Projeto Final Cap

5/12/2018 Projeto Final Cap - slidepdf.com

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Montagem e programação de um robô empilhadeira com utilização dokit lego mindstorms

George Wilson Lima Nobre Filho (UESC) [email protected] Peixoto Sol (UESC) [email protected]

Filipe Matos Andrade (UESC) [email protected]

Lhaira Barreto (UESC) [email protected]

Paulo Henrique Weber (UESC) [email protected]

Felipe Malaquias (UESC) [email protected]

Resumo

A necessidade de melhorar a qualidade dos produtos e otimizar o tempo dos processos

envolvidos na fabricação dos mesmos, acabam por intensificar as pesquisas relativas a

automação e robótica. Neste trabalho é apresentado um sistema robótico construído a partir do Kit Lego Mindstorms, que busca uma aplicação prática na área de Engenharia de

Produção, utilizando da robótica educacional para fazer a ligação entre teoria e prática,

facilitando o aprendizado do aluno.

Palavras - chave: Controle Automático de Processos, Robótica, Lego

1. Introdução

Atualmente, tem aumentado o interesse em pesquisas voltadas para automação de processos

por meio de sistemas robóticos a fim de promover a melhoria da qualidade dos produtos e

redução do tempo. Segundo Araújo et al. (2006), estes sistemas, em sua maioria, utilizam

técnicas de Inteligência Artificial que são empregadas na construção dos algoritmospropostos para solucionar os problemas. Por isso, sistemas autônomos de navegação robótica

que permitem a tomada de decisões a partir de informações extraídas do ambiente, que

proporcionam a cooperação de agentes ou que possuem visão computacional, têm sido

largamente explorados em pesquisas nas áreas de Automação, Robótica e Inteligência

Artificial e muitas aplicações têm sido propostas.

Apesar de toda tecnologia hoje aplicada nos projetos robóticos, os robôs ainda apresentam

uma série de limitações quanto à capacidade de navegação. A navegação autônoma de robôs

requer, entre outras coisas, aprender estratégias de navegação, adaptar-se a novas situações e

construir conhecimento a partir de informações obtidas do seu ambiente (Sun et al., 2002).

O estudo e desenvolvimento de um projeto de robôs autônomos podem estar ligados a

diversas aplicações práticas e têm suscitado grandes desafios dado que as dificuldades se

multiplicam à medida que os ambientes de navegação tornam-se mais imprevisíveis e

diversificados. Diversos mecanismos para o controle de robôs móveis têm sido utilizados tais

como sonares, lasers e visão (Quiles & Romero, 2004; Pomerleau, 1995).

A partir desse contexto, procurou-se utilizar a robótica pedagógica, que é uma prática

envolvendo hardware e software, onde a lógica é inerente na montagem e programação dos

robôs, envolvendo normalmente problemas do mundo real que estimulam o aprendizado de

conceitos intuitivos (Maia et al, 2008; Morelato e Borges, 2008), no ensino do controle

mailto:[email protected]












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automático de processos, com objetivo criar um sistema robótico utilizando o Kit Lego

Mindstorms, com aplicação direta na área de engenharia de produção.

1.1. Lego Mindstorms

O Lego Mindstorms é constituído por um conjunto de peças da linha tradicional (tijolos

cheios, placas, rodas) e da linha LEGO Technic (tijolos vazados, motores, eixos, engrenagens,

polias e correntes), acrescidos de sensores de toque, de intensidade luminosa e de temperatura

controlados por um processador programável, o módulo NXT, que permite

criar robôs simples, passíveis de executar funções básicas pré-programadas.

O projeto foi originalmente inspirado por Seymour Papert, um dos fundadores do MIT, autor,

na década de 1980, da obra " Mindstorms: Children, Computers and Powerful Ideas", onde

apresentava as suas idéias de como os computadores iriam auxiliar o desenvolvimento

intelectual de crianças e jovens.

2. Fundamentação teórica

Segundo a definição do SENAI (2002), o termo atual controle automático de processo foi

definido quando os procedimentos do controle automático foram aplicados para tornar mais

eficiente e seguro a manufatura de produtos. O controle automático de processo é em grande

parte responsável pelo progresso que vem acontecendo nas últimas décadas. O principal

objetivo do controle automático de processo é conseguir que uma variável dinâmica se

mantenha constante em um valor específico.

De acordo com Nise (2002), os sistemas de controle são partes integrantes da sociedade

moderna. Consiste em subsistemas e processos reunidos com o propósito de controlar as

saídas dos processos, na sua forma mais simples, um sistema de controle fornece uma saída

ou resposta para uma dada entrada ou estímulo, conforme mostrado na figura 1:

Figura 1: Descrição simplificada do sistema de controle

Com sistemas de controle, podem-se mover grandes equipamentos com precisão que,

de outra forma seria impossível.

