UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA

FACULDADE DE ENGENHARIA, ARQUITERURA E URBANISMO

Engenharia Elétrica/Eletrônica

Braço Articulado Controlado

Remotamente Via Bluetooth

Guilherme José Lopes

Valter de Lima Oliveira

Relatório do Trabalho de Conclusão de Curso apresentado

à Banca Avaliadora da Faculdade de Engenharia,

Arquitetura e Urbanismo da Universidade do Vale do

Paraíba, como parte dos requisitos para obtenção do Título

de Engenheiro Elétrico / Eletrônico

São José dos Campos – SP

06 / 2013

2

Braço Articulado Controlado

Remotamente via Bluetooth

Guilherme José Lopes

Valter de Lima Oliveira

Banca Avaliadora

Presidente: José Ricardo Abalde Guede

Orientador: Marcio Tadeu de Assis Honorato Muella

Convidado: Alessandro Correa Mendes

___________________________________

Marcio Tadeu de Assis Honorato Muella

Orientador Acadêmico

___________________________________

José Ricardo Abalde Guede

Coordenador da Disciplina de TCC

Data: 04/07/2013

3

Agradecimentos

Seria impossível a conclusão deste

trabalho e, por consequência do curso de

Engenharia sem o apoio de várias pessoas ao

longo destes anos.

Agradecemos o apoio de nossas esposas,

filhos, pais e todos de nossa família que nos

auxiliaram neste caminho.

A todos os professores que tivemos o

prazer do convívio, especialmente ao Prof.

Marcio Tadeu de Assis Honorato Muella pela

orientação, nosso sincero muito obrigado.

4

Dedicatória

Dedicamos este trabalho à nossa família

pelo apoio e compreensão em todos os

momentos, especialmente nas situações mais

difíceis vividas ao longo dos últimos cinco

anos.

5

RESUMO

O projeto desenvolvido e descrito a seguir como Trabalho de Conclusão do Curso teve

como objetivos principais o desenvolvimento de habilidades nas áreas de sistemas robóticos,

programação e transmissão de dados, a criação de uma base de conhecimento para o

desenvolvimento futuro de aplicações para organizações que necessitem de sistemas robóticos

controlados remotamente e o conhecimento e a familiarização com a plataforma de

desenvolvimento Arduino.

O sistema desenvolvido foi um braço mecânico articulado, com os movimentos

executados por servomotores e controlado remotamente através de comandos seriais enviados

por interface Bluetooth. Este projeto de TCC poderá futuramente servir de base para o

desenvolvimento de um novo negócio a partir dos conhecimentos agregados.

Os resultados esperados foram alcançados com a concepção de um protótipo

completamente funcional cobrindo todos os objetivos inicialmente propostos.

Adicionalmente, foram agregados novos conhecimentos em Linguagem C, protocolos de

comunicação serial via Bluetooth, sistemas robóticos, desenvolvimento de protótipos e outras

áreas de interesse complementares ao curso de Engenharia Elétrica.

Como oportunidades de desenvolvimento e melhorias futuras no trabalho desenvolvido,

está sendo analisada a substituição dos servomotores utilizados nos movimentos do braço

mecânico por motores de passo e o desenvolvimento de um novo programa que venha a

explorar as possibilidades abertas pelo uso destes motores, criando um sistema com

movimentos mais precisos e com maiores possibilidades de controle. Adicionalmente, o

trabalho gerou uma ideia, que está sendo desenvolvida, de formatação de um novo negócio

visando o fornecimento de kits de ensino de robótica baseados nos conhecimentos adquiridos

durante o desenvolvimento.

Palavras-Chave: Braço Mecânico, Robótica, Servomotor, Arduino, Bluetooth.

6

ÍNDICE GERAL

1 - Introdução 10

2 - Materiais Utilizados 11

2.1 - A Plataforma Arduino 11

2.2 - Servomotores 12

2.3 - Bluetooth 15

2.3.1 - Histórico 16

2.3.2 - Tecnologia Bluetooth: Frequência e Comunicação 16

3 - Metodologia Empregada 18

3.1 - Detalhamento do Hardware: Arduino Uno 19

3.1.1 - Alimentação 21

3.1.2 - Memória e I/O 21

3.1.3 - Comunicação 22

3.1.4 - Programação 23

3.1.5 - Proteção Contra Sobrecorrente na Porta USB 23

3.2 - Módulo Bluetooth 23

3.3 - Servomotores 25

3.3.1 - Servo MG 995 25

3.3.2 - Servo TG9e 26

3.4 - Fonte de Alimentação 27

4 - Montagem Final 28

4.1 - Diagrama em Blocos 28

4.2 - Mecânica e Materiais 29

4.2.1 - Fabricação 41

4.2.2 - Evolução do Projeto 41

4.3 - Software 49

4.4 - Custo do Projeto 50

5 - Resultados e Discussões 50

6 - Conclusões 52

7 - Referências Bibliográficas 54

8 - Anexos do Manuscrito: Fluxograma e Software Comentado 55

9 - Anexos do Projeto: Desenhos de Montagem 61

7

INDICE DE FIGURAS

Figura 1 - Vista em corte de um servomotor genérico 13

Figura 2 - Detalhe de um servomotor genérico 13

Figura 3 - Partes internas de um servomotor desmontado 13

Figura 4 - Pulsos de controle de um servomotor 14

Figura 5 - Padrões de conectorização de servomotores 15

Figura 6 - Diagrama básico do sistema proposto 18

Figura 7 - Placa Arduino Uno e seus componentes principais 19

Figura 8 - Dimensões da placa Arduino Uno 20

Figura 9 - Diagrama esquemático da placa Arduino Uno 20

Figura 10 - Módulo Bluetooth EGBT-046S 23

Figura 11 - Esquema de conexão do módulo Bluetooth a um microcontrolador 24

Figura 12 - Imagem de catálogo do servomotor MG 995 25

Figura 13 - Detalhe das engrenagens do servomotor MG 995 26

Figura 14 - Imagem de catálogo do servomotor TG9e 26

Figura 15 - Fonte externa utilizada no projeto 27

Figura 16 - Detalhe do plugue de saída DC da fonte 28

Figura 17 - Diagrama em blocos do sistema desenvolvido 28

Figura 18 - Desenho da montagem final do braço articulado: vista lateral direita 29

Figura 19 - Desenho da montagem final do braço articulado: vista lateral esquerda 30

Figura 20 - Robô modelo ABB 1400 30

Figura 21 - Base do braço articulado 31

Figura 22 - Giro da mesa do braço articulado 32

Figura 23 - Suportes laterais do braço articulado 32

Figura 24 - Tensor 1: interligação do servomotor com o tensor 2 33

Figura 25 - Tensor 2: interligação tensor 2 com o corpo do braço 33

Figura 26 - Interligação dos suportes laterais e do Tensor 02 com a base de giro 34

Figura 27 - Base de adaptação do giro da garra 34

Figura 28 - Interligação do servomotor de giro da garra com o corpo da “munheca” 35

Figura 29 - Corpo da “munheca” 35

Figura 30 - Fixação lateral do corpo da “munheca” ao corpo da garra. 36

Figura 31 - Corpo da garra. 36

Figura 32 - Articulação da garra. 37

8

Figura 33 - Extremidade da garra. 37

Figura 34 - Vista lateral direita do braço articulado 38

Figura 35 - Vista lateral esquerda do braço articulado 38

Figura 36 - Vista superior do braço articulado 39

Figura 37 - Vista traseira do braço articulado 39

Figura 38 - Vista frontal do braço articulado 40

Figura 39 - Visão geral da montagem final do braço articulado 40

Figura 40 - Início da montagem do da base do braço articulado 41

Figura 41 - Giro da base e acoplamento dos servomotores de acionamento do braço 42

