Robo Delta

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  • UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN DEPARTAMENTO ACADMICO DE ELETRNICA

    DEPARTAMENTO ACADMICO DE MECNICA CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM MECATRNICA INDUSTRIAL

    FELIPE DOS SANTOS LAZZARI

    HENRIQUE RIBEIRO DE OLIVEIRA

    TEILOR SABINO. B. DE Q. PAIXO

    DESENVOLVIMENTO DE UM ROB PARALELO TIPO DELTA ASSOCIADO COM VISO COMPUTACIONAL PARA APLICAES

    PICK AND PLACE

    TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO

    CURITIBA 2012

  • FELIPE DOS SANTOS LAZZARI

    HENRIQUE RIBEIRO DE OLIVEIRA

    TEILOR SABINO. B. DE Q. PAIXO

    DESENVOLVIMENTO DE UM ROB PARALELO TIPO DELTA ASSOCIADO COM VISO COMPUTACIONAL PARA APLICAES

    PICK AND PLACE

    Trabalho de Concluso de Curso de graduao, apresentado disciplina de Trabalho de Diplomao, do curso Superior de Tecnologia em Mecatrnica Industrial dos Departamentos Acadmicos de Eletrnica DAELN e Mecnica DAMEC da Universidade Tecnolgica Federal do Paran UTFPR como requisito parcial para obteno do ttulo de Tecnlogo.

    Orientador: Prof. Dr. Rubens Alexandre de Faria.

    CURITIBA 2012

  • FELIPE DOS SANTOS LAZZARI

    HENRIQUE RIBEIRO DE OLIVEIRA

    TEILOR SABINO. B. DE Q. PAIXO

    DESENVOLVIMENTO DE UM ROB PARALELO TIPO DELTA ASSOCIADO COM VISO COMPUTACIONAL PARA APLICAES

    PICK AND PLACE

    Este trabalho de concluso de curso foi apresentado no dia 09 de Julho de 2012, como requisito parcial para obteno do ttulo de Tecnlogo em Mecatrnica Industrial, outorgado pela Universidade Tecnolgica Federal do Paran. O(s) aluno(s) foi(ram) argudos(s) pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Aps deliberao, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.

    ______________________________

    Prof. Milton Luiz Polli Coordenador de Curso

    Departamento Acadmico de Mecnica

    ______________________________

    Prof. Dcio Estevo do Nascimento Responsvel pela Atividade de Trabalho de Concluso de Curso

    Departamento Acadmico de Eletrnica

    BANCA EXAMINADORA

    ______________________________

    Prof. Rubens Alexandre De Faria Orientador

    ______________________________

    Prof. Hugo Vieira Neto

    ______________________________

    Prof. Marcelo Victor Wust Zibetti

    A Folha de Aprovao assinada encontra-se na Coordenao do Curso.

  • Dedico este trabalho s pessoas mais importantes da minha vida: meus pais nio e Sueli pelo apoio e suporte durante essa jornada e a minha namorada Brbara pelo carinho, compreenso, companherismo e pricipalmente amor, que me levaram a essa conquista.

    Felipe dos Santos Lazzari

    Dedico este trabalho primeiramente aos meus pais e irmos que sempre me apoiaram e incentivaram neste desafio, aos amigos pela pacincia e compreenso e aos professores pelo auxlio e sabedoria na orientao. Dedico tambm a minha namorada que nos ltimos dias esteve fortalecendo e ajudando nesta vitria.

    Henrique Ribeiro de Oliveira

    Dedico este trabalho a minha av, exemplo de vida e quem tornou possvel esta conquista. Tambm a minha esposa pelo apoio, incentivo, carinho e pacincia nos momentos de maiores dificuldades. Obrigado, amo vocs!

    Teilor Sabino Paixo

  • AGRADECIMENTOS

    Sabendo, desde j, que a memria ir nos trair e certamente no lembraremos de todos que nos ajudaram e apoiaram nesse momento to importante, registramos nossos pedidos de desculpas e a confisso sincera que, embora seus nomes possam no aparecer nestas linhas, certamente, esto gravados em nossos sentimentos e gratido.

    Agradecemos ao professor Rubens Alexandre de Faria pela orientao recebida no desenvolvimento deste projeto.

    Agradecemos ao professor Hugo Vieira pela pacincia e orientao quanto a melhorias a serem realizadas no trabalho, suas observaes, que com certeza nos ajudaram a executar um melhor projeto.

    Agradecemos ao professor Marcelo Victor Wst Zibetti pela orientao quanto ao sistema de viso de mquina.

    Agradecemos ao professor Winderson pela orientao quanto aos clculos de movimentao do rob e por fornecer materiais que ajudaram no enriquecimento do trabalho.

    Agradecemos ao professor Francisco Gdke pelo emprstimo de componentes do sistema pneumtico para realizao das apresentaes do projeto.

    Agradecemos ainda aos nossos familiares, amigos e amores: sem vocs nada disso seria possvel!

    Agradecemos a Deus: quem nos deu a vida e, mais do que isso, deu a Sua prpria vida para que pudssemos viver com Ele eternamente.

  • Now to him who is able to do immeasurably more than all we ask or imagine, according to his power that is at work within us, to him be glory in the church and in Christ Jesus throughout all generations, forever and ever! Amen. (BIBLE, Ephesians 3.20,21)

    Ora, quele que poderoso para fazer tudo muito mais abundantemente alm daquilo que pedimos ou pensamos, segundo o poder que em ns opera, a esse glria na igreja, por Jesus Cristo, em todas as geraes, para todo o sempre. Amm. (BBLIA, Efsios 3.20,21)

  • RESUMO

    LAZZARI, Felipe dos Santos; OLIVEIRA, Henrique Ribeiro de; PAIXO, Teilor Sabino B. de Q. Desenvolvimento de um Rob Paralelo Tipo Delta Associado Com Viso Computacional para Aplicaoes Pick and Place. 2012. 66 f. Trabalho de Concluso de Curso (Curso Superior de Tecnologia em Mecatrnica Industrial) Universidade Tecnolgica Federal do Paran. Curitiba, 2012.

    Este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um rob paralelo tipo delta que com as suas caractersticas se torna mais vantajoso que os robs de arquitetura serial em aplicaes do tipo pick and place. Foi desenvolvido um prottipo para apresentao comunidade acadmica com a finalidade de incentivar a gerao de novos conhecimentos, bem como motivar trabalhos futuros que se proponham a abordar esse tipo de rob e sua arquitetura. O desenvolvimento do rob foi associado possibilidade do uso da viso computacional para operaes de maior preciso em manipulaes industriais do tipo pegar-e-posicionar, aliado programao atravs do software Labview.

    Palavras-chave: Rob Delta. Arquitetura Paralela. Viso Computacional. Labview.

  • ABSTRACT

    LAZZARI, Felipe dos Santos; OLIVEIRA, Henrique Ribeiro de; PAIXO, Teilor Sabino B. de Q. Development of a Parallel Robot Delta Type Associated with Computer Vision for Pick and Place Applications. 2012. 66 f. Trabalho de Conluso de Curso (Curso Superior de Tecnologia em Mecatrnica Industrial) Universidade Tecnolgica Federal do Paran. Curitiba, 2012.

    This paper presents the development steps of a Delta Parallel Robot whose characteristics make it advantageous on pick and place tasks when compared to serial architecture robots. A prototype was developed to be presented to the academic community in order to gather new findings and improve knowledge, as well as inspiring future endeavors related to this type of device and architecture. To maximize efficiency and precision in pick-and-place industrial procedures, this device is associated with the possibility of using computer vision as well as the programming tool LabView.

    Keywords: Delta Robot. Parallel Architecture. Computer Vision. Labview

  • Figura 1 - O mecanismo de PollardFigura 2 Desenho CAD do projeto do robFigura 3 - ISIS/SurgiScope.Figura 4 - Simulador de conduo NADS da Universidade de Iowa.Figura 5 - Okuma 5 eixos e PMFigura 6 - Robs Delta sendo usados para embalar em indstria alimentcia.Figura 7 - Base do rob. ................................Figura 8 - Tringulo retngulo formado no plano xz.Figura 9 - Plano yz tringulo retngulo para determinao do Figura 10 Componente mecnico para ligao entre a haste superior e inferior.Figura 11 Rob finalizado em CAD.Figura 12 - Foto do rob finalizado.Figura 13 Rob realiza a aproximao do objeto em alta velocidade.Figura 14 Rob se aproxima do objeto com velocidade reduzida e atua o efetuador. ................................Figura 15 Rob carregado com o objeto se afasta da mesa.Figura 16 Rob se movimenta em alta velocidade para nova posio.Figura 17 Rob se aproxima da meFigura 18 Rob se afasta do objeto com velocidade reduzida e aguarda novo ciclo. ................................................................

    Figura 19 Movimentao do rob.Figura 20 Movimentao do rob.Figura 21 - Esquemtico da comunicao serial.Figura 22 - Diagrama de blocos das conexes fsicas (cabos).Figura 23 Esquemtico com Ligaes do Sistema de Iluminao.Figura 24 - Esquemtico da placa de comunicao RS232.Figura 25 - Esquemtico dos Microcontroladores.Figura 26 Esquema do sistema pneumtico.Figura 27 Fluxograma Principal.Figura 28 Fluxograma do Processo ContnuoFigura 29 rvore de Funes do Cdigo em Labview.Figura 30 rvore de Subfunes da Funo Main.VI.Figura 31 - rvore de subFigura 32 - rvore de subfunes da funo Movimenta Ciclo.VI.Figura 33 - rvore de subFigura 34 - Fluxograma das funes da cmera

    LISTA DE FIGURAS

    O mecanismo de Pollard ................................................................Desenho CAD do projeto do rob ............................................................ISIS/SurgiScope. ................................................................Simulador de conduo NADS da Universidade de Iowa.Okuma 5 eixos e PM-600 em detalhe de seu cabeote ............................Robs Delta sendo usados para embalar em indstria alimentcia.

    ............................................................................................

    Tringulo retngulo formado no plano xz. ................................Plano yz tringulo retngulo para determinao do .............................