Quatro razões básicas para a construção do sistema de controle:

1. Amplificação de potência;

2. Controle remoto;

3. Facilidade de uso da forma de entrada;

4. Compensação de perturbações

Em conjunto com o controle automático de processos, temos a robótica, definida por Teixeira

(2006) como o estudo e utilização dos robôs, ainda assim a nossa definição não estará

completa até clarificarmos o conceito de robô - as noções de robótica e robô estão

naturalmente interligadas.

http://pt.wikipedia.org/wiki/LEGO_Technic

http://pt.wikipedia.org/wiki/Processador

http://pt.wikipedia.org/wiki/Robot

http://pt.wikipedia.org/wiki/Seymour_Papert

http://pt.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9cada_de_1980

http://pt.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9cada_de_1980

http://pt.wikipedia.org/wiki/Seymour_Papert

http://pt.wikipedia.org/wiki/Robot

http://pt.wikipedia.org/wiki/Processador

http://pt.wikipedia.org/wiki/LEGO_Technic



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De acordo com o Robot Institute of America, um robô é um manipulador reprogramável

multifuncional, projetado para mover materiais, objectos, ferramentas ou aparelhos

específicos através de vários movimentos programados com vista à realização de

determinadas tarefas. (http://www.citi.pt/citi_2005_trabs/ia/robots.html) Atendendo a esta

definição, só estaremos perante um robô quando houver possibilidade de realizar tarefas,

normalmente associadas a movimentos (trabalho mecânico) e esses movimentos foremcontrolados pela própria máquina. A situação atualmente mais comum nos robôs industriais,

por exemplo, é o controlo através de um processador incorporado na máquina, previamente

programado.

3. Metodologia

Visa complementar os estudos na disciplina de Controle Automático de Processos, com uma

atividade prática, utilizando a robótica em associação ao sistema de controle. Tal atividade

consiste em um motivador em relação ao ensino tradicional (Gomes, Barone e Olivo, 2008).

De acordo com Hirst et al. (2002), pode encarar-se a robótica no ensino em duas grandes

vertentes: como um fim em si mesmo ou como uma forma de promover a motivação paraoutras aprendizagens.

De acordo com Teixeira (2006), a robótica é uma área multidisciplinar, que incorpora e requer

conhecimentos de áreas como Mecânica, Eletricidade, Termodinâmica, Eletrônica. A

Matemática surge também naturalmente na robótica em diversos níveis, nomeadamente ao

nível do controle.

Dada a forma como os conteúdos são aplicados na resolução dos problemas concretos, a

maturação desses conceitos ou até mesmo a sua aprendizagem, é mais eficiente, uma vez que

resulta de situações e problemas profundamente significativos para o aluno.

Teixeira (2006) ressalta que a informática é imprescindível em projetos de robótica: énecessária, pelo menos a programação do robô, embora a integração da informática na

robótica não se resuma exclusivamente à programação do robô. Muitos são os relatos em que

se usa a robótica, particularmente a programação de robô como contexto para o

desenvolvimento de capacidades de programação ou para a compreensão da arquitetura de

software.

4. Programação

A programação do Lego Mindstoms, é feito através de software da própria empresa (o NXT

SOFTWARE v1.1. ), que permite a combinação de diversos comandos a serem executados

pelo robô. Este software permite a programação do robô através de um conjunto de blocosque são encadeados. Seu diferencial possibilita o usuário interagir facilmente com o ambiente

de programação.Pois utiliza em seus modelos de programação animações integradas ao

ambiente, no qual o aluno seleciona as tarefas e recursos

Cada bloco (ou conjunto de blocos) corresponde a uma instrução. A imagem que se segue

refere-se à versão 1.1 e representa um trecho da programação final que fora desenvolvido.



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Figura 4: NXT SOFTWARE v1.1

Após a etapa da programação, as funções geradas no computador são transferidas para o

Intelligent NXT Brinck, que é o centro de comando, neste equipamento estará contido todos

os dados da programação que foram pré-estabelecidos.

5. Resultados

O principal resultado obtido foi o êxito na montagem e programação do robô, afim dedemonstrar o funcionamento de uma empilhadeira convencional, bastante utilizada no setor

logístico que hoje é uma das grandes áreas de atuação do Engenheiro de Produção. Para que

tal robô tenha um desempenho o mais próximo do esperado, o circuito a ser percorrido foi

pré-estabelecido e a programação foi feita utilizando o NXT SOFTWARE v1.1. Este possui a

capacidade de reconhecer onde começa e termina cada uma das células, utilizando-se do

sensor de luz que detectam as barreiras em sua frente e o sensor sonoro que ativa os motores,

com ruídos superiores a 60 Db (como por exemplo um bater de palmas), esses motores são

responsáveis pela movimentação e elevação dos garfos do robô. A Figura 2 apresenta o

esquema do robô, destacando o local onde são montados os sensores.

Figura 2: Esquema do robô, destacando posicionamento dos motores e sensores



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Na figura abaixo, temos a demonstração do robô em funcionamento, erguendo uma peça.

