Introdução a Robótica
Professor Daniel SchererDepartamento de Computação
Professor Davis Matias de Oliveira
Professora Thiciany Matsudo IwanoDepartamento de Matemática
CES 2018
Google Street View
Carro autonomo da Uber
Carro autonomo da Uber
Carro autonomo da UFES
Carro autonomo da UFES
Robótica, um pouco de história
O advento no século XIX de:
◦ máquinas-ferramenta capazes de produzir componentes com elevada precisão;
◦ a disponibilidade de várias fontes de energia para atuação: hidráulica,
pneumática e
elétrica.
◦ os conceitos sobre: transmissão mecânica,
motores,
suspensões,
◦ a disponibilidade de sensores.
tudo isto possibilitou a construção de máquinas quepermitiam emular o "braço humano".
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Illustrated London
News for April (date
obscured) 1853
Robótica, um pouco de história
Os primeiros trabalhos em robótica datam de alguns anos após o fim da Segunda Guerra Mundial.
◦ Máquinas do tipo Master-Slave (Mestre-Escrava) foram introduzidas e desenvolvidas para manipular materiais perigosos, tais como materiais radioativos (1940-50).
◦ Um dos primeiros nesta linha é o "gantry-robot" - desenvolvido pela General Mills Corporation(EUA) em 1950,
Robótica, um pouco de história
Os primeiros trabalhos em robótica datam de alguns anos após o fim da Segunda Guerra Mundial.
◦ Máquinas do tipo Master-Slave (Mestre-Escrava) foram introduzidas e desenvolvidas para manipular materiais perigosos, tais como materiais radioativos (1940-50).
◦ Um dos primeiros nesta linha é o "gantry-robot" - desenvolvido pela General Mills Corporation(EUA) em 1950,
Robótica, um pouco de história
Os primeiros trabalhos em robótica datam de alguns anos após o fim da Segunda Guerra Mundial.
◦ Máquinas do tipo Master-Slave (Mestre-Escrava) foram introduzidas e desenvolvidas para manipular materiais perigosos, tais como materiais radioativos (1940-50).
◦ Um dos primeiros nesta linha é o "gantry-robot" - desenvolvido pela General Mills Corporation(EUA) em 1950,
Robótica, um pouco de história
Os primeiros trabalhos em robótica datam de alguns anos após o fim da Segunda Guerra Mundial.
◦ Máquinas do tipo Master-Slave (Mestre-Escrava) foram introduzidas e desenvolvidas para manipular materiais perigosos, tais como materiais radioativos (1940-50).
◦ Um dos primeiros nesta linha é o "gantry-robot" - desenvolvido pela General Mills Corporation(EUA) em 1950,
Robótica, um pouco de história
Os primeiros trabalhos em robótica datam de alguns anos após o fim da Segunda Guerra Mundial.
◦ Máquinas do tipo Master-Slave (Mestre-Escrava) foram introduzidas e desenvolvidas para manipular materiais perigosos, tais como materiais radioativos (1940-50).
◦ Um dos primeiros nesta linha é o "gantry-robot" - desenvolvido pela General Mills Corporation(EUA) em 1950,
Robótica, um pouco de história
Os primeiros trabalhos em robótica datam de alguns anos após o fim da Segunda Guerra Mundial.
◦ Máquinas do tipo Master-Slave (Mestre-Escrava) foram introduzidas e desenvolvidas para manipular materiais perigosos, tais como materiais radioativos (1940-50).
◦ Um dos primeiros nesta linha é o "gantry-robot" - desenvolvido pela General Mills Corporation(EUA) em 1950,
Robótica, um pouco de história
◦ o "Planetbot" (1957), que foi o primeiro robô
manipulador comercial com coordenadas
polares
Robótica, um pouco de história
◦ e o robô desenvolvido por Norman Diedrich
no Instituto Case da Western Reserve
University (Cleveland - USA) que foi o
primeiro manipulador elétrico com juntas de
revolução.