    Componente mecnico para ligao entre a haste superior e inferior.Rob finalizado em CAD. ................................................................Foto do rob finalizado. ................................................................Rob realiza a aproximao do objeto em alta velocidade.Rob se aproxima do objeto com velocidade reduzida e atua o

    ................................................................................................

    Rob carregado com o objeto se afasta da mesa. ................................Rob se movimenta em alta velocidade para nova posio.Rob se aproxima da mesa para posicionar o objeto.Rob se afasta do objeto com velocidade reduzida e aguarda novo ciclo.

    ................................................................................................

    Movimentao do rob. ................................................................Movimentao do rob. ................................................................Esquemtico da comunicao serial. ................................Diagrama de blocos das conexes fsicas (cabos). ................................Esquemtico com Ligaes do Sistema de Iluminao.Esquemtico da placa de comunicao RS232. ................................Esquemtico dos Microcontroladores. ................................Esquema do sistema pneumtico. ................................Fluxograma Principal. ................................................................Fluxograma do Processo Contnuo ................................rvore de Funes do Cdigo em Labview. ................................rvore de Subfunes da Funo Main.VI. ................................rvore de sub-funes da funo Processo Continuo.VI.rvore de subfunes da funo Movimenta Ciclo.VI. ............................rvore de sub-funes da funo Envia Dados.VI. ................................Fluxograma das funes da cmera ................................

    ........................................... 11 ............................ 15

    ....................................................... 20 Simulador de conduo NADS da Universidade de Iowa. ........................ 20

    ............................ 21 Robs Delta sendo usados para embalar em indstria alimentcia. ........ 21

    ............................ 22 ................................................. 23

    ............................. 24 Componente mecnico para ligao entre a haste superior e inferior. .. 28

    ....................................... 29 ........................................... 30

    Rob realiza a aproximao do objeto em alta velocidade. ................... 32 Rob se aproxima do objeto com velocidade reduzida e atua o

    .................................................. 33 ................................. 33

    Rob se movimenta em alta velocidade para nova posio. ................. 34 sa para posicionar o objeto. ........................... 34

    Rob se afasta do objeto com velocidade reduzida e aguarda novo ciclo................................... 35

    .......................................... 36

    .......................................... 36 ...................................................... 38

    ................................ 46 Esquemtico com Ligaes do Sistema de Iluminao. ........................ 47

    ..................................... 48 .................................................... 49

    ......................................................... 50 ............................................. 51

    ........................................................ 52 ........................................... 53

    ............................................ 54 tinuo.VI. ....................... 55

    ............................ 55 ................................. 56

    ....................................................... 60

  • SUMRIO DESENVOLVIMENTO DE UM ROB PARALELO TIPO DELTA ASSOCIADO COM VISO COMPUTACIONAL PARA APLICAES PICK AND PLACE ..... 1

    1 INTRODUO ................................................................................................... 10 1.2 PROBLEMA .................................................................................................... 12 1.3 JUSTIFICATIVA .............................................................................................. 13 1.4 OBJETIVOS .................................................................................................... 14

    1.4.1 OBJETIVO GERAL ....................................................................................... 14 1.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ......................................................................... 14

    1.5 MTODO DE PESQUISA ............................................................................... 14 2 FUNDAMENTAO TERICA ......................................................................... 17

    2.1 LABVIEW ......................................................................................................... 17 2.2 CAD (Desenho Assistido por Computador) ..................................................... 17 2.3 SISTEMA DE VISO ....................................................................................... 18 2.4 ROBS ............................................................................................................ 19 2.5 CINEMTICA INVERSA .................................................................................. 22

    3 DESENVOLVIMENTO ....................................................................................... 25 3.1 MECNICA ......................................................................................................... 25 3.2 HARDWARE ................................................................................................... 30 3.3 SOFTWARE .................................................................................................... 39 4 TESTES E RESULTADOS ................................................................................ 41

    4.1 DIFICULDADES ENCONTRADAS............................................................... 42 5 CONCLUSO .................................................................................................... 43

    5.1 CONSIDERAES FINAIS ......................................................................... 43 5.2 SUGESTES PARA TRABALHOS POSTERIORES ................................... 43

    REFERNCIAS ......................................................................................................... 45 APNDICE A Diagrama de Blocos das Conexes Fsicas (cabos). ...................... 46 APNDICE B Esquemtico com Ligaes do Sistema de Iluminao ................... 47 APNDICE C Esquemtico da Placa de Comunicao RS232 ............................. 48 APNDICE D Esquemtico dos Microcontroladores .............................................. 49 APNDICE E Esquemtico do Sistema Pneumtico ............................................. 50 APNDICE F - Fluxogramas ..................................................................................... 51 APNDICE G Configurao dos Microcontroladores ............................................. 62 APNDICE H Oramento ........................................................................................ 64

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    1 INTRODUO

    Os robs com arquitetura paralela esto atraindo a ateno das indstrias e do meio acadmico devido s suas caractersticas que os tornam mais vantajosos que os robs com arquitetura serial. Entre essas caractersticas, destacam-se a maior leveza, velocidades e aceleraes e a capacidade de carga (FINOTTI, 2008).

    Os robs paralelos, em funo de suas caractersticas, passaram a ser uma tima alternativa para operaes do tipo pegar-e-posicionar (pick-and-place), necessrias em indstrias de componentes eletrnicos, alimentcias, farmacuticas e de cosmticos (FINOTTI, 2008).

    Neste trabalho apresentado um rob com arquitetura paralela denominado de rob Delta. Este rob amplamente utilizado em aplicaes que envolvem a manipulao de objetos.

    Para a melhor compreenso do trabalho necessrio que alguns termos sejam definidos. Existem diversas definies do que vem a ser um rob. Para este trabalho adotou-se a definio da Associao das Indstrias de Robtica:

    Para Groover (1988, p. 23) o rob um manipulador reprogramvel, multifuncional, projetado para mover materiais, peas, ferramentas ou dispositivos especiais de movimentos variveis programados para a realizao de uma variedade de tarefas.

    Definido o que vem a ser um rob, faz-se necessrio especificar o que vem a ser um rob de arquitetura paralela ou simplesmente um rob paralelo. Esse rob, segundo Merlet (2006, p. 5), cuja definio ser utilizada neste trabalho, um rob constitudo de mecanismos de cadeias cinemticas fechadas no qual o efetuador ligado a uma base fixa por diversas cadeias cinemticas independentes..

    Os primeiros mecanismos paralelos tiveram origem com um sistema de plataforma mvel para cinema patenteado por Gwinnett em 1928 e em um mecanismo para testes de pneus proposto por Gough em 1947 (SICILIANO; KHATIB, 2008). Os mecanismos paralelos foram evoluindo dando origem aos modernos robs de arquitetura paralela, os quais em funo de suas caractersticas tendem a substituir a convencional arquitetura serial em uma srie de operaes. O antecessor do rob paralelo tipo Delta que alvo deste trabalho foi um

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    mecanismo (figura 1) descrito por Pollard em 1942 e que se destinava pintura de carros (MERLET, 2006).

    Figura 1 - O mecanismo de Pollard Fonte: Merlet (2006, p. 27).

    O rob Delta, como conhecido hoje, foi desenvolvido por Reymond Clavel na Escola Politcnica Federal de Lausanne (EPFL), Sua. Sua inveno tornou-se um dos mais bem sucedidos projetos de rob paralelo do mundo (PARALLEMIC, 2011).

    Devido crescente necessidade de aumentar a produo, as indstrias farmacuticas e de embalagens em geral adotaram os robs Delta em suas linhas devido a sua caracterstica de elevada eficincia nas tarefas de pegar-e-posicionar (pick-and-place). Os robs Delta podem trabalhar em conjunto nesse tipo de tarefa e chegar a desempenhos de 100 a 2500 manipulaes de produtos por minuto (MECHATRONIC-DESIGN, 2010).

    inquestionvel a importncia que o rob Delta possui hoje no meio industrial em operaes do tipo pegar-e-posicionar, confirmando-se como uma das mais promissoras solues para a realizao dessas manipulaes.

    Por outro lado, a viso computacional est intimamente ligada ao sucesso e bom desempenho dos robs Delta em vrios segmentos industriais. At pouco tempo a viso computacional era, basicamente, utilizada para se realizar a inspeo em sistemas manufaturados e a identificao de peas nesses sistemas (GROOVER et al., 1988, p. 39). No entanto, com o avano no campo de viso computacional ela no s realiza as funes de identificao e inspeo, como tambm utilizada para orientar os movimentos do rob, alm de ter sofrido uma melhora significativa em sua capacidade de reconhecimento, localizao e inspeo da pea.

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    Esse sistema de viso permite que o rob movimente o seu objeto-alvo com maior preciso, velocidade e qualidade (colocando o objeto no local apropriado), uma vez que trabalha em conjunto com um banco de dados que possui todas as opes possveis de manipulao a serem realizadas pelo rob. O sistema identifica um determinado objeto, processa a imagem e a compara com o banco de dados disponvel, atuando conforme a informao contida nos arquivos do banco. Tudo isso em fraes de segundo (GROOVER et al., 1988).

    Tendo-se o conhecimento da criao e avano dos robs com arquitetura paralela, especialmente o rob Delta, e a importncia que os robs com essa arquitetura esto adquirindo nas ltimas dcadas, um trabalho que tenha por objetivo desenvolver este rob, inclusive associado com viso de mquina, mostra-se oportuno e de grande importncia para o possvel desenvolvimento de novas solues para problemas industriais, alm de possuir significativa importncia no meio acadmico, firmando-se como uma das reas de pesquisa que mais prometem estudos e desenvolvimentos nos prximos anos (PARALLEMIC, 2011).

    1.2 PROBLEMA

    Os robs de arquitetura paralela ou simplesmente robs paralelos ainda so pouco explorados como solues para problemas no meio industrial e tambm so pouco explorados no meio acadmico.

    Embora o uso de robs paralelos ainda seja pouco explorado quando comparado aos robs de arquitetura serial, possvel observar um pequeno, mas gradativo crescimento na preferncia da arquitetura paralela. Por esta ser constituda de vrias cadeias (hastes) atuando ao mesmo tempo sobre a plataforma mvel (rgo terminal) em vez de uma s, como ocorre na arquitetura serial, ela se mostra mais leve, veloz e com uma maior acelerao, alm de possuir uma maior capacidade de carga. Estas caractersticas tornam a escolha da arquitetura paralela ideal para o desenvolvimento de robs destinados manipulao de objetos.

