UNIVERSIDADE TECNOLOGICA FEDERAL DO PARAN A CURSO DE ... · ROBO-SITTER: SISTEMA ROBOTICO PARA...

UNIVERSIDADE TECNOLOGICA FEDERAL DO PARANA

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE ELETRONICA

CURSO DE ENGENHARIA DE COMPUTACAO

ANTONIO LAZARO DE REZENDE NETOIVAN DOS PASSOS

KELVIN ELTON NOGUEIRA DA SILVAVINICIUS DA SILVA ARCANJO

ROBO-SITTER: SISTEMA ROBOTICO PARA

MONITORAMENTO DE CRIANCAS

RELATORIO DE CONCLUSAO

CURITIBA

2012

ANTONIO LAZARO DE REZENDE NETOIVAN DOS PASSOS

KELVIN ELTON NOGUEIRA DA SILVAVINICIUS DA SILVA ARCANJO

ROBO-SITTER: SISTEMA ROBOTICO PARA

MONITORAMENTO DE CRIANCAS

Relatorio de Conclusao apresentado a disciplinaOficina de Integracao 3 do Curso de Engenhariade Computacao da Universidade TecnologicaFederal do Parana como requisito parcial paraaprovacao.

Prof Joao A. Fabro, DrProf Heitor S. Lopes, Dr

CURITIBA

2012

RESUMO

REZENDE NETO, Antonio L.; DOS PASSOS, Ivan; SILVA, Kelvin E. N.; ARCANJO,Vinicius S.. Robo-Sitter: Sistema Robotico para Monitoramento de Criancas. 66 f. Re-latorio de Conclusao – Curso de Engenharia de Computacao, Universidade TecnologicaFederal do Parana. Curitiba, 2012.

Neste trabalho e apresentada uma abordagem pratica do desenvolvimento de um sis-tema robotico para auxiliar os pais no monitoramento de seus filhos bebes. Para isto,foi utilizado o robo omnidirecional, previamente desenvolvido na disciplina em questao,e adicionados sensores de distancia, bem como uma camera sem fio. E realizado o pro-cessamento de imagens a partir da camera e comandos sao enviados ao robo atraves detransceptores sem fio. As imagens da camera sao enviadas a um PC onde ha um softwarepor onde o usuario interage.

Palavras-chave: Sistema Robotico, Robo Omnidirecional, Monitoramento de Criancas,Processamento de Imagens, Comunicacao sem fio

LISTA DE FIGURAS

–FIGURA 1 HIDE-AND-SEEK JOJO INTERACTIVE BUNNY . . . . . . . . . . . . . 12–FIGURA 2 ROBO SEGUIDOR DE PESSOA POR DISPOSITIVO EMISSOR

DE INFRAVERMELHO FONTE: [?] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12–FIGURA 3 MICROCONTROLADOR LPCXPRESSO 1769. FONTE: HTTP://WWW.LPCTOOLS.COM/LPC1768.LPCXPRESSO.ASPX 27–FIGURA 4 CAMERA SEM FIO 803 COLOR CMOS. FONTE: HTTP://PRECISIONEYE.EN.BUSYTRADE.COM/PRODUCTS/INFO/190530/WIRELESS-

COLOR-CMOS-CAMERA-HA-803A-.HTML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28–FIGURA 5 CONVERSOR RCA - USB. FONTE: HTTP://EASYCAP.CO.UK/ 28–FIGURA 6 TRANSCEPTORNRF24L01+. FONTE: HTTP://WWW.TATO.IND.BR/DETALHE PRODUTO.PHP?CODIGO CHAVE=133 30–FIGURA 7 SENSOR DE ULTRASSOM. FONTE: HTTP://WWW.MADE-IN-

CHINA.COM/SHOWROOM/DYPSENSOR/PRODUCT-DETAILABUXRUOCXVVI/CHINA-

ULTRASONIC-SENSOR-MODULE-DYP-ME007-.HTML . . . . . . . . . . 31–FIGURA 8 SENSOR DE INFRAVERMELHO. AUTORIA PROPRIA . . . . . . . 32–FIGURA 9 SENSOR DE INFRAVERMELHO. AUTORIA PROPRIA . . . . . . . 38–FIGURA 10 COMANDOS QUE PODEM SER ENVIADOS AO ROBO . . . . . . 39–FIGURA 11 FRAME DE COMUNICACAO. FONTE: [?] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40–FIGURA 12 FRAME DE COMUNICACAO. FONTE: [?] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40–FIGURA 13 ESQUEMATICO DA INTERFACE SERIAL-SPI-RF. AUTORIA PRO-

PRIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41–FIGURA 14 DIAGRAMA DE CASOS DE USO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42–FIGURA 15 DIAGRAMA DE CLASSES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46–FIGURA 16 INTERFACE GRAFICA DE USUARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47–FIGURA 17 IMAGEM ORIGINAL DA CAMERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50–FIGURA 18 IMAGEMBINARIA GERADA PELO PROCESSAMENTODE IMA-

GENS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50–FIGURA 19 IMAGEMBINARIA GERADA PELO PROCESSAMENTODE IMA-

GENS APOS A APLICACAO DO FILTRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51–FIGURA 20 IMAGEMBINARIA GERADA PELO PROCESSAMENTODE IMA-

GENS APOS A APLICACAO DO FILTRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52–FIGURA 21 DIAGRAMA DE ESTADOS DO ROBO. AUTORIA PROPRIA. 53–FIGURA 22 DIAGRAMA ESQUEMATICO. AUTORIA PROPRIA. . . . . . . . . . 54–FIGURA 23 ESQUEMATICO DA PLACA DAS PONTES H. AUTORIA PRO-

PRIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55–FIGURA 24 ESQUEMATICO DA PLACA DE SENSORES DE COLISAO ATRA-

VES DE INFRA-VERMELHO. AUTORIA PROPRIA. . . . . . . . . . . . . . 56–FIGURA 25 REPRESENTACAO GRAFICA DADISTRIBUICAO DAS RODAS/MOTORES 56–FIGURA 26 REPRESENTACAO GRAFICA DO EIXO DE ROTACAO DAS RO-

DAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56–FIGURA 27 CONTRIBUICAO DE CADAMOTOR PARA AMOVIMENTACAO

DA PLATAFORMA DO ROBO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57–FIGURA 28 DIAGRAMA DE BLOCOS DE UM CONTROLADOR PID. . . . . 58–FIGURA 29 CRONOGRAMADEFINIDO NA ETAPADE PLANEJAMENTO. 61–FIGURA 30 REPRESENTACAO DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO DA

INTERFACE SERIAL-SPI-RF. AUTORIA PROPRIA. . . . . . . . . . . . . . 64–FIGURA 31 REPRESENTACAO DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO DO

SHIELD FEITO PARA O LPC-XPRESSO. AUTORIA PROPRIA . 65–FIGURA 32 REPRESENTACAO DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO DO

SHIELD FEITO PARA O LPC-XPRESSO. AUTORIA PROPRIA . 66–FIGURA 33 REPRESENTACAO DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO DE

SENSORES DE COLISAO ATRAVES DE INFRA-VERMELHO. AU-

TORIA PROPRIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

LISTA DE TABELAS

–TABELA 1 RELACAO ENTRE REQUISITOS E OPCOES TECNOLOGICAS 25–TABELA 2 COMPARACAO ENTRE MICROCONTROLADORES . . . . . . . . 26–TABELA 3 COMPARACAO ENTRE CAMERAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27–TABELA 4 COMPARACAO ENTRE TRANSCEPTORES . . . . . . . . . . . . . . . . 29–TABELA 5 SPI SHORTCUT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29–TABELA 6 DADOS DO TRANSCEPTOR NRF24L01+. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30–TABELA 7 COMPARACAO ENTRA SENSORES DE DISTANCIA. . . . . . . 31

LISTA DE SIGLAS

I2C Inter-Integrated Circuit

PWM Pulse-Width Modulation

ADC analog-to-digital converter

I/O Input/output

UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

IDE Integrated Development Environment

SSP Synchronous Serial Port

CMOS complementary metal-oxide-semiconductor

RF Radio frequency

RCA Radio Corporation of America

SPI Serial Peripheral Interface Bus

PC Personal Computer

LED light-emitting diode

USB Universal Serial Bus

CRC Cyclic redundancy check

1-PID Payload Insertion Device

TTL Transistor-Transistor Logic

DC Direct current

PID Proportional?Integral?Derivative

SUMARIO

1 INTRODUCAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.1 MOTIVACAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.2 OBJETIVOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.2.1 Gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.2.2 Especıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3 PREMISSAS E RESTRICOES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3.1 Premissas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.4 RESTRICOES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.5 TRABALHOS SEMELHANTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 PLANEJAMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.1 METODOS AGEIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.2 DESIGNACAO DO GERENTE E DA EQUIPE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142.2.1 Responsabilidades e Autoridade do Gerente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.3 REQUISITOS DO SISTEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.4 PLANEJAMENTO DE RISCOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.5 OPCOES TECNOLOGICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.5.1 Microcontrolador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .252.5.2 Camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.5.3 Sistema de comunicacao sem fio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.5.4 Sistema de Comunicacao Sem Fio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.5.5 Sensor para desvio de obstaculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.5.6 Encoders. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .322.5.7 Motores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .322.5.8 Alimentacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.5.9 Biblioteca de processamento de imagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.6 ORCAMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.7 DELIVERABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .343 METODOLOGIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.1 FUNCIONAMENTO GERAL DO SISTEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.1.1 Comunicacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Protocolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Interface Serial-SPI-RF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.1.2 Estacao Base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Diagramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Interface Grafica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Processamento de Imagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.1.3 Robo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Visao Geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52Diagramas Esquematicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Movimentacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Controle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Desvio de Obstaculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4 RESULTADOS E DISCUSSAO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .604.1 RESULTADOS OBTIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.2 DIFICULDADES DO PROJETO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.3 ANALISE DO PROJETO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .614.3.1 Cronograma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615 CONCLUSAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625.1 TRABALHOS FUTUROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63ANEXOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645.1 PCBS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645.2 CODIGOS FONTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

8

1 INTRODUCAO

A robotica, cujo o uso e cada vez mais recorrente na sociedade, se apresenta de varias

formas podendo ser facilmente encontradas suas aplicacoes nas ruas e ate mesmo dentro

das residencias. Da ideia de utilizacao de robos em casas, surgiu-se o termo“Robo Servical”

[9]. Este tipo de robo e uma especie de funcionario domestico que tem a funcao de realizar

afazeres.

Partindo-se da ideia de que o monitoramento de bebes e algo recorrente para a vida

dos pais dentro de casa, surgiu a proposta apresentada neste trabalho. Apos formular

algumas ideias e seguindo a indicacao dos professores da disciplina, foi possıvel definir a

pergunta-base desta monografia: “E possıvel criar um robo que siga uma crianca atraves

de processamento de imagens e desvie de obstaculos”.

1.1 MOTIVACAO

A grande motivacao para realizar este projeto foi a vontade de criar um dispositivo

eletronico que ajudasse a cuidar de criancas. Assim, o projeto consiste em criar um robo

que possua uma camera e, atraves das imagens dela, identifique uma crianca e a segue-a,

para que seja possıvel monitora-la.

Inicialmente alguns membros da equipe ja tinham a ideia de desenvolver um robo que

filmasse e se comportasse de acordo com o ambiente, atraves de processamento de imagens.

Apos o amadurecimento desta ideia juntamente com os professores da disciplina, chegou-se

a conclusao de que este projeto era condizente com o escopo e objetivos da disciplina.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Gerais

O projeto tem como objetivo desenvolver um robo seguidor de criancas atraves da

deteccao de cor (color tracking). Este sistema facilitara o monitoramento de criancas pelos

9

usuarios, devido a sua autonomia. Para tanto, ele porta uma camera e envia as imagens

a um computador (PC). O robo porta alem da camera sem fio, um microprocessador, um

sistema de comunicacao sem fio e sensores para evitar obstaculos.

1.2.2 Especıficos

• Estudar sobre processamento de imagens e identificacao de cores.

• Estudar a configuracao e programacao um microcontrolador adequado para a reali-

zacao do projeto.

