Projeto e desenvolvimento de um robô antropomórfico didático

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PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM ROBÔ ANTROPOMÓRFICO DIDÁTICO

AUTORES:

RENAN ROGER LOUZADA

MARCOS ANTONIO SILVA VIEIRA

ORIENTADOR:

PROF. MSc. GUSTAVO PERIM COLA

Justificativa e ObjetivoHistóricoRobôs ManipuladoresProjeto do Robô manipulador didático

Dimensões Modelagem Cinemática AcionamentosProcessamento e ComunicaçãoInterfacesModos de comando

Testes e ResultadosConclusão

JUSTIFICATIVA E OBJETIVORealizar um projeto para aprimorar os conhecimentos utilizando uma aplicação a baixo custo de hardware e software com acionamentos simplificados que possibilitem o meio acadêmico a motivação para desenvolvimentos de novos controles, criação de novos modelos e aperfeiçoamento no conhecimento da robótica.

HISTÓRICO• Origem do termo

– Karel Capek

• Definição– “Um robô pode ser definido como, uma máquina flexível,

multifuncional, reprogramável e com capacidade de interagir com objetos em seu ambiente”.

• Robôs industriais– O primeiro robô industrial o Unimate foi instalado em uma linha de

montagem da General Motors no estado de New Jersey , EUA, em 1961 .

ROBÔS MANIPULADORES• Configurações– Graus de liberdade

• O grau de liberdade, ou Degree of freedom de um robô, é a quantidade de movimentos possíveis realizados por um manipulador.

– Tipo de juntas

– Classificação

ROBÔS MANIPULADORES• Configurações– Métodos de programação

– Assembly, C++, ABB - Arla.Rapid, Fanuc- Karel,

IBM - Aml/2, Seiko - Darl4 e etc.

DIMENSÕES

DIMENSÕES

DIMENSÕES

MODELAGEM CINEMÁTICA

MODELAGEM CINEMÁTICA

ACIONAMENTOS

ACIONAMENTOS• Massas dos links

Densidade do acrílico = 1,19 g/cm3

Mgarra = d * VMgarra = 1,19 * (14 * 5 * 0,5)Mgarra = 42g = Aproximadamente 50g

MDE = 50(Mgarra) + 9(Motor) + 150(Carga útil do braço) + 20(Parafusos)MDE = Aproximadamente 230g

MCD= d * VMCD = (1,19 * (2 * (23 * 10 * 0,5))) + 9(Motor) + 20(Parafusos) + 65(Motor)MCD = Aproximadamente 380g

MBC = d * VMBC = (1,19 * (2 * (22 * 10 * 0,5))) + 130(Dois Motores) + 20(Parafusos) MBC = Aproximadamente 420g

ACIONAMENTOS• Torques dos motores principais TB – MDE * (LBC + LCD + Garra) – MCD * (LBC + LCD) – MBC * (LBC) = 0TB = (0,23 * (12,2 + 18,3 + 15,2) + (0,38 * (12,2 * 18,3)) + (0,42 * 12,2)TB = 10,51 + 11,59 + 5,12TB = 27,22 Kg*cm TC – (MDE * (LCD + Garra)) – (MCD * LCD) = 0TC = (0,23 * (18,3 + 15,2)) + (0,38 * 18,3) = 0TC = 7,71 + 6,95TC = 14,66 Kg*cm

PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO

• Fonte de alimentação (ATX 500) – Tabela de consumo de corrente

Quantidade Componente Corrente (Máx) Tensão alimentação

2 Servomotor SG90 0,5A 5V

4 Servomotor MG995 3A 5V

1 JY-MCU 0,5A 5V

1 Display JHD-162A 0,4A 5V

1 Arduino 1A 12V

Consumo máximo 15A

PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO

– 1 = GND– 2 = VCC– 3 = POT 1– 4 = D13– 5 = GND– 6 = D12– 7 = Não usado– 8 = Não usado– 9 = Não usado– 10 = Não Usado– 11 = D8– 12 = D7– 13 = D4– 14 = D2– 15 = POT 2– 16 = GND

PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO• Display (JHD 162A)

• Módulo de comunicação (JY-MCU)– Rx, Tx - Comunicação serial TTL– Baud rate – 9600 Kbps– Alimentação 5V– Perfil serial Bluetooth– Configuração personalizada

PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO

• Controlador (ARDUINO DUEMILANOVE)– 6 saídas PWM– RX, TX - Comunicação serial TTL e USB– 5 entradas analógicas– 6 entradas digitais– Alimentação 5 ou 12V

PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO

• Esquema de ligação– A0 = Branco Azul– A1 = Azul– A2 = Branco Laranja– A3 = laranja– A4 = Marron– A5 = Contato chave Bluetooth– D0 = TX do modulo JYMCU– D1 = RX do modulo JYMCU– D2 = 14 do display– D3 = Motor da Garra

– D4 = 13 do display– D5 = Motor Pulso– D6 = Motor Cotovelo– D7 = 12 do display– D8 = 11 do display– D9 = Motor 2 do Ombro– D10 = Motor 1 do Ombro– D11 = Motor Giro Base– D12 = 6 do display– D13 = 4 do display

