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PROJETO APLICADO
INSTITUTO POLITÉCNICO – Centro Universitário UNA
Utilização de circuitos microcontrolados para aplicações no campo
da robótica
CURSO: Engenharia de Controle e Automação Professor PA: Breno Arêdes Artur Barbosa, Geraldo Natalício, Gustavo Jardim, Juliano Oliveira, Paulo H. Castro, Pedro H. Nunes, Samuel Ferreira.
Resumo - Este artigo apresenta uma proposta de aplicação da robótica na área de manutenção em locais de difícil acesso humano para realizações de tarefas como limpeza e inspeção. Utilizou-se uma pesquisa voltada para aplicações e desenvolvimento neste segmento da robótica. Foi desenvolvido um robô composto por um microcontrolador embarcado, Joystick analógico de controle, esteira de tração, servo motor e webcam.
Palavras-chave: robótica, microcontrolador, automação, circuito.
1. Introdução
Este trabalho irá abordar um estudo sobre a robótica, suas vantagens e principais aplicações nos mais diversos segmentos, já que a sociedade vem buscando sistemas que possuam alto índice de confiabilidade e precisão para executar diversas atividades, sejam elas atividades comuns e livres de risco ou até mesmo situações onde é impossível a ação humana direta.
O primeiro robô mecânico surgiu por volta do ano 1924 criado por Roy J. Wensley, engenheiro eletricista da Westinghouse que desenvolveu uma unidade de controle supervisionada, porém o primeiro robô automático surgiu por volta do ano 1954 projetado por George Devol. O primeiro robô de uso industrial foi o Unimate que era utilizado na linha de produção da General Motors em 1961, ele pesava 1.800 Kg e os comandos eram dados através de uma fita magnética. Mas só em 1969 Victor Scheinman um estudante de engenharia mecânica de Stanford Artificial Intelligence Lab (SAIL) cria um braço mecânico chamado de Stanford Arm, este braço se transforma em um padrão e até hoje influencia o design de braços e robôs. (AYRES, 2007).
Muitas vezes a instalação de um robô é taxada como complexa pelo fato de envolver programação para controle, peças diferenciadas e poucos profissionais qualificados, porém microcontroladores, equipamentos diversificados e outros recursos técnicos vêm sendo utilizados em conjunto, de modo a facilitar a implementação, operação e manutenção sem perda de eficácia.
O objetivo deste trabalho é desenvolver um dispositivo autômato de baixo custo, que proporciona a exploração de lugares onde a ação humana é impossível, obtendo ganhos em segurança, provando para a sociedade que a idéia de robótica como um recurso complexo e inacessível não passa de um equívoco.
Como objetivos secundários destacam-se:
• Estudo de novos recursos para otimização e melhoria do projeto,
de modo a atualizar o equipamento de acordo com a necessidade e os padrões atuais da sociedade, tornando o mesmo simples e produtivo.
• Demonstrar a eficácia da utilização de microcontroladores simples
de serem programados, baixo índice de manutenção e menor custo.
• Analisar o campo de aceitação do dispositivo a ser estudado e
desenvolvido, de modo a aplicar tais informações em um projeto inovador e que irá proporcionar retorno financeiro.
• Avaliar instalações que possuem demandas de novos
equipamentos, de modo a aplicar todos os recursos financeiros disponíveis com a certeza de retorno.
2. Referencial Teórico
Fonte: pictronics.com.br
Muitos robôs utilizam para sua movimentação esteiras (figura 3), estas que podem ser metálica ou de borracha sintética. O sistema de tração normalmente é feito por dois motores que trabalham independentemente, estes que são responsáveis pela tração do sistema. Quando se deseja fazer curvas um desses motores para ou gira em sentido contrario.
Fonte: Fotografia própria.
Joysticks (figura 4) são controles que convertem um determinado movimento em sinais elétricos que comandam um circuito. Os joysticks analógicos possuem potenciômetros internos responsáveis pelos eixos coordenados. Estes potenciômetros geram sinais analógicos que controlam sistemas eletrônicos.