• Implementar um algoritmo para identificar a crianca nas imagens, a fim de que o

robo a siga mantendo uma determinada distancia;

• Desenvolver um software para interacao com o usuario. Atraves do software deve ser

possıvel que o usuario veja as imagens da camera, escolha o modo do funcionamento

(manual ou automatico) e controle a movimentacao do robo, no funcionamento

manual.

• Estudar sobre o controle de velocidade de motores;

• Estudar e desenvolver o sistema de movimentacao do robo omnidirecional, utilizando

encoders para garantir que essa movimentacao seja feita de forma correta;

• Pesquisar e implementar a comunicacao sem fio entre o robo e a estacao base (PC

ou notebook);

• Realizar o gerenciamento da equipe;

• Escrever a documentacao sobre o projeto.

1.3 PREMISSAS E RESTRICOES

O sistema como um todo e apenas um prototipo, portanto algumas caracterısticas

serao diferentes das necessarias em um artefato comercial. Como forma de esclarecer

o escopo do projeto, foram descritas as premissas e restricoes do trabalho na fase de

planejamento.

10

1.3.1 Premissas

• A plataforma do robo ominidirecional estara disponıvel para ser utilizada pela equipe

juntamente com os itens que nela contem: rodas, encoders, motores e espaco dispo-

nıvel para a colocar o microcontrolador, sensores e uma camera.

• O ambiente no qual o robo funcionara tera uma iluminacao adequada e possuira um

piso plano para a movimentacao, com coeficiente de atrito adequado para rotacao

das rodas, garantindo o deslocamento adequado do robo.

• O robo nao sofrera intervencoes fısicas de agentes externos que possam alterar a

sua rota, prejudicar o seu deslocamento ou impedir o seu funcionamento de maneira

adequada. Por exemplo: a crianca jogar um objeto no robo, capota-lo, ou outras

situacoes semelhantes.

• A distancia inicial entre a crianca e o robo deve ser razoavel, permitindo que a

marcacao seja identificavel pela camera. Especula-se a distancia entre um a dois

metros.

• O robo nao sera encurralado pela crianca.

• Existe somente uma crianca com o marcador no ambiente.

• Nao existem outros robos ou outras estacoes bases em funcionamento dentro da

area de atuacao do sistema de comunicacao sem fio, nem nenhum outro sistema que

possa utilizar o mesmo tipo de comunicacao, causando assim interferencia.

1.4 RESTRICOES

• O robo que sera desenvolvido tem como unico objetivo o monitoramento de criancas,

qualquer outra forma de utilizacao a que ele possa ser submetido nao faz parte dos

propositos iniciais desse projeto e portanto nao e possıvel garantir a sua adequacao

para tais propositos.

• Ele tambem nao contara mapeamento de ambientes. O sistema nao trabalhara com

mais de uma estacao base, nem tera suporte para multiplos robos ou ambientes com

mais de uma unica crianca portando o marcador.

• O alcance dos canais de comunicacao sera de no maximo 20 metros. Tendo em

vista que podera existir obstaculos entre a estacao base e o robo, como por exemplo,

paredes ou moveis, esta e uma distancia razoavel.

11

• O projeto esta limitado financeiramente pelo orcamento definido na secao ??.

• Outro fator importante a ser considerado e o tempo previsto para execucao das

tarefas as quais estao diretamente atrelados ao sucesso e finalizacao do projeto.

Portanto, fica limitado a desenvolver o que foi proposto.

• O robo tera autonomia de funcionamento de no maximo 30 minutos, que pode variar

de acordo com o acionamento dos motores.

1.5 TRABALHOS SEMELHANTES

As aplicacoes de um robo que segue uma pessoa sao as mais diversas possıveis in-

cluindo, dentre elas, o monitoramento de criancas ou idosos bem como a autonomia de

carrinhos de compra em supermercados.

Os metodos utilizados para a deteccao de pessoas tambem sao bastante abrangentes,

a deteccao atraves de cameras de vıdeo pode se dar a partir do reconhecimento facial de

pessoas, utilizando algoritmos de processamento de imagens, ou buscando a distancia dos

objetos no ambiente com a utilizacao de duas cameras posicionadas ligeiramente desloca-

das para que seja possıvel obter uma visualizacao 3D do ambiente, como foi abordado em

[2], detalhando a utilizacao de uma camera de dois canais para obtencao de duas imagens

levemente diferentes de forma que seja possıvel estimar a profundidade do ambiente e, com

a utilizacao de diversos templates, conseguir identificar uma forma humana no ambiente.

Outra possıvel abordagem e a utilizacao de marcadores por parte da pessoa que sera

seguida sendo eles baseados em cores e/ou formas geometricas. Desse modo, atraves das

imagens enviadas pelas cameras e possıvel identificar tais marcadores de forma eficiente

sem a necessidade de outros mecanismos para auxiliar a deteccao da pessoa em questao.

Ja existem brinquedos que adotam essa tecnica em seu funcionamento com o objetivo

de entreter e monitorar as criancas, como e o caso do ”Hide-and-Seek Jojo Interactive

Bunny”, que procura uma crianca que possua o marcador, no caso uma cenoura de cor

laranja, utilizando a cor deste para para se orientar e verificar se a crianca foi encontrada.

Tambem e possıvel utilizar outros metodos que nao incluam uma camera para a de-

teccao de pessoas, como a utilizacao de dispositivos emissores por parte de quem sera

seguido permitindo que o robo se oriente pelo sinal e seja capaz de seguir tal pessoa. As-

sim foi proposto em [3], em que a pessoa alvo utiliza um dispositivo emissor que inclui 4

emissores de infravermelho e o robo possui um dispositivo receptor que inclui 4 receptores

de infravermelho orientados nas quatro direcoes cardinais, e atraves da intensidade do

12

Figura 1: Hide-and-Seek Jojo Interactive Bunny

sinal recebido o robo e capaz de se orientar para a direcao do emissor.

Figura 2: Robo seguidor de pessoa por dispositivo emissor de infravermelho Fonte:[3]

Sensores de distancia tambem podem ser utilizados juntamente com a camera para

determinar com maior precisao a distancia do alvo, identificar se ele e realmente uma

pessoa e para evitar obstaculos que possam aparecer durante o percurso, ajudando assim

a complementar o seu funcionamento. Um exemplo da utilizacao de sensores de distancia

e de uma camera para identificacao de obstaculos pode ser encontrado em [4], descreve

como utilizar um robo capaz de identificar obstaculos de forma a auxiliar um idoso a

caminhar.

13

2 PLANEJAMENTO

2.1 METODOS AGEIS

Os metodos ageis sao um grupo de metodos de desenvolvimento de software base-

ados no modelo de desenvolvimento iterativo e incremental, que e um modelo onde o

sistema e desenvolvido atraves de ciclos (iterativo) e em pequenas porcoes a cada iteracao

(incremental). O modelo de desenvolvimento iterativo e incremental tambem se caracte-

riza pelo fato de que o projeto e modificado ao longo das iteracoes de modo que novas

funcionalidades tecnicas sao adicionadas.

Entre as grandes vantagens dos metodos ageis e que: Os requisitos e as solucoes

evoluem com o trabalho de uma equipe auto organizavel e multi-funcional e; promovem o

planejamento adaptativo bem como entregas e desenvolvimento que tambem evoluem de

acordo com as iteracoes.

Ha muitos metodos de desenvolvimento agil. A maioria promove o trabalho em equipe,

colaboracao e alta capacidade de adaptacao a mudancas em todo o ciclo de vida do projeto.

Os metodos ageis procuram minimizar o risco total do projeto e permite que este se

adapte a mudancas rapidamente. O objetivo e que o software seja entregue com o mınimo

de bugs possıvel nas poucas funcionalidades especificadas para o ciclo, de modo que sao

necessarias varias iteracoes para que o produto seja terminado ou para que apresente

novas funcionalidades.

De acordo com os princıpios apresentados sobre os metodos ageis e tambem com o

tempo que disponıvel para realizar o projeto, foi decidido desenvolver os softwares visando

criar uma documentacao nao tao abrangente, porem softwares funcionais.

Outro fato que levou a se escolher tal metodologia de desenvolvimento de software foi

a estrutura em que as apresentacoes foram organizadas, em forma de entregaveis.

14

2.2 DESIGNACAO DO GERENTE E DA EQUIPE

• Gerente: Antonio Lazaro de Rezende Neto

• Colaboradores: Ivan dos Passos, Kelvin Elton Nogueira da Silva e Vinıcius da Silva

Arcanjo

2.2.1 Responsabilidades e Autoridade do Gerente

O gerente tem o poder de tomar decisoes em nome da equipe, preferencialmente, mas

nao necessariamente ouvindo a opiniao dos demais integrantes do grupo e respeitando a

opiniao que agrade a maioria.

A partir do instante em que o andamento de determinado setor do projeto nao estiver

de acordo com o plano de metas estabelecido, o gerente pode estender os prazos, remanejar

o integrante alocado a tarefa ou ate mesmo demiti-lo se acreditar que e a decisao menos

prejudicial a equipe como um todo.

O gerente tambem deve intermediar eventuais desentendimentos internos da equipe,

mantendo assim o bem-estar de todos os envolvidos no projeto.

A lista de atribuicoes principais do gerente e:

• Ser responsavel por tomar iniciativa no que diz respeito a forma de trabalho, como

escolha de ferramentas para trabalho. Acatar sugestoes, debater e implementar;

• Ser a pessoa de confianca para decidir coisas no caso de impasse na equipe;

• Gerenciar as horas da equipe (cadastrar o tempo no calendar e verificar o cumpri-

mento);

• Falar em nome da equipe, quando nao for possıvel que a equipe toda o faca;

• Manter os requisitos de maneira cuidadosa, de maneira que a equipe:

– Forneca os documentos pedidos nas datas;

– Cuide dos compromissos que estao mais longe, levando em consideracao o valor

(peso da nota) e a quantidade de trabalho (visao estrategica);

– Confronte o trabalho da equipe (durante a execucao e como revisao, antes da

entrega) com os documentos dos professores, garantindo que estamos atendendo

(controle de qualidade).

15

• Eventualmente delegar alguma tarefa das acima para alguem da equipe (delega

trabalho, mas mantem a responsabilidade).

2.3 REQUISITOS DO SISTEMA

• O sistema sera composto por um robo, uma estacao base e um sistema de comuni-

cacao sem fio entre eles.

• O robo deve portar um microcontrolador, um sistema de comunicacao sem fio e uma

camera.

• O robo deve enviar as imagens da camera para a estacao-base.

• O robo deve se comunicar (enviar e receber dados) com a estacao base.

• O robo precisa desviar de obstaculos.

• O robo deve interpretar as informacoes recebidas e processa-las. Caso haja perda da

identificacao da crianca apos um determinado intervalo de tempo (alguns segundos),

o robo ficara girando ate que a encontre novamente.

• O software da estacao-base deve receber as imagens e mensagens do robo.

• O software deve processar as imagens com o intuito de identificar o marcador da

crianca e gerar comandos de movimentacao do robo de acordo com a posicao dela.

• O software deve ter uma interface para mostrar as imagens da camera ao usuario

e permitir que o usuario controle o robo. Este controle se limitara a mover o robo

em algumas direcoes bem como rotaciona-lo, mas sem especificar velocidades ou

angulos.

• O sistema de comunicacao sem fio deve ter um alcance maximo de aproximadamente

20 metros.

16

2.4 PLANEJAMENTO DE RISCOS

Identificacao do Risco

Denominacao: Avaria de dispositivos/componentes Nr de Identificacao: 1

Descricao: Os dispositivos e/ou componentes eletronicos utilizados no projeto podem sofrer al-guma avaria de acordo com o andamento.

Avaliacao do risco

Impacto: O4 (medio/alto)O impacto no projeto e avaliado como medio/alto, pois caso isto ocorra sera necessario substituiro componente, acarretando em atrasos no cronograma e aumento de custos. Dependendo do valorou da importancia destes componentes, o impacto podera ser maior ou menor.

Probabilidade: O3 (media)A probabilidade e media, pois os componentes e dispositivos eletronicos utilizados sao susceptıveis aqueima ou sofrer outras avarias. Dispositivos mais caros, como o microprocessador e a camera, temmaior resistencia se comparados aos dispositivos de comunicacao sem fio ou outros componenteseletronicos.

