao e comum

respectivamente conforme padro seguite:

Verde = VCC; B. Laranja = A2;

B. Verde = GND; Laranja = A3;

B. Azul = A0; Marron = A4;

Azul = A1; B. Marron = No usado.

Figura 51 Controle anlgico.

59

4.3.2 Controle Via Teclado

O controle via teclado diretamente aplicado via comando por comunicao serial, realizada

especificamente pela conexo USB. Os dados trabalhados cumprem a lgica de tratamento

conforme o padro a seguir:

Caracter a = Comando de abre garra;

Caracter q = Comando de fecha garra;

Caracter s = Comando de giro anti horrio do pulso;

Caracter w = Comando de giro horrio do pulso;

Caracter d = Comando de abaixa cotovelo;

Caracter e = Comando de sobe cotovelo;

Caracter f = Comando de abaixa ombro;

Caracter r = Comando de sobe ombro;

Caracter g = Comando de giro anti horrio da base;

Caracter t = Comando de giro horrio da base.

4.3.3 Controle Via Celular

Para o controle via celular utilizado um aplicatido denominado Microcontroller BT. Este

aplicativo permite o pareamento do mdulo Bluetooth JY-MCU com o celular e logo aps a

elaborao de diferentes comandos selecionados e tratados na lgica de qualquer

microcontrolador. Veja no apndice F para configurao do aplicativo.

A comunicao aps o pareamento unidirecional, ou seja, o celular somente envia dados a

serem tratados na lgica que recebe sempre dois bytes, sendo o primeiro para discriminar qual

e a porta utilizada e o segundo para escrever o valor especfico entre 0 e 255, que corresponde

de 0 a 180 graus, no acionamento da base, ombro e contovelo, e de 0 a 90 graus no pulso e

60

garra. possvel o retorno de dados ao celular, porm no aplicado ao projeto. As portas

digitais utilizadas para comando via celular so:

3 = Comando da garra;

5 = Comando do pulso;

6 = Comando do cotovelo;

9 ou 10 = Comando do ombro;

11 = Comando da base.

Para evitar conflitos de transmisso e recebimento de dados foi instalado na base do

manipulador uma chave on/off para ligar e desligar o mdulo Bluetooth, sendo ligado apenas

quando necessrio utilizar o comando via celular, conforme Figura 52. Foi tratado tambm em

lgica, um contexto especfico para os pinos RX e TX, salvaguardando o conflito de dados

entre comunicao USB e Bluetooth.

Figura 52 Conector modular e chave de acionamento para o bluetooth.

4.3.4 Controle Autonmo

O controle autnomo segue o princpio de funcionamento do controle via teclado, porm sua

lgica de tratamento segue a condio de recebimento de valores correspondentes tabela

ASCII. Inicialmente so inseridos os valores de referncia iniciais das juntas, logo aps os

valores de referncia finais das juntas e por fim o nmero de repeties desejadas, iniciando

assim, o ciclo de repeties.

61

4.3.5 Controle Via Exoesqueleto

Para o comando via exoesqueleto demonstrado na Figura 53, foi elaborado uma estrutura em

EVA7 que acoplada ao corpo, mais precisamente ao brao, reproduz os movimentos

especficos correspondentes ao brao humano. Para os comandos foi elaborado uma base

semelhante a do controle analgico sendo utilizado o conector modular RJ45, cabo UTP e

potencimentros de 5K.

Para que a estrutura montada reproduza os movimentos foram utilizadas chapas de alumnio

para acoplar a parte fixa dos potencimentros ao corpo e arames rgidos fixados na parte

mvel para realizar os movimentos de dobra das juntas do brao humano. A adaptao ao

corpo feita atravs da flexibilidade do EVA com o ajuste travamento via velcro.

A conexo com as entradas analgicas seguem o padro de conexo eltrica do controle

analgico e as seguintes reprodues associadas ao corpo humano:

Movimento do dedo mnimo = Abre e fecha garra;

Movimento do pulso = Giro horrio e anti-horrio do pulso do manipulador;

Movimento do cotovelo = Elevao e abaixamento do cotovelo do manipulador;

Movimento de flexo e extenso do ombro = Elevao e abaixamento do ombro do

manipulador;

Movimento pina digito-digital = Giro horrio e anti-horrio da base do manipulador.

7 uma mistura de alta tecnologia de Etil, Vinil e Acetato. uma borracha no-txica que pode ser aplicada em

diversas atividades.

62

Figura 53 Exoesqueleto.