Figura 42 - Montagem da base com os cabos de acionamento dos servomotores 42

Figura 43 - Primeiro modelo de garra utilizado no protótipo e abandonado devido à

dificuldade de fixação dos servomotores. 43

Figura 44 - Dimensões relativas da garra em relação à base do braço articulado. 43

Figura 45 - Testes de desenvolvimento do Arduino e dos servomotores. 44

Figura 46 - Testes de desenvolvimento do Arduino e dos servomotores. 44

Figura 47 - Testes de montagem final do protótipo, da nova versão do braço superior e das

garras com posicionamento de fixação dos servomotores de giro do braço, acionamento da

munheca e das garras. 45

Figura 48 - Versão final do protótipo com a finalização da fixação dos servomotores e do

chicote com o cabeamento de acionamento e controle. 45

Figura 49 - Vista lateral do braço articulado com detalhe do servomotor de giro do braço

superior. 46

Figura 50 - Vista superior do braço articulado com detalhe das garras. 46

Figura 51 - Vista inferior da base do braço articulado. 47

Figura 52 - Detalhe inferior da base do braço articulado com a posição do servomotor

de giro da mesa com a acomodação do Arduino e do cabeamento. 47

Figura 53 - Vista frontal do braço articulado. 48

Figura 54 - Versão final da montagem mecânica do braço articulado com todos os

componentes. 48

Figura 55 - Fluxograma do aplicativo de controle do braço articulado. 49

9

INDICE DE TABELAS

Tabela 6 - Características Elétricas da Placa Arduino Uno 19

Tabela 7 - Características Elétricas do módulo EBGT-046S 24

Tabela 8 - Custos do Projeto 50

10

1. INTRODUÇÃO

Automação de processos é certamente uma das áreas mais promissoras e de maior

potencial para novas oportunidades nos próximos anos. Os grandes projetos de infraestrutura

em execução no país nas áreas de energia, transporte, indústria e construção civil vão

demandar conhecimentos em projetos de sistemas robóticos, desenvolvimento de software e

aquisição/transmissão de dados de forma automatizada e remota.

Com esse projeto, objetiva-se desenvolver habilidades nas áreas de sistemas robóticos,

programação e transmissão de dados, desenvolver conhecimentos da plataforma Arduino e

criar sistema que sirva de base para o desenvolvimento futuro de aplicações para empresas

que necessitem de sistemas robóticos controlados remotamente.

Outro aspecto importante no desenvolvimento deste projeto foi a utilização da

plataforma de “hardware/software de código aberto” Arduino. Esta plataforma possibilita o

desenvolvimento de aplicações de baixo custo em diversas áreas, podendo, por exemplo, ser

utilizada para a implementação de kits que possibilitem a iniciação no ensino de robótica e

programação.

Dentro deste contexto, o projeto foi desenvolvido com um sistema composto de um

braço mecânico articulado utilizando servomotores, conectado a uma placa Arduino UNO

controlada remotamente via Bluetooth. O projeto se justifica por propor uma solução de baixo

custo, flexível e prática para o desenvolvimento de sistemas robóticos. O uso da plataforma

Arduino tem como maior vantagem a facilidade de sua utilização. Uma característica

interessante e favorável ao uso do Arduino é similaridade de sua linguagem de programação

com a Linguagem C, o que facilita a criação de códigos e serve oportunidade de

desenvolvimento de técnicas de programação.

No relatório mostrado a seguir serão abordados os materiais utilizados no

desenvolvimento do projeto com uma introdução teórica sobre a plataforma Arduino,

servomotores e seu funcionamento básico e protocolo Bluetooth. Na sequência, será detalhada

a metodologia empregada no desenvolvimento com detalhamentos da placa Arduino Uno

utilizada, do módulo bluetooth, dos servomotores e da fonte de alimentação. A montagem

final do protótipo será detalhada mostrando o diagrama em blocos do sistema, a concepção

mecânica e os materiais utilizados e o software de controle desenvolvido. Finalizando o

trabalho, serão apresentados e comentados os resultados obtidos destacando pontos positivos

observados ao longo do desenvolvimento bem como pontos negativos e oportunidades de

melhorias identificadas.

11

2. MATERIAIS UTILIZADOS

A ideia inicial do projeto era desenvolver um sistema baseado na plataforma Arduino

permitindo o controle remoto de um braço articulado com movimentos providos por

servomotores. Nos itens a seguir, serão apresentadas as informações básicas iniciais sobre

cada um destes três componentes a saber: plataforma Arduino, servomotores e protocolo

Bluetooth.

2.1 A PLATAFORMA ARDUINO

O projeto foi desenvolvido utilizando a plataforma Arduino. O Arduino faz parte do

conceito de hardware e software livre e está aberto para uso e contribuição de toda sociedade.

O conceito Arduino surgiu na Itália em 2005 com o objetivo de criar um dispositivo para

controlar projetos e protótipos construídos de uma forma menos dispendiosa do que outros

sistemas disponíveis no mercado. [1]

O Arduino é uma plataforma de computação física (são sistemas digitais ligados a

sensores e atuadores, que permitem construir sistemas que percebam a realidade e respondem

com ações físicas), baseada em uma simples placa de Entrada/Saída microcontrolada e

desenvolvida sobre uma biblioteca que simplifica a escrita da programação em C/C++. O

Arduino pode ser usado para desenvolver artefatos interativos autônomos ou conectados a um

computador ou a outro sistema em que possa interagir. [1]

Um microcontrolador (também denominado MCU) é um computador em um chip, que

contém processador, memória e periféricos de entrada/saída. É um microprocessador que

pode ser programado para funções específicas, em contraste com outros microprocessadores

de propósito gerais (como os utilizados nos PCs). Eles são embarcados no interior de algum

outro dispositivo, no caso desse projeto o Arduino, para que possam controlar suas funções ou

ações através da interação com o ambiente externo. [1]

O Arduino é um kit de desenvolvimento capaz de interpretar variáveis no ambiente e

transformá-las em sinal elétrico correspondente, através de sensores ligados aos seus

terminais de entrada, e atuar no controle ou acionamento de algum outro elemento

eletroeletrônico conectado ao terminal de saída. Ou seja, é uma ferramenta de controle de

entrada e saída de dados, que pode ser acionada por um sensor (por exemplo, um resistor

dependente da luz - LDR) e que, logo após passar por uma etapa de processamento, o

microcontrolador, poderá acionar um atuador (um motor, por exemplo). [1]

12

O Arduino é baseado em um microcontrolador (Atmega), e dessa forma é logicamente

programável, ou seja, é possível a criação de programas, utilizando uma linguagem própria

baseada em C/C++, que, quando implementadas fazem com que o hardware execute certas

ações. Dessa forma, estamos configurando a etapa de processamento. [1]

O grande diferencial desta ferramenta é que ela é desenvolvida e aperfeiçoada por uma

comunidade que divulga os seus projetos e seus códigos de aplicação, pois sua concepção é

open-source, ou seja, qualquer pessoa com conhecimento de programação pode modificá-lo e

ampliá-lo de acordo com a necessidade, visando sempre a melhoria dos produtos que possam

ser criados aplicando o Arduino. [1]

Ele foi projetado com a finalidade de ser de fácil entendimento, programação e

aplicação, além de ser multiplataforma, ou seja, podemos configurá-lo em ambiente

Windows, GNU/Linux e Mac OS. Assim sendo, pode ser perfeitamente utilizado como

ferramenta educacional sem se preocupar que o usuário tenha um conhecimento específico de

eletrônica. Pelo fato de ter o seu esquema e software de programação “open-source”, acabou

chamando a atenção dos técnicos e engenheiros de eletrônica, que começaram a aperfeiçoá-la

e a criar aplicações mais complexas. [1]

O projeto foi desenvolvido utilizando uma placa Arduino UNO. Especificações e

maiores detalhes serão fornecidos nos próximos tópicos.