Desenvolvimento da resposta ao risco

Estrategias e Acoes para eliminar ou reduzir este risco:Prevenir: Realizar testes e ligacoes preferencialmente na companhia de outro membro. Tomarcuidado extra com a carcaca (motores e encoders), ja que eles nao foram adquiridos pela equipe.Registrar sempre que houver progresso no desenvolvimento do projeto, assim e possıvel comprovaro funcionamento dele caso aconteca alguma avaria antes da apresentacao.Transferir: Se for possıvel e muito urgente, emprestar componentes de terceiros.Mitigar: Conversar com os colaboradores para que a implementacao seja feita de forma cuidadosa.Caso aconteca alguma avaria, avaliar as causas para que nao se repita. Comprar os componentespreferencialmente no Brasil, para evitar longos prazos de entrega. Comprar componentes reservas,caso se saiba que estes sao pouco resistentes. Uma vez ocorrido o problema, providenciar o maisrapido possıvel a troca do componente ou dispositivo.Aceitar: -

Impacto Reavaliado: O3 (medio) Probabilidade Reavaliada: O3 (media)

17


Denominacao: Desistencia de membros da equipe Nr de Identificacao: 2

Descricao: Algum membro da equipe desistir.

Avaliacao do risco

Impacto: O5 (alto)O risco e avaliado como alto, pois os membros do grupo sao essenciais para o desenvolvimento doprojeto. Caso um membro saia do projeto, as tarefas deverao ser remanejadas e a carga horariade trabalho de cada membro sera aumentada. Isto pode comprometer a qualidade do projeto eimplicar atrasos nas entregas.

Probabilidade: O2 (media/baixa)Espera-se que os membros do grupo estao comprometidos com o andamento do projeto. Porem, haa possibilidade de que aconteca algo extraordinario (brigas entre membros da equipe, problemaspessoais da pessoa desistente etc).


Estrategias e Acoes para eliminar ou reduzir este risco:Prevenir: Para prevenir a desistencia voluntaria de algum membro da equipe, e necessario quehaja uma excelente integracao que permita que o projeto seja bem desenvolvido. Realizar prefe-rencialmente reunioes semanais e acompanhar o trabalho de cada membro. Caso seja percebidoque algum membro nao esta cumprindo com as expectativas, identificar qual o problema o maisrapido possıvel.Transferir: -Mitigar: Fazer com que todos os membros do projeto tenham ao menos um conhecimento inter-mediario das responsabilidades dos outros, reduzindo, assim, o impacto da desistencia e facilitandoo remanejamento das tarefas. Procurar sempre trabalhar em duplas.Aceitar: Continuar o projeto sem o membro desistente, dividir as responsabilidades dele entre osmembros restantes e cumprir os prazos e metas estabelecidos.

Impacto Reavaliado: O4 (medio/alto) Probabilidade Reavaliada: O2 (me-dia/baixa)

18


Denominacao: Falha na escolha do microcontrolador Nr de Identificacao: 3

Descricao: O microcontrolador pode nao atender a todos os requisitos do projeto (falta de me-moria ou capacidade de processamento, falta de pinos de entrada e saıda, problemas com o inter-faceamento com outros dispositivos).

Avaliacao do risco

Impacto: O4 (medio/alto)O impacto em caso de ma escolha do microcontrolador e alto, pois seria necessario escolher outroque atenda as expectativas desejadas. Isso acarretaria em atraso no cronograma e aumento dosgastos, alem de ter desperdicado tempo com o microcontrolador antigo.

Probabilidade: O1 (baixa)A probabilidade para que isso aconteca e baixa, pois a equipe fara uma analise dos requisitosdetalhadamente e junto com isto, uma comparacao entre algumas opcoes de microcontroladores,avaliando desempenho, custo e outras caracterısticas demandadas.


Estrategias e Acoes para eliminar ou reduzir este risco:

Prevenir: Fazer um levantamento dos requisitos do sistema juntamente com uma comparacao eanalise das opcoes de microcontroladores e demais componentes. Deve-se estudar os datasheetsdos componentes e fazer uma estimativa de como cada componente sera usado. Estudar trabalhossemelhantes e microcontroladores usados.Transferir: -Mitigar: Escolher e comprar outro microcontrolador que atenda as necessidades do projeto.Aceitar: -

Impacto Reavaliado: O2 (media/baixa) Probabilidade Reavaliada: O1 (baixa)

19


Denominacao: Problemas com a comunicacao sem fio Nr de Identificacao: 4

Descricao: Escolher a tecnologia ou componentes inadequados para a comunicacao sem fio, i.e.,que nao permitam o cumprimento dos requisitos do projeto.

Avaliacao do risco

Impacto: O4 (medio/alto)O impacto para este risco e de medio a alto, pois e fundamental que haja a comunicacao semfio entre o robo e a estacao base. Caso a escolha seja inadequada, podem ocorrer atrasos nocronograma, aumento do custo para a aquisicao de novos componentes ou mesmo comprometimentocom a qualidade final do projeto.

Probabilidade: O4 (media/alta)A probabilidade e inicialmente avaliada como media/alta pois os membros da equipe nao possuemexperiencia em comunicacoes sem fio entre dispositivos.


Estrategias e Acoes para eliminar ou reduzir este risco:Prevenir: Estudar cuidadosamente as especificacoes dos componentes que trocarao informacoesentre si, bem como as especificacoes da tecnologia de comunicacao utilizada. Ler trabalhos ante-riores os quais ja fizeram uso destas tecnologias.Transferir: -Mitigar: Trocar experiencias com pessoas que ja tenham feito troca de informacoes sem fio entredispositivos. Emprestar componentes. Identificar o problema o mais rapido possıvel para que naoatrase o andamento do projetoAceitar: Mudar os requisitos do projeto, diminuir o alcance do robo etc.


20


Denominacao: Problemas com a camera sem fio Nr de Identificacao: 5

Descricao: A camera escolhida pode nao atender aos requisitos do projeto, como por exemplo:a qualidade do vıdeo ser insuficiente para executar o algoritmo, haver uma demora muito grandeentre a captura e o recebimentos das imagens no computador, a camera nao ter o alcance desejadoetc.

Avaliacao do risco

Impacto: O5 (alto)O impacto avaliado para este risco e alto pois aquisicao de imagens e uma requisito fundamentaldo projeto. Varias tarefas do projeto sao parcialmente ou totalmente dependente das imagens dacamera (algoritmo de processamento de imagens, calibracao da distancia ate o alvo, algoritmo deseguir o alvo, teste o sistema etc.). Se for necessario comprar outra camera havera aumento noscustos e atraso no cronograma. Outra alternativa e diminuir a qualidade do projeto e continuarcom a camera insatisfatoria.

Probabilidade: O3 (media)A probabilidade e avaliada como media, pois os membros do projeto nao tem muita experienciacom cameras sem fio, porem nao ha muitas opcoes disponıveis no mercado e estes produtos saocomumente empregados em sistemas de seguranca, alguns dos quais podem ser instalados atemesmo por leigos.


Estrategias e Acoes para eliminar ou reduzir este risco:

Prevenir: Pesquisar as especificacoes da camera e sua respectiva compatibilidade com o restantedo projeto. Verificar as melhores alternativas em aquisicao de imagens a serem utilizadas. Pediropinioes de pessoas que ja utilizaram estes produtos. Ler trabalhos semelhantes e avaliar as opcoestecnologicas por eles utilizadas.Transferir: -Mitigar: Estudar e comprar uma nova camera sem fio que seja mais adequada as necessidades doprojeto.Aceitar: Continuar trabalhando com a camera ja comprada, neste caso pode ser necessaria umamudanca nos requisitos do projeto.

Impacto Reavaliado: O4 (medio/alto) Probabilidade Reavaliada: O2 (me-dia/baixa)

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Denominacao: Nao conseguir cumprir metas estabelecidas nocronograma, falha de planejamento

Nr de Identificacao: 6

Descricao: Subestimar a complexidade de tarefas, fazer um planejamento errado ou o aconteci-mento de algum outro risco pode levar ao nao cumprimento das metas e dos entregaveis.

Avaliacao do risco

Impacto: O5 (alto)Avaliado como alto, pois as tarefas sao interdependentes e o atraso de algumas pode causar umefeito em cadeia, causando atraso nas demais tarefas. Alem disto, se as tarefas nao forem bemplanejadas, pode gerar sobrecarga ou ociosidade de alguns membros da equipe. Em ultimo caso,pode ate levar ao insucesso do projeto como um todo.

Probabilidade: O3 (media)Todos os membros da equipe estao comprometidos com o bom andamento do projeto, havera ogerente e um ajudante do gerente que devem prevenir ou remediar as falhas o mais rapido possıvel.Alem disto, as tarefas deverao ser executadas dentro de um prazo menor que o oficial, justamentepara que haja tempo em caso de ocorrencia de riscos. Porem, erros sao comuns em grandestrabalhos em equipe, o que pode levar a atrasos.


Estrategias e Acoes para eliminar ou reduzir este risco:Prevenir: Deverao ser feitos acompanhamentos constantes do projeto, bem como das tarefas queestao sendo realizadas pela equipe. Reunioes periodicas (preferencialmente semanais) para avaliaros prazos, o que ja foi feito e o que ainda deve ser feito. Utilizacao de ferramentas online paracontrolar as tarefas. Estabelecimento de prazos de entrega internos mais curtos que os prazosoficiais.Transferir: -Mitigar: Remanejar as tarefas e/ou o cronograma bem como os requisitos do projeto se necessario.Aceitar: -

Impacto Reavaliado: O3 (medio) Probabilidade Reavaliada: O2 (me-dia/baixa)

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Denominacao: Falta de integracao e comunicacao entre os mem-bros da equipe.


Descricao: Devido a caracterısticas pessoais de cada membro, e possıvel que aconteca a desinte-gracao e a falta de comunicacao.

Avaliacao do risco

Impacto: O4 (medio/alto)O impacto avaliado e medio/alto, pois em certas proporcoes e comum que aconteca a falta decomunicacao entre os membros da equipe. Ha tarefas que podem ser realizadas de forma inde-pendente, mas a maioria depende de outras tarefas de outros membros. A falta de integracao ecomunicacao entre os membros pode ocasionar atrasos no cronograma, sobrecarga ou ociosidadede algum integrante, entre outros problemas graves.

Probabilidade: O3 (media)A probabilidade e avaliada como medio, uma vez que os membros da equipe possuem outras ati-vidades, compromissos etc. A equipe tambem foi definida de forma aleatoria, portanto nao hamuito tempo para a integracao entre os membros. Porem, espera-se que todos tenham um com-portamento profissional, responsavel e priorizem o desenvolvimento do sistema acima de quaisquercontratempos.


Estrategias e Acoes para eliminar ou reduzir este risco:Prevenir: Fazer reunioes periodicas entre os membros da equipe, procurar esclarecer as tarefassendo realizadas e deixar os outros membros saberem o que cada um esta fazendo. Incentivar atroca de informacoes entre varios meios.Transferir: -Mitigar: Uma vez ocorrida esta falta de integracao, aumentar a frequencia em que as reunioes eas trocas de informacoes sao realizadas, conscientizar a equipe sobre o andamento do projeto.Aceitar: -


23


Denominacao: Problemas com o software, escolha errada da tec-nologia de software.


Descricao: Escolher uma plataforma, linguagem de programacao ou biblioteca que nao sejamadequados com os requisitos do projeto.

Avaliacao do risco

Impacto: O3 (medio)O impacto avaliado e medio, pois o software e essencial para a interacao do sistema com o usuario.O objetivo geral do sistema depende fundamentalmente do software utilizado pelo usuario. Porem,o software e relativamente simples e praticamente independente do hardware. Caso seja necessariomigrar de tecnologia, ocorrerao atrasos no cronograma.

Probabilidade: O3 (media)A probabilidade e avaliada como medio, pois o software nao e muito complexo, mas mesmo assimdevera mostrar as imagens da camera e ter uma interface simples para a interacao com o usuario.Ha varias alternativas para a construcao do software, possivelmente mais de uma valida.