4.3.6 Modos de exibio e acabamento

possvel acompanhar todos os comandos acima citados via serial monitor do IDE Arduino

ou via software X_CTU8 na aleta Terminal e/ou via display. Para melhor aplicabilidade do

display conforme a Figura 54, foi instalado na base do manipulador, dois potencimentros

para ajuste de brilho e contraste respectivamente. As conexes dos pinos do display seguem

da seguinte forma:

1 = GND (Comum) 9 = No usado

2 = VCC (Alimentao 5V) 10 = No Usado

3 = Potencimetro 1 11 = Pino digital D8 do Arduino

4 = Pino digital D13 do Arduino 12 = Pino digital D7 do Arduino

5 = GND 13 = Pino digital D4 do Arduino

6 = Pino digital D12 do Arduino 14 = Pino digital D2 do Arduino

7 = No usado 15 = Potencimetro 2

8 = No usado 16 = GND

8 Software inicialmente desenvolvido para o teste de rdios e modems de comunicao. Possui uma plataforma

simples de utilizao para diversas aplicaes que envolvam envio e recebimento de dados via porta de

comunicao virtual COM.

63

Figura 54 Exibio dos parmetros rob Spider.

Para realizar o acabamento do brao robtico Spider foi utilizado um organizador para cabos

flexvel em espiral que permite envolver todos os cabos que saem dos motores e conectores.

Com isto finalizado o contexto prtico do projeto conforme Figura 55.

Figura 55 Manipulador didtico Spider.

64

5 PROBLEMAS ENCONTRADOS

Como todo projeto, a fase inicial de especificaes e de definies geram muitas dvidas

sobre quais as melhores ferramentas e componentes a serem utilizados e sendo assim neste

projeto no foi diferente.

Inicialmente vrios tipos de materiais foram propostos para a estrutura, foi utilizada a tcnica

Brain Storm9 para seleo do material, posteriormente atravs de pesquisa foi encontrado em

outro estado brasileiro um fornecedor de acrlico que realizava cortes conforme necessidade

do cliente. Com esta informao e os objetivos definidos foram realizados os primeiros

esboos do manipulador.

Para compra dos motores foram encontradas vrias dificuldades, como podemos citar que o

mercado na grande Vitria no disponibiliza um mnimo de variedades de servomotores, o

que levou realizar as aquisies via internet e por mais de uma vez ocorreu de envio de motor

fora do especificado ou com funcionamento irregular.

Para elaborao das conexes do Arduino no foi encontrado no mercado um conector

especfico e sendo assim foi necessrio realizar a adaptao de outros tipos j existentes.

Aps a aquisio da fonte foi observado que o fornecedor realizou o enviou fora do

especificado e com isto fez-se necessrio a adaptao de uma chave on / off para facilitar o

ligamento e desligamento de todo circuito.

Para confeco do controle analgico tambm no foi encontrado no mercado um molde com

adaptao simples, o que levou a confeo conforme descrito anteriormente.

9 uma tcnica gerncial que visa utilizar ao mximo a criatividade dos participantes a fim de gerar diversas

solues e idias.

65

6 TESTES E RESULTADOS

Foram realizados testes de preciso e repetibilidade com o rob Spider. Inicialmente foi

acoplado uma caneta na garra para realizar marcaes em uma folha de papel A4 a fim de

verificar, com uma sequncia de comandos pr-definidos, a capacidade de atingir alvos

selecionados.

No primeiro teste foi demarcada a posio da base do rob Spider em relao a um ponto

definido com as coordenadas X = 0mm , Y = 500mm , Z = 40mm, como demonstrado na

Figura 56. A partir dessas coordenadas utilizando o modo celular de manuseio foi posicionado

o brao onde desejado e em seguida visualizando o display foram colhidos os ngulos das

juntas para alcanar essa posio no espao conforme Tabela 1. Utilizando o modo de

comando autnomo foi realizado o experimento que visava verficar a capacidade do rob

Spider em alcanar essa posio em diversas repeties.

Figura 56 - Coordenadas de teste.

66

Tabela 1 - Coleta de dados dos ngulos no teste 1.

Junta ngulo inicial ngulo Final

Ombro_Giro 126 41

Ombro 126 3

Cotovelo 3 126

Pulso 99 99

Garra 3 3

Fonte: Prpria.

Foram efetuadas dez repeties e colhidos os seguintes dados demonstrados na Tabela 2 e

exibidos na Figura 57 e Figura 58:

Tabela 2 - Coleta de dados do teste 1.