Robótica, um pouco de história
◦ e o robô desenvolvido por Norman Diedrich
no Instituto Case da Western Reserve
University (Cleveland - USA) que foi o
primeiro manipulador elétrico com juntas de
revolução.
Robótica, um pouco de história
◦ e o robô desenvolvido por Norman Diedrich
no Instituto Case da Western Reserve
University (Cleveland - USA) que foi o
primeiro manipulador elétrico com juntas de
revolução.
Robótica, um pouco de história
A investigação e desenvolvimento durante
os anos 50 e 60 conduziu ao
desenvolvimento dos primeiros robôs
controlados por computador
◦ como o T3 (Tool of The fuTure) (1974)
Robótica, um pouco de história
A investigação e desenvolvimento durante
os anos 50 e 60 conduziu ao
desenvolvimento dos primeiros robôs
controlados por computador
◦ como o T3 (Tool of The fuTure) (1974)
Robótica
Ainda temos:◦ a disponibilidade de várias fontes de energia para
atuação: hidráulica,
pneumática e
elétrica.
◦ os conceitos sobre: transmissão mecânica,
motores,
suspensões,
◦ a disponibilidade de sensores.
Acrescido do poder computacional:◦ Pré-programação
◦ Inteligência Artificial (I.A.)
Robótica hoje
Robôs remotamente controlados
◦ Situações perigosas
$135.000,00
Robótica hoje
Robôs remotamente controlados
A Deepfield Robotics, uma subsidiária da Bosch está pesquisando essa tecnologia faz tempo, e desenvolveu o Bonirob, uma plataforma de estudo que utiliza inteligência artificial, aprendizado e redes neurais. Os pesquisadores exibiram para o robô um número enorme de plantas saudáveis, doentes e ervas daninhas, ele aprendeu quais merecem viver e quais arrancar.
Se detecta uma erva daninha o Bonirob a esmaga com um Martelo Pneumático da Morte.
Robótica hoje
Robôs remotamente controlados
A Deepfield Robotics, uma subsidiária da Bosch está pesquisando essa tecnologia faz tempo, e desenvolveu o Bonirob, uma plataforma de estudo que utiliza inteligência artificial, aprendizado e redes neurais. Os pesquisadores exibiram para o robô um número enorme de plantas saudáveis, doentes e ervas daninhas, ele aprendeu quais merecem viver e quais arrancar.
Se detecta uma erva daninha o Bonirob a esmaga com um Martelo Pneumático da Morte.
Estimado chegar em 2020
Robótica hoje
Robôs para apoio
◦ Saúde
Esperam
economizar
$20 bilhões
Robótica hoje
Robôs para apoio
◦ Saúde
• Precisão,
• Cortes
menores,
• Menos perda
de sangue.
Robótica e Educação
M.I.T - Massachusetts Institute of Technology
Seymour Papert & Marvin Minsky
◦ 1969
Seymour Paper & Marvin Minsky -
1969
Seymour Paper & Marvin Minsky -
1969
Seymour Paper & Marvin Minsky -
1969
"Twenty Thing to
do with a
Computer“
by Seymour
Papert and
Cynthia Solomon,June 1971
Robótica e Educação
Robótica e Educação
Robótica e Educação
Robótica e Educação
A robótica permite contribuir de forma eficaz no desenvolvimento de competências no uso de tecnologias.
“O aluno pode desenvolver sua capacidade de solucionar problemas, utilizar a lógica de forma eficaz e compreender conceitos ligados à física e matemática. O professor pode encontrar condições de diversificar sua didática pela possibilidade do emprego de materiais diversos e as instituições um diferencial de qualidade por intermédio da aplicação de temas transversais e interdisciplinaridade.”
Prol, 2006
Robótica e Educação
Equipamentos
◦ Computador
◦ Software
◦ Peças
Motores
Sensores
Peças gerais
Robótica e Educação - Fases
◦ Formalização da idéias:
Se programando, haverá a descrição de uma idéia
em termos de uma linguagem formal e precisa.