Estrategias e Acoes para eliminar ou reduzir este risco:Prevenir: Definir objetivamente os requisitos do software e estudar as opcoes existentes. Estudaras documentacoes, exemplos e trabalhos anteriores semelhantes para encontrar a melhor alterna-tiva. Construir diagramas, modelos e prototipos antes de comecar o desenvolvimento propriamentedito do software. Nao escolher a linguagem baseado so pelo conhecimento atual da equipe.Transferir: -Mitigar: Estudar possıveis opcoes que nao afetem muito o software como um todo. Buscar ajudacom os colegas, professores, em foruns etc. Se nao for possıvel continuar o desenvolvimento comas opcoes escolhidas, migrar o software para uma opcao viavel.Aceitar: -

Impacto Reavaliado: O2 (medio/baixo) Probabilidade Reavaliada: O2 (me-dia/baixa)

24


Denominacao: Problema com o processamento de imagens Nr de Identificacao: 9

Descricao: Subestimar o processamento de imagens, ter problemas com as bibliotecas

Avaliacao do risco

Impacto: O4 (medio/alto)O impacto avaliado e medio/alto, pois o processamento de imagens e o que possibilita o fun-cionamento de sistema, ele que definira a movimentacao do robo. Caso seja necessario utilizaroutras bibliotecas ou estudar os algoritmos por mais tempo que o estimado, havera atrasos noscronogramas.

Probabilidade: O3 (media)A probabilidade e avaliada como medio, uma vez que os membros da equipe nao possuem expe-riencia com processamento de imagens. Porem, sera feito um levantamento de requisitos e seraoestudas as opcoes existentes a fim de realizar uma escolha apropriada.


Estrategias e Acoes para eliminar ou reduzir este risco:Prevenir: Estudar os requisitos do projeto e as opcoes disponıveis para o processamento deimagens. Estudar e avaliar trabalhos anteriores semelhantes.Transferir: -Mitigar: Procurar ajuda com pessoas que ja tem conhecimento na area, em ultimo caso, mudaro processamento de imagens para outra tecnologia mais adequada.Aceitar: Mudar os requisitos do projeto, identificar a crianca usando outros metodos.

Impacto Reavaliado: O3 (medio) Probabilidade Reavaliada: O2 (me-dia/baixa)

2.5 OPCOES TECNOLOGICAS

A realizacao do estudo de alternativas tecnologicas e fundamental para a construcao

de qualquer projeto. Conforme demonstrado no planejamento de riscos, a escolha dos

componentes, tecnologias e recursos a serem utilizados impactam diretamente no sucesso

ou falha do projeto. A ma escolha de tecnologias pode causar atrasos nos cronogramas,

aumento de custo, dentre outros fatores.

Assim, a partir dos requisitos do projeto, foram escolhidas as tecnologias com base nos

seguintes criterios por ordem de importancia: cumprimento dos requisitos, custo, dispo-

nibilidade (tempo de entrega), minimizacao dos riscos, integracao com outros dispositivos

25

do projeto, conformidade com a capacitacao tecnica da equipe e expansibilidade. E im-

portante ressaltar que o projeto foi realizado utilizando a carcaca do robo omnidirecional

fornecido pelo professor Hugo Vieira Neto, com a finalidade de diminuir preocupacoes

de natureza mecanica e de materiais. Desta forma, nao foi realizado o estudo de opcoes

tecnologicas para os motores, encoders, rodas e estrutura do robo. A Tabela 2.5 mostra

uma relacao dos principais requisitos com as possıveis opcoes tecnologicas.

Requisito Alternativas Tecnologicas

Utilizar um microcontrolador Axon, mbed, LPC Xpresso

Utilizar uma camera Camera IP 802.11g/b, Camera RF

Utilizar sensores para desviar de Ultrassom, Infravermelho, bumper switchesobstaculos

Alimentacao do robo Baterias, pilhas

Sistema de comunicacao sem fio RF (radio frequencia), Wifi, XBee, Bluetooth.

Linguagem de programacao do software Java, C++da estacao-base

Biblioteca de programacao de Swing, QTinterface grafica

Biblioteca de programacao de OpenCVprocessamento de imagens

Tabela 1: Relacao entre requisitos e opcoes tecnologicas

2.5.1 Microcontrolador

O microcontrolador e responsavel por interligar todos os componentes do sistema

embarcado, isto e, coletar dados dos sensores, receber e enviar dados atraves do dispositivo

de comunicacao sem fio, controlar a velocidade dos motores, ler os valores dos encoders,

etc. Assim, com base nesses requisitos de funcionamento, foram levantadas os principais

requisitos do microcontrolador:

• Enviar e receber dados do dispositivo de comunicacao sem fio (interface SPI, I2C).

• Velocidade de processamento suficiente para interpretar e executar os comando re-

cebidos.

• Tres (3) pinos de interrupcao para leitura dos encoders.

• Seis (6) pinos de PWM para controlar a velocidade e direcao de tres motores atraves

de um circuito ponte H.

• Oito (8) pinos de entrada digital ou conversor ADC de seis (6) canais para leitura

dos dados dos sensores de colisao ou distancia.

26

• Dois timers. Um para interfaceamento com o sensor de ultrassom e outro para

execucao de rotinas periodicas do sistema.

• Possibilidade de expansao com outros sensores e outros motores (servos) etc.

Dentre varios microcontroladores disponıveis no mercado, foram selecionados tres que

cumpriam os requisitos necessarios e desejaveis, conforme a Tabela 2.5.1.

Axon mbed - LPC11U24 LPC Xpresso LPC1769Microcontrolador (ATmega640) (Cortex-M0) ARM Cortex-M3

Preco (sem frete) US$ 89,00 US$ 44,95 R$ 54,00

Pinos I/O 55 54 70

Pinos PWM 9 8 6

Timers 6 4 4

UART 3 4 5

Memoria 4/64 4/32 4/512prog/dados (KB)

Consumo baixo baixo baixo

Disponibilidade Imediata (emprestado) Dificil (importacao) Facil (Curitiba)

Tabela 2: Comparacao entre Microcontroladores

O microcontrolador escolhido foi o LPC Xpresso LPC1769 (ARM Cortex-M3). Dentre

os descritos na tabela, todos cumprem os requisitos mınimos de hardware, assim a escolha

foi feita com base na disponibilidade, custo e redundancia. Inicialmente fora escolhido o

Axon, pois a disponibilidade era imediata e ele possui uma ampla documentacao, porem,

o impacto no projeto seria muito grande caso acontecesse alguma avaria com ele. Seria

necessario importa-lo, e com isso, ocorreriam atrasos no cronograma e aumento dos gastos.

Desta forma, optou-se pelo LPCXpresso, o qual era facil disponibilidade e baixo custo.

O LPCXpresso 1769 (mostrado na Figura 2.5.1) cumpre os todos requisitos e ainda

oferece capacidade para a expansao do projeto, pois possui varios pinos de entrada e

saıda, conversor A/D de 12 bits, 5 interfaces UART, interface Ethernet, alem de ser

um microcontrolador de 32bits. Ademais, ele possui um ambiente de desenvolvimento

adequado para projetos maiores baseado no Eclipse IDE, interface SPI, I2C, SSP e nao

e necessario adquirir um programador especıfico, pois ele possui bootloader.

2.5.2 Camera

Conforme os requisitos, e necessario enviar as imagens da camera para um computa-

dor. Existem basicamente duas maneira de faze-lo: a) usar uma camera que ja possua um

canal de comunicacao sem fio exclusivo com o computador ou b) usar uma camera simples,

27

Figura 3: Microcontrolador LPCXpresso 1769. Fonte:http://www.lpctools.com/lpc1768.lpcxpresso.aspx

transferir as imagens dela para o microcontrolador e deste, enviar para o computador atra-

vas de um sistema de comunicacao sem fio. Apos estudar as alternativas, concluiu-se que

a primeira alternativa seria a melhor. Apesar desse tipo de camera ser mais cara, enviar

as imagens atravas do microprocessador iria requerer muito processamento e memoria,

bem como seria necessario fazer um controle mais preciso sobre os dados trafegados, para

diferenciar as imagens das outras informacoes. Desse modo, foi feita uma comparacao

entre cameras sem fio, conforme a Tabela 2.5.2 abaixo.

Camera 803 Color CMOS Apexis J011-WS

Preco (com frete incluso) R$ 94,50 R$ 260,00

Qualidade/compressao do vıdeo NTSC MJPEG 640x480

Frequencia de Transmissao 1,2 GHz IEEE 802.11b/g

Taxa de Transmissao Nao especificada. 54MbpsGarante 25 quadros/segundo

Local de Venda Londrina - PR Curitiba - PR

Disponibilidade Imediata Imediata

Tabela 3: Comparacao entre cameras.

A camera 803 Color CMOS (Figura 2.5.2) cumpre todos os requisitos, garante uma

taxa de transmissao de imagens em tempo real, e apresenta um economia de R$ 165,50

em relacao a camera Apexis. Alem disso, a disponibilidade e o tempo de entrega nao

iriam impactar no cronograma.

A camera 803 Color CMOS vem tambem com um receptor AV RF com saıda padrao

RCA. Como na maioria dos computadores pessoais e notebooks nao ha entrada RCA,

tornou-se necessaria a utilizacao de um conversor RCA para USB (Figura 2.5.2). Embora

28

Figura 4: Camera sem fio 803 Color CMOS. Fonte:http://precisioneye.en.busytrade.com/products/info/190530/Wireless-color-CMOS-camera-HA-803A-.html

isto seja um gasto a mais, ainda seria mais vantajosa a aquisicao desta camera e o con-

versor. O conversor custou R$ 46,80, com o frente incluso, representando uma economia

de R$ 118,70 ao adquirir a camera 803 Color CMOS e o conversor Easy CAP ao inves da

camera Apexis.

Figura 5: Conversor RCA - USB. Fonte: http://easycap.co.uk/

29

2.5.3 Sistema de comunicacao sem fio

Ha, no mercado, varios dispositivos para realizar comunicacao sem fio. Alguns destes

ja implementam protocolos de comunicacao da IEEE, como e o caso do XBee e do Wilfy.

Ja outros nao implementam nenhum protocolo ou possuem seu proprio protocolo de baixo

nıvel. Alem do transceptor, e necessario interfacear o dispositivo com o computador.

Alguns dispositivos possuem componentes USB, porem a um alto custo, ja com outros,

seria necessario utilizar outros componentes para fazer esta ligacao. A tabela X abaixo

mostra uma comparacao entre os dispositivos.

2.5.4 Sistema de Comunicacao Sem Fio

Transceptor XBee x2 RMF12B-S2 RMF12B-S2 Wilfyx Quantidade Transceptor x2 Transceptor x2 GSX x 1

Preco US$ 58,00 US$ 18,00 R$ 61,90 US$ 55,00(com frete incluso) US$ 100,00 US$ 56,00 US$ 88,00

Frequencia IEEE 434 MHz 434 MHz 802.11b/gde Transmissao 802.15

Taxa de transmissao 250 kbps 115,2 kbps 115,2 kbps 1 a 44 Mbps

Alance de transmissao 120m 200m 200m 100m(sem obstaculos)

Alimentacao 3,3V 2,2V a 3,3V 2,2V a 3,3V 3,3V

Local de venda EUA EUA Sao Paulo EUABoulder Boulder SP Boulder

Disponibilidade Imediata Imediata Imediata Imediatade venda

Tempo de entrega 2 meses / 2 meses / 3 a 7 dias 2 meses /3 a 5 dias 3 a 5 dias 3 a 5 dias

Tabela 4: Comparacao entre transceptores

Alternativa Preco Disponibilidade Local TempoTecnologica (com frete incluso) de venda de venda de entrega

SPI US$ 31,00 Imediata EUA 2 mesesShortcut US$ 63,00 Boulder 3 a 5 dias

Tabela 5: SPI Shortcut

Desta forma, inicialmente, foi escolhido o transceptor RMF12B-S2 juntamente com o

SPI shortcut, pois era a alternativa de menor custo e, alem disso, com disponibilidade do

transceptor no Brasil (em Sao Paulo). O que, portanto, minimizava os riscos envolvidos

no projeto em relacao a importacao. O XBee (alem de exigir um modulo de alto custo

para o computador via USB) e o Wifly GSX estavam disponıveis apenas por importacao

30

e sao mais caros em relacao ao RMF12B-S2. Portanto, um defeito ou queima de qualquer

um desses componentes impactariam muito no projeto.