2.2 SERVOMOTORES

O servomotor é um dispositivo eletromecânico que, a partir de um sinal elétrico em sua

entrada, pode ter seu eixo posicionado em uma determinada posição angular. Por serem

pequenos e compactos, além de permitir um posicionamento relativamente preciso de seu

eixo, os servomotores são amplamente utilizados em robótica e modelismo. [2]

Um servomotor possui um sistema eletrônico de controle e um potenciômetro interno

que está conectado ao eixo de saída. Este potenciômetro possibilita ao circuito de controle

monitorar o ângulo do eixo do servomotor. Se o eixo estiver no ângulo correto o motor para

de girar. Se o circuito detecta que o ângulo está incorreto, o motor é ativado até que o ângulo

desejado seja obtido. Nas engrenagens de um servomotor existe um limitador que atua no

ângulo de giro do eixo, fazendo com que este varie de 0 a 180º. Este limitador pode ser

removido e o servomotor pode ser utilizado como um motor com caixa de redução com eixo

girante de 360º. Nas figuras 1 e 2 são mostrados detalhes internos de um servomotor genérico.

[2]

13

Figura 1 - Vista em corte de um servomotor genérico [2]

Figura 2 - Detalhe de um servomotor genérico [2]

Na figura 3 é mostrado um servomotor desmontado com suas partes internas explicadas

em detalhes na sequência.

Figura 3 - Partes internas de um servomotor desmontado [2]

14

a) Circuito de Controle: Responsável por receber os sinais de energia do sistema de

controle, monitorar a posição do potenciômetro e posicionar o motor conforme o sinal

recebido do sistema de controle e o potenciômetro. [2]

b) Potenciômetro: Ligado ao eixo de saída do servo, tem a função de monitorar a

posição do mesmo. [14]

c) Motor: Movimenta as engrenagens e o eixo principal do servo. [2]

d) Engrenagens: Reduzem a rotação do motor, transferem mais força ao eixo principal

e movimentam o potenciômetro juntamente com o eixo. [2]

O ângulo do eixo é determinado a partir da duração da largura de um pulso PWM

enviado à entrada de sinal de controle do servomotor. Este sinal pode ser 0 ou 5 volts. O

circuito de controle do servomotor monitora este sinal em intervalos de 20 ms. Caso seja

percebida alguma variação dentro deste intervalo, durante um período entre 1 ms e 2 ms o

servo altera a posição do seu eixo para coincidir com o sinal recebido. Na figura 4 é detalhada

a correlação entre os pulsos de controle e a posição relativa do eixo do servomotor. [2]

Figura 4 - Pulsos de controle de um servomotor [2]

Uma vez que o servomotor receba um sinal de, por exemplo, 1,5 ms, é verificado se o

potenciômetro encontra-se na posição correspondente e caso positivo nenhuma alteração de

posição é feita. Caso o potenciômetro não estiver na posição correspondente ao sinal recebido,

o circuito de controle aciona o motor até o potenciômetro atingir a posição correta. A direção

15

de rotação do motor do servo vai depender também da posição relativa do potenciômetro e o

motor irá girar na direção que mais rápido levar o potenciômetro até a posição correta. [2]

O padrão de conectorização dos servomotores é mostrado na figura 5:

Figura 5 - Padrões de conectorização de servomotores [2]

2.3 BLUETOOTH

O Bluetooth é uma tecnologia que permite uma comunicação simples, rápida, segura e

barata entre computadores, “smartphones”, telefones celulares, mouses, teclados, fones de

ouvido, impressoras e outros dispositivos, utilizando ondas de rádio no lugar de cabos. Assim,

é possível fazer com que dois ou mais dispositivos comecem a trocar informações com uma

simples aproximação entre eles. [4]

16

2.3.1 HISTÓRICO

A história do Bluetooth começa em meados de 1994. Na época, a empresa Ericsson

começou a estudar a viabilidade de desenvolver uma tecnologia que permitisse a comunicação

entre telefones celulares e acessórios utilizando sinais de rádio de baixo custo, ao invés dos

tradicionais cabos. Em 1997, o projeto começou a despertar o interesse de outras empresas

que, logo, passaram a fornecer apoio. Por conta disso, em 1998 foi criado o consórcio

Bluetooth SIG (Special Interest Group), formado pelas empresas Ericsson, Intel, IBM,

Toshiba e Nokia. Note que esse grupo é composto por dois "gigantes" das telecomunicações

(Ericsson e Nokia), dois nomes de peso na fabricação de PCs (IBM e Toshiba) e a líder no

desenvolvimento de chips e processadores (Intel). [4]

A denominação Bluetooth é uma homenagem a um rei dinamarquês chamado Harald

Blåtand, mais conhecido como Harald Bluetooth (Haroldo Dente-Azul). Um de seus grandes

feitos foi a unificação da Dinamarca, e é em alusão a esse fato que o nome Bluetooth foi

escolhido, como que para dizer que a tecnologia proporciona a unificação de variados

dispositivos. [4]

2.3.2 A TECNOLOGIA BLUETOOTH: FREQÜÊNCIA E COMUNICAÇÃO

O Bluetooth é um padrão global de comunicação sem fio e de baixo consumo de energia

que permite a transmissão de dados entre dispositivos compatíveis com a tecnologia. Para

isso, uma combinação de hardware e software é utilizada para permitir que essa comunicação

ocorra entre os mais diferentes tipos de aparelhos. A transmissão de dados é feita através de

radiofrequência, permitindo que um dispositivo detecte o outro independente de suas

posições, desde que estejam dentro do limite de proximidade. [4]

Para que seja possível atender aos mais variados tipos de dispositivos, o alcance

máximo do Bluetooth foi dividido em três classes:

Classe 1: potência máxima de 100 mW, alcance de até 100 metros;

Classe 2: potência máxima de 2,5 mW, alcance de até 10 metros;

Classe 3: potência máxima de 1 mW, alcance de até 1 metro.

Isso significa que um aparelho com Bluetooth classe 3 só conseguirá se comunicar com

outro se a distância entre ambos for inferior a 1 metro, por exemplo. Neste caso, a distância

pode parecer inutilizável, mas é suficiente para conectar um fone de ouvido a um telefone

celular pendurado na cintura de uma pessoa. É importante frisar, no entanto, que dispositivos

17

de classes diferentes podem se comunicar sem qualquer problema, bastando respeitar o limite

daquele que possui um alcance menor. [4]

A velocidade de transmissão de dados no Bluetooth é baixa; até a versão 1.2, a taxa

pode alcançar no máximo 1 Mb/s. Na versão 2.0 esse valor passou para até 3 Mb/s. Embora

essas taxas sejam curtas, são suficientes para uma conexão satisfatória entre a maioria dos

dispositivos. Todavia, a busca por velocidades maiores é constante, como prova a chegada da

versão 3.0, capaz de atingir taxas de até 24 Mb/s. [4]

O Bluetooth é uma tecnologia criada para funcionar no mundo todo, razão pela qual se

fez necessária à adoção de uma frequência de rádio aberta, que seja padrão em qualquer lugar

do planeta. A faixa ISM (Industrial, Scientific, Medical), que opera à frequência de 2,45 GHz,

é a que me mais se aproxima dessa necessidade e é utilizada em vários países, com variações

que vão de 2,4 GHz a 2,5 GHz. [4]

Como a faixa ISM é aberta, isto é, pode ser utilizada por qualquer sistema de

comunicação, é necessário garantir que o sinal do Bluetooth não sofra e não gere

interferências. O esquema de comunicação FH-CDMA (Frequency Hopping - Code-Division

