Resumo— A área da robótica vem avançando cada vez mais no mundo atual. As funções dos robôs vêm se aproximando das de humanos, sendo possível até fazê-los dançar. É seguindo essa linha de pensamento que se decidiu participar da competição na categoria OnStage. Visando um maior desafio, passamos a desenvolver nossos robôs com tecnologias até então não utilizadas, como Raspberry Pi, comunicação entre todos os robôs e inteligência artificial, como também aumento de sensoriamento, interação e aperfeiçoamento no tratamento dos dados.

I. INTRODUÇÃO

A robótica tem crescido rapidamente no âmbito mundial e tornando-se uma realidade, principalmente, na automação industrial e em locais de difícil acesso por humanos, como por exemplo, na inspeção de tubulações, resgate de vítimas em escombros, ou em situações perigosas como no desarme de bombas e minas terrestres. Da mesma forma, a exploração espacial também dependerá durante um longo tempo de unidades robóticas, capazes de operar de modo satisfatório nos ambientes hostis de outros planetas.

Os países que não dominarem aspectos com o período de projeto, construção e operação de robôs autônomos estarão comprometendo significativamente sua capacidade de concorrer em um mercado globalizado, uma vez que tais tecnologias já são consideradas essenciais em vários tipos de atividades industriais.

A utilização de robôs vem crescendo também quando falamos em ações humanas. São muitos os casos em que os robôs já substituem, aperfeiçoam ou apenas trabalham juntos com pessoas. E por que não pensar em uma aplicação que une a tecnologia com o meio artístico?

Pode-se notar a presença constante dessa tecnologia em filmes, principalmente hollywoodianos, onde se buscam efeitos inovadores. Pensando nesse contexto decidiu-se investir na categoria On Stage, antes denominada de Dança de Robôs, para assim demonstrar que há a possibilidade de se utilizar a tecnologia da robótica para fins artísticos.

II. MOTIVAÇÃO

Em determinadas situações, a indústria automobilística tem utilizado constantemente robôs de soldagem, com os quais é possível a construção das complexas estruturas dos modernos automóveis com baixo custo e altíssima qualidade. Robôs

autônomos, operando em sinergismo, demandam um conjunto de tecnologias, com a participação de diversas especialidades. Um robô verdadeiramente autônomo deve ser dotado de visão computacional e/ou sensores que possuam a capacidade de posicioná-lo em um ambiente desconhecido, associado a um programa de controle capaz de atuar em situações de conflito. Adicionando-se o requisito de ação cooperativa entre máquinas inteligentes, leva-se ainda à necessidade de se implementar um sistema de comunicação entre os robôs e a divisão de tarefas.

Neste sentido, a Equipe Jaguar tem como objetivo inserir jovens alunos durante sua formação técnica na área de robótica. Para isso, participa de eventos que fornecem um maior conhecimento, expõem o nome da escola – Instituto Federal do Rio de Janeiro campus Volta Redonda – e os trabalhos desenvolvido. O resultado dessa experiência é uma melhor qualificação dos estudantes e a inserção destes no ramo da Pesquisa e Engenharia. Isto é, a equipe de robótica possui um cunho social em sua fundação: ajudar na formação profissional e sócio pessoal de seus membros. Além de contribuir para o intercâmbio de conhecimento entre seus integrantes e profissionais da área de robótica presentes nos diversos eventos. O grupo tem características multidisciplinares e multicategoria, o que faz com que os alunos utilizem dos conhecimentos adquiridos nas diversas disciplinas estudadas ao longo do curso. Na imagem a seguir, figura 1, é possível ver a formação atual de alunos e professores que compõe a Equipe Jaguar.

Figure 1 - Formação atual da Equipe

EQUIPE JAGUAR – ROBOCUP JUNIOR ON STAGE SECONDARY

Eduardo. Carlos, Caface. Clovis, Brandão. Davi, Alves. Diego, Carlos. Ellian, Xavier. Emmanuel, Fagundes. Fábio, Vargas. Gabriel, Chaves. Gerliane, Lanes. Isabella, Zamboni. João Vitor,

Albuquerque. Jonatas, Tempone. Letícia, Nolasco. Lohan, Lopes. Manoel, Furtado. Miguel, Carvalho. Pedro, Archipoff. Ricardo, Souza. Saint-clair, Martins. Wanessa, Cesar. William, Sousa. Andrieli,

Sereno. Helton, Laviola. Maxmiller, Freire.Thiago, Equipe Jaguar

O propósito nesta categoria, OnStage, está na elaboração de um ambiente em que a tecnologia presente nos robôs desenvolvidos encontre-se em harmonia com elementos artísticos e inovadores, permitindo assim a aplicação dos conhecimentos do ramo da robótica obtidos pelos alunos de forma lúdica.