Porem, um dos transceptores apresentou problemas, o que impossibilitou a equipe de

continuar usando-o. Como forma de minimizar os riscos, optou-se por comprar outro par

de transceptores de marca diferente. A alternativa escolhida foi o nRF24L01+ (Figura

2.5.4), cujas caracterısticas cumprem todos os requisitos, conforme a Tabela 2.5.4, alem

dele ser de baixo custo, ter facil disponibilidade e redundancia, ja que e o mesmo usado

por outra equipe da disciplina.

Figura 6: Transceptor nRF24L01+. Fonte: http://www.tato.ind.br/detalhe produto.php?codigo chave=133

Transceptor 3x nRF24L01+

Preco (com frete incluso) R$ 96,00

Frequencia de Transmissao IEEE 802.15

Taxa de transmissao 2 Mbps

Alance de transmissao (sem obsctaculos) 100m

Alimentacao 1.9-3.6V

Local de venda Brasil (Sao Paulo)

Disponibilidade de venda Imediato

Tempo de entrega 3 a 5 dias

Tabela 6: Dados do transceptor nRF24L01+.

Outro problema derivado da impossibilidade de uso do transceptor RMF12B-S2 foi a

aquisicao de uma nova interface entre o transceptor (SPI) e a saıda serial do Computador.

Apesar do nRF24L01+ tambem usar o protocolo SPI, o SPI shortcut nao seria compatıvel

com ele, pois e necessario usar um pino adicional para configurar o transceptor como

receptor ou transmissor. Para diminuir custos, foi feita uma placa para o interfaceamento

PC - Transceptor.

31

2.5.5 Sensor para desvio de obstaculos

Para que o robo consiga seguir uma crianca de maneira satisfatoria, e imprescindıvel

que ele desvie de obstaculos. Para tal, foram selecionados alguns sensores de distancias,

conforme a Tabela a seguir.

Alternativa Tecnologica Ultrassom Infravermelho SwitchesDYP-ME007 Sharp GP2Y0A21YK0F bumpers x 4

Preco (com frete incluso) R$ 35,00 R$ 75,00 R$ 10,00

Distancia de deteccao 2cm a 500cm 10cm a 80cm 0 cm (colisao)

Alimentacao 5V / 15mA 5V / 30mA 5V

Local de venda Curitiba - PR Sao Paulo - SP Curitiba - PR

Disponibilidade de venda Imediata Imediata Imediata

Tabela 7: Comparacao entra sensores de distancia.

A alternativa mais economica seria utilizar switches bumpers. Entretanto, a principal

desvantagem e que os obstaculos so seriam identificados quando acontecesse a colisao.

Para um melhor algoritmo de desvio de obstaculos, seria necessario detectar os obstaculos

antes da colisao. Portanto, restam duas alternativas: o sensor de infravermelho e o de

ultrassom. O sensor de ultrassom (Figura 2.5.5) foi utilizado neste projeto porque ele e

mais barato, tem um melhor alcance (2cm a 500cm) e consome menos corrente quando

comparado ao sensor infravermelho.

Figura 7: Sensor de ultrassom. Fonte: http://www.made-in-china.com/showroom/dypsensor/product-detailAbUxRuOCXvVI/China-Ultrasonic-Sensor-Module-DYP-ME007-.html

Embora fora utilizado um sensor de distancia de ultrassom, ainda seria necessario

detectar colisoes laterais e traseiras, areas fora do alcance do sensor. Para tal, inicialmente

escolheu-se utilizar os switches bumpers, porem, o mesmo problema de detectar a colisao

apenas quando ela ja tivesse ocorrido permanecia. Assim, optou-se por utilizar ao todo,

32

sete sensores de infravermelho ao redor do robo. Estes sensores, conforme mostrado

na Figura 2.5.5, foram feitos utilizando apenas tres resistores, um transistor, um LED

infravermelho (emissor) e um foto-transistor (receptor) de infravermelho em cada, o que

minimizou muito os custos, quando comparados com os de um sensor comercial.

Figura 8: Sensor de infravermelho. Autoria Propria

2.5.6 Encoders

Para realizar o controle de cada motor, deve ser utilizado um encoder em cada uma

das rodas. Neste projeto foi utilizado o mesmo encoder produzido anteriormente por uma

outra equipe desta mesma disciplina, o qual ja esta disponıvel junto a carcaca do robo.

O encoder foi desenvolvido com foto interruptores GP1A51HRJ00F da Sharp Microele-

tronics, eles sao circulares e feitos com impressao a laser em papel para transparencia.

Foram impressas 33 faixas, o que permite obter uma precisao de aproximadamente 10o

na movimentacao das rodas.

2.5.7 Motores

Foram utilizados tres motores de corrente contınua (Inmepe Maia modelo MN37-5655)

acionados por tres pontes H. Eles sao equipados com caixas de reducao de engrenagem

que produzem 0,6 kgf.cm em 538,6 rpm quando alimentados na tensao de funcionamento

nominal de 12 V. A ponte H utilizada foi o circuito integrado L298, ja que ele cumpre os

requisitos para o acionamento do motor (corrente, tensao) e e o de mais facil disponibili-

dade.

33

2.5.8 Alimentacao

O robo deve ter autonomia de funcionamento de, em media, 30 minutos. Este valor

podera variar conforme a utilizacao do robo (distancia total percorrida). A camera sem

fio, por ser independente do restante do robo, possui uma bateria propria de 8V 200 mAh,

com duracao de algumas horas.

Devido aos ruıdos eletronicos produzido pelo acionamento do motor, foi necessario

separar a alimentacao dos motores da restante. Assim, para os motores foram utilizadas

dois conjuntos de pilhas recarregaveis em paralelo. Cada um formado por 12 pilhas Sony

2500 mAH AA em serie, resultando em uma tensao de 14,4V. Ja para a alimentacao do

microcontrolador, dos sensores e encoders, foram utilizadas quatro pilhas AA de 2100mAH

em serie, resultando em 5V.

2.5.9 Biblioteca de processamento de imagens

Para o processamento de imagens realizado na estacao base foram utilizadas duas bi-

bliotecas, o OpenCV, que e uma biblioteca de visao computacional em tempo real gratuita

tanto para uso comercial quanto para uso academico e possui diversos algoritmos otimiza-

dos para se trabalhar com imagens, permitindo utilizar imagens capturadas diretamente

da camera, e o cvBlob, que e uma biblioteca para visao computacional que realiza uma

analise de componentes conectados dentro de uma imagem binaria rotulando cada um

desse componentes.

Essas bibliotecas foram adotadas no projeto, pois ambas podem ser utilizadas em in-

terfaces C e C++ tanto para Linux como para Windows e possuem algoritmos otimizados

para se trabalhar com imagens permitindo um maior desempenho, o que e fundamental

para o projeto, uma vez que a estacao base precisa gerar comandos para o robo a partir

das imagens recebidas em tempo real.

2.6 ORCAMENTO

Como foi apresentado no plano de projeto, pelo fato de o projeto se encontrar em uma

fase inicial naquela fase, nao era possıvel ter uma precisao acurada dos custos devido as

decisoes realizadas sobre a utilizacao dos dispositivos eletronicos e perifericos.

Assim, para este trabalho, foi especificado inicialmente os seguintes componentes ele-

tronicos:

34

• Para a plataforma do robo:

– Um microcontrolador.

– Transceptor RF para o controle do robo.

– Uma camera que possa transmitir imagens via RF para a estacao base.

– Tres Circuitos integrados de ponte H.

• Para a estacao base (PC):

– Um microcontrolador

– Transceptor de ondas eletromagneticas da camera.

– Transceptor RF para o controle do robo.

O custo inicial estimado foi de R$500,00. Alem deste gasto, existe o valor da hora

de trabalho de cada integrante. Considerando oito horas de trabalho semanal durante 10

semanas para cada um dos quatro integrantes da equipe, a um valor de R$35,00 a hora,

o custo da mao-de-obra e de R$11.200. Adicionado ao valor dos componentes (R$500), o

preco total estimado do projeto e de R$ 11.700.

2.7 DELIVERABLES

Para realizar um acompanhamento do desenvolvimento do projeto foi definido que,

a partir de 11/04/2012, a cada duas semanas devem ser entregues versoes intermediarias

do sistema que sao os “deliverables”. Alem disso, a cada duas semanas um membro da

equipe ajudara o gerente em suas tarefas.

35

Dia Auxiliar de DescricaoGerenciamento

25/04/2012 Kelvin Diagrama de classes e de casos de uso dosoftware da estacao-base.

Diagrama esquematico (circuito de alimentacaodo microcontrolador e acionamento de um motor).Software que identifica a posicao do marcador

em uma imagem estatica.Primeira versao da interface (nao funcional) do software.

Acionamento de um motor usando a ponte H L298.Exibicao da imagem da camera na estacao base.Resultados parciais sobre o andamento do projeto

com base no planejamento.

09/05/2012 Ivan Novas versoes dos diagramas e diagramado software embarcado.

Documento sobre o funcionamento do sensor.Documento sobre a movimentacao do robo.

Documento sobre a o processamento de imagens.Detectar a posicao do marcador nas imagens da camera

atraves do software.Acionamento dos tres motores com a ponte H e PWM do

microcontrolador.Software embarcado que permita especificar

o sentido do movimento (sem controle)Coleta dos dados do sensor ultrassom.

Resultados parciais sobre o andamento do projetocom base no planejamento.

Na secao 4 sao discutidos os resultados atraves do planejamento dos entregaveis e do

cronograma.

36

Dia Auxiliar de DescricaoGerenciamento

23/05/2012 Vinıcius Novas versoes dos diagramas(tanto dos softwares quanto do hardware).

Documento sobre a comunicacao sem fio, incluindo oprotocolo definido.

Gerar comandos a partir do processamento de imagens.Troca de mensagens entre microcontrolador e estacao-base.

Exibir aviso no software caso aconteca problemas nacomunicacao sem fio

Demonstracao do controle dos motoresResultados parciais sobre o andamento do projeto com

base no planejamento.

13/06/2012 Kelvin Novas versoes dos diagramas(tanto dos software quanto do hardware).

Interpretar os dados recebidos e acionar os motores.Demostracao do robo seguindo umapessoa e desviando de obstaculos.

Demostracao do software com todas as funcionalidadesdescritas no diagrama de casos de uso.

Entrega da documentacao parcial do projeto.Documento sobre o algoritmo de desvio de obstaculos

Resultados sobre o andamento do projeto combase no planejamento.

20/06/2012 Entrega Final

37

3 METODOLOGIA

3.1 FUNCIONAMENTO GERAL DO SISTEMA

No robo ficam o microcontrolador, a camera, o transceptor, o sensor de ultrassom, os

sensores de infravermelho, os motores com os encoders, as pontes H com o optoacopladores

e as baterias, sendo uma bateria para a alimentacao dos motores, uma para a alimentacao

da camera e outra para o restante do circuito. Na estacao-base estao o receptor RF da

camera e o dispositivo responsavel por enviar e receber comandos para o robo o qual esta

ligado ao computador atraves da interface Serial-SPI-RF.

O funcionamento do sistema de modo sequencial e de alto nıvel esta representado no

diagrama de sequencia da Figura 3.1. Apesar de estar representado sequencialmente, o

usuario podera realizar os tres primeiros procedimentos em qualquer ordem, i. e., ligar

o robo, conectar o dispositivo RF ao computador e executar o software da estacao-base.

Inicialmente o software da estacao-base tentara se comunicar com o robo, enviando uma

mensagem do tipo isReady. Ao receber esta mensagem, o robo a responde, informando

que ele esta pronto para receber comandos. A partir deste ponto, a comunicacao estara

estabelecida e o usuario podera escolher entre o modo automatico e o manual. Caso

ele escolha pelo manual, o software da estacao-base enviara os comandos inseridos pelo

usuario para o robo. No modo automatico estes comandos sao enviados automaticamente.