N Repetio Distncia do alvo (mm)

1 2

2 4

3 6

4 10

5 12

6 14

7 8

8 10

9 3

10 1

Mdia 7

Desvio padro 4,24

Fonte: Prpria.

67

Figura 57 - Teste de preciso.

Figura 58 Resultados do teste 1.

68

O segundo teste consistiu em traar um ponto em uma folha de papel A4, utilizando o modo

de comando via exoesqueleto. Com a caneta j posicionada no papel foram realizadas dez

elevaes das juntas do ombro e cotovelo simultaneamente com intuito de verificar a variao

das marcaes a partir da primeira marcao realizada, tendo os resultado conforme a Tabela

3 e exibidos na Figura 59.



1 6

2 5

3 5

4 5

5 4

6 2

7 3

8 2

9 10

10 2

Mdia 4,4

Desvio padro 2,33

Fonte: Prpria.

69


70

O terceiro teste consistiu em traar uma linha em uma folha de papel A4, utilizando o modo

de comando via teclado. Com a caneta j posicionada no papel foram realizados dez

movimentos de giro na base, verificando assim as variaes em relao primeira marcao

realizada. Obtendo os resultados descritos na Tabela 4 e exibidos na Figura 60.

Tabela 4- Coleta de dados do teste 3.


1 5

2 1

3 1

4 1

5 1

6 2

7 3

8 4

9 4

10 4

Mdia 2,6

Desvio padro 1,49

Fonte: Prpria.

71


72

O quarto teste consistiu em traar uma linha em uma folha de papel A4 utilizando o comando

via controle analgico. Com a caneta j posicionada no papel foram realizados dez

movimentos de giro na base seguidos por elevao, verificando assim a capacidade de

repetio dessa ao.

Aps dez repeties foram coletados os dados descritos na Tabela 5 e exibidos na Figura 61.



1 6

2 5

3 7

4 7

5 8

6 2

7 4

8 2

9 1

10 1

Mdia 4,3

Desvio padro 2,53

Fonte: Prpria.

73

Figura 61 - Resultados do teste 4.

Aps a realizao dos testes e levantamentos dos resultados foi observado eficcia dos

movimentos com um desempenho significativo na repetibilidade dos movimentos analisando

a preciso da posio e da trajetria nos diversos modos de comando. Sendo elaborado o

datasheet do rob manipulador Spider conforme apndice K.

74

7 CONCLUSO

O projeto do brao manipulador didtico proporcionou aos autores experincias nas mais

diversas fases de desenvolvimento de um projeto acadmico, desde a concepo at a

resoluo de problemas estruturais e conceituais. Tendo sido alcanado o objetivo principal de

desenvolver o brao manipulador didtico totalmente funcional mantendo o baixo custo e

operando com vrias interfaces de comando, podendo assim ser facilmente utilizado como

plataforma de ensino auxiliando na fixao e experimentao dos diversos conceitos de

robtica. Em especial as formas de comando foram um desafio parte onde a criatividade dos

autores foi posta a prova tendo em vista o desejo de criar dispositivos de controle com

operaes intuitivas com potencial aplicao industrial, onde o comando atravs de celular

demonstrou ser uma soluo com alto potencial de aplicabilidade tendo em vista a

possibilidade de o operador intervir facilmente na operao e o comando atravs de

exoesqueleto e controle analgico pode ser uma soluo para operaes por tempo

prolongado de aspecto dinmico onde os parmetros podem mudar sendo necessrio o

operador humano, operaes com aspecto esttico onde os movimentos so repetitivos o

comando autnomo sem duvidas a melhor opo dentre as apresentadas nesse projeto. O

arduino mostrou ser uma potente ferramenta para os mais diversos tipos de utilizao, com

fcil aplicao didtica o que reafirmou a necessidade da sua utilizao no projeto do brao

manipulador didtico.

As tcnicas de gerenciamento como, por exemplo: PDCA10

e Brain Storm foram amplamente

utilizadas e se mostraram de grande valia nas tomadas de deciso.

Com este projeto esperamos ter contribudo para o aperfeioamento das prticas de robtica e

incentivar sua aplicao e pesquisa pelos discentes da UCL.

10 uma tcnica gerncial que tem uma proposta cclica para desenvolvimento de projetos, do

ingls: Plan (planejar), Do (fazer), Check (Checar), Act (Agir).

