Este documento descreve o projeto de um robô de busca e salvamento, com três frases: 1) Apresenta os requisitos, conceitos teóricos e arquitetura do sistema robótico projetado para busca e salvamento. 2) Detalha a implementação do projeto incluindo o hardware e software utilizados. 3) Discute as conclusões retiradas e possíveis trabalhos futuros para aprimorar o robô.

1. PROVA DE APTIDÃO TECNOLÓGICA
–
PROJECTO ROBOT DE BUSCA E
SALVAMENTO
Trabalho realizado por: Ricardo Antunes
PAT – Prova de Aptidão Tecnológica

2. SUMÁRIO
 Motivação.
 Requisitos.
 Conceitos Teóricos.
 Arquitectura do sistema.
 Implementação.
 Conclusões.
 Trabalho Futuro.

3. INTRODUÇÃO
 Pesquisa de robots já existentes no mercado.
 Compreensão de conceitos teóricos para iniciação do
projecto.
 Planeamento da estrutura física do robot.
 Desenho 3D utilizando a ferramenta de desenho INVENTOR.
 Implementação do material a utilizar.
 Planeamento da programação para posterior participação em
provas.
 Conclusões retiradas com o projecto.

4. REQUISITOS
 Microcontrolador: ATmega1280.
 Controlo dos motores: Ardumoto (L298).
 Sensor de pista: Axe121.
 Sonares: SRF05.
 Motores: EMG30.
 Chassis: Alumínio.
 Sistema de movimento: Lagartas.
 Bateria: 5v a 12v DC.
 Comunicação: FT232R.
 Servo: S05NF.
 Garra: Sparksfun robotic claw.

5. PROVA DE ROBÓTICA NACIONAL

6. PROVADE ROBÓTICA NACIONAL - GARRA

7. PROVA DE ROBÓTICA NACIONAL - FOTOS

8. DEFINIÇÃO DE ROBOT
 Robot: É um agente
artifícial activo que possuí
um corpo e cujo ambiente é
o mundo real (físico).
 Robot Autónomo: É um
robot que realiza as suas
próprias decisões usando o
feedback que recebe do seu
ambiente.

9. AGENTES E SISTEMAS MULTI-AGENTE
 A g e n te : Um s i s te ma c o m put a cional ,
s i t ua do n um da do a m bi e nte , te m
pe rc e pç ã o do a m bi e nte a t rav é s de
s e n sores e te m a c t ua do re s q ue v ã o
de s e mpen har um a a c ç ã o c o n fo rm e
a a n á l ise do s s e n s ores do a m bi e n te
e m c o n j un to c o m a pro g ra m a ç ã o .
 Si s te ma m ul t i - a gente : É um
s i ste ma e m q ue 2 o u m a i s a g e n te s,
i n te ra gem o u t ra ba l h a m e m
c o n j unto de fo rm a a de s e m pen har
um dete rm i n ado c o n j un to de
ta re fa s .

10. MOTORES DC
 Um motor DC é :
 Máquina de corrente contínua que poderá funcionar como motor ou
gerador.
 É alimentado por uma corrente externa que em conjunto com 2
campos magnéticos gera um binário.
 Um motor DC é constituído por:
 Rotor (componente em movimento).
 Estator (componente estática).

11. MOTORES DC
 Esquema da constitução
de um motor dc com brushes.

12. EMG30
 O EMG30 é um motor de 12v , com encoder ótimo para
pequenos e médios robots.
 Incluí um condensador redutor de ruído , nos enrolamentos do
motor.

13. EMG30
 Rated voltage
 12v
 Rated torque
 1.5kg/cm
 Rated speed
 170rpm
 Rated current
 530mA
 No load current
 150mA
 Stall Current
 2.5A
 Encoder counts per output shaft turn
 360

14. EMG30
Wire
Connection
colour
Purple
Hall Sensor B Vout
(1)
Blue (2) Hall sensor A Vout
Green
Hall sensor ground
(3)
Brown
Hall sensor Vcc
(4)
Red (5) + Motor
Black
- Motor
(6)

15. MODULAÇÃO PWM
 O impulso PWM significa Pulse-width modulation.
 O PWM é a técnica mais usada para controlar a velocidade de
um motor DC , porque permite induzir no motor energias
electricas diferentes.
 Este pulso é modulado em ondas quadradas.

16. CÁCULO DO PWM
 E n t ra da = 5 V
 D ut y - Cyc l e 5 0 % te m o s Sa í da 2 , 5 V
 D ut y - Cyc l e 10 0 % te m o s Sa í da 5 , 0 V
 D ut y - Cyc l e 37 % te m o s Sa í da 1 , 8 5 V
 TCi c lo = te m po tot a l de 1 c i c l o .
Ch a m amos de T.
 Tl i ga do = te m po e m a l t a ( h i g h ).
 Tde s liga do = te m po e m ba i xa ( l ow ) .
 E = te n s ã o de e n t ra da .