O robo ira receber os comandos, executa-los, caso seja possıvel, e , em seguida, confirmar

que recebeu o comando reenviando-o para a estacao-base. Este ciclo pendura ate que a

comunicacao seja perdida e uma nova tentativa de estabelecer comunicacao seja feita.

Uma vez que o processamento de imagens e utilizado somente para identificacao da

crianca a ser seguida, ele nao detecta obstaculos. Portanto, e possıvel que no modo

automatico o software envie comando que, caso realizados, resultem em colisao. A fim de

contornar estas situacoes, o robo possui autonomia para decidir se deve ou nao executar os

comandos recebidos, com excecao do modo manual, no qual o usuario tem total controle

do robo.

38

Figura 9: Sensor de infravermelho. Autoria Propria

Nas proximas secoes sera explicado mais detalhadamente como cada componente fun-

ciona, como foram configurados, conectados etc.

3.1.1 Comunicacao

Como o processamento de imagens e realizado na estacao-base, torna-se necessario

transmitir e receber dados do robo. Conforme justificado anteriormente, serao usados

dois canais de comunicacao independentes. Atraves de um deles trafegam as imagens da

camera e atraves do outro, trafegam as mensagens referentes a comunicacao propriamente

dita entre a estacao-base o robo.

Como a camera comprada e usualmente usada como camera de seguranca, ja e for-

necido um receptor de radio frequencia com ela (Figura 2.5.2). Foi necessario apenas

configurar o adaptador RCA/ USB para obter as imagens no computador, pois a saıda

39

do receptor e RCA.

Ja a comunicacao entre o robo e a estacao-base foi feita atraves dos transceptores

nRF24L01+. Este transceptor utiliza a interface SPI para se comunicar com outros dis-

positivos. Desta forma, foi necessario criar uma placa que realizasse a conexao entre a

porta serial do computador e o transceptor. Nas secoes a seguir, sera explicada como foi

feita esta comunicacao.

Protocolo

Foi necessario construir um protocolo de comunicacao para padronizar o formato das

mensagens no canal de comunicacao entre estacao-base e robo. Assim, os comandos

enviados e transmitidos podem ser interpretados de ambos os lados. Alem disso, cabe

tambem ao protocolo: prover a integridade e retransmissao dos pacotes que sofreram

colisao ou interferencia; providenciar um fila para enfileiramento de mensagens que irao

ser recebidas e transmitidas. Essa camada inferior do protocolo, a qual cuida da parte de

retransmissao e calculo de CRC, e implementada nativamente no transceptor. Portanto,

foi necessario apenas criamos uma padronizacao das mensagens e um mecanismo de keep-

alive (ping) para verificar se o canal de comunicacao encontra-se ativo.

Na tabela da figura abaixo, encontram-se os comandos que podem ser enviados ao

robo.

Figura 10: Comandos que podem ser enviados ao robo

O mecanismo de keep-alive e mantido pela estacao-base. Cada mensagem enviada ao

robo e retransmitida pelo robo como forma de uma confirmacao (ACK). Entao sempre

que o robo confirmar o recebimento de um comando, significa que o canal de comunicacao

esta funcionando. Se em um intervalo de tempo de quatro segundos a estacao base nao

enviar nenhum comando para o robo, como por exemplo, a crianca esta parada e nao

exige que nenhuma acao seja tomada, um pacote de ping sera forcado pela estacao base

40

para verificar o estado do canal de comunicacao.

O formato do frame que e definido pelas camadas inferiores do protocolo pode ser

visto na figura 3.1.1.

Figura 11: Frame de comunicacao. Fonte: [6]

Na Figura 3.1.1, esta o campo 1-PID de forma detalhada.

Figura 12: Frame de comunicacao. Fonte: [6]

Segue a definicao de cada campo da Figura 3.1.1:

• Preamble: bytes de sincronizacao formados por 0’s e 1’s. alternados.

• Address: endereco do receptor.

• Packet Control Field.

• Payload length: tamanho do payload em bytes;

• PID: identificador do frame. Util para validar se o frame e novo ou e uma retrans-

missao;

• NO ACK: flag

• Payload: carga util de dados de comunicacao.

• CRC: byte que e utilizado pelo mecanismo de deteccao de erros.

Interface Serial-SPI-RF

A interface serial-SPI-RF (Figura 3.1.1) tem como objetivo possibilitar a comunicacao

entre o software da estacao-base e o transceptor. A interface recebe/manda os dados pela

saıda serial do computador e os envia/recebe do transceptor via interface SPI. O software

embarcado que esta nesse microcontrolador monitora a interface serial e envia os dados

41

para o transceptor, o qual ira envia-los ao robo e, por outro lado, recebe os dados do

transceptor e os envia para a serial.

A interface Serial-SPI foi construida conforme o esquematico da Figura Z. POde-se

observar neste esquematico dois reguladores de tensao, um de 5V e outro de 3.3V, o

primeiro foi necessario para a alimentacao do microcontrolador ATMega328 e do circuito

integrado Max232, responsavel por adequar o nıvel de tensao do padrao rs232 para a

famılia TTL. O segundo regulador foi necessario devido a alimentacao do transceptor

que deve ser de 3.3V.

Figura 13: Esquematico da Interface Serial-SPI-RF. Autoria Propria

3.1.2 Estacao Base

A estacao-base e responsavel por servir como interface grafica para a interacao com o

usuario e realizar o processamento de imagens. Ligados nela estao os transceptores para

a comunicacao com o robo. Um transceptor exclusivo para as imagens da camera e o

outro para os demais dados. O transceptor nRF24L01+ e ligado ao computador atraves

da interface Serial-SPI-RF.

42

Diagramas

E ilustrado o diagrama de casos de uso do software da estacao base atraves da figura

a seguir.

Figura 14: Diagrama de Casos de Uso

A seguir, as especificacoes dos casos de uso sao explanadas.

1. Nome: Alterar Modo de Funcionamento

(a) Descricao: Altera o modo de funcionamento do controle do robo de automa-

tico para manual ou de manual para automatico.

(b) Atores: Usuario

2. Pre-Condicoes: Botao para alterar modo seja pressionado.

3. Fluxo de Eventos:

(a) Fluxo Principal

• Botao e pressionado

• Altera o modo de funcionamento de controle do robo

43

(b) Fluxos Alternativos

-

4. Pos-Condicoes

-

1. Nome: Mover o Robo para Frente

(a) Descricao: Gera o comando para movimentar o robo para frente.

(b) Atores: Usuario

2. Pre-Condicoes:

• Modo de controle manual

• Botao para mover o robo para frente seja pressionado


(a) Fluxo Principal

• Botao e pressionado.

• Gera o comando que sera enviado para o robo.

• Encaminha o comando para ser enviado.


-

4. Pos-Condicoes

-

1. Nome: Mover o Robo para Tras

(a) Descricao: Gera o comando para movimentar o robo para tras.

(b) Atores: Usuario

2. Pre-Condicoes:


• Botao para mover o robo para tras seja pressionado


(a) Fluxo Principal

44





-

4. Pos-Condicoes

-

1. Nome: Girar o Robo para Esquerda

(a) Descricao: Gera o comando para girar o robo para esquerda.

(b) Atores: Usuario

2. Pre-Condicoes:


• Botao para girar o robo para esquerda seja pressionado


(a) Fluxo Principal





-

4. Pos-Condicoes

-

1. Nome: Girar o Robo para Direita

(a) Descricao: Gera o comando para girar o robo para direita.

(b) Atores: Usuario

2. Pre-Condicoes:


45

• Botao para girar o robo para direita seja pressionado


(a) Fluxo Principal





-

4. Pos-Condicoes

-

1. Nome: Visualizar Imagens da Camera em Tempo Real

(a) Descricao: Exibe ao usuario as imagens recebidas da camera.

(b) Atores: Usuario

2. Pre-Condicoes:

• Receber as imagens da camera


(a) Fluxo Principal

• Recebe a imagens.

• Exibe as imagens ao usuario.


-

4. Pos-Condicoes

-

A Figura 15 a seguir ilustra o diagrama de classes do software da estacao base.

46

Figura 15: Diagrama de Classes

Interface Grafica

Toda a interacao que ocorre entre o usuario e o robo se da atraves da estacao base

por meio de uma interface grafica. Esta interface permite ao usuario visualizar as ima-

gens da camera acoplada no robo recebidas na estacao base de forma que seja possıvel

monitorar visualmente toda a movimentacao do robo independentemente do seu modo de

funcionamento atual, que pode ser tanto manual ou automatico.

A exibicao das imagens e feita atraves de um quadro no canto superior esquerdo da

janela principal da interface grafica, o qual exibe as imagens apos elas serem processadas

pela estacao base. Assim, a imagem final exibida para o usuario inclui, alem da imagem

original recebida da camera, uma linha vertical marcando a posicao central da imagem,

que e utilizada como referencia no rotacionamento do robo, e o alvo com a cor selecionada

destacado na imagem.

Como especificado anteriormente, o robo, no modo automatico, ira seguir um alvo de

determinada cor atraves das imagens da camera nele acoplada. Assim, para que o robo

siga o alvo correto, e necessario que o usuario selecione a cor que sera seguida diretamente

nas imagens recebidas da camera pressionando o botao esquerdo do mouse sobre o alvo.

A selecao da cor busca o intervalo de cor de maior ocorrencia na regiao proxima ao clique.

47

Figura 16: Interface Grafica de Usuario

Isto e necessario para tentar evitar que interferencias no sinal da camera ou iluminacao

inadequada interfiram de maneira significativa na selecao da cor. Uma vez que a cor

for selecionada atraves da imagem, nao e possıvel que ela seja selecionada novamente da

mesma forma, e preciso primeiro pressionar o botao ”Reset”.

Caso a selecao inicial nao seja suficiente para selecionar completamente a area com

a cor escolhida, a interface grafica ainda possui um conjunto de botoes que permitem

ajustar os tres parametros que compoem a cor selecionada no sistema de cores HSV.

Como a selecao inicial tem como objetivo apenas selecionar o parametro referente a cor

(hue), e possıvel atraves dos botoes ajustar os valores para melhor se adequar a iluminacao

do local.

Uma vez que o alvo estiver bem definido na imagem, e necessario definir os valores

iniciais de distancia. Esses valores serao utilizados como parametro para calcular a mo-

vimentacao do robo de forma que os valores obtidos atraves imagens seguintes estejam

sempre proximos dos valores definidos inicialmente, mantendo assim o robo a uma distan-

cia aproximadamente constante do alvo. Ao pressionar o botao ”Set”os valores da imagem

48

mais recentes obtida da camera sao definidos como parametro inicial de distancia, po-

dendo ser alterado a qualquer momento para redefinir a distancia que o robo deve manter

do alvo. O botao ”Reset”, adjacente ao botao ”Set”, redefine os valores iniciais da cor

para um valor nulo, fazendo com que nenhum alvo seja seguido e permitindo novamente

a selecao da cor atraves da imagem.

A interface grafica tambem possui um painel que mostra os principais parametros

do sistema, para facilitar a visualizacao desses valores por parte do usuario. Esse painel

mostra o estado das conexoes entre a estacao base e o robo e entre a estacao base e a

camera, para que o usuario saiba se as conexoes estao funcionando, informacoes sobre o

modo de funcionamento e o intervalo dos valores de cor que o alvo deve possuir.

O painel de alertas localizado na parte inferior esquerda do janela principal da interface

grafica exibe para o usuario todos os alertes referentes a movimentacao do alvo, quando

o modo de funcionamento for automatico. Dois tipos diferentes de alertas sao emitidos

por esse painel: um quando o alvo se move o bastante para que seja necessario que o robo

tambem se mova e outro quando o alvo nao e encontrado depois que os parametros inicial

foram definidos.

O botao para alterar o modo de funcionamento esta localizado na parte inferior da

janela principal ao lado dos botoes para o controle manual do robo. O controle manual do

robo e realizado pressionando um dos quatro botoes de movimentacao do robo. Enquanto

o botao estiver sendo pressionado, o robo continuara realizando a acao referente aquele

botao, independentemente da existencia de obstaculos na trajetoria do robo, o desvio de

obstaculos no modo manual e feito exclusivamente pelo usuario. Quando o botao parar

de ser pressionado, o robo ira parar imediatamente a acao que ele estava realizando.