    Existem algumas reas industriais que necessitam de velocidade, preciso e delicadeza na movimentao de seus materiais. O rob Delta comumente empregado para a realizao desse tipo de tarefa. Ele pode movimentar e posicionar componentes eletrnicos com alta velocidade e preciso. Tambm pode ser usado na indstria alimentcia, embalando os alimentos com rapidez, preciso e higiene,

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    sendo ainda utilizado nas indstrias farmacuticas e de cosmticos (BOSCH-LIVE, 2010).

    Com o objetivo de garantir a exatido de seus movimentos (pegar um determinado material e o posicionar no seu exato lugar), este rob geralmente dotado de viso computacional ou viso de mquina. Este sistema de viso permite que o Delta saiba exatamente onde pegar e colocar cada tipo de componente, material ou alimento.

    Conhecendo-se a realidade da explorao dos robs com arquitetura paralela no meio industrial e acadmico que embora pouco explorados, esto em crescimento este trabalho visa o desenvolvimento de um determinado tipo de rob paralelo, o rob Delta, para assim demonstrar a viabilidade comercial destes robs bem como a importncia do estudo dos mesmos no meio acadmico.

    1.3 JUSTIFICATIVA

    O uso de robs no meio industrial cresceu muito nos ltimos anos e ainda est em crescimento. Eles podem realizar uma srie de tarefas com maior velocidade, preciso e qualidade que o homem, alm de aumentarem de uma maneira significativa a produo.

    Alm de ser interessante como soluo para problemas industriais, o rob Delta tambm tem atrado o interesse do meio acadmico. Existindo ainda vrias questes a serem abordadas e discutidas e poucos trabalhos acadmicos que se proponham a lidar com esse tipo de rob ou ainda com esse tipo de arquitetura.

    Acredita-se que a realizao deste trabalho:

    Possa demonstrar o funcionamento de um rob paralelo tipo Delta, bem como a sua viabilidade comercial e acadmica;

    Possa incentivar a apresentao de solues alternativas para problemas industriais com base na arquitetura paralela;

    Possa ser uma soluo para as indstrias que necessitam realizar movimentao de materiais diversos com velocidade, preciso e uma capacidade de carga varivel;

  • 14

    Possibilite o desenvolvimento do rob Delta com o objetivo do desenvolvimento acadmico e cientfico.

    1.4 OBJETIVOS

    1.4.1 OBJETIVO GERAL

    Desenvolvimento de um rob paralelo tipo delta associado com viso computacional capaz de identificar, manipular e separar diferentes tipos de elementos em ambiente industrial.

    1.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

    Gerar os desenhos em CAD dos componentes do rob e constru-lo. Programar um software de viso computacional (Vision Assistant). Implementar um sistema de controle para o rob. Implementar um sistema para a comunicao entre os drivers e o

    sistema de controle. Implementar o sistema de manipulao do rob. Demonstrar o funcionamento de um rob com arquitetura paralela. Elaborar a documentao tcnica.

    1.5 MTODO DE PESQUISA

    Elaborou-se o projeto CAD do rob no software SolidWorks para que fosse possvel levantar informaes sobre as caractersticas do mesmo, tais como o tamanho, a movimentao e dimenses em geral.

    Com uma ideia das caractersticas do rob em mos fez-se a escolha do material a ser usado nas hastes superiores do rob (que so mais curtas), das hastes inferiores (que so mais longas), bem como de toda a estrutura do mesmo (figura 2).

  • Figura 2 Desenho CAD do projeto do robFonte: Autoria prpria

    Utilizou-se motoresrealimentao (o que facilitouresoluo, que algo de grande importncia neste projeto. A fim de se alcanar a preciso necessria para as movimentaes do rob, estimacontrole do motor com microsteppela equipe ou adquirido, uma vez que os custos no variam muito entre as duas opes.

    Fez-se o uso de juntas esfricas a fim de aumentar o nmero de movimentaes possveis. As mesmpreo estimado em U$ 10.foi realizada com um microcontrolador PIC. A comunicaocomputador foi realizada

    O software labviewe tambm para a parte de clculos de cinemtica inversa do rob, uma vez que o mesmo j dispe de mdulos e bibliotecas que realizam essas funes.sistema de viso computacional foi utilizadacusto, e tambm porque o

    Desenho CAD do projeto do rob Fonte: Autoria prpria.

    motores-de-passo, uma vez que os mesmos no precisam de realimentao (o que facilitou a programao) e, principalmente, por causa de sua resoluo, que algo de grande importncia neste projeto. A fim de se alcanar a preciso necessria para as movimentaes do rob, estima-se o uso de

    microstep de at 1/40. Este driver poderiapela equipe ou adquirido, uma vez que os custos no variam muito entre as duas

    o uso de juntas esfricas a fim de aumentar o nmero de movimentaes possveis. As mesmas podem ser adquiridas via importao com preo estimado em U$ 10. A comunicao entre o computador e o

    com um microcontrolador PIC. A comunicaocomputador foi realizada pela entrada serial (apndices D e G).

    abview foi utilizado para a estruturao do sistema supervisrio e tambm para a parte de clculos de cinemtica inversa do rob, uma vez que o mesmo j dispe de mdulos e bibliotecas que realizam essas funes.

    viso computacional foi utilizada uma webcam, por causa de seu baixo custo, e tambm porque o labview possui um mdulo chamado Vision Assistant

    15

    passo, uma vez que os mesmos no precisam de a programao) e, principalmente, por causa de sua

    resoluo, que algo de grande importncia neste projeto. A fim de se alcanar a se o uso de driver para

    ria ser confeccionado pela equipe ou adquirido, uma vez que os custos no variam muito entre as duas

    o uso de juntas esfricas a fim de aumentar o nmero de as podem ser adquiridas via importao com

    A comunicao entre o computador e o driver de controle com um microcontrolador PIC. A comunicao entre o PIC e o

    utilizado para a estruturao do sistema supervisrio e tambm para a parte de clculos de cinemtica inversa do rob, uma vez que o mesmo j dispe de mdulos e bibliotecas que realizam essas funes. Para o

    , por causa de seu baixo Vision Assistant que

  • 16

    projetado para a captao de imagens via cmera, processamento e interpretao dos dados obtidos.

    Dentro do labview foi feito o uso da linguagem C para a implementao de algumas funes e a programao do PIC tambm foi realizada nessa linguagem, por sua familiaridade pelos integrantes do grupo. Foi utilizado um efetuador para o rob Delta do tipo suco.

    Com o andamento dessas etapas o grupo foi capaz de desenvolver o rob fisicamente, adquirir novos conhecimentos durante esse processo e demonstrar a superioridade desse tipo de rob em manipulaes de objetos.

  • 17

    2 FUNDAMENTAO TERICA

    2.1 LABVIEW

    Segundo o fabricante National Instruments (2011):

    LabVIEW um software de projeto grfico de sistemas que oferece a engenheiros e cientistas as ferramentas necessrias para criar e implementar sistemas de medio e controle por meio de uma integrao de hardware sem precedentes. O LabVIEW inspira voc a resolver problemas, acelera sua produtividade e traz mais segurana aos seus esforos de inovao contnua. (NATIONAL INSTRUMENTS, 2012)

    Os programas em Labview so aplicados para:

    - Aquisio de dados; - Controle de instrumentos; - Automatizao de testes; - Processamento de sinal; - Controle Industrial; - Projeto embarcado.

    2.2 CAD (Desenho Assistido por Computador)

    CAD, ou desenho assistido por computador, uma tecnologia que consiste em utilizar-se de computadores para realizar certas funes no que se remete a desenhos e fabricao. Essa tecnologia, atualmente, est se aliando tecnologia CAM (Manufatura Auxiliada por Computador) e dessa forma esto se tornando cada vez mais usadas nas indstrias de fabricao (GROOVER; ZIMMERS, 1984).

    importante salientar que a tecnologia CAD s tornou-se possvel devido evoluo da capacidade de armazenamento e velocidade de processamento dos computadores, e tambm de softwares capazes de realizar as funes de desenho requeridas pelo usurio, facilitando todo o trabalho de engenharia envolvido no processo (GROOVER; ZIMMERS, 1984).

    O CAD pode ser usado para auxiliar na criao, modificao, anlise, ou otimizao de desenhos de fabricao. Tambm pode ser usado para determinar anlises de tenso de escoamento de materiais, respostas dinmicas de

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    mecanismos e clculos de transferncia de calor, por exemplo. (GROOVER; ZIMMERS, 1984).

    2.3 SISTEMA DE VISO

    Conforme foi visto, a viso computacional de significativa importncia para o sucesso e bom desempenho do rob Delta em operaes de pegar-e-posicionar (pick-and-place) por isso, importante, conhecer os fundamentos dessa rea do conhecimento.

    A viso computacional ou viso de mquina pode ser definida, basicamente, como a aquisio e digitalizao de dados por um dispositivo de viso (cmeras), no processamento desses dados e em sua interpretao por um computador (GROOVER et al., 1988).

    A aquisio das imagens feita atravs de uma cmera de vdeo e o sistema de digitalizao armazena esses dados para serem analisados posteriormente (GROOVER et al., 1988).

    O processamento e a anlise das imagens obtidas so o segundo passo de um sistema de viso. Existem vrias tecnologias para se realizar a anlise das imagens obtidas em um sistema de viso, sendo uma das principais a tcnica da segmentao (GROOVER et al., 1988).

    A ltima etapa, a interpretao dos dados obtidos, consiste em se comparar os dados obtidos pelo sistema de viso com modelos ou valores pr-existentes em um banco de dados. O objeto em questo deve apresentar valores que se encontrem dentro das tolerncias especificadas nos arquivos do computador para que o sistema seja capaz de interpretar a operao que deve realizar sobre o objeto em anlise, pea conforme, no conforme, descarte, etc. (GROOVER et al., 1988)

    Alm disso, existem outras questes a serem consideradas em sistemas de viso como, por exemplo, o tipo de cmera a ser utilizada, a iluminao, a resoluo que se pretende obter da imagem e o treinamento do sistema de viso.

