Atelier de Formação
Iniciação à robótica móvel
Princípios
de
Construção
Mecânica e Electrónica de um
MicroRobot Móvel Autónomo
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Robô móvel autónomo, capaz de:
 Seguir uma pista
 Subir e descer uma
rampa
 Detectar cores
 Detectar obstáculos
 Avisar por meio de
som/luz
Vídeo “Robotica 2006”
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Princípios de Construção
• Face à complexidade do tratamento
das informações recolhidas nos
sensores, decidiu-se pelo controlo por
microcontrolador.
• Face ao tipo de piso e à necessidade
de rapidez, optou-se por uma tracção
diferencial, com duas rodas motrizes e
uma roda de apoio livre.
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Tecnologia?
 Keep
 It
 Seriously
 Simple
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Construção da Plataforma
Factores a ter em conta:
– Simplicidade
• Minimizar o número de partes móveis e a
complexidade do robô
– Robustez
• resistência aos impactos
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Modularidade
O robô deve ser composto
por um grupo de módulos
que se interliguem de tal
forma, que um dos módulos
possa ser substituído sem
necessidade de remoção
dos restantes.
Materiais aconselhados para a
plataforma: Vidro acrílico,
PVC ou contraplacado
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Materiais aconselháveis
• PVC
• Vidro acrílico
• Contraplacado
• Colas
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Estrutura Mecânica
• Forma
(plataforma simples):
Vista Lateral
Roda livre
Motores
Vista de baixo
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Estrutura Mecânica
• Forma (plataforma dupla):
Roda livre
Vista Lateral
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motores
Vista de baixo
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Estrutura Mecânica
• Estrutura Mecânica (Sugestão)
Placa
controlador
Sensor de
obstáculos
bateria
Sensor
de pista
roll-on
servos
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Geometria do problema
• Localização dos sensores de pista
• Geometria da rampa
A rampa, com 25º de inclinação,
coloca problemas :
– quanto à localização do centro de gravidade,
– quanto ao binário disponível para a superar e
– quanto à geometria e localização dos sensores.
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Geometria do problema
• Here we go!!!!!!!!!!!!!!
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Geometria do problema
• O centro de gravidade do carro deverá
estar centrado e o mais baixo possível, de
modo a que em plena rampa, não caia
fora dos pontos de apoio das rodas
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Geometria do problema
• Quanto à localização dos sensores de
pista, importa reparar que no início da
subida estes se afastam do solo, podendo
deixar de “sentir” a pista, como se vê na
figura.
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Geometria do problema
• Pelo contrário, no fim da subida, os
sensores aproximam-se perigosamente do
solo, podendo ficar presos.
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Geometria do problema
• Assim, e tendo em conta a geometria do
problema, sugere-se a localização dos
sensores próximo dos eixos das rodas.
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Geometria do problema
• Os sensores de pista devem estar o mais
afastados possível das rodas motrizes.
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Motores
• Existem 3 tipos possíveis de motores
– CC (corrente contínua) - mais potentes,
controlo difícil, caros, exigem mais
electrónica.
– Passo-a-Passo - pouco potentes, pesados,
controlo muito fácil.
– Servos - muito potentes, leves, controlo fácil
e baratos – foi a opção tomada.
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Motores CC
• Como controlar o motor CC
– A inversão de marcha exige uma ponte H
como a da figura
+
En
Frente
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M
Trás
Dir
-
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Motores
• Podemos construir uma ponte com
componentes discretos - os transístores
funcionam, como interruptores.
+
Controlo Avanço
Controlo Recuo
M
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Motores
• Podemos utilizar um circuito integrado
como o L293D que contem duas pontes,
já protegidas com díodos para correntes
até 600 mA.
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Motores
• O circuito integrado
L293D vai ter duas
alimentações. Uma para
comando (5V) e outra
para potência (9.6 V).