A movimentacao manual consiste de quatro movimentos basicos, cada um iniciado

quando o um dos botao e pressionado. Esses movimentos sao: mover para frente, mover

para tras, girar para esquerda e girar para direita e todos tem como referencia a direcao

para qual a camera esta apontada. Os botoes para movimentacao manual sao desabilitados

quando o modo automatico e habilitado.

Processamento de Imagens

O processamento de imagens ocorre inteiramente na estacao base, mas as imagens

antes de serem processadas precisam ser enviadas pela camera acoplada na carcaca do

robo. As imagens geradas pela camera sao enviadas a um receptor conectado a uma

entrada USB para entao ser processadas.

49

A biblioteca OpenCV, que foi utilizada para o processamento de imagens, possui me-

todos para captura de imagens com suporte para diversos modelos diferentes de cameras,

o que permite que as imagens geradas pela camera sejam recebidas diretamente no for-

mato de imagem proprio do OpenCV. Porem, essa imagem ainda utiliza o sistema de

cores BGR (Blue/Green/Red) e por isso e preciso converter para o formato HSV que sera

utilizado para encontrar o alvo, esse sistema de cores e composto por parametros:

• Matriz (Hue) que identifica a cor propriamente dita e seu espectro de cores vai do

vermelho ao violeta;

• Saturacao (Saturation) que determina o nıvel de ”pureza”da cor, quanto menor for

esse valor maior tonalidade cinza a cor adquiri;

• Brilho (Value/Brightness) que define o brilho que a cor possui, quanto maior for esse

valor mais claro se torna a cor ate se tornar totalmente branco no valor maximo.

O formato HSV utilizado pela biblioteca OpenCV e um pouco diferente do habitual-

mente utilizado, o valor referente a cor (hue) varia de 0 a 179 e os parametros de saturacao

(saturation) e de brilho (value/brightness) variam de 0 a 255, sendo o valor 255 a cor pura

sem qualquer alteracao para ambos os parametros e o valor 0 representa a cor branca na

saturacao e a cor preta para o brilho.

Com a imagem no formato correto e feita uma varredura na imagem para encontrar

os valores dentro do intervalo de cor que o alvo deve possuir. Como resultado disto, e

gerada uma imagem binaria, onde os pixels que estejam dentro desse intervalo na imagem

original sejam branco, ou 1, e os pixels que estiverem fora do intervalo na imagem original

sejam pretos, ou 0. Desta forma o reconhecimento de um objeto com coloracao dentro

do intervalo estabelecido fica muito mais simples. Caso o intervalo seja entre valores para

cor que tenha o valor 0 dentro do intervalo e portanto possuam um valor inicial maior

que o valor final, duas imagens sao geradas: uma com os valores ate 179 e a outra com

os valores comecando do 0. Depois de geradas, essas imagens sao unidas em uma unica

imagem fazendo com que a imagem final represente corretamente o intervalo.

Para tentar suavizar as imperfeicoes geradas por ruıdos na imagem e entao aplicado

um filtro de mediana na imagem binaria. Isto retira pontos perdidos na imagem que

poderiam vir a atrapalhar o processamento da imagem e tambem minimiza possıveis

buracos existentes na imagem gerada do alvo, tornando o objeto na imagem muito mais

solido.

50

Figura 17: Imagem original da camera

Figura 18: Imagem binaria gerada pelo processamento de imagens

Apos a imagem binaria ser tratada e utilizada uma outra biblioteca, o cvBlob. Este

com como objetivo gerar objetos a partir dessa imagem. Esta biblioteca utiliza as imagens

binarias para encontrar objetos delineando a sua forma aproximada e fornecendo diversos

51

Figura 19: Imagem binaria gerada pelo processamento de imagens apos a aplicacaodo filtro

valores referentes a esse objeto, como a posicao do centroide, a area e a posicao dos pixels

nos seus extremos. Os objetos sao gerados a partir de areas contınuas na imagem binaria

assim qualquer pequeno conjunto de pixels pode se tornar um objeto na imagem, por isso

e preciso retirar todos os objetos gerados que sejam muito pequenos para corresponder ao

alvo.

Mesmo depois da filtragem desses objetos pode existir mais de um objeto correspon-

dente a imagem binaria, assim somente o maior objeto e considerado como o alvo. Uma

das premissas do projeto e de que a cor do alvo deve ser unica no ambiente, portanto

nao haveria nenhum objeto maior que o alvo. E possıvel que sejam gerados varios objetos

como subproduto do alvo, devido a uma obstrucao na imagem. Neste caso, o maior objeto

ainda sera parte do alvo e tera as dimensoes mais proximas as dimensoes originais do alvo.

Finalmente, o alvo e delineado na imagem que sera exibida para o usuario.

Os comandos que serao enviados para o robo sao gerados a partir das informacoes do

alvo obtidas durante o processamento da imagem. Com a posicao do centroide em relacao

ao centro da imagem e possıvel definir se o robo precisa rotacionar para esquerda ou para

direita e com os valores de altura e largura da imagem e possıvel determinar, utilizando

como parametro os valores iniciais de altura e largura que o alvo deve manter na imagem,

a aproximacao e o distanciamento do alvo.

52

Figura 20: Imagem binaria gerada pelo processamento de imagens apos a aplicacaodo filtro

3.1.3 Robo

Visao Geral

Para este projeto a equipe utilizou um robo ominidirecional fornecido pelo profes-

sor Hugo Vieira Neto [1]. O robo possui 3 rodas bidirecionais dispostas em 120◦ cada,

juntamente com os motores DC e os encoders.

O sistema embarcado foi construıdo de forma modular. Isto facilitou a criacao das

placas de circuito impressas, alem de tornar mais facil de deteccao de eventuais problemas

e permitir que as diferentes partes sejam reutilizadas em outros projetos. Existem no total

nove placas, sendo sete para os sensores de infravermelho (uma placa por sensor); uma

para agregar as conexoes com os tres motores, atraves de tres pontes H (L298N) e tres

optoacopladores e a ultima, para o microcontrolador LPCXpresso que agrega as conexoes

com os sensores de intravermelho, ultrassom, encoder, ponte H e transceptor.

Os sensores de infravermelhos foram dispostos no chassi do robo de tal forma a detectar

obstaculos na parte lateral ou traseira do robo. Desta maneira, o robo possui sensores de

infravermelho na parte lateral e na traseira, enquanto na parte frontal a responsabilidade

por detectar os objetos fica com o sensor de ultrassom.

53

A ilustracao na Figura 3.1.3, representa os possıveis estados que o software embarco

do robo pode assumir durante o sua execucao. Embora possa acontecer interrupcoes de

hardware devido aos sensores de colisao, ultrassom e ate mesmo o transceptor, elas nao

foram representadas para nao poluir visualmente o entendimento do diagrama.

Figura 21: Diagrama de estados do robo. Autoria Propria.

Primeiramente o sistema e inicializado, isto e, sao definidos os pinos de entrada e

saıda, pinos de PWM, interface SPI, interrupcao dos encoders, timers etc. Em seguida,

o robo aguarda que uma mensagem chegue atraves do transceptor. Assim que chega

um novo comando, o robo verificara se e possıvel executa-lo, se for, o executara e, de

qualquer forma, retransmitira o comando recebido para a estacao-base. Entao, o reenvio

do comando tem como funcao apenas confirmar que o comando foi recebido, nao que ele

tenha sido de fato executado.

Diagramas Esquematicos

A placa feita para o microcontrolador LPCXpresso e semelhante a um shield de agre-

gracao para as conexoes com os sensores. Por isso, existem varios jumpers no esquema-

tico conforme pode ser visto na Figura 3.1.3. O transceptor e o microcontrolador devem

ser alimentados com 3.3V, para tanto, foi inserido nesta placa um regulador de tensao

(lm7833). Como o LPCXpresso nao fornece corrente suficiente para acender os leds dos

opto-acopladores, foi necessario utilizar um driver de corrente (ULN2003).

Na figura R, esta o esquematico do circuito que e responsavel por ativar os 3 motores.

Vale ressaltar que como os motores geram muito ruıdo no circuito, eles foram desacopla-

54

Figura 22: Diagrama Esquematico. Autoria Propria.

dos eletricamente da placa do microcontrolador e sensores atraves de opto-acopladores.

Portanto, cada placa tem uma fonte de alimentacao exclusiva. Foi necessario incluir nesta

placa um regulador de tensao para alimentar os transistores (do optoacoplador) e os cir-

cuitos integrados L298N que operam em nıvel TTL. Diodos de protecao foram colocados

nas saıdas dos motores para evitar que a carga indutiva gerasse uma corrente no sentido

oposto quando o motor sofrer variacao de diferenca de potencial.

Na Figura 3.1.3, esta o esquematico de um sensor de distancia que funciona atraves

de infravermelho. Foi possıvel detectar um objeto reflexivo que esta ate 6 cm de distancia,

conforme os testes realizados. Nesta distancia limiar de 6 centımetros ocorre uma queda

de tensao de aproximadamente 1.5 Volts em relacao a tensao de aproximadamente 3.3V

que existe no pino quando nenhum objeto e detectado.

A saıda do sensor de infravermelho foi lida atraves do conversor ADC. Com isso e

possıvel obter uma melhor precisao da leitura comparado a um pino de entrada digital, ja

que a saıda e analogica e nao digital. Atraves desta melhor precisao foi possıvel calibrar

uma tensao de limiar para o sensor considerar uma colisao e consequentemente, obter uma

maior alcance.

Movimentacao

A movimentacao do robo omnidirecional e feita atraves da soma das forcas de cada

motor. Neste projeto foi utilizado um robo com tres rodas dispostas 120o uma das outras,

conforme pode-se observar na Figura 3.1.3. Desta forma, e colocado um eixo de referencia

55

Figura 23: Esquematico da placa das pontes H. Autoria Propria.

no centro do robo e os eixo de rotacao de cada roda formam angulos de 30◦, 150◦ e 270o

em relacao ao eixo Y (frete do robo).

Assim, definidos a rotacao padrao de cada roda e o angulo 0o (a frente do robo), dados

a velocidade da movimentacao v e angulo de deslocamento α , e possıvel calcular quanto

cada motor deve contribuir de acordo com a decomposicaao vetorial exibida nas equacoes

abaixo:

Va =V.cos(150−α) (1)

Vb =V.cos(30−α) (3)

56

Figura 24: Esquematico da placa de sensores de colisao atraves de infra-vermelho.Autoria Propria.

Figura 25: Representacao grafica da distribuicao das rodas/motores

Figura 26: Representacao grafica do eixo de rotacao das rodas

57

Vc =V.cos(270−α) (5)

Uma representacao grafica destas equacoes e mostrada na Figura 3.1.3.

Figura 27: Contribuicao de cada motor para a movimentacao da plataforma dorobo.

O modo em que o robo se desloca e diferente de acordo com o modo de funcionamento.

No modo manual, o desvio automatico de obstaculos e desativado e sao oferecidos quatro

comandos para o usuario controlar o robo atraves do software. Estes comandos sao:

deslocamento para frente e para tras, rotacao a esquerda e rotacao a direita.

Uma vez que o robo receba um comando de deslocamento, ele so ira parar de se

movimentar quando receber um comando para parar. No modo automatico, o software

controla o robo atraves deste mesmo conjunto de comandos (frente, tras, rotacao a es-

querda e rotacao a direita), porem, o sistema embarcado pode ignora-los ou modica-los

se for necessario desviar de obstaculos. E importante lembrar que nao foi feito o controle

de posicao, portanto nao e possıvel especificar a distancia a ser percorrida.

Para controlar a tensao aplicada nos terminais dos motores e, consequentemente, a

velocidade de rotacao de cada motor, foi usada a tecnica de PWM, ou, em portugues, mo-

dulacao por largura de pulso. Isto significa que a tensao aplicada nos motores e chaveada

entre 0V e 12V de acordo com um sinal do microcontrolador. Como a frequencia deste

sinal e muito alta e e possıvel configurar o perıodo em que ele estara em alta e em baixa,

pode-se controlar precisamente a tensao aplicada ao motor. O tempo que o sinal fica em

alta e chamado tambem de duty cicle e quanto maior ele for, maior sera a tensao media

58

resultante.