Multiple Access), utilizado pelo Bluetooth, permite tal proteção, já que faz com que a

frequência seja dividida em vários canais. O dispositivo que estabelece a conexão vai

mudando de um canal para outro de maneira muito rápida. Esse esquema é chamado "salto de

frequência" (frequency hopping). Isso faz com que a largura de banda da frequência seja

muito pequena, diminuindo sensivelmente as chances de uma interferência. No Bluetooth,

pode-se utilizar até 79 frequências (ou 23, dependendo do país) dentro da faixa ISM, cada

uma espaçada da outra por 1 MHz. [4]

Como um dispositivo se comunicando por Bluetooth pode tanto receber quanto

transmitir dados (modo full-duplex), a transmissão é alternada entre slots para transmitir e

slots para receber, um esquema denominado FH/TDD (Frequency Hopping/Time-Division

Duplex). Esses slots são canais divididos em períodos de 625 µs (microssegundos). Cada salto

de frequência deve ser ocupado por um slot, logo, em 1 segundo tem-se 1600 saltos. [4]

No que se refere ao enlace, isto é, à ligação entre o emissor e receptor, o Bluetooth faz

uso, basicamente, de dois padrões: SCO (Synchronous Connection-Oriented) e ACL

(Asynchronous Connection-Less). O primeiro estabelece um link sincronizado entre o

dispositivo master e o dispositivo escravo, onde é feita uma reserva de slots para cada um.

Assim, o SCO acaba sendo utilizado principalmente em aplicações de envio contínuo de

dados, como voz. Por funcionar dessa forma, o SCO não permite a retransmissão de pacotes

de dados perdidos. Quando ocorre perda em uma transmissão de áudio, por exemplo, o

18

dispositivo receptor acaba reproduzindo som com ruído. A taxa de transmissão de dados no

modo SCO é de 432 Kb/s, sendo de 64 Kb/s para voz. [4]

O padrão ACL, por sua vez, estabelece um link entre um dispositivo master e os

dispositivos slave existentes em sua rede. Esse link é assíncrono, já que utiliza os slots

previamente livres. Ao contrário do SCO, o ACL permite o reenvio de pacotes de dados

perdidos, garantindo a integridade das informações trocadas entre os dispositivos. Assim,

acaba sendo útil para aplicações que envolvam transferência de arquivos, por exemplo. A

velocidade de transmissão de dados no modo ACL é de até 721 Kb/s. [4]

3. METODOLOGIA EMPREGADA

Neste tópico serão detalhados os componentes empregados no desenvolvimento do

projeto, com o fornecimento das especificações técnicas dos módulos utilizados: placa

Arduino Uno, módulo Bluetooth, servomotores e fonte de alimentação.

A ideia básica do projeto é a concepção de um braço mecânico articulado controlado

remotamente. As articulações do braço mecânico são feitas com a utilização de servomotores,

o controlador é a placa Arduino UNO equipada com um módulo Bluetooth adicional acessado

remotamente, através de um smartphone ou um notebook, através de comandos seriais.

O diagrama básico do projeto é mostrado na figura 6:

Figura 6 - Diagrama básico do sistema proposto

19

3.1 DETALHAMENTO DO HARDWARE: ARDUINO UNO

A figura 7 mostra uma placa Arduino UNO similar à utilizada no projeto. Nela podemos

identificar os elementos principais da placa, detalhados na sequência:

Figura 7 - Placa Arduino Uno e seus componentes principais [2]

Um resumo das características elétricas principais é mostrado na tabela 1.

Tabela 1 - Características elétricas da placa Arduino Uno [2]

Microcontrolador ATmega328

Tensão de operação 5V

Tensão de entrada (recomendada) 7-12V

Tensão de entrada (limites de operação) 6-20V

Pinos I/O digitais 14 (6 com saída PWM)

Entradas analógicas 6

Corrente típica ns pinos I/O 40 mA

Corrente típica nos pinos 3.3V 50 mA

Flash Memory 32 KB (ATmega328) 0.5 KB usedos pelo bootloader

SRAM 2 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

Clock 16 MHz

20

O Arduino UNO é uma placa microcontroladora baseada no chip ATmega328. A placa

dispõe de 14 pinos de I/O digitais (6 com saída PWM), 6 entradas analógicas, cristal oscilador

de 16MHz, conector para alimentação externa, leitor de ICSP e um botão de reset manual. A

placa comporta tudo o que é necessário para suportar o microcontrolador, conectá-lo a um PC

utilizando um cabo USB de forma bastante simples, carregar o software necessário, alimentá-

lo com uma fonte DC externa e rodar a aplicação. [2]

As dimensões básicas da placa são mostradas na figura 8. O conector USB e o plug de

alimentação excedem lateralmente a dimensão do comprimento da placa em alguns

milímetros. Há quatro furos na placa para fixação. [2]

Figura 8 - Dimensões da placa Arduino Uno

O diagrama esquemático da placa é mostrado na figura 9:

Figura 9 - Diagrama esquemático da placa Arduino Uno [2]

21

3.1.1 ALIMENTAÇÃO

O Arduino UNO pode ser alimentado através do conector USB ou com uma fonte

externa. A fonte a ser utilizada é selecionada automaticamente. [2]

A alimentação externa (exceto USB) pode ser fornecida por uma bateria ou um

adaptador AC/DC. O conector de entrada de alimentação DC existente na placa é de 2.1mm

com terminal positivo no pino central. [2]

A placa pode operar com uma tensão entre 6 ~ 20V. Entretanto tensões abaixo de 7V

podem levar o pino de exteriorização de 5V a fornecer tensões abaixo do nominal e a placa

pode passar a ter operação instável. Tensões acima de 12V podem gerar sobreaquecimento no

regulador de tensão existente na placa. Desta forma, o range de operação recomendado é entre

7 e12V. [2]

Os pinos existentes no conector de exteriorização são os seguintes:

Vin: Tensão de entrada da placa quando estiver sendo utilizada uma fonte externa.

Este pino pode ser usado como entrada, ou, caso seja aplicada tensão pelo conector

de 2.1mm, esta tensão pode ser acessada neste pino;

5V: Saída de 5V disponibilizada pelo regulador existente na placa;

3V3: Saída de 3.3V disponibilizada pelo regulador existente na placa. A corrente

máxima desta saída é 50mA;

GND: Terra. [2]

3.1.2 MEMÓRIA E I/O

O microcontrolador ATmega328 dispõe de 32KB (0.5KB utilizado pelo bootloader).

Ele ainda tem 2KB de SRAM e 1KB de EEPROM (pode ser lida/escrita com o uso da

biblioteca EEPROM do software Arduino). [2]

Cada um dos 14 pinos digitais pode ser utilizado como entrada ou saída através da

aplicação das funções pinMode(), digitalwrite() e digitalRead(). Estes pinos operam em 5V

podendo fornecer/receber correntes de até 40mA e tem ainda um resistor pull-up

(desconectado default) de 20-50K. Alguns pinos têm funções especiais, descritas a seguir:

Serial: 0(RX) e 1(TX). Pinos utilizados para transmitir e receber dados seriais;

Interrupções externas: 2 e 3. Estes pinos podem ser configurados para acionar uma

interrupção em nível lógico 0, edge de subida ou descida ou alteração de valor;

PWM: 3,5,6,9,10,11. Saída PWM 8bits com o uso da função analogWrite();

22

SPI: 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK). Estes pinos oferecem suporte a

comunicação SPI utilizando a biblioteca SPI do software Arduino;

LED: 13. A placa tem um LED conectado ao pino digital 13. [2]

O Arduino UNO dispõe de 6 entradas analógicas, identificadas como A0 ~ A5, cada

uma delas com um conversor AD de 10bits de resolução. Por padrão estas entradas medem de