Figura 3: Demonstração do funcionamento do robô empilhadeira

Nas imagens abaixo, temos as vistas laterais:

Figura 5: Vistas Laterais

As próximas imagens trazem a vista frontal e traseira:

Figura 6: Vista frontal e traseira



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Por fim, a vista superior e inferior:

Figura 7: Vista superior e inferior

Em relação ao percurso, este foi montado de modo que o robô pudesse desenvolver de melhormaneira possível suas habilidades, facilitando a programação final através do software,

evitando ao máximo a ocorrência de falhas. Para se chegar a este percurso ideal, foram feitos

vários testes baseados em cálculos, estes serão demonstrados abaixo:

Cálculo da curva de 90°(π/2)

O pneu tem um diâmetro de 5,6cm, então a circunferência de uma rotação do pneu é igual o

diâmetro x π, logo:

5,6 x π = 17,58 cm (circunferência do pneu)

A distância entre os eixos é de 12, 2 cm, figura 8, então para que o robô gire 360°, tendo umpneu parado que outro completando a circunferência tem-se que:

2 x R x π = circunferência, então:

2 x 12,2 x π = 76,62 cm, como angulação necessária é de 90°, o pneu necessita percorrer

19,15 cm. Como a circunferência completa do pneu é 17,58cm, então temos que:

19,15/17,58=1,09 rotações

Figura 8: Distância entre os eixos



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Este percurso inicia-se com o movimento do robô empilhadeira, após o bater de palmas que

ao ser captado pelo sensor sônico envia o sinal para o processador (Intelligent NXT Brinck) e

este inicia o comando para execução do processo. A empilhadeira irá se deslocar até a peça a

ser transportada. A distância será pré-estabelecida por programação e ao se chegar ao produto,

com um novo bater de palmas, a empilhadeira irá elevá-lo e transportará até o destino final.

Para sintetizar este processo, foi montado um fluxograma a partir da programação fora feito:

Figura 9: Fluxograma de Programação

Importante citar que a montagem fez bastantes adaptações, o que acabou por estimular o

raciocínio dos alunos. Uma dessas adaptações é fundamental para funcionamento do robô

empilhadeira, que é o barbante utilizado para movimentar o garfo.

6. Conclusão

O interesse em robótica vem aumentando a cada ano, mostrando o crescimento no setor e

investimento pela busca de novas tecnologias. Dentre deste contexto surge à robótica

pedagógica que procura associar os conhecimentos teóricos aprendidos em sala de aula com a

aplicação prática para construção de uma empilhadeira, equipamento hoje essencial para o

setor logístico e fundamental para Engenharia de Produção. Tal projeto alcançou seu objetivo

com a montagem e programação do robô empilhadeira e abriu espaço para projetos futuros.

Referências

Araújo S. A.; Librantz, A. F. H.; Flório Filho, O. Navegação autôn oma d e ro bôs: uma

implementação utilizando o Kit Lego Minds torms. In: CONGRESSO SUL CATARINENSE

DE COMPUTAçãO, 2 ., 2006. Criciú ma: Sulcomp, 200 6;



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Hirst, A., Johnson, J., Petre, M., Price, B. e Richards, M. (2002). What is the Best

Environment-Language for Teaching Robotics Using Lego Mindstorms? Disponível em:

http://mcs.open.ac.uk/bp5/papers/AROB2002/2002-AROB-Hirst.pdf.

LEGO, Mindstorms RIS 2.0. Disponível em: < http://mindstorms.lego.com>. Acesso em: 05

nov. 2008.Maia, L.D.O. et al. (2008) A Robótica como Ambiente de Programação Utilizando o Kit

Lego Mindstorms. Simpósio Brasileiro de Informática na Educação;

Morelato, L.A.; Borges, M.A.F. (2008) Alternativas de Baixo Custo para o uso da Robótica

Educacional: Construção e Avaliação do Framework GoGo Board. Simpósio Brasileiro de

Informática na Educação;

Nise, Norman S. Engenharia de Sistemas de Controle. 3ª ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros

Técnicos e Científicos Editora S.A., 2002;

Quiles, M. G. & Romero, R. A. F. (2004) “Um Sistema de Visão ComputacionalBaseado em Cores Aplicado ao Controle de um Robô Móvel”. In: Anais do IV

Congresso Brasileiro de Computação, Itajaí-SC, p. 379 – 383;

Sun, Z. et al. (2002) “A Real-time Precrash Vehicle Detection System”. In: Proceedings

of the Sixth IEEE Workshop on Applications of Computer Vision (WACV’02),

Orlando-FL, p. 01-06.

Vahldick, A., Benitti, F.B.V., Urban, D. L., Krueger, M. L., Halma, A.: O uso do Lego

Mindstorms no apoio ao Ensino de Programação de Computadores, In: Workshop de

Educação Em Computação, Bento Gonçalves, 2009;

Teixeira, J. C. Aplicações da robótica no ensino secundário: o sistema lego mindstorms e a

física.

Dissertação de Mestrado em Ensino da Física. Faculdade de Ciências e Tecnologia. Coimbra,

2006.

Disponível em http://www.citi.pt/citi_2005_trabs/ia/robots.html, Acessado dia 01 de

novembro de 2010

http://www.citi.pt/citi_2005_trabs/ia/robots.html

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