O sinal de PWM e aplicado nos optoacopladores e estes, por sua vez, estao conectados

a ponte H. A ponte H permite, alem de chavear a tensao aplicada aos motores, controlar

a polaridade dela. Nela ha dois pinos de ativacao e, conforme os valores inseridos nele, a

saıda tera uma polaridade. Desta forma, aplicando um sinal de PWM em cada entrada

da ponte H pode-se regular a velocidade e direcao de rotacao dos motores.

Controle

A velocidade de rotacao de cada motor varia conforme a tensao aplicada em seus

terminais, porem, esta relacao nao ocorre de forma linear. O que faz necessario o uso

de algum tipo de controle. Um dos controles mais empregados em sistema industriais e

historicamente considerado um dos melhores e o PID. O controlador PID trabalha com o

erro, isto e, a diferenca entre o resultado esperado e o medido, e ele tenta minimizar este

erro ajustando os parametros de entrada do sistema.

A sigla PID significa proporcional, integral e derivativo e ela se refere ao tipos de

erro medidos. P refere-se ao erro atual; I, a soma de todos os erros; D, a variacao dos

erros. Cada erro e multiplicado por uma constante Kp, Ki e Kd e entao este resultado e

adicionado a entrada do sistema, conforme mostra a figura X. Os valores de Kp, Ki e Kd

sao determinados heuristicamente e variam conforme o sistema.

Figura 28: Diagrama de blocos de um controlador PID.

No sistema de controle de velocidade do robo foi empregado apenas o controle propor-

cional, o qual ja se mostrou muito eficiente. Conforme descrito na secao de movimentacao,

conforme o angulo de deslocamento do robo havera uma diferente proporcao entre as ve-

locidades dos motores. Esta proporcao e o valor que deseja-se manter atingir e manter

59

atraves do controle. Ela corresponde ao y(t) mostrado na 3.1.3.

Atraves dos encoders e possıvel saber quanto cada motor girou dentro de um determi-

nado perıodo e, tomando um motor como base, e possıvel medir a proporcao entre cada

motor. O erro medido e(t) e a diferenca entre a proporcao medida y(t) e a proporcao

especificada u(t). O objetivo do controle e minimizar ao maximo este erro. O motor com

maior velocidade em modulo tera a velocidade fixa e servira como base para a proporcao.

Por exemplo, para um angulo α = 90◦ e v = 100, tem-se que Va = 50, Vb = 50 e Vc

= -100. Se uma leitura dos encoders retornar os seguintes valores: encA = 10, encB = 20

e encC = 30. O erro de a, Ea sera: Ea = encC ∗ (|Va/Vc|)− encA = 5. Este erro, calculado

entre a diferenca do valor atual medido e do especificado e o erro proporcional. Por fim,

este erro e multiplicado por Kp e a velocidade do motor A e adicionada deste valor. No

projeto foi utilizado uma constante Kp = 2,5.

Desvio de Obstaculos

Conforme ja dito anteriormente, quando o robo estiver operando no modo automatico,

ele desviara de obstaculos para seguir a crianca de forma eficaz. A deteccao de obstaculos e

realizada atraves dos dados coletados do sensor de ultrassom e dos sensores infravermelhos.

Ao todo, existe um sensor de ultrassom frontal (no mesmo sentido da camera) e sete

sensores de infravermelho.

Caso seja detectado um obstaculo atraves de algum dos sensores de infra-vermelho,

o robo para de se movimentar, se desloca em outra direcao por um perıodo de tempo

fixo e fica aguardando novos comandos. Esta tatica foi usada, pois o alcance dos sensores

infravermelho e de apenas 5cm aproximadamente.

Ja atraves do sensor de ultrassom e possıvel detectar objetos mais distantes (ate 2m

aproximadamente) e usar uma tatica de desvio de obstaculos mais complexa. Caso o robo

esteja parado ou girando e detecte um objeto proximo, ele simplesmente ira parar e se

movimentara no sentido oposto por um perıodo de tempo fixo, semelhante ao caso do

sensor infravermelho. Porem, caso ele esteja se movimentado e detecte um objeto, sera

escolhido um lado para desviar e o sentido do movimento sera alterado gradualmente, de

forma com que ele desvie do obstaculo, mas ainda se movimente parcialmente no sentido

inicialmente desejado. Por exemplo, caso ele esteja se movimentando para frente (angulo

0◦) e detecte um objeto, o angulo de movimentacao sera alterado para 45◦ ou 315◦ no

primeira iteracao. Se o objeto ainda estiver proximo, o angulo sera alterado novamente,

ate que ele desvie.

60

4 RESULTADOS E DISCUSSAO

4.1 RESULTADOS OBTIDOS

Depois das etapas de planejamento, avancou-se para a implementacao. A implemen-

tacao rendeu resultados satisfatorios em relacao aqueles planejados. O cronograma foi

quase 100% cumprido ao longo da execucao, exceto no entregavel designado para a en-

trega da comunicacao sem fio em que ocorreram-se problemas com um dos dispositivos

responsaveis para o envio de dados.

O problema ocorrido na comunicacao sem fio ja tinha sido previsto na analise de riscos

e as medidas foram tomadas de acordo com o planejamento. Para isso, outro transceptor

foi comprado e os integrantes responsaveis pela comunicacao sem fio fizeram a devida

implementacao correta foi realizada.

4.2 DIFICULDADES DO PROJETO

As dificuldades na realizacao do projeto podem ser enumeradas da seguinte maneira:

1. Gerenciamento da equipe;

2. Cumprimento de prazos;

3. Falta de comunicacao entre alguns membros;

4. Dificuldades tecnicas

5. Falta de testes satisfatorios na implementacao

Em relacao ao item 1, tem-se que o gerenciamento da equipe poderia ser orientada de

modo a extrair melhor o potencial de cada colaborador que possuem qualidades tecnicas

notaveis. O cumprimento de prazos deveria ser definido como prioridade maxima no

desenvolvimento do projeto, visto que alguns prazos nao foram cumpridos nas suas devidas

61

definicoes, pelo fato de prioridades alheias ao projeto terem sido definidas algumas vezes

como superiores pela gerencia. Em relacao a falta de comunicacao, a gerencia procedeu de

forma correta sempre promovendo reunioes e estabelecendo contatos atraves de e-mails.

Na implementacao de software principalmente, poderiam ser feitos melhores testes de

modo a reduzir os problemas que surgiram posteriormente.

As dificuldades acima enumeradas foram as principais enfrentadas pela equipe. Porem,

tais dificuldades nao impediram que o projeto tivesse um resultado de sucesso em sua

implementacao de hardware e software.

4.3 ANALISE DO PROJETO

Tem-se que o projeto como um todo foi satisfatoriamente desenvolvido de modo que

atingisse seus objetivos gerais e especıficos. Desconsiderando os problemas definidos na

secao anterior, a experiencia que os membros da equipe ganharam ao desenvolver tal

projeto foi incomensuravel, visto que tal projeto foi o maior e mais arriscado desenvolvido

neste curso de graduacao pelos mesmos.

4.3.1 Cronograma

Na figura 4.3.1 tem-se o cronograma definido pela gerencia na etapa de planejamento

e pode-se observar que, exceto as tarefas designadas para testes e refinamento do sistema,

todas as tarefas definidas foram cumpridas em sua totalidade ate o presente momento.

Figura 29: Cronograma definido na etapa de planejamento.

62

5 CONCLUSAO

Apos obter uma quantidade consideravel de informacoes sobre os assuntos abrangentes

ao projeto e, com base nelas, criar o artefato, concluımos que e possıvel sim construir

um robo seguidor de criancas que auxilie no monitoramento delas atraves de imagens

visualizadas em um computador.

Apesar das limitacoes do sistema em relacao ao software, que poderia atender mais

requisitos do que somente os especificados como forma de valorizar o projeto, o projeto

como um todo cumpriu todos os requisitos de forma satisfatoria.

Vale lembrar que o intuito do projeto era construir apenas um prototipo, porem, o

sistema nao precisaria sofrer grandes alteracoes de natureza eletronica e computacional

para se tornar um produto.

O principal resultado para a equipe foi o conhecimento adquirido na realizacao de um

extenso trabalho em equipe. Varias foram as dificuldades: o gerenciamento da equipe;

lidar com os prazos de entrega, realizar o cronograma e cumprı-lo, alem das dificuldades

de software e hardware. Tudo isso foi uma grande experiencia para a equipe.

5.1 TRABALHOS FUTUROS

Durante a realizacao deste trabalho, varias ideias para projetos futuros surgiram.

Dentre elas destacam-se:

• Implementar a detecao da crianca nao apenas pela cor, mas tambem usar um algo-

ritmo de identificacao de movimentos.

• Usar duas cameras para criar um cenario 3D e realizar tanto a identificacao da

crianca como a identificacao de obstaculos apenas pelo processamento de imagens.

• Desenvolver um sistema escalavel, de forma com que possam ser utilizados varios

robos, estacoes-bases, cameras fixas, etc em conjunto.

63

REFERENCIAS

[1] VIEIRA NETO, H. NUNES, Joao F. C, SIMAS, Alexandre G, SCHNEIDER, Fabio K.Mobile Robotics as a Tool for Teaching and Learning Embedded Systems Design. Post-graduation Program in Electrical Engineering and Industrial Informatics. Curitiba,Brasil.

[2] SATAKE, J; MIURA, J. Robust Stereo-Based Person Detection and Tracking for aPerson Following Robot. Workshop on People Detection and Tracking. Kobe, Japan.2009.

[3] GIGLIOTTA, O.; CARETTI, M.; SHOKUR, S.; NOLFI, S. Toward a Person-FollowerRobot. Universita di Palermo. Roma, Italy.

[4] KIM, S.; LEE, S.; SEUNGJONG KIM; LEE, J. Object Tracking of Mobile Robotusing Moving Color and Shape Information for the aged walking. Hankyong NationalUniversity. Kyungki-Do, Korea.

[5] SANGAPPA, S.; PALANIAPPAN, K.; TOLLERTON, R. Benchmarking Java AgainstC/C++ for Interactive Scientific Visualization. JGI’02. Seattle, Washington, USA.2002.

[6] NORDIC SEMICONDUCTOR. nRF24L01+ Single Chip 2.4GHz Transceiver.

[7] NXP. Getting started with NXP LPCXpresso. December, 2012.

[8] RIBEIRO, P; MOUTINHO, I; SILVA, P; FRAGA, C; PEREIRA, N. THREE OMNI-DIRECTIONAL WHEELS CONTROL ON A MOBILE ROBOT. Universidade doMinho. Portugal.

[9] BONALUME NETO, Ricard. Robos Servicais. Folha de Sao Paulo, Sao Paulo, 13 dez.1992. Caderno FolhaMais, p.18.

64

ANEXOS

5.1 PCBS

A Placa de circuito impresso que foi desenvolvida para a interface Serial-SPI-RF,

conforme exibido na Figura 3.1.1 esta representada na figura 5.1.

Figura 30: Representacao da Placa de circuito impresso da Interface Serial-SPI-RF.Autoria Propria.

Apos realizar o roteamento do esquematico do shield do LPC-Xpresso foi obtido uma

representacao da placa de circuito impresso conforme pode ser vista na Figura 5.1.

Na figura 5.1, esta a representacao da placa de circuito impresso das pontes H, con-

forme o esquematico que foi mostrado na Figura 3.1.3.

Apos o roteamento do esquematico, obtivemos a representacao do circuito na placa

65

Figura 31: Representacao da placa de circuito impresso do shield feito para o LPC-Xpresso. Autoria Propria

de circuito impresso, conforme pode ser visto na figura ??

5.2 CODIGOS FONTE

Todos os codigos que foram utilizados no projeto estao disponibilizados no GitHub.

Basta clonar os repositorios robositter-* que estao na pagina http://github.com/rezendeneto.

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Figura 32: Representacao da placa de circuito impresso do shield feito para o LPC-Xpresso. Autoria Propria

Figura 33: Representacao da placa de circuito impresso de sensores de colisao atra-ves de infra-vermelho. Autoria Propria.

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