0 a 5V, entretanto é possível alterar o limite superior deste range usando o pino AREF em

conjunto com a função analogReference(). Adicionalmente, alguns pinos têm funções

especiais, descritas a seguir:

TWI: A4 ou pino DAS e A5 ou pino SCL. Estes pinos oferecem suporte a

comunicação TWI utilizando a biblioteca Wire do software Arduino;

AREF: Tensão de referência para as entradas analógicas utilizada em conjunto

com a função analogReference();

Reset: Nível lógico 0 aplicado a este pino provoca reset do microcontrolador. [2]

3.1.3 COMUNICAÇÃO

O Arduino UNO dispõe de diversas facilidades na comunicação com um PC, outro

Arduino, ou outros microcontroladores. O ATmega328 disponibiliza comunicação serial

padrão UART TTL (5V) através dos pinos digitais 0 (RX) e 1 (TX). Um conversor USB-

Serial(ATmega16U2) existente na placa canaliza a comunicação serial na interface USB

aparecendo como uma porta COM virtual no gerenciador de dispositivos. O firmware do

conversor USB-Serial utiliza drivers USB COM padrão, não sendo necessário nenhum driver

externo. Entretanto, no ambiente Windows, um arquivo .inf é necessário. [2]

O software Arduino inclui um monitor serial que possibilita o recebimento/envio de

dados seriais simples da placa Arduino. Os leds RX e TX na placa irão piscar durante a

transmissão de dados Arduino PC. (OBS: estes leds não piscam para comunicação serial

pelos pinos 0 e 1). [2]

O uso da biblioteca SoftwareSerial possibilita a habilitação de comunicação serial em

qualquer um dos pinos digitais do Arduino UNO. O ATmega328 suporta ainda comunicação

I2C (TWI) e SPI. O software Arduino inclui bibliotecas que simplificam o uso de

barramentos I2C (biblioteca Wire) e de comunicação SPI (biblioteca SPI). [2]

23

3.1.4 PROGRAMAÇÃO

O Arduino UNO pode ser programado utilizando o software (IDE) Arduino. O

ATmega328 vem pré-gravado com um carregador de inicialização que possibilita a carga de

novos códigos sem o uso de um programador externo. [2]

3.1.5 PROTEÇÃO CONTRA SOBRECORRENTE NA PORTA USB

O Arduino UNO dispõe de um fusível passível de reinicialização que protege as portas

USB do PC conectadas à placa contra curtos-circuitos e sobrecorrente. Independente da

proteção nativa existente na maioria dos PC’s, o Arduino UNO adiciona uma camada extra de

proteção. Caso correntes acima de 500mA sejam aplicadas na porta USB, o fusível irá

interromper a conexão até que a ocorrência tenha sido normalizada. [2]

3.2 MÓDULO BLUETOOTH

O módulo Bluetooth utilizado no projeto foi o EGBT-046S montado em uma placa de

extensão dos pinos, mostrado na figura 10.

Figura 10 - Módulo Bluetooth EGBT-046S

As características principais deste módulo estão listadas na tabela 2.

24

Tabela 2 - Características elétricas do módulo EBGT-046S

Protocolo Bluetooth Bluetooth Specification v2.0+EDR

Protocolo USB USB v1.1/2.0

Frequência 2.4 GHz ISM band

Modulação GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)

Potência de Transmissão ≤ 4 dBm, Class 2

Sensibilidade ≤-84 dBm at 0.1% BER

Taxas Asynchronous: 2.1 Mbps(Max) / 160 kbps Synchronous: 1

Mbps/1 Mbps

Opções de Segurança Autenticação e encriptação

Modos Suportados Bluetooth serial port slave device

Tensão 3,6 - 6 VDC (50 mA)

Temperatura de trabalho –5 ~ +45 °C

A placa EGBT-046S é um módulo Bluetooth genérico com firmware SPP UART para

aplicações wireless. É um módulo simples com uma configuração permanente para operação

no modo “escravo” sem a necessidade de inserção de códigos de instalação no firmware do

microcontrolador associado.

O esquema básico de conexão do módulo Bluetooth ao microcontrolador é mostrado na

figura 11:

Figura 11 - Esquema de conexão do módulo Bluetooth a um microcontrolador

25

3.3 SERVOMOTORES

Na concepção do braço mecânico decidiu-se pela implementação de seis movimentos

diferentes assim identificados:

1) Giro da base

2) Primeira elevação do braço

3) Segunda elevação do braço

4) Giro da mão do braço

5) Movimento tipo “munheca” da mão

6) Movimento tipo “pinça”

Para a obtenção destes movimentos foram utilizados sete servomotores, empregados na

configuração padrão, descrita no item 2.2, com amplitude de movimentos de 180º, não tendo

sido executada nenhuma adaptação no que diz respeito ao padrão básico de giro.

Dentro da ideia inicial, os movimentos 1 a 5 estariam sujeitos a um esforço mais

elevado, visto que deveriam suportar o movimento de parte da estrutura do próprio braço

mecânico além de prover o seu próprio movimento previamente definido. O movimento de

pinça por outro lado, estaria sujeito a um esforço menor pois não teria que suportar a carga da

estrutura mecânica do sistema.

Assim, dentro destas premissas, foram escolhidos dois tipos diferentes de servomotores

para aplicação no projeto. Estes servomotores são descritos a seguir.

3.3.1 SERVO MG 995

No projeto foram utilizados cinco servomotores modelo MG995 conforme figuras 12 e

13.

Figura 12 - Imagem de catálogo do servomotor MG 995

26

Figura 13 - Detalhe das engrenagens do servomotor MG 995

Estes servomotores foram utilizados para a execução dos movimentos 1 a 5 citados no

item 3.3 e suas principais características são descritas a seguir:

• Alimentação: através de adaptador externo.

• Estável e à prova de choque.

• Comprimento do fio: 300 mm

• Dimensões: 40 mm x 19 mm x 43 mm

• Peso: 55g

• Velocidade de operação: 0.17sec / 60 graus (4.8V sem carga)

• Velocidade de operação: 0.13sec / 60 graus (6.0V sem carga)

• Torque: 13 kg-cm (180,5 oz-in) em 4.8V

• Torque: 15 kg-cm (208,3 oz-in) em 6V

• Tensão da operação: 4.8 - 7.2Volts

• Tipo de engrenagem: metálica

• Conector do fio: Heavy Duty, 11,81 "(300 mm)

3.3.2 SERVO TG9e

No projeto foram utilizados dois servomotores modelo TG9e conforme figura 14 .

Figura 14 - Imagem de catálogo do servomotor TG9e

27

Estes servomotores foram utilizados para a execução do movimento 6 citado no item

3.3 e suas principais características estão listadas a seguir:

• Dimensões: 23 x 12.2 x 29 mm

• Torque: 1.5kg/cm (4.8V)

• Velocidade de operação: 0.10sec/60 graus

• Voltagem: 4.8V

• Temperatura de operação: 0-55C

• Comprimento do fio: 16 cm

3.4 FONTE DE ALIMENTAÇÃO

Foi utilizada no projeto uma fonte de alimentação de 6 V – 5 A conforme figura 15.

Figura 15 - Fonte externa utilizada no projeto

As suas principais características estão listadas a seguir:

• Tensão de Entrada: 90 Vac ~ 250 Vac (Automática)

• Tensão de Saída: 6 Vdc (Estabilizada)

• Corrente de Saída: 5 A

• Proteção Contra Curto-circuito

• Proteção Contra Sobre-tensão

• Proteção Contra Sobre-temperatura

• Altura: 42 mm

• Largura: 53 mm

• Comprimento: 100 mm

• Cabo de Saída: 1,50 m

• Cabo de Entrada: 1,50 m

28

O plugue de saída P4 (Positivo Interno) pode ser visto na figura 16.