17. CÁLCULO DO PWM


18. PROGRAMAÇÃO DO PWM
 Para programação no Arduino:
 analogWrite(valoranalógico).
 AnalogWrite: Envia para a
por ta analógica de controlo do
motor um valor analógico
correspondente á velocidade
pretendida.
 Os valores analógicos variam
de 0 a 255
 Concluindo 0 corresponde a 0v
e 255 ao nosso máximo.
(neste caso 5v).

19. PONTE H
 A Ponte H tem como função permitir a alteração do sentido de
rotação dos motores.
 O Ardumoto pussiu o driver L298 que é uma ponte H.
V1 V1
12v 12v
+V +V
Q1 Q3
NMOS NMOS
D4 S1 D4 S3
D1 DIODE D1 DIODE
DIODE DIODE
M1 M1
Q2 Q4
NMOS D3 NMOS D3
D2 DIODE D2 DIODE
DIODE S2 DIODE S4

20. PONTE H
 Ao colocar uma certa
tensão na gate dos Q1 Q2 Q3 Q4 Sentido
MOSFETs desejados, 0 0 0 0 Parado
controlamos o sentido 1 0 1 0 Parado
com que a corrente 0 1 0 1 Parado
atravessa o circuito e 1 0 0 1 Frente
por consequência o 0 1 1 0 Trás
sentido de rotação do
motor.

21. PROGRAMAÇÃO PARA CONTROLO DO
SENTIDO DOS MOTORES
 Para programar o  DigitalWrite = Entrada
sentido de um motor é digital do arduino
necessário usar o
seguinte código
(arduino):
 Dir_a = Motor A
 digitalWrite(dir_a,
LOW);  Low = Direcção Trás
 digitalWrite(dir_a,
HIGH);
 High = Direcção Frente

22. DIFRENÇAS ENTRE SINAL ANALÓGICO E
SINAL DIGITAL
Sinal analógico Sinal digital
 Variação contínua  Variação discreta
 A função pode assumir  A função assume um
qualquer valor. (0 a 255). conjunto de valores pré
definido (0 e 1).
 Intervalo de sinalização.

23. ARDUMOTO
 Ardumoto : PCB de controlo para 2 motores DC.
 O Ardumoto é baseado na ponte H l298,tambem incluí dois
leds , um laranja e um azul que indicam a direcção em que o
motor está em rotação.
 Os motores são ligados ao Porto A e Porto B que
correspondem respectivamente a os impulsos PWMA e PWMB.
(PWM = Pulse-width-modulation).

24. FUNCIONAMENTO DE UM SONAR
 O funcionamento de um
sonar é de fácil
compreensão.
 O nosso emissor emite
uma onda ultrasonica ,
que ao embater num
objecto, vai se reflectir.
 Ao se reflectir um
receptor vai registar o
tempo que demorou a
chegar a onda .

25. SRF05

26. SRF05
 O SRF05 é um sonar evoluido do SRF04, em que o SRF04 usa
apenas um pino para trigger e echo.
 O SRF05 usa dois pinos independentes para enviar e receber
informação (trigger e echo independentes).
 O SRF05 funciona com uma tensão de 5v e tem apenas 5
pinos.

27. PROGRAMAÇÃO PARA CÁLCULO DA
DISTÂNCIA COM UM SONAR
 O cálculo da distância apartir de um sonar é feito pelos
seguintes códigos (arduino):
 distance = pulseIn(echo, HIGH);
 distance = distance/58;
 Estas linhas de código fazem com que o valor da distância
seja igual ao pulso do echo , e depois divide-se essa mesma
distância por 58 para obter o valor em centímetros da
distância.

28. PROGRAMAÇÃO PARA OBTER O VALOR
DA DISTÂNCIA NA CONSOLA
 Na função de setup vamos defenir a velocidade de transmissão:
 Serial.begin(9600);
 Em seguida vamos ter de transferir o valor para a consola com a
função:
 Serial.println(distance);
 Delay_miliseconds(10);
 A função delay ser ve para criar um intrevalo de 10 milisegundos na
transmição de valores.
 Se quisermos tambem fazer uma referência podemos tambem imprimir
na consola(colocar este codigo antes do print do valor da distãncia):
 Serial.println(“Distância--->”);

29. ENCODERS
 Um encoder é um dispositivo electromecânico que converte
uma posição angular num código analógico ou digital e um
encoder dá-nos:
 O sentido da rotação do motor.
 A distância percorrida pelo motor.