Busca-se ainda, por meio de uma interação entre os robôs e humanos que compõem a apresentação, explorar a movimentação do robô em sintonia com uma coreografia pré-estabelecida. Para esse fim, a equipe trabalha na construção e manutenção dos robôs e de todos os elementos que constituem a apresentação.

III. MÉTODOS

Todos os robôs que compõem a categoria OnStage foram construídos pelos alunos integrantes da equipe e se apresentam como uma evolução dos robôs construídos para RoboCup 2017.

A primeira parte do projeto foi o estudo das regras atuais da categoria para assim ponderar nas tecnologias a serem utilizadas e a quantidade de robôs, levando em consideração as limitações financeiras e estruturais as quais a equipe está inserida [1]. Posteriormente a escolha da música da apresentação é realizada e desta forma é possível analisar as movimentações que serão realizadas pelos robôs durante a apresentação.

Planejadas as duas etapas acima, a compra dos materiais a serem utilizadas para a construção dos robôs é realizada. A escolha dos materiais utilizados depende da função de cada robô e da disponibilidade de aquisição destes.

A apresentação baseia-se em uma performance musical, sendo assim, há um robô que representa um cantor, um coral, três robôs que simbolizam instrumentos musicais de percussão, um painel de LEDs e LDRs, uma tela touch e uma animação integrada à apresentação.

O robô cantor possui uma série de sensores responsáveis por sua movimentação pelo palco, de forma autônoma, desviando dos obstáculos em seu caminho e mantendo-se dentro dos limites permitidos. Além disso, possui movimentações de acordo com comandos externos que integram a apresentação. Em sua base há 4 rodas omnidirecionais que garantem ao robô um movimento livre em todas as direções e sentidos. Essas rodas são controladas por motores de LEGO acionados pelo Arduino por meio de pontes H. Dessa forma, o robô cantor possui sua completa autonomia. Em sua cabeça há a presença de duas placas de LEDs RGB responsáveis por simbolizar os olhos do cantor. Eles olham na direção em que algum sensor captar um obstáculo, além disso simulam leves piscadas, o que garante um semblante natural a ele.

Ao receber um sinal externo, a estrutura na qual o coral se encontra será movimentada no seu eixo z, o que garante a elevação de duas plataformas nas quais os robôs se encontram, feita por meio de um jogo de engrenagens. O controle dessa malha será fechado com o uso de um acelerômetro e de um sensor infravermelho, que controlam dois motores C.C. responsáveis por esta elevação. O movimento para cima e para baixo serão controlados por meio de pontes H, que fazem a inversão da polarização do

motor e que garantes movimentos opostos como consequência.

Existem três robôs que simulam instrumentos de percussão, que foram designados como tambores. Ao todo, três tambores formam um grupo performático, em que dois deles possuem braços controlados por servos, que são responsáveis por se auto tocar. A movimentação dos braços dos robôs acontece de acordo com a comunicação estabelecida por uma tela de touch, localizada na estante do maestro, aliada leitura feita pela Raspberry de um QR code específico. Dessa forma, os tambores “batem” com um ritmo mais acelerado ou lento, em diferentes passos. O outro robô realiza uma movimentação utilizando motores de servo e uma NXT de acordo com o determinado pela estrutura de comunicação já estabelecida. Essa rotação vai mudar a fisionomia daquele tambor sempre que o mesmo parar em uma posição diferente da anterior.

Existem três robôs que simulam instrumentos de percussão, que foram designados como tambores. Ao todo, três tambores formam um grupo performático, em que dois deles possuem braços controlados por servos, que são responsáveis por se auto tocar. A movimentação dos braços dos robôs acontece de acordo com a comunicação estabelecida por uma tela de touch, localizada na estante do maestro, aliada a leitura feita pela Raspberry de um QR code específico. Dessa forma, os tambores “batem” com um ritmo mais acelerado ou lento, em diferentes passos. O outro robô realiza uma rotação em torno do seu próprio eixo utilizando motores de servo e uma NXT de acordo com o determinado pela estrutura de comunicação já estabelecida. Essa rotação vai mudar a fisionomia daquele tambor sempre que o mesmo parar em uma posição diferente da anterior.

Figura 2 - Montagem mecânica do Coral

O painel de LEDs é constituído por duas vertentes, a matriz de LDRs e a matriz de LEDs RGB. A placa com LDRs consiste em diversos divisores de tensão trabalhando como sensores de tensão. Sempre que um LDR é acionado pelo laser o nível de tensão resultante nesses sensores são alterados. Um Arduino é responsável por identificar e tratar essas alterações à medida que o rastro do laser é deixado na placa de LDRs, por um integrante da Equipe. Essa identificação gera uma coordenada que corresponde exatamente ao LDR acionado e seguidamente, através de um circuito eletrônico com transistores trabalhando como chave, o LED correspondente na matriz é acionado, o

que garante que o rastro feito pelo laser nos LDRs seja reproduzido na matriz de LEDs RGB com máxima exatidão.

