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PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM ROBÔ ANTROPOMÓRFICO DIDÁTICO
AUTORES:
RENAN ROGER LOUZADA
MARCOS ANTONIO SILVA VIEIRA
ORIENTADOR:
PROF. MSc. GUSTAVO PERIM COLA
Justificativa e ObjetivoHistóricoRobôs ManipuladoresProjeto do Robô manipulador didático
Dimensões Modelagem Cinemática AcionamentosProcessamento e ComunicaçãoInterfacesModos de comando
Testes e ResultadosConclusão
JUSTIFICATIVA E OBJETIVORealizar um projeto para aprimorar os conhecimentos utilizando uma aplicação a baixo custo de hardware e software com acionamentos simplificados que possibilitem o meio acadêmico a motivação para desenvolvimentos de novos controles, criação de novos modelos e aperfeiçoamento no conhecimento da robótica.
HISTÓRICO• Origem do termo
– Karel Capek
• Definição– “Um robô pode ser definido como, uma máquina flexível,
multifuncional, reprogramável e com capacidade de interagir com objetos em seu ambiente”.
• Robôs industriais– O primeiro robô industrial o Unimate foi instalado em uma linha de
montagem da General Motors no estado de New Jersey , EUA, em 1961 .
ROBÔS MANIPULADORES• Configurações– Graus de liberdade
• O grau de liberdade, ou Degree of freedom de um robô, é a quantidade de movimentos possíveis realizados por um manipulador.
– Tipo de juntas
– Classificação
ROBÔS MANIPULADORES• Configurações– Métodos de programação
– Assembly, C++, ABB - Arla.Rapid, Fanuc- Karel,
IBM - Aml/2, Seiko - Darl4 e etc.
DIMENSÕES
DIMENSÕES
DIMENSÕES
MODELAGEM CINEMÁTICA
MODELAGEM CINEMÁTICA
ACIONAMENTOS
ACIONAMENTOS• Massas dos links
Densidade do acrílico = 1,19 g/cm3
Mgarra = d * VMgarra = 1,19 * (14 * 5 * 0,5)Mgarra = 42g = Aproximadamente 50g
MDE = 50(Mgarra) + 9(Motor) + 150(Carga útil do braço) + 20(Parafusos)MDE = Aproximadamente 230g
MCD= d * VMCD = (1,19 * (2 * (23 * 10 * 0,5))) + 9(Motor) + 20(Parafusos) + 65(Motor)MCD = Aproximadamente 380g
MBC = d * VMBC = (1,19 * (2 * (22 * 10 * 0,5))) + 130(Dois Motores) + 20(Parafusos) MBC = Aproximadamente 420g
ACIONAMENTOS• Torques dos motores principais TB – MDE * (LBC + LCD + Garra) – MCD * (LBC + LCD) – MBC * (LBC) = 0TB = (0,23 * (12,2 + 18,3 + 15,2) + (0,38 * (12,2 * 18,3)) + (0,42 * 12,2)TB = 10,51 + 11,59 + 5,12TB = 27,22 Kg*cm TC – (MDE * (LCD + Garra)) – (MCD * LCD) = 0TC = (0,23 * (18,3 + 15,2)) + (0,38 * 18,3) = 0TC = 7,71 + 6,95TC = 14,66 Kg*cm
PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO
• Fonte de alimentação (ATX 500) – Tabela de consumo de corrente
Quantidade Componente Corrente (Máx) Tensão alimentação
2 Servomotor SG90 0,5A 5V
4 Servomotor MG995 3A 5V
1 JY-MCU 0,5A 5V
1 Display JHD-162A 0,4A 5V
1 Arduino 1A 12V
Consumo máximo 15A
PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO
– 1 = GND– 2 = VCC– 3 = POT 1– 4 = D13– 5 = GND– 6 = D12– 7 = Não usado– 8 = Não usado– 9 = Não usado– 10 = Não Usado– 11 = D8– 12 = D7– 13 = D4– 14 = D2– 15 = POT 2– 16 = GND
PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO• Display (JHD 162A)
• Módulo de comunicação (JY-MCU)– Rx, Tx - Comunicação serial TTL– Baud rate – 9600 Kbps– Alimentação 5V– Perfil serial Bluetooth– Configuração personalizada
PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO
• Controlador (ARDUINO DUEMILANOVE)– 6 saídas PWM– RX, TX - Comunicação serial TTL e USB– 5 entradas analógicas– 6 entradas digitais– Alimentação 5 ou 12V
PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO
• Esquema de ligação– A0 = Branco Azul– A1 = Azul– A2 = Branco Laranja– A3 = laranja– A4 = Marron– A5 = Contato chave Bluetooth– D0 = TX do modulo JYMCU– D1 = RX do modulo JYMCU– D2 = 14 do display– D3 = Motor da Garra
– D4 = 13 do display– D5 = Motor Pulso– D6 = Motor Cotovelo– D7 = 12 do display– D8 = 11 do display– D9 = Motor 2 do Ombro– D10 = Motor 1 do Ombro– D11 = Motor Giro Base– D12 = 6 do display– D13 = 4 do display
INTERFACES
• Conector da fonte (4 Pinos)– 1 = 5V– 2 e 3 = Comum– 4 = 12V
INTERFACES
• Chave On/Off– Corrente do contato 10A– Arredondada com acabamento
• Potenciômetros de brilho e contraste– 5 Kohms– Fixação simples