Figura 16 - Detalhe do plugue de saída DC da fonte

4. MONTAGEM FINAL

4.1 DIAGRAMA EM BLOCOS

O diagrama em blocos do sistema final contemplando as premissas iniciais propostas

para o projeto está mostrado na figura 17.

Figura 17 - Diagrama em blocos do sistema desenvolvido

Arduino UNO Modulo Bluetooth TX

TX RX

R 5v 5v

GND GND

FONTE DE ALIMENTAÇÃO

GND

GND VCC

VCC

M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1

05 06 07 08 09 10 11

PINOS BARRAMENTO

VCC

GND FONTE DE

ALIMENTAÇÃO

29

As funções de cada motor são descritas abaixo:

M1: giro da mesa

M2: pantógrafo (ajusta a primeira elevação do braço)

M3: avanço (ajusta a segunda elevação do braço, aumentando o alcance do

movimento)

M4: giro da mão (executa movimento de rotação da mão do braço mecânico)

M5: munheca (executa movimento tipo “munheca” na mão do braço mecânico)

M6 e M7: garra (executam abre/fecha da garra).

4.2 MECÂNICA E MATERIAIS

A montagem final do protótipo ficou conforme as figuras 18 e 19. O protótipo foi

inspirado no robô ABB 1400, que pode ser visto na figura 20.

Figura 18 - Desenho da montagem final do braço articulado: vista lateral direita

30

Figura 19 - Desenho da montagem final do braço articulado: vista lateral esquerda

Figura 20 - Robô modelo ABB 1400

31

O material utilizado no projeto foi o policloreto de polivinila (também conhecido

como cloreto de vinila ou policloreto de vinil - nome IUPAC policloroeteno) mais

conhecido pelo acrónimo PVC (da sua designação em inglês Polyvinyl chloride) é um

plástico não 100% originário do petróleo.

O PVC contém, em peso, 57% de cloro (derivado do cloreto de sódio - sal de

cozinha) e 43% de eteno (derivado do petróleo). Como todo plástico, o vinil é feito a

partir de repetidos processos de polimerização que convertem hidrocarbonetos,

contidos em materiais como o petróleo, em um único composto chamado polímero. O

vinil é formado basicamente por etileno e cloro.

Este dá ao vinil duas vantagens, a de não ser tão susceptível às mudanças de

preço no mercado de petróleo e de não ser um bom combustível como os derivados de

petróleo.

Por uma reação química, o etileno e o cloro combinam-se formando o dicloreto

de etileno, que por sua vez é transformado em um gás chamado "VCM" (Vinyl

chloride monomer, em português cloreto de vinila). O passo final é a polimerização,

que converte o monómero num polímero de vinil, que é o PVC, ou simplesmente,

vinil.

A partir da ideia inicial mostrada nos desenhos das figuras 18, 19 e 20 com base

na utilização de placas e tubos de PVC para a estrutura mecânica do braço articulado e

levando em contas dimensões das peças a serem agregadas ao projeto para a montagem

final chegou-se aos desenhos das partes mecânicas mostradas a seguir nas figuras 21 a

39. Os desenhos de montagem com as respectivas cotas estão no item 9 - Anexos do

Projeto.

Figura 21 - Base do braço articulado

32

Figura 22 - Giro da mesa do braço articulado

Figura 23 - Suportes laterais do braço articulado

33

Figura 24 - Tensor 1: interligação do servomotor com o tensor 2

Figura 25 - Tensor 2: interligação tensor 2 com o corpo do braço

34

Figura 26 - Interligação dos suportes laterais e do Tensor 02 com a base de giro

Figura 27 - Base de adaptação do giro da garra

35

Figura 28 - Interligação do servomotor de giro da garra com o corpo da “munheca”

Figura 29 - Corpo da “munheca”

36

Figura 30 - Fixação lateral do corpo da “munheca” ao corpo da garra.

Figura 31 - Corpo da garra.

37

Figura 32 - Articulação da garra.

Figura 33 - Extremidade da garra.

38

Figura 34 - Vista lateral direita do braço articulado

Figura 35 - Vista lateral esquerda do braço articulado

39

Figura 36 - Vista superior do braço articulado

Figura 37 - Vista traseira do braço articulado

40

Figura 38 - Vista frontal do braço articulado

Figura 39 - Visão geral da montagem final do braço articulado

41

4.2.1 FABRICAÇÃO

Foram adquiridos placas de PVC de 6,7mm e foram utilizados métodos de

modelismo amador para fabricação do modelo, ou seja, foi desenhado sobre a placa de

PVC e logo após cortado com utilização de uma serra do tipo “tico -tico” e feito o

esquadrejamento utilizando um esmeril de baixa velocidade e um paquímetro para

controlar o desbaste e esquadro. Para o acabamento, foram utilizadas laminas de

estilete pra remoção de rebarbas e quebrar os cantos. Para fixação das partes de PVC

foi utilizado o Cianoacrilato, que é um tipo de adesivo criado acidentalmente em 1942

por Harry Coover durante experiências visando a criação de um polímero transparente,

comercializados como colas instantâneas de ampla utilidade, sendo o Super Bonder da

Henkel um dos pioneiros no Brasil e, portanto um sinônimo popular para este tipo de

produto.

4.2.2 EVOLUÇÃO DO PROJETO

No relatório fotográfico a seguir, são mostradas algumas etapas da evolução do

projeto, apresentando atividades realizadas no teste dos módulos individuais,

fabricação das peças de PVC do braço articulado e na montagem final do protótipo.

Figura 40 - Início da montagem do da base do braço articulado

42

Figura 41 - Giro da base e acoplamento dos servomotores de acionamento do braço

Figura 42 - Montagem da base com os cabos de acionamento dos servomotores

43

Figura 43 - Primeiro modelo de garra utilizado no protótipo e abandonado devido à dificuldade de fixação

dos servomotores.

Figura 44 - Dimensões relativas da garra em relação à base do braço articulado.

44

Figura 45 - Testes de desenvolvimento do Arduino e dos servomotores.

Figura 46 - Testes de desenvolvimento do Arduino e dos servomotores.

45

Figura 47 - Testes de montagem final do protótipo, da nova versão do braço superior e das garras com

posicionamento de fixação dos servomotores de giro do braço, acionamento da munheca e das garras.

Figura 48 - Versão final do protótipo com a finalização da fixação dos servomotores e do chicote com o

cabeamento de acionamento e controle.

46

Figura 49 - Vista lateral do braço articulado com detalhe do servomotor de giro do braço superior.

Figura 50 - Vista superior do braço articulado com detalhe das garras.

47

Figura 51 - Vista inferior da base do braço articulado.

Figura 52 - Detalhe inferior da base do braço articulado com a posição do servomotor de giro da mesa

com a acomodação do Arduino e do cabeamento.

48

Figura 53 - Vista frontal do braço articulado.

Figura 54 - Versão final da montagem mecânica do braço articulado com todos os componentes.

49

4.3 SOFTWARE

Foi desenvolvido um código na IDE do Arduino cuja concepção básica era

controlar remotamente os 7 servomotores agregados ao braço mecânico, conferindo os

movimentos de giro da mesa, elevação 1(pantógrafo), elevação 2(avanço/recuo), giro

da mão(rotação interna/externa do punho), munheca e abertura/fechamento das

garras(efeito de pinça). O fluxograma básico é mostrado a seguir e o código

comentado está nos anexos do manuscrito no item 8 juntamente com o fluxograma

detalhado.