  • 19

    2.4 ROBS

    A robtica teve o seu incio na fico cientfica. Atribui-se a pea Os Robs Universais de Rossum, de autoria de Karel Capek, a origem do termo rob. A palavra tcheca robota quer dizer servido ou trabalhador forado e quando foi traduzida para o ingls transformou-se em robot. A pea conta a histria de um cientista chamado Rossum, e seu filho, que criam uma determinada substncia e a usam para a fabricao de robs. Estes deveriam servir obedientemente humanidade e realizar todo o trabalho fsico. No entanto, os robs acabam por rebelar-se, no gostando de seu lugar de servido, e destroem toda a vida humana (GROOVER et al., 1988).

    Isaac Asimov merece destaque entre os escritores de fico cientfica, tendo escrito inmeras histrias sobre robs e lhe atribudo o crdito de criar o termo robtica. O rob criado por Asimov uma mquina bem projetada, que no falha e que atua de acordo com as trs leis da robtica criadas por ele (GROOVER et al., 1988):

    1. Um rob no pode ferir um ser humano ou, por inao, permitir que um humano seja ferido.

    2. Um rob deve obedecer s ordens dadas por humanos, exceto quando isto conflitar com a Primeira Lei.

    3. Um rob deve proteger sua prpria existncia, a menos que isso conflite com a Primeira ou a Segunda Lei.

    Os robs e os conceitos de robtica foram e ainda so explorados em muitas obras de fico cientfica. Ao contrrio da fico, os primeiros robs desenvolvidos pouco lembravam a figura de um humano e sua capacidade de atuao era muito limitada. Ao longo do tempo, no entanto, com o desenvolvimento de novas tecnologias e o aperfeioamento de reas como engenharia mecnica, eltrica, eletrnica, robtica e outras, os robs passaram a ser mais eficazes, sendo hoje indispensveis em vrios ramos da indstria e do conhecimento (GROOVER et al., 1988).

  • 20

    Robs com cadeias cinemticas fechadas so conhecidos como robs com arquitetura paralela (MERLET, 2006). Os robs paralelos so, hoje, utilizados em vrios ramos industriais e do conhecimento. Na rea mdica, entre outras aplicaes, destaca-se o ISIS/SurgiScope (figura 3), onde um rob delta sustenta um pesado microscpio (MERLET, 2006).

    Figura 3 - ISIS/SurgiScope. Fonte: Merlet (2006, p. 28)

    Um dos setores onde as estruturas paralelas tiveram maior sucesso foi na rea de simuladores (figura 4).

    Figura 4 - Simulador de conduo NADS da Universidade de Iowa. Fonte: Merlet (2006, p. 31).

  • 21

    As estruturas paralelas tambm passaram a ser usadas em mquinas-ferramenta (figuras 5, a esquerda e a direita, respectivamente):

    Figura 5 - Okuma 5 eixos e PM-600 em detalhe de seu cabeote Fonte: Merlet (2006, p. 34)

    Por sua leveza, velocidade e preciso nos movimentos o rob Delta amplamente utilizado na indstria de embalagens de alimentos (figuras 6).

    Figura 6 - Robs Delta sendo usados para embalar em indstria alimentcia. Fonte: Merlet (2006, p. 37)

    Pode ser visto que o uso dos robs sofreu um grande crescimento desde sua concepo at os dias de hoje. Tambm possvel observar que os robs com arquitetura paralela passaram a ganhar espao nos mais variados ramos da indstria, mostrando-se uma soluo vivel para diversas aplicaes.

  • 22

    2.5 CINEMTICA INVERSA

    Para mover o rob para uma determinada posio, aqui chamada de posio (, , ), necessrio calcular os ngulos dos trs motores de passo em relao origem do sistema cartesiano tridimensional. Esse tipo de clculo chamado de cinemtica inversa, que nos permite calcular a posio dos efetuadores atravs dos valores da posio final desejada.

    A posio final (, , ), se d em relao ao efetuador, no caso a ventosa, que est disposta no centro do tringulo formado pela base menor do rob, como mostra a figura 7. Como a junta esfrica est fixada na lateral desse tringulo (ponto ) necessrio levar em conta a distncia do centro at a lateral h.

    Figura 7 - Base do rob. Fonte: Autoria prpia.

    O ponto definido por:

    = =

    (1)

    Considerando que o segmento de reta est no plano alinhado no eixo y, podemos escrever o ponto como:

    (, , ) (2)

    Sendo o ponto a projeo do ponto no plano yz ento:

    (, , ) (3)

  • 23

    Sendo a segmento de reta a projeo da haste inferior no plano yz, podemos formar um tringulo retngulo no plano xz conforme a figura 8:

    Figura 8 - Tringulo retngulo formado no plano xz. Fonte: Autoria prpria.

    Sendo o segmento de reta o comprimento da haste inferior (haste b) do rob e sendo , temos que o comprimento da projeo de no plano yz :

    = () () (4)

    Para a base superior fazemos o mesmo clculo feito para a base inferior j que os motores esto fixados na lateral desse tringulo (ponto ) necessrio levar em conta a distncia do centro at a lateral do tringulo da base superior r. Por isso o ponto

    (, , ) (5)

    No plano yz podemos formar dois tringulos retngulos, conforme a figura 9:

  • Figura Fonte:

    Com os dois tringulos duas equaes para a determinao de duas variveis faltantes seguinte forma:

    ((

    Com e podemos determinar o ngulo de passo, da seguinte forma:

    Figura 9 - Plano yz tringulo retngulo para determinao do Fonte: Autoria prpria.

    Com os dois tringulos retngulos formados no plano yz,duas equaes para a determinao de duas variveis faltantes

    ( ) ( ) = ) ( ) =

    podemos determinar o ngulo !, que o ngulo do motor de passo, da seguinte forma:

    ! = "# $% (7)

    24

    Plano yz tringulo retngulo para determinao do

    , possvel obter-se duas equaes para a determinao de duas variveis faltantes e da

    (6)

    , que o ngulo do motor

  • 25

    3 DESENVOLVIMENTO

    3.1 MECNICA

    O desenvolvimento mecnico do rob teve incio com o projeto CAD, onde foram observadas caractersticas como tamanho, movimentao e dimenses em geral. Com o resultado destas primeiras simulaes em mos, partiu-se para a construo de um primeiro prottipo do rob. Foram necessrias, aproximadamente, duas semanas para a concluso dessa etapa.

    Para o desenvolvimento deste primeiro prottipo foi utilizada uma estrutura em madeira espetinhos de churrasco para confeco das hastes do rob. Para simular as juntas esfricas foram utilizados fios de cobre torcidos entre si. Neste primeiro teste prtico foram observadas algumas caractersticas relacionadas ao movimento do rob, por exemplo, sua rea de trabalho, ngulos das juntas, tamanhos e distncias das hastes do rob. Pde-se observar durante estes ensaios que a rea de trabalho do Delta sofre grande influncia da haste superior e, alm disso, limitada em razo do ngulo mximo da junta esfrica. Tambm foi possvel visualizar que o rob apresentaria problemas com vibrao (em funo de sua estrutura mecnica) e que na movimentao dos motores a trajetria realizada poderia facilmente ocasionar o choque do rob com a plataforma onde o mesmo estaria realizando a movimentao dos objetos.

    Com o resultado desta primeira simulao passou-se a desenvolver no software SolidWorks uma verso CAD mais desenvolvida e atualizada do que seria o rob. Com o projeto CAD finalizado foram realizados novos ensaios e testes a fim de se identificar quais seriam as mudanas necessrias para obterem-se melhorias na rea de trabalho e ngulos das juntas do rob. As solues tomadas para se tentar corrigir as inconsistncias apresentadas nos primeiros testes foram a alterao da distncia entre os motores, posicionando-os mais prximos do eixo central do Delta, o aumento no comprimento de todas as hastes e a deciso de posteriormente alterar-se as juntas esfricas com o intuito de possibilitar um maior ngulo nas mesmas.

    Com a concluso desta etapa as pesquisas foram intensificadas com a inteno de se identificar quais seriam os materiais que melhor se adequariam ao

  • 26

    desenvolvimento do projeto, ou seja, que possibilitariam melhorias em relao rea de trabalho, ngulos das juntas, etc.

    Projetou-se o uso de perfis estruturados de alumnio para serem utilizados nas hastes do rob, uma vez que esse tipo de material poderia ser facilmente adquirido sob a forma de antenas para televiso. No entanto, o dimetro desse material na forma de antenas era superdimensionado para as necessidades e expectativas do projeto, alm disso, foi verificado que os mesmos seriam frgeis a colises (a fragilidade relaciona-se ao baixo momento inercial do perfil de alumnio), esteticamente o rob ficaria com um aspecto indesejvel e para se conseguir o mesmo material com um dimetro menor seria necessrio a realizao de um pedido de grande porte. Por estes motivos o uso deste tipo de material foi descartado pela equipe.

    Paralelamente deu-se continuidade s pesquisas a fim de se identificar possveis materiais a serem utilizados. Alguns materiais foram localizados, mas, os mesmos apresentavam elevados preos no mercado nacional. Assim sendo, privilegiou-se a aquisio destes materiais no mercado internacional, mesmo conhecendo-se que os mesmos levariam um maior tempo para estarem disposio da equipe.

    Foram adquiridos alguns materiais (juntas com rolamentos) que possibilitariam o desenvolvimento das juntas do rob de forma a permitir que o mesmo tivesse 3 graus de liberdade. Ao mesmo tempo foi realizada a encomenda de dois tipos de juntas com caractersticas semelhantes entre si para se estudar qual delas desempenharia com maior eficincia a funo proposta.

    Com o desenvolvimento das juntas com rolamento pode-se observar que as mesmas apresentavam caractersticas superdimensionadas para o projeto. Uma vez que os materiais importados no possuam medidas ou cotas explcitas era necessrio realizar testes prticos com os mesmos a fim de se levantar caractersticas sobre seu funcionamento e desempenho. Os testes realizados mostravam a limitao que as juntas impunham ao ngulo de trabalho, usando-se para isso um transferidor acoplado em cada um dos motores para a realizao das medies.

