TEAM DESCRIPTION PAPER 2011 DA EQUIPE UAISOCCER DE FUTEBOL DE ROBÔS: DISPOSITIVOS ELETRÔNICOS E MECÂNICOS UTILIZADOS PELA EQUIPE NA CATEGORIA SMALL SIZE F-180 DA ROBOCUP
LÍVIA F. S. MENDES1, LUCAS C. SILVA2, RAMON A. BATISTA1.
1. Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de São João del-Rei
Praça Frei Orlando, 170, Centro, São João del-Rei, Minas Gerais, CEP: 36307-352.
E-mails: [email protected], [email protected]
2. Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de São João del-Rei
Praça Frei Orlando, 170, Centro, São João del-Rei, Minas Gerais, CEP: 36307-352.
E-mail: [email protected]
Abstract In this article we will present some of the technologies used by UaiSoccer Football Team of Robots in the
Small Size F-180 of the Robocup, in the areas of electronics and mechanics. Aspects of locomotion will be raised, dribble,
kick main electronic board, communication, motor, drive and kick the power of robots. Before that we will make a brief presentation of the soccer robots.
Keywords Robotics, Robot Soccer, Small Size F-180, SSL-Vision, Technology.
Resumo Neste artigo apresentaremos algumas das tecnologias utilizadas pela Equipe UaiSoccer de Futebol de Robôs na categoria Small Size F-180 da Robocup, nas áreas de Eletrônica e Mecânica. Serão levantados aspectos da locomoção, drible, chute
placa eletrônica principal, comunicação, motores, acionamento do chute e alimentação dos robôs. Antes disso faremos uma breve apresentação do futebol de robôs.
Palavras-chave Robótica, Futebol de Robôs, Small Size F-180, SSL-Vision, Tecnologia.
1
Introdução
2 Estrutura Mecânica
O Futebol de Robôs foi uma forma encontrada para
incentivar e possibilitar o desenvolvimento de atividades científicas e tecnológicas nas áreas de Inteligência Artificial e Robótica sendo seu principal objetivo promover avanços e benefícios para a sociedade.
Podendo-se citar o desenvolvimento da comunicação
wireless, dispositivos cada vez mais avançados na
questão de desempenho, tornando cada vez mais inteligentes, capazes de reconhecer até comandos por
voz.
Ele pode ser descrito como uma equipe capaz de
jogar futebol de forma integrada, como uma equipe
formada por humanos. São estudadas as características de atuação coletiva e implementadas nos robôs.
Neste ambiente os robôs não sofrem nenhuma interferência humana, os mesmos têm a função de trabalhar automaticamente, mostrando o desenvolvimento da Inteligência Artificial presente em toda a
equipe dos robôs.
Figura 1. Visão geral do projeto mecânico em CAD
2.1 Locomoção
O deslocamento do robô é dado por quatro rodas
omnidirecionais que permitem que, se acionadas em
conjunto, o sistema se desloque livremente qualquer
direção. Este mecanismo merece uma atenção muito
grande no projeto pois é responsável por toda a locomoção do robô, sem este o robô não se movimentaria, podendo-se dizer que este é o sistema mais importante do robô. (Tonidandel & Tavares, 2007).
Em um sistema omnidirecional o ângulo da disposição das rodas, dentre outros parâmetros, determina principalmente o esforço exigido em cada motor ao se aplicar a potência necessária ao robô. Tendo por base um estudo cinemático pudemos verificar
diversas configurações dos ângulos entre as rodas
analisando onde se observava menor esforço requerido aos motores.
Neste intuito verificamos que o que limitava a otimização dos ângulos era o espaço disponível, pois o
ângulo perfeito para uma locomoção otimizada em
todos os sentidos de deslocamento seria 90º entre
cada roda. No entanto na parte frontal do robô necessitamos de um espaço maior para que se possa acoplar satisfatoriamente o sistema de chute e o sistema
de drible. Desta forma através de análise do desempenho do robô, e pelas limitações em termos de sistema de redução optamos pela configuração referenciada pela figura 2.
Figura 2. Disposição das rodas
1. Rodas
As rodas são os principais elementos do sistema omnidirecional, elas devem permitir que o sistema promova tração em uma direção e deslizamento em uma
direção perpendicular a esta. Desta forma uma roda
não impede a tração gerada pelas de mais e ainda
pode contribuir no gerando tração para o deslocamento total do robô.
A estrutura de toda roda possui roletes que possibilitam o deslocamento das rodas no sentido perpendicular ao do eixo do motor, sem que ela tenha
que se arrastar, o que geraria um grande atrito. A
roda é presa a um eixo fixo através de um rolamento
que possibilita a transmissão do torque gerado pelo
motor para as rodas por meio de um sistema de redução.
Figura 3. Roda e transmissão
Nos roletes foram utilizados anéis o-ring para
aumentar o atrito entre o solo e as rodas evitando o
deslizamento das rodas no sentido onde deve ser aplicado o torque para o deslocamento.
O design da roda foi pensado de forma a evitar
qualquer desgaste na estrutura da mesma.
2.2 Drible
O sistema de drible é responsável pelo domínio da
bola pelo robô. Este faz com que o robô mantenha a
bola junto a si, possibilitando, por exemplo, locomover-se sem que perca domínio sobre a bola, receber a
bola de outro robô sem que mesma quique no próprio
robô e seja perdida para o adversário. Este é constituído por um motor uma transmissão e um cilindro
revestido por uma borracha macia a fim de se melhorar a aderência do cilindro com a bola promovendo
um maior controle sobre a mesma. Ao girar o cilindro
em contato com a bola, promove-se uma rotação na
bola para que a mesma se desloque em sentido ao
centro do robô.