Figura 55 - Fluxograma do aplicativo de controle do braço articulado

50

4.4 CUSTO DO PROJETO

Foi feita uma estimativa do custo para desenvolvimento do projeto baseado nos valores

dos materiais utilizados, não estando considerados nesta estimativa os custos homem/hora e

de investimento e utilização de ferramentas. Os valores estão na tabela 3.

Tabela 3 - Custos do projeto

DESCRIÇÃO DO ITEM QUANTIDADE UNITÁRIO TOTAL

KIT ARDUINO 1 R$ 150,00 R$ 150,00

SERVOMOTOR TG9e 2 R$ 10,00 R$ 20,00

SERVOMOTOR MG 995 5 R$ 40,00 R$ 200,00

FONTE DE ALIMENTAÇÃO 1 R$ 60,00 R$ 60,00

MÓDULO BLUETOOTH 1 R$ 50,00 R$ 50,00

CHAPA PVC 6 mm 1 R$ 50,00 R$ 50,00

CHAPA PVC 10 mm 0,5 R$ 100,00 R$ 50,00

CONEXÕES PVC 2 R$ 5,00 R$ 10,00

TUBOS DE COLA 4 R$ 5,00 R$ 20,00

MISCELÂNEOS (FIOS, CONECTORES, REBITES, FITAS) 1 R$ 50,00 R$ 50,00

VALOR TOTAL DO PROJETO R$ 660,00

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Foram executados diversos testes do braço mecânico sob operação local e por controle

remoto.

A operação local foi feita através da porta USB do Arduino UNO, utilizando o monitor

serial existente no software do Arduino para o envio de comandos seriais.

A operação remota foi feita de duas formas distintas: 1) através de um smartphone

Android LG Optimus P970 Black, utilizando o aplicativo S2 Bluetooth Terminal – versão

3.1.0 para o envio de caracteres pela interface serial; 2) através da interface Bluetooth de um

notebook HP G42-371BR acessada por um aplicativo Hyperterminal.

Todos os testes apresentaram desempenho bastante satisfatório, tendo sido possível

controlar os 7 servomotores, local e remotamente, simulando os movimentos de giro da mesa,

elevação 1(pantógrafo), elevação 2(avanço/recuo), giro da mão(rotação interna e externa),

giro da mão(movimento tipo “munheca”) e abertura/fechamento da garra(movimento tipo

“pinça”).

51

Foram enviadas sequências de comandos simulando uma operação real, recolhendo um

objeto em uma determinada posição e colocando-o em outra posição definida.

Como os testes foram feitos no laboratório, não foi determinado o alcance máximo da

cobertura da interface Bluetooth utilizada. Entretanto, dentro das dependências do laboratório

o hardware foi montado em diversas posições tendo sido possível remoto em todas as

condições simuladas.

Durante o desenvolvimento do projeto foram feitas observações, tendo sido verificados

alguns aspectos positivos e negativos, conforme listados a seguir:

Pontos Positivos

A plataforma Arduino realmente cumpre o que promete nos quesitos facilidade de

operação e disponibilidade de informação. O hardware é realmente bem simples e de

operação bastante intuitiva, sendo que o mesmo pode ser dito do software que

também é de desenvolvimento muito simples. Outro ponto a destacar é a grande

disponibilidade de informação disponível. Como é uma plataforma aberta, há um

volume realmente gigantesco de material disponível para informação e referência.

Outro aspecto positivo que merece destaque diz respeito ao custo. Com um pequeno

investimento foi realmente possível desenvolver uma aplicação bem interessante.

Ponto mais uma vez para a plataforma aberta que praticamente zera os custos de

licenças e outras tecnologias proprietárias tornando bastante acessível o

desenvolvimento de protótipos baseados em sistemas microcontrolados.

Pontos negativos

Não foi possível definir com precisão onde era realmente o problema, mas a

operação do Arduino mostrou-se instável em algumas situações, como por exemplo

travando ao iniciar, não sendo reconhecido na primeira inicialização, não sendo

possível fazer o “upload” em outro PC com o software de mesma versão. Pode ser

um problema da interação do Arduino Uno com o ambiente Windows 7, mas como

não havia máquinas disponíveis com outros sistemas operacionais não foi possível

uma confirmação.

A abundância de informação, que a principio é uma virtude, pode se tornar um

problema. Como há muita informação disponível, é muito fácil encontrar coisas boas

mas também há inevitavelmente muito conteúdo de baixa qualidade. Saber filtrar a

52

informação, selecionando o conteúdo realmente adequado e que seja de relevância na

aplicação em desenvolvimento é fundamental para não perder o foco e desperdiçar

recursos importantes.

Características do projeto que foram observadas e que não podem ser definidas como

negativas ou positivas, mas sim como inerentes aos sistemas em questão incluem:

Capacidade do Arduino Uno: A capacidade do Arduino Uno é interessante para

aplicações simples, mas caso seja necessário controlar mais motores ou executar um

código mais complexo, uma solução mais robusta deve ser considerada.

Os servomotores foram uma solução simples e de custo reduzido para o

desenvolvimento do projeto, mas certamente apresentam inconvenientes como a

limitação do range de atuação em 180º, certa imprecisão no posicionamento do eixo,

ruído e aquecimento consideráveis. Para aplicações onde um alcance e uma precisão

maiores sejam necessários, outras alternativas como motores de passo ou servos de

rotação contínua sejam uma opção mais interessante.

Outra dificuldade observada durante o projeto foi em relação à fonte de alimentação

empregada. O projeto foi iniciado utilizando uma fonte que se imaginava ser

suficiente para a aplicação em questão. Após alguns problemas verificados onde

chegou-se a suspeitar da consistência do código e do hardware utilizado,

descobrimos que a instabilidade era devida à fonte de alimentação que estava

subdimensionada. Desta forma, atenção especial deve ser dada a este aspecto

importante do projeto.

6. CONCLUSÕES

Analisando os objetivos propostos, com o desenvolvimento do trabalho e a partir dos

resultados obtidos podemos afirmar que o projeto foi bem sucedido, tendo sido alcançados

todos os objetivos determinados, listados abaixo:

Foi agregado conhecimento de sistemas robóticos, programação e transmissão de

dados através da concepção de um braço articulado controlado remotamente.

53

A plataforma Arduino foi conhecida e utilizada com sucesso em uma aplicação,

estando alinhado com as novas diretrizes das disciplinas de microcontroladores e

Robótica da Univap.

Foram desenvolvidos conhecimentos de programação a partir da criação do software

de controle do braço articulado através da IDE do Arduino. Como a linguagem

utilizada no Arduino é bastante similar à linguagem C, indiretamente os

conhecimentos neste ambiente de programação foram revistos e refinados.

Habilidades em transmissão de dados também foram adquiridas com o

desenvolvimento de um sistema básico remotamente controlado por comandos via

interface serial através de terminais baseados na tecnologia Bluetooth.

Conforme proposto, foi obtido um sistema robótico de baixo custo baseado na

plataforma Arduino.

O sistema desenvolvido gerou uma aplicação que poderá ser utilizada no

desenvolvimento e na fomentação de novos negócios.

Uma reflexão final fica por conta da relevância de um programa de TCC bem

estruturado e orientado do qual tivemos o privilégio de participar. Esta atividade permite aos

alunos dos cursos de Engenharia um primeiro contato com uma das atividades mais

corriqueiras e comuns aos Engenheiros: a execução e gestão de pequenos projetos, definindo

e especificando materiais, desenvolvendo protótipos e sistemas de testes, controlando prazos,

medindo os resultados e redirecionando o andamento das atividades pertinentes ao projeto.

Fica como sugestão o direcionamento das ementas das disciplinas “Projeto em Engenharia

Elétrica/Eletrônica” de modo a criar um ambiente de estímulo e evolução que culmine com a

conclusão do TCC.