    Com o recebimento dos novos materiais encomendados deu-se incio ao desenvolvimento de um novo prottipo que simplificaria a mecnica necessria. Neste momento partiu-se para o uso de raios de bicicleta para serem utilizados

  • 27

    como hastes do rob, este material apresentava vantagens como fixao mais simples, maior resistncia a colises e facilidade de aquisio (em torno de R$, 0,50 o raio). Para a ligao das juntas foram desenvolvidas peas de acrlico que foram anteriormente modeladas em madeira para se realizar o molde em borracha de silicone, sendo que os mesmos seriam usados para replicar as peas posteriormente.

    Com a realizao dos testes no prottipo algumas falhas puderam ser observadas no projeto, tais como, o ngulo de trabalho (ngulo das juntas) era muito pequeno, o que acabava por diminuir de maneira significativa a rea de atuao (ou rea de trabalho) do rob e as pernas do rob ainda no apresentavam o desempenho esperado pelo grupo.

    Seguindo a pesquisa e consultando outros projetos de rob paralelo tipo delta que obtiveram sucesso, foi encontrado um modelo de junta esfrica que permitiria uma area de trabalho muito maior que as anteriores, podendo ainda sofrer ajustes e alteraes que melhorassem este ngulo. Tambm atravs da pesquisa chegou-se concluso de que peas em fibra de carbono seriam ideais para atenderem s expectativas do projeto. Deste modo localizou-se um fornecedor para as mesmas.

    Para as hastes do rob, que deveriam ser mais rgidas e oferecerem maior robustez, decidiu-se por usar perfis tubulares de inox. Enquanto a equipe aguardava o recebimento dos materiais e utilizando estimativas de peso, carga de trabalho e velocidade do rob realizou-se o dimensionamento dos motores que atendessem aos requisitos de projeto.

    Tendo-se recebido os materiais encomendados, partiu-se para o desenvolvimento do restante da mecnica, sendo que, para a conexo do motor com o brao, foram usinadas buchas de alumnio as quais foram travadas diretamente no tubo de inox, usando-se para isso trabasil utilizado para vedar e travar peas cilndricas.

    Essas buchas foram usinadas de forma a terem um furo passante para o eixo do motor o qual seria fixado usando-se parafuso do tipo allen sem cabea. Na conexo entre a haste superior e inferior onde so utilizadas duas juntas esfricas foi desenvolvido um componente mecnico que pode ser visto a seguir (figura 10):

  • 28

    Figura 10 Componente mecnico para ligao entre a haste superior e inferior. Fonte: Autoria prpria.

    Este componente tem as juntas fixadas em suas extremidades e o brao engastado na parte central. A base foi modelada de forma a ter seus fixadores formados por duas juntas esfricas, que esto posicionadas a cada 120 para coincidir com a orientao dos motores. Com a chegada da fibra de carbono foram projetadas as buchas de fixao entre a fibra e a junta esfrica, sendo que estas foram coladas, uma vez que a fibra de carbono no apresenta acabamento interno o que a tornava muito delicada para outro tipo de fixao, tal como, atravs de parafusos.

    O efetuador do rob, que foi produzido prximo concluso do mesmo, composto por uma ventosa posicionada no centro da base inferior, emprestada do departamento de pneumtica da UTFPR, sendo que a mesma possui um rolamento no seu eixo de fixao para possibilitar o giro das peas a fim de propiciar melhorias futuras no projeto (apndice E). Foi utilizado um tubo de silicone para a conexo da ventosa, sendo que este no influi de maneira significativa na movimentao do rob.

    Para a realizao dos primeiros testes e ensaios do rob, foi desenvolvido e construdo um cavalete de madeira onde seria realizada a fixao da sua parte superior a fim de, assim, observar-se o comportamento dos motores quanto a velocidade e acelerao e tambm para dar incio a programao do projeto. Com o uso do cavalete constatou-se a necessidade de se ter uma estrutura rgida, uma vez que a vibrao e a inrcia criada pela movimentao do rob eram transferidas para a estrutura de maneira significativa na mesma, o que acabava por gerar problemas relacionados preciso dos movimentos.

    Para se realizar a fixao dos motores, foram desenvolvidas peas com maior rigidez para serem fixadas diretamente em perfis estruturados de alumnio, os

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    quais possibilitariam maior liberdade para ajustes no posicionamento dos motores. Para se conseguir criar o ngulo de 120 graus correspondente base inferior foi desenvolvida uma pea em formato circular com rasgos (oblongos) que permitem ajustes no ngulo dos perfis estruturais que sustentam os motores. Os perfis de alumnio tambm foram utilizados para se fazer a fixao dos sensores que viriam a servir como finais de curso posteriormente. Na base superior tambm foi feita a fixao da cmera responsvel pela aquisio das imagens, as quais seriam posteriormente processadas por software. Posteriormente, aps vrios testes e ensaios, iniciou-se o desenvolvimento da parte de sustentao definitiva do rob. Essa estrutura foi construda em perfis estruturados de alumnio que garantem boa rigidez ao projeto e leveza que facilita transporte do mesmo. Outra vantagem em se utilizar esse tipo de estrutura foi a facilidade em se realizar a fixao de toda a parte de hardware de forma a criar uma estrutura limpa, organizada e esteticamente agradvel. Nas figuras abaixo possvel visualizar o projeto do rob finalizado em CAD (figura 11) e uma foto do mesmo desenvolvido fisicamente (figura 12).

    Figura 11 Rob finalizado em CAD. Fonte: Autoria prpria.

  • 30

    Figura 12 - Foto do rob finalizado. Fonte: Autoria prpria.

    3.2 HARDWARE

    Para o desenvolvimento do projeto do rob constatou-se que seria necessrio fazer uso da eletrnica de potncia para realizar o acionamento dos motores. Deste modo, aps realizar-se a aquisio dos motores de passo iniciou-se o desenvolvimento do projeto do driver do motor. Em um primeiro momento foram realizadas pesquisas que conferissem ao grupo a capacidade de desenvolver um projeto prprio dos drivers de potncia necessrios para o acionamento dos motores em micro passos e assegurariam a alimentao de trs ampres aos mesmos.

    Pretendia-se para o desenvolvimento deste driver o uso de um microcontrolador PIC, que associado ao uso de alguns MOSFETS (Transistor de Efeito de Campo de Semicondutor de xido Metlico) de potncia realizaria o chaveamento dos plos do motor.

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    Foram tentadas algumas alternativas pelo grupo no que se refere escolha dos drivers, sendo que, ao final de alguns ensaios e testes, optou-se pelo uso de drivers industriais que proporcionariam um maior nmero de funes em relao a outros drivers testados e tambm apresentariam maior robustez.

    Aps a escolha do driver foram iniciados testes com o objetivo de se realizar a escolha do microcontrolador a ser utilizado no projeto. Em um primeiro momento cogitou-se o uso do PIC 16F877. Entretanto, aps alguns testes relacionados a movimentao do rob foi constatado que o mesmo no seria capaz de realizar parte dos clculos de acelerao que foram implementados ao longo do projeto devido limitao de seu clock de processamento.

    Embora existissem algumas solues que amenizariam o problema e permitiriam ao grupo continuar utilizando o mesmo PIC, optou-se pela troca do mesmo por um de maior clock de processamento com o intuito de aumentar o desempenho dos clculos realizados. Estimou-se, em um primeiro momento, que para a movimentao do rob delta seriam criadas trajetrias paralelas (retilneas) ao plano, no entanto, percebeu-se que para esse tipo de movimentao o processamento seria muito pesado, pois, o PIC no teria capacidade de gerar todos os clculos necessrios. Assim, imaginou-se o uso do computador para realizar a gerao das posies e posterior transmisso das mesmas para o microcontrolador.

    Apesar de projetar-se que a soluo apresentada acima fosse a mais simples, percebeu-se que a mesma criaria dificuldades para trabalhar em movimentao em tempo real em conjunto com a acelerao e desacelerao dos motores. Nesta ideia o programa Labview seria responsvel por gerar a interpolao da trajetria em conjunto com informaes referentes acelerao e desacelerao dos motores e transmisso dessas informaes para o PIC, que no possua capacidade para realizao de tais clculos uma vez que o tempo de transmisso de cada posio interpolada do labview para o PIC seria maior que o tempo necessrio para gerar as curvas de acelerao, tornando o movimento irregular. O software de interpolao j havia sido implementado, entretanto, dificuldades na programao do microcontrolador para que o mesmo trabalhasse em paralelo com os outros PICs e gerasse as curvas de acelerao e desacelerao fizeram com que o grupo optasse por deixar essa ideia de lado e adotar uma nova estratgia.

    Tendo-se em mente a simplificao da programao foi decidido que a movimentao retilnea do rob seria retirada, mantendo-se somente clculos

  • 32

    referentes acelerao e desacelerao no PIC e gerao de rotinas de intertravamento para que, assim, todos os motores viessem a trabalhar em conjunto. Enquanto isso no Labview seriam realizados clculos da posio final, inicial e de afastamento e estes resultados transmitidos para os microcontroladores de forma a criarem trs trajetrias para cada movimento de pegar-e-posicionar.

    Para melhor compreenso das trs trajetrias envolvidas em cada movimentao executada pelo rob segue abaixo ilustrao destes movimentos.

    Rob sai de uma posio inicial qualquer para se aproximar do objeto com uma alta velocidade (figura 13)

    Figura 13 Rob realiza a aproximao do objeto em alta velocidade. Fonte: Autoria prpria.

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    Com velocidade reduzida realiza a descida at o objeto e ao final do movimento atua o efetuador (ventosa) sobre o mesmo (figura 14):

    Figura 14 Rob se aproxima do objeto com velocidade reduzida e atua o efetuador. Fonte: Autoria prpria.

    Ainda com velocidade reduzida, realiza o movimento de afastamento da mesa (figura 15):

    Figura 15 Rob carregado com o objeto se afasta da mesa. Fonte: Autoria prpria.

  • 34

    Movimenta-se com alta velocidade para realizar a aproximao da nova posio onde ser depositado o objeto (figura 16):

    Figura 16 Rob se movimenta em alta velocidade para nova posio. Fonte: Autoria prpria.

