Atelier de Formação Iniciação à robótica móvel

1. Associação Nacional de Professores de Electrotecnia e Electrónica Atelier de FormaçãoIniciação à robótica móvel Princípios de Construção Mecânica e Electrónica de um MicroRobot Móvel Autónomo

2. 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”

3. 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.

4. Tecnologia? • Keep • It • Seriously • Simple

5. Construção da Plataforma Factores a ter em conta: • Simplicidade • Minimizar o número de partes móveis e a complexidade do robô • Robustez • resistência aos impactos

6. 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

7. Materiais aconselháveis • PVC • Vidro acrílico • Contraplacado • Colas

8. Vista Lateral Roda livre Motores Vista de baixo Estrutura Mecânica • Forma (plataforma simples):

9. Roda livre Vista Lateral motores Vista de baixo Estrutura Mecânica • Forma (plataforma dupla):

10. Placa controlador Sensor de obstáculos bateria Sensor de pista roll-on servos Estrutura Mecânica • Estrutura Mecânica (Sugestão)

11. 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.

12. Geometria do problema • Here we go!!!!!!!!!!!!!!

13. 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

14. 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.

15. Geometria do problema • Pelo contrário, no fim da subida, os sensores aproximam-se perigosamente do solo, podendo ficar presos.

16. Geometria do problema • Assim, e tendo em conta a geometria do problema, sugere-se a localização dos sensores próximo dos eixos das rodas.

17. Geometria do problema • Os sensores de pista devem estar o mais afastados possível das rodas motrizes.

18. 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.

19. + En Frente M Trás Dir - Motores CC • Como controlar o motor CC • A inversão de marcha exige uma ponte H como a da figura

20. + Controlo Avanço M Controlo Recuo - Motores • Podemos construir uma ponte com componentes discretos - os transístores funcionam, como interruptores.

21. Motores • Podemos utilizar um circuito integrado como o L293D que contem duas pontes, já protegidas com díodos para correntes até 600 mA.

22. 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)

23. média T T T Motores • Controlo de velocidade • Utiliza-se um sinal PWM (Pulse Width Modulation) • A velocidade do motor varia proporcionalmente à área debaixo da porção positiva de cada período

24. Motores • Ajuste da velocidade e do binário • O motor, por si só, não se encontra preparado para ser usado directamente num robô • Problema - velocidade excessiva (>5000 rpm) e binário disponível insuficiente. • Solução - Uso de sistemas de engrenagens que reduzam a velocidade de rotação e aumentem o binário disponível.

25. Motores • Vantagens • Torna possível a utilização de microcontroladores • Reduz as perdas térmicas nos componentes, pois nem sempre a tensão é aplicada.

26. Nº dentes roda 2 Nº dentes roda 1 Nº dentes roda 2 1 T2 2 T1 Relação transmissão = Nº dentes roda 1 Motores • Relação binário/velocidade

27. 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

28. Motores Servo • Os servomotores são motores particularmente concebidos para o modelismo. • Potentes, de baixo consumo, leves, resistentes ao choque e baratos.

29. Motores Servo • Características

30. Motores Servo • No seu uso normal os servos rodam ângulos que dependem da largura do impulso fornecido • Para o uso em robôs móveis, é necessário adaptá-los para rotação contínua.

31. 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.

32. Modificar um Servomotor • Os passos seguintes ajudá-lo-ão a realizar as modificações. • Retire o parafuso que prende a flange ao eixo do servo.

33. 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.

34. 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.

35. 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.

36. Modificar um Servomotor • Localize e remova o pequeno parafuso philips do potenciómetro na figura e retire o conjunto placa de circuito impresso+cabo+potenciómetro.

37. Modificar um Servomotor • Dessolde o cabo (ou corte-o) e use os condutores encarnado e preto para ligação directa aos terminais do motor. • Deixe o condutor de sinal (branco ou amarelo) sem ligação.

38. Modificar um Servomotor • Remova o batente da roda dentada como se indica na figura (use x-acto ou alicate).

39. 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.

40. Sensores Tipos de problemas a resolver: • detecção de obstáculos a curta distância • seguimento de pista • detecção de cores • seguimento de paredes • detecção de inclinação

41. Sensores- detecção de obstáculos • Por toque (contacto) com interruptores mecânicos ou whiskers.

42. Sensores- detecção de obstáculos • Por IV a distância Não alterar!!

43. Sensores- detecção de obstáculos

44. Sensores- detecção de obstáculos

45. Sensores- detecção de pista Sensor de pista • Este dispositivo possui três sensores infra-vermelhos que permitem detectar por reflexão, o contraste preto-branco da linha preta face ao fundo branco.

46. 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.

47. Sensores- detecção de pista

48. Detecção de Cores • LDR (índice de reflexão monocromático) • LDR (índice de reflexão RGB) • Sensor de cores Que Solução?

49. 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.

50. 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.