Uma característica relevante ao funcionamento
do drible é quanto à altura do cilindro. Neste caso foi
feito um estudo sobre a influência da altura do drible
sobre a funcionalidade do mesmo onde se verificou
que o drible deve estar posicionado de forma que
contribua ao máximo na força de atrito da bola com o
solo, sem que a bola trave no dispositivo, e que o
atrito da bola com o cilindro seja prejudicado. Após
alguns testes verificamos que a altura ideal do drible
seria a que promovesse um ponto contato do cilindro
com a bola localizado a 45º medindo se a partir do
centro da bola o ângulo que a reta traçada do centro
da bola ao ponto de contato da bola e do cilindro faz
com a linha horizontal paralela ao campo. Mais uma
vez o que se observa é que as limitações de espaço
não permitem adotarmos o ângulo com exatidão,
apenas aproximarmos do ângulo ideal.
2.3 Chute
O dispositivo de chute é outra importante parte do
projeto mecânico. Este permite que o robô tenha a
possibilidade de fazer gols, lançando a bola a certa
distancia a uma velocidade considerável, evitando ter
de entrar junto com a bola para se marcar um ponto.
Este dispositivo é acionado por um solenóide que
fornece o impulso necessário a ser transmitido para a
bola através da barra de chute. A barra de chute, impulsionada pelo solenóide, em contato com a bola
exerce uma força expulsando a bola na direção desejada, sempre em sentido perpendicular ao eixo do
drible.
Um importante fator que determina o desempenho do chute é o ponto de contato com a bola. Para
se ter o melhor aproveitamento da força que impulsiona a bola, a barra de chute deve tocar a bola sempre
acima do meio da mesma, com sua face tangenciando
a bola. Isto faz com que a bola não seja somente empurrada, perdendo velocidade com o atrito gerado,
mas que também promova uma rotação na mesma em
sentido ao alvo. Com isto podemos obter maior velocidade de chute e assim aumentar as possibilidades
de gols.
3
motor do drible é acionado pelo PIC16F690 e 3 halfbridges com MOSFETS FD6992S.
3.4 Acionamento do chute
A placa de acionamento do chute é montada no interior do robô, abaixo da placa principal. O chute é
acionado através de um solenóide que converte a
energia magnética armazenada em seu interior em
energia mecânica. O circuito de acionamento do solenóide é composto por um circuito flyback CC-CC
que eleva a tensão de 13,2 V para 160 V, carregando
um capacitor de 2200uF, que, por sua vez, descarrega
sua energia alimentando o solenóide.
3.5 Alimentação
A alimentação do robô é provida por 12 células da
LifeA123 de 3,3 V cada e 1100mAh.
Dispositivos Eletrônicos
5
3.1 Placa principal
A placa principal é responsável por todo o processamento e funções lógicas do robô. Ela está montada
na parte superior do robô e contém a central de processamento, os controladores dos motores e o rádio
de comunicação. A unidade de processamento central
é o microcontrolador PIC18F4550, responsável pelas
funções lógicas do robô, interagindo com os controladores dos motores, com a comunicação, com o acionamento do chute e com todos os sensores. O
PIC18F4550 pode operar em até 8Mhz, velocidade
máxima de 12Mb/s e apresenta interface USB. Estas
e outras características foram determinantes para que
a equipe optasse por esse tipo de microcontrolador,
uma vez que toda a lógica fica confinada em um único circuito integrado, deixando a placa principal com
um aspecto simples, porém eficiente.
3.2 Comunicação
O módulo de comunicação usado é o transceiver
MRF24J40MA que opera a 2,4 GHz e possui uma
taxa de transferência de 250Kbps. Esse transceiver
suporta protocolos de comunicação criados com o
padrão ZigBee®, que garante uma comunicação eficiente e com baixa potência de operação, além disso,
é compatível com o PIC18F4550.
3.3 Motores
As quatro rodas do robô são acionadas por quatro
motores brushless MAXON EC45 flat 200142 de 30
Watts e 12 Volts e o drible, por sua vez, é acionado
pelo também motor brushless MAXON EC20 flat
351056 de 5 Watts, 6 Volts. Cada motor das rodas é
controlado pelo CI driver L6235, enquanto que o
Conclusão
Como todo projeto de engenharia, a escolha correta dos componentes eletrônicos, tecnologias, projetos das placas eletrônicas e dos dispositivos mecânicos bem como os materiais utilizados na construção,
são estudados e definidos criteriosamente visando a
qualidade sem custos elevados, viabilizando o projeto.
Agradecimentos
Agradecemos à Universidade Federal de São João del-Rei, FAPEMIG, CAPES, SolidMinas, Eletrônica Guarani, New Kids, Compuway e Ppgel por
apoiar nosso projeto.
Referências Bibliográficas
Iniesta, E. D. (2006). Diseño e Implementación de
Los Robots F180 Del ITAM.
Tonidandel, F., and Tavares, F. P. (2007). Desenvolvimento da estrutura e dispositivos mecânicos do
time de Futebol de Robôs da categoria Smallsize da FEI-RoboFEI.
Ottoni A. L. C. and Barbosa L. B. (2010) TDP da
Equipe UaiSoccer de Futebol de Robôs/UFSJ:
Informações sobre o Sistema de Software e Estratégias Utilizados na Categoria Small-SizeF180.