    Com velocidade reduzida, realiza a descida at onde ser depositado o objeto e no fim do movimento desliga o efetuador (figura 17):

    Figura 17 Rob se aproxima da mesa para posicionar o objeto. Fonte: Autoria prpria.

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    Com velocidade reduzida se afasta do objeto j depositado e espera incio de novo ciclo (figura 18):

    Figura 18 Rob se afasta do objeto com velocidade reduzida e aguarda novo ciclo. Fonte: Autoria prpria.

    Para assegurar que o rob saiba a sua posio inicial e no ultrapasse os limites de atuao das juntas, foram utilizados sensores fim de curso que estabelecem a posio inical do rob ao mesmo tempo em que interrompem o sinal enviado aos motores, sendo necessrio um redirecionamento deste sinal em outra porta do microcontrolador para fazer o rob retornar em segurana.

    Para que os motores se movimentassem de uma maneira mais eficaz, optou-se pelo uso de curva S de acelerao.

    Para uma rampa com acelerao constante o sistema sofre com mudanas de acelerao abruptas no incio do movimento e no ponto onde a velocidade mnima/mxima. Estas variaes da acelerao causam ao sistema problemas de vibrao e stress excessivo dos componentes (figura 19):

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    Figura 19 Movimentao do rob. Fonte: Autoria prpria.

    J em um sistema com curva de acelerao tipo S os sistemas mecnicos no sofrem o choque da acelerao abrupta. No momento inicial a acelerao nula, esta aumenta e diminui formando uma curva suave que pode ser dimensionada de acordo com o motor (figura 20):

    Figura 20 Movimentao do rob. Fonte: Autoria prpria.

    Entretanto, como o microcontrolador apresenta algumas restries quanto a capacidade de processamento, devido a limitao de seu clock, foi necessrio simplificar de maneira significativa a programao para que no fossem gerados problemas com a rampa de acelerao do rob.

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    Foi utilizada a seguinte frmula para a gerao de perfis de acelerao em tempo real:

    (8)

    Onde: C o valor utilizado para gerar as interrupes no microcontrolador; i o numero do passo atual; e m o numero total de passos.

    Os ensaios realizados com os motores de passo mostraram-se satisfatrios com a utilizao da frmula mencionada acima, mas sendo necessrio implementar um cdigo que, dentro de cada interrupo, faz os clculos de acelerao e altera o valor do temporizador responsvel pela mesma. Assim no sendo afetado por outros cdigos que rodam por fora da interrupo.

    Para se trabalhar com os trs motores foi desenvolvida e criada uma comunicao serial que transmite informaes do Labview para os trs PICs. No entanto, somente um dos PICs transmite informaes para o Labview, sendo este PIC denominado de mestre, buscando-se assim evitar colises, pois na comunicao RS232 no podem haver mais que dois dispositivos se comunicando no mesmo barramento. Com a realizao de alguns testes detectou-se problemas na movimentao dos motores, uma vez que no havia garantias de que todos os microcontroladores estariam operando sincronizadamente, pois os mesmos no se comunicavam entre si. Buscando solucionar-se esse problema foi realizada a programao dos PICs para que fizessem as movimentaes sincronizadas, para que isso fosse possvel, na parte eletrnica dos mesmos foram realizadas conexes entre os microcontroladores escravos e o mestre criando uma forma de comunicao entre eles (sistema de flag) gerando um intertravamento. Para um melhor entendimento, as conexes fsicas constam no apndice A.

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    Figura 21 - Esquemtico da comunicao serial. Fonte: Autoria prpria.

    Primeiramente o software labview envia um comando para os microcontroladores, estes por sua vez vo checar os dados recebidos. Caso a informao recebida seja validada, o microcontrolador escravo atua uma sada para que o mestre possa identificar como sinal recebido. Caso tenha algum erro na informao o microcontrolador escravo ignora a mensagem e no atua a flag de mensagem recebida. O dispositivo mestre, quando recebe os sinais dos escravos dentro de um perodo de tempo especfico, envia uma resposta para o labview para confirmar que os dados foram recebidos e todos foram validados. Em caso de problemas de comunicao (dispositivo mestre no recebendo o sinal dos escravos no perodo esperado ou recebendo um pacote de dados com erros) o microcontrolador mestre envia uma mensagem avisando o labview que ouve problemas na comunicao e indica qual dos dispositivos recebeu a mensagem errada (apndice C).

    A rea de comunicao diz respeito a parte que responsvel por realizar a converso de sinais entre a rea de processamento e o computador.

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    3.3 SOFTWARE

    O software Labview responsvel pela realizao de todos os clculos relacionados ao processamento de imagem e movimentao do rob. Alm disso, capaz de tratar informaes externas recebidas dos sensores ou dos microcontroladores. Os fluxogramas referentes s funes principais do rob esto contidas no apndice F.

    Para melhorar a estabilidade de movimento do rob foi implementado um cdigo para o controle de acelerao e desacelerao que ameniza a inrcia do rob. Como esse sistema precisa trabalhar em tempo real, para que eventuais atrasos ou rotinas extras no afetem o cdigo da acelerao, o mesmo foi implementado na forma de firmware nos microcontroladores externos, atravs de interrupes de hardware.

    O software escolhido para a programao do controle foi o Labview da National Instruments, devido facilidade em se adquirir dados e em se realizar a modularizao de cdigos, tornando possvel a implementao do recurso para aquisio de imagens de maneira mais simplificada, eficiente e direta, pois esse software possui mdulos prontos para funes bsicas de manipulao de imagem, como deteco de bordas, comparao de imagens com grau especfico de acerto, entre outras, alm de ser um programa que opera com uma linguagem de programao grfica que faz uso de cones para criao de suas aplicaes. Diferenciando-se, portanto, das linguagens que realizam suas aes atravs de linhas de comando (texto).

    A programao do Labview est baseada em fluxo de dados, onde um determinado fluxo de dados responsvel por determinar qual ao ser executada. Embora em um primeiro momento o grupo no tivesse conhecimento prtico dessa ferramenta, uma vez que a mesma nunca havia sido utilizada em projetos anteriores, optou-se por us-la, pois, a mesma conhecida pela sua facilidade de utilizao dentro de variadas reas de atuao.

    Assim, iniciou-se a programao do sistema de viso com o auxlio de tutoriais que acompanhavam a prpria ferramenta. J nos primeiros testes esta ferramenta de programao mostrou-se amigvel pela facilidade de aprendizado alm dos bons resultados obtidos.

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    Paralelamente programao do sistema de viso iniciou-se o estudo e programao da cinemtica do rob. Foram necessrias vrias pesquisas sobre os clculos de cinemtica inversa, uma vez que a cinemtica do delta mostrava-se um tanto quanto complexa em um primeiro momento. Durante as pesquisas foram encontradas vrias fontes de informaes que continham muitos dados teis a respeito da cinemtica necessria para o rob, inclusive, entre elas, um cdigo do Labview utilizado em um rob semelhante que foi apresentado em uma feira de exposies.

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    4 TESTES E RESULTADOS

    O desenvolvimento dos desenhos dos componentes mecnicos em CAD foi realizado em mais de um momento at se atingir as caractersticas necessrias para o bom desempenho do rob delta.

    Para a elaborao dos desenhos foi utilizado o software Solid Works. Esta etapa no demandou grandes dificuldades, j que o grupo possua familiaridade com o programa usado.

    O software labview foi a ferramenta utilizada para se realizar a programao do sistema de viso do rob e tambm para a implementao do sistema de controle do mesmo. A implementao do sistema de viso foi facilitada, pois, trabalhou-se com o mdulo Vision Assistant que um modulo auxiliar do labview, projetado para operar com sistemas de viso. Para a escolha da webcam considerou-se os drivers USB que eram compatveis com esse mdulo. Com a integrao da webcam com o mdulo de viso foi possvel realizar os primeiros testes e, assim, verificar-se a viabilidade de utilizar o software para executar o sistema de viso. Para a melhoria da aquisio de imagem foi eleaborado um sistema de iluminao fluorescente (apndice B). Para a implementao do sistema de controle no labview foram criadas algumas funes bsicas que, posteriormente, seriam incrementadas de maneira a tornar completo o sistema de controle. As funes bsicas so: 1) as funes de configurao; 2) estabelecimento da posio inicial; 3) incio do processo de controle contnuo; e 4) emergncia. Partindo-se dessas funes foram desenvolvidos cdigos mais complexos que permitiram a integrao e execuo dessas funes. O sistema de manipulao adotado no projeto para ser utilizado pelo rob foi um efetuador com ventosa em sua extremidade, sendo que esta opera de maneira pneumtica, realizando a suco dos objetos a serem manipulados. Com relao ao efetuador, decidiu-se pelo uso de uma ventosa de suco, pois o peso desse conjunto muito menor do que o de uma garra eletromecnica. O menor peso acaba diminuindo a inrcia do rob, possibilitando, deste modo, que os movimentos sejam executados com melhor exatido.

    Foi possvel construir o rob paralelo tipo delta fisicamente (embora incompleto) e apresent-lo na ExpoUT 2011. Nesta feira ele foi programado para considerar como objeto fichas de pquer e como lugar a depositar estas fichas,

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    crculos pretos impressos em uma folha de papel A4. Assim, toda vez que uma ficha era localizada pelo sistema de viso o rob atuava sobre a mesma para coloc-la sobre um dos crculos disponveis.

    4.1 DIFICULDADES ENCONTRADAS

    A principal dificuldade encontrada refere-se ao fato da estrutura paralela ser algo relativamente recente e, portanto, no existirem muitos trabalhos acadmicos e cientficos em lngua portuguesa. Alm disso, existiram dificuldades em todas as reas relativas ao desenvolvimento do rob, tais como, desenvolvimento mecnico, eltrico, eletrnico, sistema de viso e sistema de controle, sendo que as mesmas esto descritas nos captulos especficos a cada rea.

  • 43

    5 CONCLUSO

    Neste trabalho foi apresentado um rob paralelo tipo delta associado com o uso de viso computacional e concebido com o objetivo de demonstrar suas caractersticas, bem como para realizao de operaes do tipo pegar-e-posicionar.