30. PROGRAMAÇÃO PARA O ENCODER
 Este código serve para definir os pinos do encoder como uma
interrupção interna no flanco ascendente:
 pinMode (encoder,INPUT);
 attachInterrupt(2, CountA, RISING);
 pinMode = define se o encoder é um input ou output.
 attachInterrupt = define a interrupção interna no pino 2 que
vai a função de contagem , e define o flanco.

31. SENSOR DE PISTA
 O Axe121 é um sensor de pista da picaxe , muito simples de
apenas 3 sensores de infra-vermelhos.
 Funciona por apenas 5 ligações (V+, GND e 3 ligações
correspondentes ao sensor central , esquerda e direita).

32. PROGRAMAÇÃO PARA O SENSOR DE
PISTA AXE 121
 Se pretendemos ter uma leitura dos sensores de
infravermelhos temos de utilizar o seguinte código(arduino):
 pis_Ls = digitalRead(pis_L);
 pis_Cs = digitalRead(pis_C);
 pis_Rs = digitalRead(pis_R);
 digitalRead = Faz a leitura do sinal digital dos infravermelhos.
 pis_x = Variável onde se vai guardar o valor obtido na porta
digital (Ls(esquerda),Cs(centro),Rs(Direita).

33. S05NF
 S05NF : Servo de médio porte .
 Rotação : 180°
 Torque : 3.2kg/cm (19.6oz/in) (6V) ou 2.8kg/cm (19.6oz/in) (4.8V)
 Voltagem : 4.8v a 6v
 Dimensões : 28.8 x 13.8 x 30.2mm

34. ROBOTIC CLAW SPARKSFUN
 Robotic claw : Garra robótica da sparks fun , com uma
abertura de 6 cm máximo. Como a lata da prova tem 6,5 cm
de diâmetro foram feitas alterações ao sistema mecânico da
garra . Esta garra usa um servo S05NF .

35. ARDUINO ATMEGA1280
 O Atmega1280 é a PCB de controlo arduino , que utiliza o
microprocessador ATmega1280.
 O Arduino é uma tecnologia Italiana , que é de fácil acesso ao
público e de facíl programação.
(http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega )

36. COMPARAÇÃO ENTRE ATMEGA1280 E
UNO
Arduino ATmega1280 Arduino UNO
 Microcontroller  Microcontroller
 ATmega1280  ATmega328
 Operating Voltage  Operating Voltage
 5V  5V
 Input Voltage (recommended)  Input Voltage (recommended)
 7-12V  7-12V
 Input Voltage (limits)  Input Voltage (limits)
 6-20V  6-20V
 Digital I/O Pins  Digital I/O Pins
 54 (of which 15 provide PWM output)  14 (of which 6 provide PWM output)
 Analog Input Pins  Analog Input Pins
 16  6
 DC Current per I/O Pin  DC Current per I/O Pin
 40 mA  40 mA
 DC Current for 3.3V Pin  DC Current for 3.3V Pin
 50 mA  50 mA
 Flash Memory  Flash Memory
 128 KB of which 4 KB used by bootloader  32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader
 SRAM  SRAM
 8 KB  2 KB (ATmega328)
 EEPROM  EEPROM
 4 KB  1 KB (ATmega328)
 Clock Speed  Clock Speed
 16 MHz  16 MHz

37. DESENHO 3D USANDO INVENTOR
 Praticamente a fase inicial do projecto , a fase em que as
ideias do aspecto tinham se ser transferidas para um
desenho. (No caso utilizando o INVENTOR).

38. DESENHO 3D USANDO INVENTOR
 Desenhos de alta qualidade que permitem o envio das peças
para fabrico.

39. FLUXOGRAMA DO PROGRAMA USADO NO
ROBOT

40. CONCLUSÕES
 Um robot não é um sistema fácil de construir.
 Os custos de um robot são algo elevados , devido á
complexidade das peças utilizadas na sua construção.
 O numero de testes a serem feitos é grande.
 O numero de complicações que possam surgir na sua
construção é grande , porque o hardware nem sempre
funciona como pretendemos.
 A utilização de encoders foi essencial.

41. TRABALHO FUTURO
 Elaboração de uma pcb de controlo de motores original.
 Elaboração de uma pcb para um sensor de pista mais potente.
 Esquema 3D de uma caixa para colocar as pcbs de forma segura
e facilitar a remoção das mesmas.
 Melhorar o chassis
 Adicionar um sensor de cor para as provas com vitimas de cor no
solo.
 Desenvolver um novo sistema para a garra.