• A Tabela permite
programar o movimento
em qualquer sentido
(conjugando 2 sinais)
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Motores
• Controlo de velocidade
• Utiliza-se um sinal PWM (Pulse Width
Modulation)
média
T
T
T
• A velocidade do motor varia proporcionalmente
à área debaixo da porção positiva de cada
período
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Motores
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• Ajuste da velocidade e do binário
r
• O motor, por si só, não se encontra preparado
R
para ser usado directamente num robô
o
– Problema - velocidade excessiva (>5000 rpm) b
o
e binário disponível insuficiente.
t
– Solução - Uso de sistemas de engrenagens
que reduzam a velocidade de rotação e
aumentem o binário disponível.
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Motores
• Vantagens
– Torna possível a utilização de
microcontroladores
– Reduz as perdas térmicas nos componentes,
pois nem sempre a tensão é aplicada.
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Motores
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• Relação binário/velocidade
1
T2
2
T1
Nº dentes roda 2
Relação transmissão =
Nº dentes roda 1
Nº dentes roda 2
Nº dentes roda 1
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Rodas
• O diâmetro das rodas irá condicionar a
velocidade do robô.
• Rodas maiores  Velocidade linear maior
• Num minuto, uma roda desloca-se:
s=2..R.n
R - raio da roda
n - nº de rotações
p/minuto
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Motores Servo
• Os servomotores são motores
particularmente concebidos
para o modelismo.
• Potentes, de baixo consumo,
leves, resistentes ao choque
e baratos.
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Motores Servo
• Características
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Motores Servo
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• No seu uso normal
a
os servos rodam
r
ângulos que
R
dependem da largura o
do impulso fornecido b
o
t
• Para o uso em robôs
móveis, é necessário
adaptá-los para
rotação contínua.
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Modificar um Servomotor
• Agora que já sabe como funciona um
servomotor, vamos descrever como pode
transformar um servomotor R/C num excelente
motor de corrente contínua com redutor de
velocidade.
• O que se vai fazer é modificar o servo de modo
a que este funcione sem batente e sem
electrónica de controlo.
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Modificar um Servomotor
• Os passos seguintes ajudá-lo-ão a realizar as
modificações.
• Retire o parafuso que prende a flange ao
eixo do servo.
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Modificar um Servomotor
• Abra a caixa removendo
os 4 parafusos
localizados na base do
servo.
• A tampa da base deve
ser retirada lentamente e
com cuidado. Remova a
tampa do topo da caixa.
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Modificar um Servomotor
• Tenha cuidado em anotar o modo como estão dispostas
as rodas dentadas e remova-as do topo do servo.
• Coloque-as sobre uma folha de papel pela mesma
ordem com que estavam no servo.
A roda dentada fina ao
centro não precisa ser
retirada.
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Modificar um Servomotor
• Seguidamente, é preciso remover da caixa a
placa do circuito electrónico.
• Para isso, vai ser necessário dessoldar os
terminais do motor que estão directamente
inseridos na placa.
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Modificar um Servomotor
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• Localize e remova o pequeno parafuso philips
r
do potenciómetro na figura e retire o conjunto
R
placa de circuito impresso+cabo+potenciómetro. o
b
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Modificar um Servomotor
• Dessolde o cabo (ou corteo) e use os condutores
encarnado e preto para
ligação directa aos terminais
do motor.
• Deixe o condutor de sinal
(branco ou amarelo) sem
ligação.
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Modificar um Servomotor
• Remova o batente da roda dentada como se
indica na figura (use x-acto ou alicate).
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Modificar um Servomotor
• Volte a colocar as rodas dentadas nos seus
lugares, começando pela do meio. Quando
todas estiverem colocadas, coloque as duas
tampas. Finalmente aperte os quatro parafusos
da caixa. Os servos estão finalmente em
condições de serem utilizados no seu robot.
• Teste o servo, com uma tensão CC de 6V.
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Sensores
Tipos de problemas a resolver:
•
•
•
•
•
detecção de obstáculos a curta distância
seguimento de pista
detecção de cores
seguimento de paredes
detecção de inclinação
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Sensores- detecção de obstáculos
• Por toque (contacto) com
interruptores mecânicos
ou whiskers.
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Sensores- detecção de obstáculos
• Por IV a distância
Não
alterar!!