    Com relao ao desenvolvimento do rob, construiu-se o mesmo aps analisar o desempenho de diferentes tipos de prottipos construdos com diferentes tipos de matria-prima. Chegando-se, ao final, a escolha do material que parecia mais apropriado para o projeto (os custos esto contidos no apndice H).

    Com relao implementao do sistema de viso computacional, desenvolveu-se o mesmo com o uso de uma webcam simples, com um sistema de luz e com o uso de um mdulo do software Labview que auxilia nesse tipo de aplicao.

    Com relao implementao do sistema de controle e superviso, adotou-se o uso do software Labview, que tornou possvel a realizao dessa etapa.

    O grupo foi capaz de integrar as etapas do projeto e desenvolver o prottipo do rob delta, demonstrando seu funcionamento e aplicabilidade na Expo UT 2011.

    Todos os objetivos propostos na introduo do projeto foram atingidos de forma integral.

    5.1 CONSIDERAES FINAIS

    Dentro das expectativas do trabalho de concluso de curso e tendo-se em mente a dificuldade do tema abordado, considera-se que o grupo teve um desempenho satisfatrio, desenvolvendo o rob, complementando-o com a viso computacional e apresentando comunidade acadmica e industrial a arquitetura paralela e seus benefcios.

    5.2 SUGESTES PARA TRABALHOS POSTERIORES

    Uso de esteiras para realizar a chegada das peas a serem manipuladas pelo rob, possibilitando-se operar com a cmera fora da rea de trabalho, evitando-se, deste modo, que as hastes do rob obstruam a viso da pea.

  • 44

    Implementao de sistema de interpolao de coordenas a fim de se realizar trajetrias retilneas com o rob.

    Otimizao e aprofundamento no sistema de captao, iluminao e processamento de imagens.

    Melhorar processo de produo dos componentes mecnicos, minimizando-se, assim, problemas relacionados a folgas e preciso nos movimentos.

    Implementar comunicao entre os microcontroladores mais robusta e, portanto, mais confivel e para que tambm exista padronizao com outros sistemas.

    O uso de servomotores no lugar dos motores-de-passo com o objetivo de atingir-se maior preciso e velocidade nas movimentaes.

    Desenvolver estrutura de suporte ao rob capaz de oferecer maior rigidez minimizando-se, desse modo, problemas relacionados vibrao.

  • 45

    REFERNCIAS

    BOSCH-LIVE. Disponvel em: < http://www.bosch.com.br/content/language1/html/715_2181.htm>. Acesso em: novembro. 2010.

    FINOTTI, Gilson. Clculo explcito dos torques dos atuadores de um rob paralelo plano empregando o mtodo de Kane. 2008. 199 f. Dissertao (Mestrado em Engenharia) Escola Politcnica da Universidade de So Paulo, 2008. Disponvel em: . Acesso em: 15 mar. 2010, 16:54.

    GROOVER, Mikell et al. Robtica: tecnologia e programao. So Paulo: McGraw-Hill, 1988.

    GROOVER, Mikell e ZIMMERS, Emory W. Jr. CAD/CAM Computer-Aided design and Manufacturing. Department of Industrial Engineering Lehigh University, Bethlehem, Pennsylvania, 1984.

    MECHATRONIC-DESIGN. Disponvel em: . Acesso em: 01 maro. 2010.

    MERLET, Jean. P. Parallel robots. 2. ed. Holanda: Springer, 2006.allHall

    NATIONAL INSTRUMENTS. Disponvel em: . Acesso em: 25 abril. 2011.

    PARALLEMIC. Disponvel em: . Acesso em: 25 abril. 2011.

    SICILIANO, Bruno e KHATIB, Oussama. Springer Handbook of Robotics. Department of computer Science Stanford University. Stanford, USA, 2008.

    TROSSEN ROBOTICS, Disponvel em: . Acesso em: 22 abril. 2011.

  • 46

    APNDICE A Diagrama de Blocos das Conexes Fsicas (cabos).

    Figura 22 - Diagrama de blocos das conexes fsicas (cabos). Fonte: Autoria prpria.

  • 47

    APNDICE B Esquemtico com Ligaes do Sistema de Iluminao

    Figura 23 Esquemtico com Ligaes do Sistema de Iluminao. Fonte: Autoria prpria.

  • 48

    APNDICE C Esquemtico da Placa de Comunicao RS232

    Figura 24 - Esquemtico da placa de comunicao RS232. Fonte: Autoria prpria.

  • 49

    APNDICE D Esquemtico dos Microcontroladores

    Figura 25 - Esquemtico dos Microcontroladores. Fonte: Autoria prpria.

  • 50

    APNDICE E Esquemtico do Sistema Pneumtico

    Figura 26 Esquema do sistema pneumtico. Fonte: Autoria prpria.

  • 51

    APNDICE F - Fluxogramas

    Neste fluxograma est indicado o ciclo bsico de funcionamento do rob.

    Figura 27 Fluxograma Principal. Fonte: Autoria prpria.

  • 52

    Neste fluxograma est indicado uma sntese do programa do processo contnuo.

    Figura 28 Fluxograma do Processo Contnuo Fonte: Autoria prpria.

  • 53

    rvore de Funes do Cdigo em Labview

    Figura 29 rvore de Funes do Cdigo em Labview. Fonte: Autoria prpria.

  • 54

    rvore de Subfunes da Funo MAIN.VI

    Figura 30 rvore de Subfunes da Funo Main.VI. Fonte: Autoria prpria.

    Main.vi Esta a funo principal que engloba todas as outras funes do sistema de

    controle. nesta funo que as variveis globais so inicializadas. Nela esto contidos menus de acesso que permitem ao usurio configurar os parmetros de controle do rob, tais como, configuraes de imagem e de cinemtica. Possui, ainda, os laos (ligaes em nvel de programao) que permitem ao programa funcionar de maneira contnua e, alm disso, funes para interromper a ao do rob em casos de emergncia e funes que permitem movimentar o rob delta para a posio inicial.

  • 55

    Processo Continuo.vi

    Figura 31 - rvore de sub-funes da funo Processo Continuo.VI. Fonte: Autoria prpria.

    Esta funo inicializa o processo contnuo de operao do rob. Ela responsvel por efetuar a diferenciao dos casos em que o rob est procurando pela forma e pela pea, agindo da maneira adequada em cada uma das situaes. Em cada um dos casos so acionadas as respectivas funes para executar a busca pela imagem e os clculos para obteno e envio das coordenadas.

    Movimenta Ciclo.vi

    Figura 32 - rvore de subfunes da funo Movimenta Ciclo.VI. Fonte: Autoria prpria.

    O principal objetivo desta funo dividir o movimento requisitado para o rob em trs etapas. A primeira dessas etapas diz respeito ao prprio movimento, onde realizada a aproximao do rob em relao ao alvo. A segunda diz respeito

  • 56

    movimentao efetuada pelo rob quando este desce em direo ao alvo, movimentando-se somente na direo vertical, a fim de apanhar ou soltar a pea. Por fim, temos que a ltima etapa o inverso da segunda, ou seja, aqui acontece o movimento de afastamento do rob em relao ao alvo, sendo que este tambm s realizado na direo vertical. Essas etapas visam a garantir a integridade fsica do rob e da pea, para que no haja movimentos bruscos que poderiam causar avarias.

    Cinemtica Inversa.vi

    Aps as entradas das coordenadas no sistema cartesiano calcula a cinemtica inversa do movimento do rob, obtendo os ngulos absolutos para cada motor de passo. Essa funo alimentada com os dados construtivos da mecnica que se referem ao comprimento das hastes superiores e inferiores, os tamanhos das plataformas e os ngulos relativos dos motores entre si.

    Conversor de passos.vi

    Calcula a diferena dos ngulos calculados pela cinemtica inversa e a origem dos motores e converte o resultado em quantidade de passos.

    Envia Dados.vi

    Figura 33 - rvore de sub-funes da funo Envia Dados.VI. Fonte: Autoria prpria.

    responsvel pelo envio das informaes pela porta serial. Esta funo realiza todo o tratamento necessrio para assegurar o envio e recebimento das

  • 57

    informaes sem que haja erros. Para isto, sempre que uma mensagem enviada para os PICs ela espera a resposta de ACK (Acrnimo do Ingls para Acknowledgment, que significa reconhecimento). Cada tipo de mensagem enviada contm uma ACK especfica para confirmao de recebimento. Quando h um erro de confirmao de dados a funo reenvia os dados, garantindo assim a integridade da comunicao. Esta funo tambm gerencia todos os tempos de espera para sincronizar as mensagens da serial, bem como os timeouts para cada tipo de transmisso, avisando o usurio ou reenviando dados.

    Protocolo.vi

    Responsvel pela elaborao do protocolo de comunicao serial que segue:

    Tabela 3 Protocolo.vi.

    Fonte: Autoria prpria.

    Cabealho

    indicado pelo valor 0x7E, que indica um novo incio de pacote. Tipo

    Indica o tipo de comando que se deseja enviar. Os valores so:

    0x00 - Ir para posio Home. 0x01 - Configurar a quantidade de passos do prximo movimento 0x02 - Calibrar 0x09 - Iniciar o movimento

    V_Max

  • 58

    Indica o valor mximo para o uso no clculo de acelerao, so 2 bytes para cada microcontrolador PIC.

    V_Min

    Indica o valor mnimo para o uso no clculo de acelerao, so 2 bytes para cada microcontrolador PIC.

    Posio

    Indica a quantidade de passos a serem executados.

    Cheksum

    Validao da mensagem. Para o clculo do Checksum temos 0xFF menos o valor da soma de todos os bytes dos campos: Tipo, V_Max, V_min e Posio.

    A frmula para o clculo da quantidade de passos necessrios para movimentao dos motores :

    &' = (.*'.+, (9) Onde:

    Qp a Quantidade de passos. Pr a quantidade de passos por revoluo do motor. Mp a relao de micropassos aplicada no driver. Ad o ngulo desejado.

    Levando-se em considerao que o motor de 200 passos por revoluo e est sendo controlado por um driver com 1/20 micropassos para realizar o movimento do motor com um deslocamento de 36 graus no sentido horrio o clculo do nmero de passos a ser enviado d-se da seguinte maneira:

    &' = . .,, = -'../. (10)

    Le serial.vi

    Responsvel por efetuar a leitura dos dados presentes na porta serial. A quantidade de dados a ser lida pode variar e ajustada conforme o tipo de comando

  • 59

    enviado anteriormente. Esta funo contm timeouts para leitura dos dados, que assegura que o programa no fique travado em caso de erro de envio dos PICs.