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7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Guimarães, Pereira da Fonseca Erika / Beppu, Mathyan Motta – Apostila Arduino –

Universidade Federal Fluminense, 2010.

[2] Arduino Home Page - http://www.arduino.cc/ - acessado em maio de 2013

[3] Servomotores http://www.pictronics.com.br/downloads/apostilas/servomotores.pdf -

acessado em maio de 2013 – autor: André Santos – Porto Alegre, 2007.

[4] Tecnologia Bluetooth - http://www.infowester.com/bluetooth.php - acessado em maio de

2013 - autor: Emerson Alecrim - São Paulo, 2008.

[5] Haykin, Simon / Moher, Michael - Sistemas Modernos de Comunicação Wireless, 1ª

Edição. Porto Alegre: Bookman, 2008.

Mc Roberts, Michael – Arduino Básico,1ª Edicão. São Paulo: Novatec, 2011.

http://www.sr.ifes.edu.br/~eduardomax/arquivos/Tut_Arduino.pdf - acessado em maio de

2013

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8. ANEXOS DO MANUSCRITO: FLUXOGRAMA E SOFTWARE COMENTADO

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#include <Servo.h> // inclue a biblioteca de controle de servomotores Servo Agirodamesa; // cria um objeto tipo Servo associado ao giro da mesa Servo Bpantografo; // cria um objeto tipo Servo associado ao pantógrafo Servo Cavanco; // cria um objeto tipo Servo associado ao avanço do braço Servo Dgirodamao; // cria um objeto tipo Servo associado a rotação da mão Servo Emonheca; // cria um objeto tipo Servo associado ao movimento de munheca Servo Fmaodireita; // cria um objeto tipo Servo associado ao fechamento da garra direita Servo Gmaoesquerda; // cria um objeto tipo Servo associado ao fechamento da garra esquerda int V=3; // define variável V do tipo inteiro int A; // define variável A do tipo inteiro int B; // define variável B do tipo inteiro int C; // define variável C do tipo inteiro int D; // define variável D do tipo inteiro int E; // define variável E do tipo inteiro int F; // define variável F do tipo inteiro int G; // define variável G do tipo inteiro // inicio do setup void setup () { Agirodamesa.attach(5); // associa o servo giro de mesa ao pino 5 Agirodamesa.write(105); // define posição inicial do servo giro de mesa delay(10); Bpantografo.attach(6); // associa o servo pantografo ao pino 6 Bpantografo.write(100); // define posição inicial do servo pantografo delay(10); Cavanco.attach(7); // associa o servo avanço ao pino 7 Cavanco.write(90); // define posição inicial do servo avanço delay(10); Dgirodamao.attach(8); // associa o servo giro da mão ao pino 8 Dgirodamao.write(90); // define posição inicial do servo giro da mão delay(10); Emonheca.attach(9); // associa o servo munheca ao pino 9 Emonheca.write(78); // define posição inicial do servo munheca

59

delay(10); Fmaodireita.attach(10); // associa o servo mão direita ao pino 10 Fmaodireita.write(105); // define posição inicial do servo mão direita delay(10); Gmaoesquerda.attach(11); // associa o servo mão esquerda ao pino 11 Gmaoesquerda.write(110); // define posição inicial do servo mão esquerda delay(10); Serial.begin(9600); // inicializa comunicação serial } // inicio do loop void loop() { char z = Serial.read(); // define uma variável tipo char associada ao valor lido pela serial if(z == '1') A=30; // testa o valor de z e escreve em A conforme retorno do condicional if(z == '2') A=105; // testa o valor de z e escreve em A conforme retorno do condicional if(z == '3') A=180; // testa o valor de z e escreve em A conforme retorno do condicional int a= Agirodamesa.read(); // define uma variável a tipo int associada ao valor lido da serial a=constrain(a,30,180); // limita o valor de a entre 30 e 180º if(a>A )a--; // decrementa a em função do resultado do teste condicional if(a<A )a++; // incrementa a em função do resultado do teste condicional Agirodamesa.write(a); // posiciona o servo giro de mesa com valor de a delay(V); if(z == '4') B=80; // testa o valor de z e escreve em B conforme retorno do condicional if(z == '5') B=100; // testa o valor de z e escreve em B conforme retorno do condicional if(z == '6') B=150; // testa o valor de z e escreve em B conforme retorno do condicional int b= Bpantografo.read(); // define uma variável b tipo int associada ao valor lido da serial b=constrain(b,70,150); // limita o valor de b entre 70 e 150º if(b>B )b--; // decrementa b em função do resultado do teste condicional if(b<B )b++; // incrementa a em função do resultado do teste condicional Bpantografo.write(b); // posiciona o servo pantografo com valor de b delay(V); if(z == '7') C=60; // testa o valor de z e escreve em C conforme retorno do condicional if(z == '8') C=90; // testa o valor de z e escreve em C conforme retorno do condicional if(z == '9') C=110; // testa o valor de z e escreve em C conforme retorno do condicional int c= Cavanco.read();// define uma variável c tipo int associada ao valor lido da serial c=constrain(c,50,130); // limita o valor de c entre 50 e 130º if(c>C )c--; // decrementa c em função do resultado do teste condicional if(c<C )c++; // incrementa c em função do resultado do teste condicional Cavanco.write(c); // posiciona o servo avanço com valor de c delay(V); if(z == 'y') D=0; // testa o valor de z e escreve em D conforme retorno do condicional if(z == 't') D=95; // testa o valor de z e escreve em D conforme retorno do condicional if(z == 'u') D=180; // testa o valor de z e escreve em D conforme retorno do condicional int d= Dgirodamao.read(); //define uma variável d tipo int associada ao valor lido da serial d=constrain(d,0,180); // limita o valor de d entre 0 e 180º if(d>D )d--; // decrementa d em função do resultado do teste condicional if(d<D )d++; // incrementa d em função do resultado do teste condicional Dgirodamao.write(d); // posiciona o servo giro da mão com valor de d delay(V); if(z == 'j') E=0; // testa o valor de z e escreve em E conforme retorno do condicional if(z == 'k') E=80; // testa o valor de z e escreve em E conforme retorno do condicional if(z == 'l') E=130; // testa o valor de z e escreve em E conforme retorno do condicional int e= Emonheca.read(); //define uma variável e tipo int associada ao valor lido da serial e=constrain(e,0,150); // limita o valor de e entre 0 e 150º if(e>E )e--; // decrementa e em função do resultado do teste condicional if(e<E )e++; // incrementa e em função do resultado do teste condicional Emonheca.write(e); // posiciona o servo giro da mão com valor de e delay(V); if(z == 's') F=70; // testa o valor de z e escreve em F conforme retorno do condicional if(z == 'f') F=124; // testa o valor de z e escreve em F conforme retorno do condicional int f= Fmaodireita.read(); //define uma variável f tipo int associada ao valor lido da serial f=constrain(f,80,129); // limita o valor de e entre 80 e 129º if(f>F )f--; // decrementa f em função do resultado do teste condicional if(f<F )f++; // incrementa f em função do resultado do teste condicional

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Fmaodireita.write(f); // posiciona o servo fecha mão direita com valor de f delay(0); if(z == 's') G=130; // testa o valor de z e escreve em G conforme retorno do condicional if(z == 'f') G=75; // testa o valor de z e escreve em G conforme retorno do condicional int g= Gmaoesquerda.read(); //define uma variável g tipo int associada ao valor lido da serial g=constrain(g,71,130); // limita o valor de g entre 71 e 130º if(g>G )g--; // decrementa g em função do resultado do teste condicional if(g<G )g++; // incrementa g em função do resultado do teste condicional Gmaoesquerda.write(g); // posiciona o servo fecha mão esquerda com valor de g delay(0); }

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9. ANEXOS DO PROJETO: DESENHOS DE MONTAGEM

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