Fonte: produto.mercadolivre.com.br
3. Materiais e Métodos
- (^) Microcontrolador Arduino
Utilizou-se o Arduino, devido ao seu tamanho reduzido e ampla quantidade de informações disponíveis nos fóruns desenvolvedores. A plataforma de programação da placa chamada, Arduino Environment, oferece uma IDE para o desenvolvimento de códigos. Para que ocorra a comunicação com o computador, a placa oferece uma porta USB, na qual, é utilizada tanto para provimento de energia quanto para transmissão de informação. Esse processo ocorre de forma paralela. (Neto, 2011). Abaixo uma tabela onde são apresentados os componentes utilizados e seus dados técnicos.
Tabela - Equipamentos e Dados Técnicos
Componente Dados técnicos Placa microcontroladora arduino 328 32kbytes
Dados: Voltagem de operação: 5V (USB); Pinos digital I/O: 14; Pinos analógicos: 6; Corrente DC por pino I/O: 40 mA; Corrente DC por pino 3.3V: 50 mA; Memoria flash: 32 KB sendo 0.5 KB usado para bootloader; Velocidade do clock: 16MHz.
4. Resultados Experimentais
Durante o processo de construção do protótipo foi verificado que a utilização dos motores de passo dificultaria a adaptação com a esteira de tração estes foram substituídos pelo próprio conjunto de transmissão fornecido junto com a esteira.
Outro fator relevante para a substituição dos motores foi a complexidade da programação dos motores de passo quando comparado com a programação dos motores do sistema de transmissão. O controle de movimentação da câmera foi de média complexidade de implementação devido à necessidade dos movimentos de rotação vertical e horizontal, para seu desenvolvimento foram estudadas programações semelhantes disponíveis em projetos com aplicações do mesmo segmento, porém para adequação foram necessários alguns ajustes de parâmetros para que os movimentos sejam realizados simultaneamente. Foram realizadas melhorias no sistema de movimento da esteira, pois anteriormente para que a mesma movimentasse em uma direção não retilínea era necessário que um motor funcionasse enquanto o outro permanecesse parado, porém este método apresentou algumas deficiências que após alguns testes foram corrigidas com o funcionamento em sincronismo dos motores onde um funcionava em sentido horário e o outro no sentido anti-horário obtendo melhor desempenho no sistema de movimento.
5. Conclusão
Conclui-se que a utilização de um robô oferece grandes benefícios e facilidades na manutenção de locais de acessos restritos e de forma simples. Com a utilização do microcontrolador obteve-se resultados benéficos para o uso de joystick na movimentação da esteira e da webcam.
Este projeto contribui para o desenvolvimento de robôs com possibilidade de atuação em diversos campos, além de demonstrar que a sua utilização aumenta a segurança, mantendo o foco em otimização dos processos de detecção de obstruções de tubulações, uma vez que o campo de
atuação nos dá acesso a lugares impossíveis de serem explorados por humanos.
6. Referência Bibliográfica
ABREU,José Vilhete, Marisola,Luíz G., Ramos,Josué G., Ambiente de Robótica Pedagógica com Br_GOGO e Computadores de Baixo Custo:Uma Contribuição para o Ensino Médio – Anais do XXII SBIE – XVII WIE – Aracajú 21 a 25 de Novembro de
AYRES, MARCELO - 2007 História dos Robôs: Disponível em: http://tecnologia.uol.com.br/ultnot/2007/10/01/ult4213u150.jhtm Acesso em: 24 março. 2013.
FRAUNHOFER, 2011: High-tech spider for hazardous missions.
Disponível em: <http://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2011/november / high-tech-spider.html> Acesso em: 24 março, 2013.
NETO, Reinaldo Oliveira - 2011 - AUTOMAÇÃO DE ILUMINAÇÃO RESIDENCIAL UTILIZANDO MICROCONTROLADOR ARDUINO E TABLET IPAD VIA WI-FI. Disponível em:<http://repositorio.uniceub.br/bitstream/ 123456789/3618/1/20615176.pdf> acesso em 22 de abril de 2013
WEGNEZ, Léon F, Iniciação à Robótica: Robots e Homens. Lisboa, Publicações Europa América, Colecção saber, 1987, 205p. (Tradução do francês Des Robots et Des Hommes: Initiation à la Robotique, de Ana Cristina dos Reis e Cunha. Paris, Office International de Librairie, 1986).