• Conector comum para modos de comando– Modular RJ-45 fêmea
INTERFACES
• Esquema de ligação– Verde = VCC– B. Verde = GND– B. Azul = A0– Azul = A1– B. Laranja = A2– Laranja = A3– Marron = A4– B. Marron = Não usado
MODOS DE COMANDO
• Controle analógico– Joystick PS2– Potenciômetros 5Kohms– Cabo de par trançado UTP CAT 5E– Conector RJ45 macho
• Esquema de ligação– Verde = VCC– B. Verde = GND– B. Azul = A0 = Potenciômetro 1 = Garra– Azul = A1 = Potenciômetro 2 = Giro da garra– B. Laranja = A2 = Potenciômetro 3 = Cotovelo– Laranja = A3 = Potenciômetro 4 = Ombro– Marron = A4 = Potenciômetro 5 = Giro do braço– B. Marron = Não usado
MODOS DE COMANDO
• Teclado– Comunicação via conexão USB– Comunicação Wifi
• Configuração dos comandos– Caracter ‘a’ = Comando de abre garra;– Caracter ‘q’ = Comando de fecha garra;– Caracter ‘s’ = Comando de giro anti horário do pulso;– Caracter ‘w’ = Comando de giro horário do pulso;– Caracter ‘d’ = Comando de abaixa cotovelo; – Caracter ‘e’ = Comando de sobe cotovelo;– Caracter ‘f’ = Comando de abaixa ombro;– Caracter ‘r’ = Comando de sobe ombro;– Caracter ‘g’ = Comando de giro anti horário da base;– Caracter ‘t’ = Comando de giro horário da base.
MODOS DE COMANDO
• Celular / Tablet– Software MicrocontrollerBT–Comunicação Bluetooth– Senha 1302
• Configuração dos comandos no software– Entrada analógica 3 = Comando da Garra– Entrada analógica 5 = Comando do Pulso– Entrada analógica 6 = Comando do Cotovelo– Entrada analógica 9 ou 10 = Comando do Ombro– Entrada analógica 11 = Comando de giro do Braço
MODOS DE COMANDO
• Controle autônomo– Segue principio de funcionamento do teclado– Lógica de tratamento segue condições da tabela ASCII– Inserção de dados conforme sequencia de valores iniciais e em seguida a sequencia de valores finais das juntas
MODOS DE COMANDO
• Exoesqueleto– Potenciômetros 5Kohms– Cabo de par trançado UTP CAT 5E– Conector RJ45 macho
• Configuração dos comandos– Dedo mínimo = Abre e fecha garra– Pulso = Giro horário e anti-horário do pulso– Cotovelo = Elevação e abaixamento do cotovelo– Flexão e extensão do ombro = Elevação e abaixamento do ombro– Pinça digito-digital = Giro horário e anti-horário do manipulador
MODOS DE COMANDO
TESTES E RESULTADOS
• Telas do software Microcontroller BT
TESTES E RESULTADOS
• Valores da tabela ASCII para controle autônomo• Via Arduino Monitor
– alt + 7 = 149º– alt + 21 = 167º– alt + 32 a 126 = (X=X)– alt + 169 = 174º
TESTES E RESULTADOS
• Via software X-CTU– FN + Delete = 3º– Enter = 13º– alt + 7 = 149º– alt + 21 = 167º– alt + 32 a 126 = (X=X)– alt + 169 = 174º
• Valores máximos dos potenciômetros do Exoesqueleto• 0 a 1023 = 0 a 5Kohms
– Garra aberta = 60– Garra fechada = 115– Pulso aberto = 7– Pulso Fechado = 120– Cotovelo aberto = 7– Cotovelo fechado = 130– Ombro aberto = 1023– Ombro fechado = 300– Ombro giro mínimo = 8– Ombro giro Maximo = 1023
TESTES E RESULTADOS
• Valores do manipulador Spider em repouso• 0 a 180
– Garra = 180– Pulso = 100– Cotovelo = 0– Ombro1 = 180– Ombro2 = 180– Ombro_giro = 100
TESTES E RESULTADOS
• Sequência para energizar robô Spider– 1º Conectar e ligar fonte de alimentação– 2º Conectar cabo USB
• Para desenergizar seguir a sequencia contrária
TESTES E RESULTADOS
• Caso ocorra desacoplamento do giro do braço– Posicionar Robô Spider na posição 180º– Abaixar aba da base onde encontra-se o display– Realizar reaperto do parafuso central
• Sequência para utilizar comunicação via módulo bluetooth– 1º Ligar chave na base do robô Spider– 2º Conectar e ligar fonte de alimentação
CONCLUSÃO• Desenvolvimento de um projeto acadêmico
com resolução de problemas estruturais e conceituais.
• Desenvolvimento de interfaces de comando com diferentes aplicações operacionais.
• Aplicabilidade de diferentes softwares com a interface, elaboração de layout e teste.
OBJETIVO ALCANÇADO!
SUGESTÕES FUTURAS• Comando por visão computacional.• Comando através de interface gráfica em um
modelo virtual.• Elaboração de ferramentas para aplicações
semelhantes aos manipuladores industriais.• Associação do braço robótico as demais
plantas didática existentes na UCL (Esteira).
PERGUNTAS
OBRIGADO!