Se construindo, haverá a descrição do que se deseja
construir
Essa descrição permite ao aluno explicitar o nível de
compreensão que possui sobre os diferentes aspectos
envolvidos na resolução de um problema.
Equipamentos
Modelix
Meccano
Fischer Technik
Lego Dacta
Mindstorms NXT
Equipamentos
Modelix
Características:
◦ composto de lâminas furadas nas mais diversas formas, que permitem encaixes exatos;
◦ mini ferramentas para montar
◦ conjunto de peças porcas,
parafusos,
cantoneiras,
engrenagens,
eixos,
Polias.
◦ As lâminas furadas podem se unir por meio de porcas e parafusos.
Equipamentos
Modelix
Características:
◦ composto de lâminas furadas nas mais diversas formas, que permitem encaixes exatos;
◦ mini ferramentas para montar
◦ conjunto de peças porcas,
parafusos,
cantoneiras,
engrenagens,
eixos,
Polias.
◦ As lâminas furadas podem se unir por meio de porcas e parafusos.
Equipamentos
Meccano
Características:
◦ composto de lâminas furadas nas mais diversas formas, que permitem encaixes exatos;
◦ mini ferramentas para montar
◦ conjunto de peças porcas,
parafusos,
cantoneiras,
engrenagens,
eixos,
Polias.
◦ As lâminas furadas podem se unir por meio de porcas e parafusos.
Equipamentos
Meccano
Características:
◦ composto de lâminas furadas nas mais diversas formas, que permitem encaixes exatos;
◦ mini ferramentas para montar
◦ conjunto de peças porcas,
parafusos,
cantoneiras,
engrenagens,
eixos,
Polias.
◦ As lâminas furadas podem se unir por meio de porcas e parafusos.
Equipamentos
Fischer Technik
Características:
◦ composto por peças
plásticas conectáveis;
◦ conjunto de peças
peças diversas,
engrenagens,
eixos,
Polias.
Equipamentos
Fischer Technik
Características:
◦ composto por peças
plásticas conectáveis;
◦ conjunto de peças
peças diversas,
engrenagens,
eixos,
Polias.
Equipamentos
Fischer Technik
Características:
◦ composto por peças
plásticas conectáveis;
◦ conjunto de peças
peças diversas,
engrenagens,
eixos,
Polias.
Equipamentos
Lego Dacta
Características:
◦ composto por peças
plásticas conectáveis
◦ conjunto de peças
peças diversas,
engrenagens,
eixos,
Polias.
Equipamentos
Lego Dacta
Características:
◦ composto por peças
plásticas conectáveis
◦ conjunto de peças
peças diversas,
engrenagens,
eixos,
Polias.
Equipamentos
Lego Mindstorms
Características:
◦ composto por peças
plásticas conectáveis
◦ conjunto de peças
peças diversas,
engrenagens,
eixos,
Polias.
Lego Mindstorms NXT
RCX NXT EV3
1998 – LEGO
MINDSTORMS Robotics
Invention System
1999 – LEGO
MINDSTORMS Robotics
Invention System 1.5
2001 – LEGO
MINDSTORMS Robotics
Invention System 2.0
2006 – LEGO
MINDSTORMS NXT
Education Set (9797)
2006 – LEGO
MINDSTORMS NXT (8527)
2009 – LEGO
MINDSTORMS NXT 2.0
(8547)
2013 – LEGO
MINDSTORMS EV3 (31313)
2013 – LEGO
MINDSTORMS Education
EV3 Core Set (45544)
Lego Mindstorms NXT
1.0 Lançado em julho de 2006
◦ Já existe uma versão 2.0, lançada em 2009.