INTERFACES

• Conector da fonte (4 Pinos)– 1 = 5V– 2 e 3 = Comum– 4 = 12V

INTERFACES

• Chave On/Off– Corrente do contato 10A– Arredondada com acabamento

• Potenciômetros de brilho e contraste– 5 Kohms– Fixação simples

• Conector comum para modos de comando– Modular RJ-45 fêmea

INTERFACES

• Esquema de ligação– Verde = VCC– B. Verde = GND– B. Azul = A0– Azul = A1– B. Laranja = A2– Laranja = A3– Marron = A4– B. Marron = Não usado

MODOS DE COMANDO

• Controle analógico– Joystick PS2– Potenciômetros 5Kohms– Cabo de par trançado UTP CAT 5E– Conector RJ45 macho

• Esquema de ligação– Verde = VCC– B. Verde = GND– B. Azul = A0 = Potenciômetro 1 = Garra– Azul = A1 = Potenciômetro 2 = Giro da garra– B. Laranja = A2 = Potenciômetro 3 = Cotovelo– Laranja = A3 = Potenciômetro 4 = Ombro– Marron = A4 = Potenciômetro 5 = Giro do braço– B. Marron = Não usado

MODOS DE COMANDO

• Teclado– Comunicação via conexão USB– Comunicação Wifi

• Configuração dos comandos– Caracter ‘a’ = Comando de abre garra;– Caracter ‘q’ = Comando de fecha garra;– Caracter ‘s’ = Comando de giro anti horário do pulso;– Caracter ‘w’ = Comando de giro horário do pulso;– Caracter ‘d’ = Comando de abaixa cotovelo; – Caracter ‘e’ = Comando de sobe cotovelo;– Caracter ‘f’ = Comando de abaixa ombro;– Caracter ‘r’ = Comando de sobe ombro;– Caracter ‘g’ = Comando de giro anti horário da base;– Caracter ‘t’ = Comando de giro horário da base.

MODOS DE COMANDO

• Celular / Tablet– Software MicrocontrollerBT–Comunicação Bluetooth– Senha 1302

• Configuração dos comandos no software– Entrada analógica 3 = Comando da Garra– Entrada analógica 5 = Comando do Pulso– Entrada analógica 6 = Comando do Cotovelo– Entrada analógica 9 ou 10 = Comando do Ombro– Entrada analógica 11 = Comando de giro do Braço

MODOS DE COMANDO

• Controle autônomo– Segue principio de funcionamento do teclado– Lógica de tratamento segue condições da tabela ASCII– Inserção de dados conforme sequencia de valores iniciais e em seguida a sequencia de valores finais das juntas

MODOS DE COMANDO

• Exoesqueleto– Potenciômetros 5Kohms– Cabo de par trançado UTP CAT 5E– Conector RJ45 macho

• Configuração dos comandos– Dedo mínimo = Abre e fecha garra– Pulso = Giro horário e anti-horário do pulso– Cotovelo = Elevação e abaixamento do cotovelo– Flexão e extensão do ombro = Elevação e abaixamento do ombro– Pinça digito-digital = Giro horário e anti-horário do manipulador

MODOS DE COMANDO

TESTES E RESULTADOS

• Telas do software Microcontroller BT

TESTES E RESULTADOS

• Valores da tabela ASCII para controle autônomo• Via Arduino Monitor

– alt + 7 = 149º– alt + 21 = 167º– alt + 32 a 126 = (X=X)– alt + 169 = 174º

TESTES E RESULTADOS

• Via software X-CTU– FN + Delete = 3º– Enter = 13º– alt + 7 = 149º– alt + 21 = 167º– alt + 32 a 126 = (X=X)– alt + 169 = 174º

• Valores máximos dos potenciômetros do Exoesqueleto• 0 a 1023 = 0 a 5Kohms

– Garra aberta = 60– Garra fechada = 115– Pulso aberto = 7– Pulso Fechado = 120– Cotovelo aberto = 7– Cotovelo fechado = 130– Ombro aberto = 1023– Ombro fechado = 300– Ombro giro mínimo = 8– Ombro giro Maximo = 1023

TESTES E RESULTADOS

• Valores do manipulador Spider em repouso• 0 a 180

– Garra = 180– Pulso = 100– Cotovelo = 0– Ombro1 = 180– Ombro2 = 180– Ombro_giro = 100

TESTES E RESULTADOS

• Sequência para energizar robô Spider– 1º Conectar e ligar fonte de alimentação– 2º Conectar cabo USB

• Para desenergizar seguir a sequencia contrária

TESTES E RESULTADOS

• Caso ocorra desacoplamento do giro do braço– Posicionar Robô Spider na posição 180º– Abaixar aba da base onde encontra-se o display– Realizar reaperto do parafuso central

• Sequência para utilizar comunicação via módulo bluetooth– 1º Ligar chave na base do robô Spider– 2º Conectar e ligar fonte de alimentação

CONCLUSÃO• Desenvolvimento de um projeto acadêmico

com resolução de problemas estruturais e conceituais.

• Desenvolvimento de interfaces de comando com diferentes aplicações operacionais.

• Aplicabilidade de diferentes softwares com a interface, elaboração de layout e teste.

OBJETIVO ALCANÇADO!

SUGESTÕES FUTURAS• Comando por visão computacional.• Comando através de interface gráfica em um

modelo virtual.• Elaboração de ferramentas para aplicações

semelhantes aos manipuladores industriais.• Associação do braço robótico as demais

plantas didática existentes na UCL (Esteira).

PERGUNTAS

OBRIGADO!