PIBICEnsino Médio

1.INTRODUÇÃORobôs móveis têm sido tema de pesquisa científica e de desenvolvimento tecnológico nos últimos anos. Existe um potencial muito amplo no campo de conhecimento em Robótica Móvel, que tem atraído jovens a ingressarem neste universo tecnológico.

Eventos, como a Olimpíada Brasileira de Robótica - OBR, reúnem estudantes em torno de competições impondo desafios e tarefas a robôs móveis construído pelos próprios alunos. Comumente, a plataforma mais utilizada para este desafio é o Lego Mindstorm. Porém, um dos grandes desafios para os alunos deste nível de ensino - principalmente alunos de cursos técnicos da área - é o desenvolvimento do seu próprio Robô.

Tendo em vista este desafio, o presente projeto se propõe, como objetivo central, projetar e implementar um robô seguidor de linha, baseado na plataforma Arduino.

2.DESENVOLVIMENTO

O robô foi desenvolvido em uma plataforma mecânica composta por duas placas montadas como um sanduiche. Os motores, bateria e sensores foram montados na placa localizada na parte inferior enquanto o microcontrolador e o drive de potência foram montados na parte superior.

Sistema de Movimentação

O robô possui duas rodas de borracha acionadas cada uma por um motor de corrente contínua independente com tensão nominal de 6V – porém testes preliminares determinaram a possibilidade de poderem ser acionados com uma tensão de até 9V.

O acionamento dos motores é dado por um drive de potência comercial baseado no chip L298N, que fornece tensão na forma de PWM em Ponte H. Uma bateria de LiPo (lítio-polímero) de 12V e 2650mAh foi usada como fonte de energia para todo o robô. Como o sinal de comando é do tipo PWM, pode-se limitar a tensão máxima de alimentação do motor em 9V [1].

Sistema de Controle

Foi fabricada em uma placa ilhada um circuito eletrônico composto de sensores de refletância TCRT5000 e divisores de tensão para condicionar a leitura da refexão de luz para um sinal analógico de 0 a 5Vcc a ser lido pelo microcontrolador.

O chassis foi montado, com os elementos mecânicos e eletromecânicos do robô. Então, os elementos eletrônicos foram posicionados e suas ligações elétricas efetuadas. A Figura 1 ilustra o diagrama esquemático de ligação dos elementos eletro-eletrônicos do robô.

Figura 1 – Diagrama eletrônico esquemático.

Lógica de Programação

O código do projeto baseia-se na linguagem de programação utilizada no Arduino, desenvolvida em C/C++ [2][3].

São cinco sensores, e o objetivo da programação é manter o sensor do meio com o nível mais baixo de sinal. Caso os sensores à esquerda na placa tiverem seus valores elevados, o robô andará com uma potência maior do lado esquerdo. A lógica para os sensores da direita é a mesma. Assim o robô girará em torno do próprio eixo e será afastado da linha preta, fazendo com que o robô “fuja” da linha preta.

A calibração dos sensores verifica os menores e os maiores valores que podem ser lidos na pista, identificando assim o que é a linha e o que é a superfície. Este valor é mapeado para valores entre 0 e 100. Dessa forma é possível inserir o valor lido dos sensores diretamente na equação que converte o valor lido para potência do motor:

. P = 2V – 100, (1)

onde P é a potência do motor e V é o valor lido pelo sensor.

Agumas funções foram transformadas em bibliotecas em arquivos do tipo .h e .cpp: calibração, de potência para o motor e de leitura dos sensores.

3.RESULTADOS

Uma arena foi construída simulando um circuito fechado com uma linha preta de 1,5cm de espessura, composta por segmentos de reta, curvas com diversos raios e ângulos retos. O robô foi deixado autonomamente percorrendo o circuito fechado. Durante esta tarefa, ele demonstrou seguir linha em percursos de até doze ciclos sem cometer falhas (Fig 2a).

Outras configurações mecânicas do robô foram realizadas durante o desenvolvimento do projeto. A Figura 2b ilustra a que se demonstrou mais confiável em relação ao seguimento de linha. Nesta configuração, um sensor ultrassônico foi utilizado para identificar obstáculos para serem desviados e assim completar tarefas do desafio proposto na Olimpíada Brasileira de Robótica – OBR.

Figura 2 – Configurações do robô (a) seguidor de linha e (b) seguidor de linha e desviador de obstáculos .

4.CONCLUSÕESO projeto demonstrou ser uma oportunidade de integração das disciplinas do curso técnico em Eletromecânica, pois é uma aplicação prática das teorias abordadas durante o curso – tanto nas matérias técnicas quanto nas disciplinas propedêuticas.

Os resultados práticos obtidos se demonstraram satisfatórios. Porém, como trabalhos futuros os autores sugerem (i) implementar uma placa de circuito impresso para alojar o sistema de sensoreamento de linha, evitando falhas de conexão presentes no sistema com placa ilhada; (ii) desenvolver um circuito de Ponte H que respeite os limites de fonte de tensão e a tensão nominal dos motores utilizados e (iii) substituir o sistema de protoboard por um shield, conferindo melhor organização e reduçãode falhas de conexão.

REFERÊNCIAS[1] F. Pereira, “Microcontroladores PIC – Programação em C”, São Paulo: Editora Érica, 2009.

[2] M. Banzi. “Primeiros passos com o Arduino”, 1. ed. São Paulo: Novatec, 2011.

[3] M. McRoberts. “Arduino Básico”, 2. ed. São Paulo: Novatec, 2015.

PAES NETO, Jucemar; BARBOSA, Daniel M.; DOS SANTOS, Lucas A.Z. - Curso Técnico Integrado em Eletromecânica , IFSC – Campus Araranguá – EDITAL Nº 04/2015/PROPPI

SERRALHEIRO, Werther A de O. - Dept° de Eletromecânica , IF-SC – Campus Araranguá - Orientador

Robô Seguidor de Linha sobre a Plataforma Robô Seguidor de Linha sobre a Plataforma ArduinoArduino