◦ 4 porta de entradas
◦ 3 portas de saída
◦ LCD monocromático de 100x64 pixel
◦ 4 botões para controle e navegação
◦ 6 pilhas AA
Lego Mindstorms NXT
Processador 32 bit ARM7
256 K de memória flash
64 K de memória RAM
Lego Mindstorms NXT
NXT antigo (2009) EV3 (2013)
Equipamentos
Lego Mindstorms NXT
Equipamentos
Lego Mindstorms EV3
Lego Mindstorms NXT/EV3
NXT EV3
Processador Atmel 32-Bit ARM
AT91SAM7S256
48 MHz
256 KB FLASH-RAM
64 KB RAM
ARM9
300MHz
16 MB Flash
64 MB RAM
Co-Processador Atmel 8-Bit AVR, ATmega48
8 MHz
4 KB FLASH-RAM
512 Byte RAM
n/a
Sistema Operacional Proprietário Baseado em Linux
Portas de Sensores 4,
Analog
Digital: 9600 bit/s (IIC)
4
Analog
Digital, up to 460.8 Kbit/s
(UART)
Lego Mindstorms NXT/EV3
NXT EV3
Portas de Motores 3, with encoders 4, with encoders
USB Communication Full speed (12 Mbit/s) High speed (480 Mbit/s)
USB Host n/a Daisy-chain ( 3 levels)
WiFi dongle
USB Storage
SD-Card n/a Micro SD-Card Reader,
Até 32 GB
Controlador
Possibilita:
- Ver o que existe no controlador
- Baixar e executar software
- Baixar software
- Parar software
Lego Mindstorms EV3/Robo TX
EV3 RoboTX
Processador ARM9
300MHz
16 MB Flash
64 MB RAM
ARM 9 - 32-bit
200 MHz
2 MB Flash
8 MB RAM
Co-Processador n/a n/a
Sistema Operacional Baseado em Linux
Portas de Sensores 4
Analog
Digital, up to 460.8 Kbit/s
(UART)
8 entradas universais:
- Digital/analógica 0-9VCC,
- Analógica 0-5 kΩ
4 entradas 1 kHz
Lego Mindstorms EV3/Robo TX
EV3 RoboTX
Portas de Motores 4, with encoders 4, motor 9V/250mA:
resistente a curtocircuitos,
8 saidas alternativas
USB Communication High speed (480Mbit/s) USB 2.0 (12Mbit/s)
USB Host Daisy-chain ( 3 levels)
WiFi dongle
USB Storage
SD-Card Micro SD-Card Reader,
Até 32 GB
Alguns Modelos
8421
Alguns Modelos
8421
Alguns Modelos
8376
Alguns Modelos
9748
◦ Droid Developer
Kit
Equipamentos de baixo custo
Green Science
Alguns Modelos
Green Science
◦ Solar Rover
Equipamentos de baixo custo
Green Science
Arduino
Equipamentos de baixo custo
Green Science
Arduino
Equipamentos de baixo custo
Green Science
Arduino
Equipamentos de baixo custo
Green Science
Arduino
Rapsberry pi
Equipamentos de baixo custo
Green Science
Arduino
Rapsberry pi
Equipamentos de baixo custo
Green Science
Arduino
Rapsberry pi
Alguns links
Arduino
◦ http://arduino.cc/
Lego
◦ http://www.lego.com/en-us/mindstorms/?domainredir=mindstorms.lego.com
Fischer Technik
◦ http://www.fischertechnik.de/en/Home.aspx
Rapsberry pi
◦ http://www.raspberrypi.org/
Alguns links
Atividades extras
◦ http://www.peeron.com/
◦ http://www.nxtprograms.com/projects.html
◦ http://www.brickshelf.com/cgi-
bin/gallery.cgi?f=278624
◦ http://www.technicbricks.com/2008/02/tbs-
techtips-008-technic-meta-parts.html
Tear de Lego
Tartaruga Lego
Wall-e de Lego
Resolvedor de Rubik Cube
Resolvedor de Sudoku
Impressora 3D
Impressora 3D
Boston Dynamics