75

7.1 SUGESTES FUTURAS

Como sugestes futuras prope se os seguintes incrementos neste projeto:

Elaborao de comando por viso computacional que incrementaria uma gama de

conhecimentos tericos que podem tornar esta ferramenta tambm til para esta rea do

conhecimento;

Elaborao de comando atravs de um modelo virtual com interface grfica onde os

movimentos em um modelo virtual fossem replicados no manipulador, elevando assim a

quantidade e diversidade de comandos abrangendo ainda mais reas de conhecimento;

Elaborar ferramentas para atividades como soldagem e pintura para serem aplicadas no rob,

podendo assim gerar experimentos que reproduziriam atividades comuns de operao de

robs manipuladores;

Elaborar um projeto operao conjunta com a esteira didtica da UCL refletindo assim uma

operao usual dos robs manipuladores;

Conectar ao MATLAB, permitindo que seja utilizado o poder computacional de um

computador pessoal para a implementao de controladores acoplados, aplicando a

modelagem cinemtica aqui descrita.

Incluir sensores de posio articular (encoders) a fim de permitir um controle mais complexo.

76

BIBLIOGRAFIA

ABB. ABB, 04 Dezembro 2012. Disponivel em:

. Acesso em: 04 Dezembro 2012.

ADMINISTRAO RENAULT. Robots. Renault. [S.l.]. 1979.

ALFRANCI SANTOS, M. J. E. H. L., 2005. Disponivel em:

. Acesso em: 01

Dezembro 2012.

ALL ON ROBOTS. All On Robots. All On Robots, 2012. Disponivel em:


ANGELES, J. Fundamentals Of Robotics Mechanical Systems. Montreal, Quebec H3A

2K6, Canada: Springer, 2002.

ASSOCIATION FRANAISE DE ROBOTIQUE (AFRI). ASSOCIATION FRANAISE

DE ROBOTIQUE (AFRI). L'A.F.N.O.R NF.E, 1986. 61-100.

CORKE, P. Robotics, Vision & Control. [S.l.]: SPRINGER, 2012.

CUNHA, F. Notas de aula da Disciplina Princpios de robtica, 2012. Disponivel em:

. Acesso em: 30 Agosto 2012.

FAYAN, B. L. Estudo e especificao de um supervisor de controle para um rob

industrial. Campinas. 1992.

FERREIRA, C. V. Manipulador Semi-Passivo para apoiar atividadesde veiculos

Submarinos. [S.l.]. 2006.

FRANCHIN, M. N. Robotica. [S.l.]. 2013.

GROOVER, M. P. Robtica Tecnologia e Programao. [S.l.]: McGraw-Hill, 1998.

HTTP://WWW.INMETRO.GOV.BR/CONSUMIDOR/UNIDLEGAISMED.ASP.

INMETRO, 10 out. 2012.

INDUZZI, R.; DUTRA, E. D. A. PROJETO DO SISTEMA DE CONTROLE DE

POSIO DE MOTORES DO ROB MANIPULADOR DIDTICO DA UCL. UCL.

Serra. 2009.

INTELLIGENT ROBOTICS AND COMMUNICATION LABORATORIES. Geminoid, 10

Dezembro 2012. Disponivel em: . Acesso

em: 10 Dezembro 2012.

INTERNATIONAL FEDERATION OF ROBOTICS. IFR, 2012. Disponivel em:


77

MARSH, P. Robots. [S.l.]: Crescent, 1985.

MCCOMB, G. The robot Builders Bonanza. New York: McGraw-Hill Companies, 2001.

MOREIRA, A. E. O Uso da GoGo Board no Ensino da Robtica. UCL. Serra. 2005.

MOREIRA, A. L. V.; CUNHA, P. L. R. Plataforma Robtica Mvel Terrestre com seis

pernas Hibridas. UCL. Serra. 2010.

NATIONAL INSTRUMENTS. National Instruments, 2013. Disponivel em:


NITZAN, D. Development of intelligent robots. [S.l.]: IEEE Journal of Robotics and

Automation , 1985.

ORGANIZAO INTERNACIONAL DE NORMATIZAO. http://www.iso.org/. ISO,

1982. Acesso em: Dezembro 2013.

QUARESMA, B. J. C. Projeto Mecnico para a Construo de um Manipulador

Robtico Articulado. [S.l.]. 2005.

RASCAL. RASCAL. www.robix.com, 2013. Disponivel em:

. Acesso em: 28 ABRIL 2013.

REBOUAS, F. Homen vitruviano. http: //www.infoescola.com/desenho/o-homem-

vitruviano/, 09 ago. 2009. Acesso em: 30 ago. 2012.

