ATLAS
Dep. de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro
ATLAS
Robot móvel para competição no ROBOTICA 2003
Realizado por:
José Luís Silva
José Miguel Gomes
Orientado por:
Prof. Dr. Vitor Santos
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Objectivos:
O objectivo principal é o desenvolvimento
de um robot móvel para competir na classe de
Universidades e Institutos politécnicos do
Festival Nacional de Robótica – ROBOTICA2003.
A tarefa principal é a de seguir um percurso
em forma de estrada com diversas perturbações
como cruzamento, passadeira, semáforos, ou
túnel.
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Regulamento:
- Dimensões e geometria da pista;
- Visão artificial;
- Obstáculos a ultrapassar:
• Passadeira
• Semáforos
• Linhas da pista
• Túnel
• Parque de estacionamento
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Problemas principais:
- Concepção;
- Estrutura e componentes mecânicos;
- Percepção;
- Controlo.
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Sistemas de tracção e direcção:
Sistema de tracção e direcção comum:
- Direcção e tracção realizada por dois motores (diferença de vel. angulares)
-
Maior manobrabilidade
- Possibilidade de girar 360º sobre si próprio
- Maior limitação na distribuição do peso (momentos de inercia).
Motor 1
Motor 2
Roda livre
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- Sistema de tracção e direcção na mesma roda:
- Obriga à utilização dos motores de tracção e direcção
no mesmo eixo.
- Solução abandonada face aos nossos objectivos ao nível
concepcional.
Motor de direcção
Motor de tracção
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- Sistema de tracção e direcção independentes:
-
Mecanicamente mais complexo
Obriga ao uso de um diferencial mecânico
É uma ideia inovadora neste tipo de concurso
Mais aliciante devido ao desafio imposto
A direcção é feita à frente
Permite uma distribuição de peso mais flexível
Direcção
Diferencial mecânico
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Geometria e design do robot:
- Forma (circular, ovalada, quadrada, hexagonal);
- Estética (beleza);
- Dimensões físicas do robot (largura da pista e
momentos resultantes);
- Centro de massa (abaixamento em relação ao
solo).
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Tipos de materiais utilizados e estrutura:
-
Madeira (pisos);
Alumínio com ligações soldadas (estrutura);
Material compósito (casquilhos e calços);
Aço (suportes do diferencial);
Zinco, nylon e acrílico (suportes).
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Disposição dos componentes:
- prioridade de localização do diferencial;
- minimização do espaço disponível;
- localização do centro de massa.
Xc 
 mi  xi
 mi
Yc 
 mi  yi  231mm
 mi
Zc 
 mi  zi  205 mm
 mi
 200 mm
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Componentes e acessórios:
- Fonte de alimentação ATX AC/DC;
- Power inverter DC/AC;
- Botão de emergência.
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Escolha dos motores:
O motor da direcção é um motor passo-a-passo:
- Disponibilidade imediata do material.
- Facilidade no controlo do deslocamento angular, tanto em malha
aberta como em malha fechada.
- A direcção é executada por um sistema de correia/roda dentada
com uma relação de 1:2.
Na questão da escolha do motor de tracção foi feito um
estudo prévio para estimar a potência e binário necessários.
Como inputs temos (valores previstos):
- Massa =30Kg
- Vel. Max = 2m.s-1
- Aceleração = 1m.s-2
-  rodas tracção = 160mm
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Determinamos o número de rotações por minuto à saída:
v  .r  n.2 .r  2  n.2 .80x103  n  238.7rpm
Sistema de forças aplicadas ao robot:
F  Fr  Fa
F  Fa  Fr
F  m.a   .N
F  88.92N








 PN
 N  294.6 N

 m.g  N
Determinação do binário e potência necessária:
Mb(roda)  F .raio  88.92  80x103  7.114N  m
P  Mb    7.144
n.2
 178Watt
60
Com base nestes resultados, o motor escolhido foi o MAXON RE40:
- Potência debitada (150W a 7580r.p.m.)
- Binário do motor (181mN.m)
- Caixa redutora 1:15 (redução total=1:30)
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Percepção:
SENSORES:
- Webcam
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SENSORES:
- Sensor da passadeira
- Sensor de passagem no túnel
- Sensores dos semáforos
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ESPELHOS CONCORRENTES:
- Alargamento do ângulo
de visão
- Suportes
- Sistema de afinação
- Perspectiva das imagens
obtidas
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Controlo:
CONTROLO DA DIRECÇÃO:
- Motor passo-a-passo
- Transmissão 1:2
- Servostepper
- Potenciómetro
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CONTROLO DA TRACÇÃO:
- Motor Maxon RE40 (150W)
- Transmissão
- Servocontrolador
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ALGORITMOS DE NAVEGAÇÃO:
-
Aquisição da imagem
Divisão da imagem ao meio
Análise das duas imagens
Cálculo do Vref
Vref i  (Vreal  Videal)  Kp  (Vreal  Videal)  Vref i 1  Kd
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Sistema de Processamento e Interface:
- Celeron a 700MHz
- 448 MB de memória RAM
- Labpc+
- Microsoft Windows 2000 Pro
- MatLab 6.1 + VFM
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Participação no Festival:
RESULTADOS OBTIDOS:
- 1ª Ronda – 3º Lugar com 98 s;
- 2ª Ronda – 7º Lugar com 546 s;
- 3ª Ronda – 3º Lugar com 238 s;
- Classificação final – 4º Lugar com 882 s.
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VIDEO 1
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VIDEO 2
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VIDEO 3
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Nova abordagem de Navegação:
-
Sistema preditivo
Alargamento do campo de visão
Nova colocação da webcam
Cálculo da trajectória
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Conclusões e Elementos Mais Marcantes:
- No global, a solução construtiva mostrou-se até ao
momento apropriada aos objectivos iniciais.
- Limitações na percepção e software associado.
- Os espelhos concorrentes permitiram maior campo de visão.
- O diferencial mecânico só apresentou até ao momento
dois inconvenientes: o peso e as folgas.
ELEMENTOS MAIS MARCANTES
- Estrutura em alumínio soldado
- Uso de diferencial mecânico
- Unidade robusta de controlo de direcção (servostepper)
- Sistema de percepção baseado em espelhos concorrentes
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Agradecimentos:
- Prof. Dr. Vítor Santos
- Eng. Ricardo Jorge
- Eng. António Festas
- A todos os nossos colegas
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OBRIGADO