    Funes da Cmera

    Inicializa Camera.vi

    Trata-se da etapa responsvel por inicializar e identificar a porta USB em que a cmera est conectada, exportando, deste modo, a sesso da cmera.

    Video.vi

    Responsvel por realizar a captura da imagem fornecida pela webcam e disponibilizar a sesso para o restante do cdigo.

    Apreende ROI.vi

    Responsvel por efetuar a extrao referente ao ROI (acrnimo do ingls Region of Interest, que significa Regio de Interesse), usando essa poro de imagem no processo de aprendizado de padro. A imagem do ROI salva em arquivo do tipo ROI.BMP.

    Procura ROI.vi

    Esta funo permite que seja realizada uma busca pela regio de interesse na imagem da cmera, comparando a imagem alvo (salva em arquivo) com a imagem que a cmera est fornecendo em tempo real. Aps encontrar o objeto de interesse, calcula as coordenadas em pixels e converte para o sistema mtrico tridimensional.

  • Neste fluxograma est indicado uma sntese dNeste fluxograma est indicado uma sntese das funes da cmera.

    Figura 34 - Fluxograma das funes da cmeraFonte: Autoria prpria.

    60

    as funes da cmera.

    Fluxograma das funes da cmera

  • 61

    Configuraes

    Configs.vi Abre o menu onde esto contidas as opes de configuraes disponveis.

    Configs robo.vi Abre o menu onde esto contidas as opes de configuraes disponveis

    relativas mecnica do rob. As propriedades que podem ser configuradas acessando-se esse menu so: dimenses fsicas do Rob, ngulo entre os motores, valores para acelerao/desacelerao do movimento do rob, distncias de afastamento da pea, altura da pea, altura da forma e posio inicial (home).

    Configs camera.vi Abre o menu onde esto contidas as opes de configuraes disponveis

    relativas cmera do rob. As propriedades que podem ser configuradas acessando-se esse menu so: os ROIs da pea e da forma; alm de permitir ao usurio configurar o centro e a calibrao da imagem, assegurando-se, assim, a correo de eventuais erros de perspectiva.

    Configs serial.vi Configura os parmetros que sero usados para abrir a porta serial. Os

    parmetros configurados so: baud rate, paridade, controle de fluxo, timeout, nome da porta, quantidade de bits de dados e bit de parada.

    Abre_vi.vi Funo para abrir os painis de controles de VIs para a configurao de

    parmetros.

    Fecha_vi.vi Funo para fechar os painis de controles de VIs.

    Short para Byte.vi Funo que quebra um nmero de 16 bits (short) em 2 nmeros de 8 bits

    (byte)

  • 62

    APNDICE G Configurao dos Microcontroladores

    O microcontrolador escolhido foi o PIC 18f2550 e a programao foi realizada em linguagem C. O objetivo principal do microcontrolador executar o clculo em tempo real da acelerao e desacelerao do movimento dos motores de passo, sendo tambm necessrio executar a comunicao dos mesmo com os outros PICs e com o Labview. As funes do cdigo em C so:

    void main()

    a primeira funo que o microcontrolador executa ao iniciar. Esta funo executa as subfunes de iniciliazao de parmetros de hardware. Tambm esta funo que interpreta os tipos de comandos que o Labview envia e toma as aes necessrias para cada tipo de comando.

    void initialize(void)

    a funo que inicializa os parmetros das funes de interrupo e contadores internos, valores iniciais dos pinos de output, bem como zera a flag que indica que o microcontrolador est processando um movimento.

    void motor_run(signed int16 pos_new)

    a funo que calcula a quantidade de passos que se precisa para alcanar a posio absoluta recebida do Labview tendo a posio relativa que a ltima posio que o motor parou. Inicializa os valores dos contadores internos do microcontrolador que sero usados para o clculo da rampa de acelerao/desacelerao e habilita a interrupo que far esses clculos em tempo real, dando inicio ao movimento do rob.

    void isr_motor_step(void)

    a funo de interrupo que realiza a mquina de estados do clculo da rampa de acelerao. Est dividida em quatro estados:

    ramp_up ramp_down ramp_max default

    O estado ramp_up indica que o clculo deve ser feito de forma a acelerar o movimento do rob.

  • 63

    O estado ramp_down indica que o clculo deve ser feito de forma a desacelerar o movimento do rob. O estado ramp_max indica que o rob executou a quantidade necessria de passos na acelerao e parte para um movimento uniforme. O estado default serve para limpar as flags e parar a mquina de estados quando a mesma alcana seu ltimo passo.

    Cada vez que essa funo executada um passo dado e so realizados os clculos para obter-se o novo valor do contador para gerar a acelerao ou desacelerao que, por modo de Capture Compare, ativar novamente a interrupo para o passo seguinte.

    void com_serial(void)

    a funo que recebe e valida as mensagem do labview separando cada tipo de informao em variveis apropriadas para a interpretao. Para toda mensagem realizado um clculo de Checksum para verificao da integridade da mensagem, e caso esse valor no corresponda ao valor calculado pelo software labview para a mensagem, esta descartada e o microcontrolador envia uma mensagem de Nack, fazendo assim com que o programa envie novamente a mensagem. As mensagens que apresentam erro de Checksum so armazenadas e podem ser acessadas pelo labview para uma anlise do tipo de erro ocorrido.

    void wait_pics(void)

    O objetivo desta funo fazer com que o microcontrolador mestre tenha intertravamento com os outros dois microcontroladores escravos. Isso necessrio para que o mestre saiba quando os outros microcontorladores esto realizando um movimento ou esto esperando o recebimento de novos dados.

  • 64

    APNDICE H Oramento

    Foi realizado oramento com o objetivo de verificar-se a viabilidade econmica em desenvolver-se o projeto. Os valores podem ser vistos na tabela abaixo:

    Tabela 4 Oramento.

    Preo Quantidade IPI Frete Total em US$ Total em

    R$

    ME

    C

    NIC

    A

    Perfis de alumnio KANYA 30x30mm B03-1

    anodizados. R$ 20,76/m 11,48m - - - R$ 238,35 Fornecedor: ABG Curitiba Cantoneiras (com inserto)

    B30-40 R$ 10,70/ pc 8 peas - - - R$ 85,60 Fornecedor: ABG Curitiba Cantoneiras

    simples B30-10 R$ 6,38/ pc 10 peas - - - R$ 63,80 Fornecedor:

    ABG Curitiba Porca B32-60

    R$ 1,35/ pc 62 unidades - - - R$ 83,70 Fornecedor: ABG Curitiba Porca B32-50

    R$ 1,35/ pc 10 unidades - - - R$ 13,50 Fornecedor: ABG Curitiba Tubo de Fibra de Carbono

    6mm L800mm US$24,46/ 3 pc 1 unidade - Incluso US$24,46 - Fornecedor:

    eBay, Hong Kong

    Materiais diversos

    (chapas e tarugos de

    alumnio, tubo de inox)

    - - - - - R$ 40,00

    Acoplamento esfrico - - - - - -

    Fixador dupla face 3M R$ 9,90/ pc 1 unidade - - - R$ 9,90

    Tbua de MDF R$ 25,90/ pc 1 unidade - - - R$ 25,90

  • 65

    Abraadeiras hellerman

    R$ 3,50/ pacote - - - - R$ 3,50

    Parafusos e arruelas - - - - - R$ 30,00

    HA

    RD

    WA

    RE

    Motor de passo NEMA 23mm

    15Kgf.cm (AK57H/3-1.8) Fornecedor:

    Akiyama Curitiba

    US$34,33/ pc 3 peas 5,00% -

    US$108,15 R$ 205,50

    (Cmbio $1,90)

    Drive de micro-passo. Corrente

    mx. 3,5. Tenso mx.

    40VDC (AKDMP5-3.5A)

    Fornecedor: Akiyama Curitiba

    US$103,57/ pc 3 peas 5,00% -

    US$326,25 R$ 620,00

    (Cmbio $1,90)

    Fonte de alimentao 24V

    15A US$59,99/ pc 1 pea - US$14 US$73,99 - Fornecedor:

    easysupply (eBay)

    Fonte de alimentao 24V

    6.5A US$29,99/ pc 1 pea - US$11 US$40,99 - Fornecedor:

    carolbrent (eBay)

    Mangueira de silicone 6mm - - - - - R$ 8,00

    Mangueira pneumtica

    6mm - - - - - R$ 6,00

    Rolamento - - - - - R$ 1,50

    ELE

    T

    R

    NI

    CA

    Microcontrolador PIC 18F252

    R$19,90/ pc 3 peas - - - R$ 59,70

  • 66

    Microcontrolador PIC 18F4550

    R$29,50/ pc 3 peas - - - R$ 88,50

    Diversos (Max232,

    capacitores, resistores,

    cristais, placa de cobre fenolite,

    Verniz

    - - - - - R$ 35,00

    Cabos - - - - - R$ 20,00 Conectores - - - - - R$ 8,50

    Chave fim de curso

    1,50/ pc 3 peas - - - R$ 4,50

    Lmpadas fluorecentes R$ 4,00/ pc 2 unidades - - - R$ 8,00

    Reatores R$ 9,90/ pc 2 unidades - - - R$ 19,80 Bocais para

    lmpada fluorecente

    R$ 0,45/ pc 4 unidades - - - R$ 1,80

    Disjuntor 10A R$ 6,90/ pc 1 unidade - - - R$ 6,90 Chave liga/ desliga para

    lmpada R$ 2,90/ pc 1 unidade - - - R$ 2,90

    Fio paralelo branco R$ 0,95/ m 6 metros - - - R$ 5,70

    Tomada R$ 4,30/ pc 1 unidade - - - R$ 4,30

    Fonte: Autoria prpria.

    O gasto aproximado do projeto com materiais foi de R$ 1965,70. Valor considerado vivel pelo grupo. O tempo aproximado de pesquisa e execuo do projeto foi de 1800h.