REVISTA GALILEU. Revista Galileu, 2012. Disponivel em:

. Acesso em: 10 Outubro 2012.

RIBEIRO, H.; NASCIMENTO, J.; QUEIROS-NETO, J. Simulador de cinemtica direta de

um rob didtico , 2010.

ROBOT INSTITUTE OF AMERICA ( RIA). Robots Definitions, 1979.

ROMANO, V. F. Robtica Industrial. Aplicao na Indstria de Manufatura e de

Processos. Sa Paulo: [s.n.], 2002.

ROSRIO, J. M. Principios de mecatrnica. So Paulo: Pearson, 2005.

SANTOS, A. F.; JUNIOR, M. G.; LOPES, H. S. Cinemtica inversa de trajetorias de

manipuladores roboticos redundantes utilizando algoritimo gentico com reduo

progressiva do espao de busca. CEFET- PR. Curitiba. 2005.

SANTOS, V. M. Robtica Industrial. [S.l.]: [s.n.], 2004.

SARAIVA, J. et al. Sistema de Controle Serial e Tapete Sensorial aplicado em manipulador

robtico articulado, Belm, 2009.

78

SEBRAE. Sebrae Mercados. Sebrae, 2013. Disponivel em:

. Acesso em: 22 Fevereiro 2013.

SILVA, R.; CABRAL, R.; CARVALHO, H. Tcnicas e linguagens de programao de

robs. Viseu: [s.n.], 2001.

SPONG, M. W. &. V. Control, Robot Dynamics and. [S.l.]: [s.n.], 1989.

SPONG, M. W.; HUTCHINSON, S.; VIDYASAGAR, M. Robot Modeling and Control.

[S.l.]: Wiley, 2006.

TESTI, L. B. Controlador Fuzzy com Aprendizado Aplicado em Manipuladores

Hidrulicos. UFRJ. Rio de Janeiro. 2005.

TOWER PRO. Tower Pro. http: //www.towerpro.com.tw/, 2013. Disponivel em:


UFMG, D. Aspectos Construtivos de Robs. ftp:

//ftp.demec.ufmg.br/lrss/Robotica_Graduacao_Pos/Aula2B_tiposderobos.pdf, 2013.

Disponivel em:

. Acesso

em: 10 Dezembro 2013.

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL. Desenvolvimento de um

manipulador Robtico Cilindrico acionado pneumticamente. Universidade Federal do Rio

Grande do Sul, 2012. Disponivel em:

. Acesso>.

Acesso em: 28 Agosto 2012.

79

8 APNDICES

APNDICE A CDIGO DO MICROCONTROLADOR

#include //inclui a biblioteca Servo.h

#include //Define a utilizao da biblioteca para controle de telas LDCs.

#include

SoftwareSerial RoboSpiderSerial(0,1);

char dados;

int key;

int cmd = 0;

int JYMCU = A5;

int JYMCU_AUX = 0;

Servo Garra;

Servo Pulso;

Servo Cotovelo;

Servo Ombro_1;

Servo Ombro_2;

Servo Ombro_Giro;

int val_Garra;

int val_Pulso;

int val_Cotovelo;

int val_Ombro;

int val_Ombro_Giro;

int val_Garra_Aux;

int val_Pulso_Aux;

80

int val_Cotovelo_Aux;

int val_Ombro_Aux;

int val_Ombro_Giro_Aux;

int incremento = 1; // Incremento do servo (Maior valor = maior velocidade, Menor

valor = Mais preciso)

int minPulso_Garra = 90; // Posio (angular) mnima do servo da Garra

int maxPulso_Garra = 180; // Posio (angular) mxima do servo da Garra

int largura_pulso_Garra = 0; // Largura do Pulso do servo (PWM) da Garra

int minPulso_Pulso = 0; // Posio (angular) mnima do servo de Giro do Pulso

int maxPulso_Pulso = 100; // Posio (angular) mxima do servo do Pulso

int largura_pulso_Pulso = 0; // Largura do Pulso do servo (PWM) do Pulso

int minPulso_Cotovelo = 0; // Posio (angular) mnima do servo de Giro do Cotovelo

int maxPulso_Cotovelo = 180; // Posio (angular) mxima do servo do Cotovelo

int largura_pulso_Cotovelo = 0; // Largura do Pulso do servo (PWM) do Cotovelo

int minPulso_Ombro_1 = 0; // Posio (angular) mnima do

tcc_final.pdf

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