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Sensores- detecção de obstáculos
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Sensores- detecção de obstáculos
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Sensores- detecção de pista
Sensor de pista
• Este dispositivo possui três
sensores infra-vermelhos
que permitem detectar por
reflexão, o contraste pretobranco da linha preta face
ao fundo branco.
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Sensores - detecção de pista
• É constituído por três pares emissor/receptor
idênticos constando cada um de um led emissor
na banda dos infra-vermelhos e de um
fototransístor sensível na mesma banda.
• Como a cor preta absorve as radiações e a cor
branca as reflecte, temos assim o nosso
fototransístor (sensor) a conduzir ou não.
• Os três leds são activados sequencialmente
através de um microcontrolador, efectuando-se
as leituras dos fototransístores nesses instantes.
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Sensores- detecção de pista
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Detecção de Cores
• LDR (índice de reflexão monocromático)
• LDR (índice de reflexão RGB)
• Sensor de cores
Que
Solução?
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Sensores- detecção de cores
• O detector de cores é constituído por um divisor
potenciométrico: uma resistência ajustável e
uma LDR (o sensor).
• O mais económico.
• Sensível às variações de
luz ambiente.
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Sensores- detecção de cores
• Seria sempre preferível ligar
sequencialmente as cores
RGB (3 leds) e efectuar
medições separadas, mas
isso não constitui um valor
acrescentado
para
uma
decisão rápida sobre a cor).
• Sensível à variação da luz
ambiente.
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Sensores- detecção de cores
Sensor CCD
• Muito caro.
• Tem o problema de diferenciar o prateado do
branco
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Sensores-detecção de Inclinação
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Sensores-detecção de Inclinação
Pendulo
• Sem custos!
• Solução eficaz.
• Permite saber o ângulo de inclinação.
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Avisadores
• Sonoro – bezouro
• Luminoso - LED
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Microcontrolador
• Picaxe 28X
• Características:
600 linhas código
21 pinos E/S
9-17 saídas
0-12 entradas
0-4 entradas A/D
2 saídas PWM
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Linguagens de programação
• PBasic (compatível com
Basic Stamp)
• Ambiente integrado de
desenvolvimento com
suporte para programação
gráfica por fluxogramas.
• Editor, compilador,
programador e debugger
incorporados.
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Etapas de trabalho
• Desenhar
– Cuidado com as medidas
• Cortar e furar
– Resistência e simplicidade
• Circuito (esquema)
– Aproveitar todas as potencialidades do Picaxe
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• Circuito (PCB)
– Breadboad, placa de circuito impresso
• Programação
– Em pequenos blocos e sucessivos testes
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Etapas de trabalho - desenhar
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Etapas de trabalho - desenhar
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Etapas de trabalho - desenhar
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• O desenho do chassis em papel facilita o corte a
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do PVC e a dobragem
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Etapas de trabalho – cortar e furar
• Operações de corte, dobragem, furação
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Placa do controlador - Breadboard
• São ideais para montar
pequenos circuitos.
• Permitem fazer alterações de
forma rápida.
• Podem surgir problemas de
maus contactos.
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Placa do controlador - Stripboard
• O Stripboard é uma placa
que possui pistas paralelas
de cobre num dos lados. As
pistas estão separadas de
0.1" (2.54mm) e nelas
existem furos espaçados de
0.1" (2.54mm).
Circuito em
Stripboard (pistas
do lado do cobre).
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Placa do controlador - Stripboard
• Os Stripboard são utilizados para realizar
circuitos permanentes utilizando soldadura.
São ideais para fabricar pequenos circuitos
com um ou dois circuitos integrados (chips).
• Cortes e reparações no stripboard.
• Testes das ligações
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Pontos de teste
1
+9
V
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1
1
+
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Esquema de ligações
Sensor de
obstáculos
(2outputs)
Sensor
de cor
Alimentação
dos sensores
Bezouro
Led
Sensor
de pista
(3inputs)
9V
Ligação
ao cabo
série para
programar
9,6V
M2
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Placa do controlador - PCB
• A solução mais difícil de
concretizar.
• Melhores resultados.
• A mais cara.
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Contactos
• ANPEE
http://www.anpee.org
• Picaxe
http://www.picaxe.co.uk
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