Figura 3 – Matriz de Led RGB e Matriz de LDR

Figura 4 – Detalhe da matriz de LDR

A tela touch trabalha em conjunto com um tratamento de imagens feito pela Raspberry Pi, sendo esta responsável por realizar a leitura de QR Codes que representam uma série de movimentos distintos para cada robô integrante da apresentação. De acordo com o código identificado e com a área selecionada no touch, os robôs se comportam de forma distinta por meio de protocolos de comunicação. O touch em conjunto com o tratamento de imagens é responsável por controlar e enviar comandos para todos os outros componentes da apresentação, com exceção do painel de LEDs e LDRs que são controlados pelo dançarino. Isso garante que toda a apresentação possa ser decidida na hora de acordo com a vontade do integrante que estará interagindo com os robôs durante a performance, o que garante uma apresentação em malha fechada em sua totalidade.

O touch é constituído de sensores emissores infra vermelhos e foto transistores infra vermelhos, 4 áreas possíveis

de toque sendo cada um responsável por movimentos distintos dos outros robôs.

Figura 5 – Sistema de montagem do Touch

Além dos robôs físicos citados anteriormente, existe uma animação interativa que integra a performance como um todo. Seu desenvolvimento foi feito utilizando o Unity, com uma programação textual em C Sharp e Java Script. A animação se comunica via bluetooth com os robôs do palco que enviam comandos responsáveis por modificar a animação de acordo com apresentação.

IV. RESULTADOS

A forma projetada foi muito satisfatória já que conseguimos observar uma grande aproximação dos resultados pretendidos com os resultados obtidos.

Também tivemos sucesso na elaboração de uma maior quantidade de robôs, que agora, possuem uma tecnologia mais avançada e de maior complexidade, além de uma comunicação mais eficiente que integra mais a performance e possibilita uma maior interação tanto entre os robôs quanto entre os humanos e robôs.

V. DISCUSSÕES

Investimos em elementos robóticos que substituíssem o cenário com a finalidade de tornar a apresentação mais completa no quesito tecnologia. Procura-se utilizar tecnologias novas, nunca usadas pela equipe na competição brasileira.

Também conseguimos melhorar a organização dos componentes internos do robô gerando menores problemas em possíveis consertos e também tornar menor a possibilidade de falhas por curto circuitos ou cabos soltos.

Essa categoria é interessante, pois há sempre como inovar e aproveitar da melhor forma todo o material e os pontos fortes de cada equipe, utilizando bem a criatividade para conhecer e saber explorar esses pontos. Além de que a cada ano algo novo é aprendido e pode ser incrementado de uma forma inovadora pela equipe no ano seguinte.

Prova disto é que, como a Equipe se encontrava limitada mecanicamente, por conta de questões financeiras, consequentemente os movimentos concedidos aos robôs se encontravam estáticos, sem previsão de desenvolvimento já que isso necessitaria de motores melhores, o que seria inacessível. Para superarmos este limite, resolvemos abandonar a linha humanoide de nossos robôs e com isso, ganhamos uma nova gama de avanços tecnológicos que foram possibilitados com a adoção de tecnologias aplicadas em robôs que são dotados de diferentes funcionalidades e construção mecânica.

VI. CONCLUSÕES

Os robôs são diferentes dos até então apresentados em edições anteriores, havendo assim, exploração de áreas eletrônicas, mecânicas e tecnológicas distintas das conquistadas por meio das preparações e participações anteriores na categoria. Entretanto, as experiências anteriores são, significantemente, importantes para a confiança e, em alguns casos, facilidades em estudos e práticas das novas áreas.

Os robôs apresentam aspectos em que precisam ser ajustados e testados. Como também há a necessidade do aperfeiçoamento de alguns componentes da performance, como a comunicação. Por meio de estudos, a equipe acredita que será possível solucionar esses problemas, permitindo assim alcançar os objetivos de uma apresentação em malha fechada, integrada e tecnologicamente inovadora.

AGRADECIMENTOS Agradecemos à direção e professores do IFRJ – campus

Volta Redonda pelo suporte e a todos que ajudaram a Equipe Jaguar a chegar até aqui.

REFERÊNCIAS [1] BOWLER, Susan. On Stage Rules. Disponível em:

http://rcj.robocup.org/rcj2016/onstage_2016.pdf. Acesso em: 01/06/2016.