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ROBÔ SEGUIDOR DE LINHA UTILIZANDO ARDUINO
Lucas Carneiro Silva Leite^1 ; Ronimar Espindula Volkers^2
- Acadêmico de Engenharia Mecânica na Faculdade Brasileira – Multivix-Vitória – ES. E-mail: lucas.c.leite3@gmail.com
- Professor Orientador – Mestre em Engenharia Elétrica. E-mail: ronivolkers@gmail.com RESUMO Este artigo acompanha o desenvolvimento de um robô seguidor de linha utilizando Arduino, no qual se caracteriza por ser um veículo guiado automaticamente, capaz de seguir uma linha se ajustando a sua trajetória e desviando de obstáculos. O projeto manteve a utilização de componentes que mesmo possuindo um custo baixo são de grande qualidade, esta escolha se deu de forma a mostrar que nos projetos na área de robótica não são necessários grandes custos. Com esse projeto, foi possível implementar a função de seguir linha, comum em diversos robôs moveis. Adicionalmente, foi desenvolvida uma função adicional, proporcionando ao robô a capacidade de desviar de obstáculos presentes em seu trajeto. Palavras-chave: Robótica. Veículo Guiado Automaticamente. Arduino.
- INTRODUÇÃO O termo Robô possui origem na palavra Checa “Robota”, que significa “trabalho forçado”. Tal termo foi criado e apresentado pelo escritor checo Karel Čapek (1890 -
- em 1921 em seu romance “R.U.R.” (Robôs Universais de Rossum), onde também apresentou o primeiro conceito de robô humanoide. Mesmo sendo um conceito completamente novo para a época, seu romance foi um grande sucesso, o que deu início a novas obras sobre o assunto, que por sua vez aumentaram a popularidade dos robôs; como as obras de Isaac Asimov (1920-1992), criador das Leis da Robótica, as quais até os dias de hoje são motivos de debate por profissionais da área. Segundo informações da International Federeation of Robotics - I.F.R. (2012) em 1059 na empresa Unimation, um engenheiro e um inventor inspirados pelas obras de Asimov, desenvolveram o primeiro braço robótico chamado UNIMATE. Em 1961, este braço foi instalado na linha de produção da GM, onde ao receber instruções passo a passo empilhava peças quentes de metal forjado. “A robótica sempre ofereceu ao setor industrial um excelente compromisso entre produtividade e flexibilidade, uma qualidade uniforme dos produtos, uma sistematização dos processos e a possibilidade de supervisionar e/ou controlar as plantas segundo diferentes parâmetros e critérios. ” (SECCHI,
Segundo o dicionário Aurélio, robótica é o conjunto dos estudos e das técnicas tendentes a conceber sistemas capazes de substituírem o homem em suas funções motoras, sensoriais e intelectuais. Sendo assim o crescimento das pesquisas voltadas aos robôs desde a década de 60 se mostrou tão grande que hoje a robótica é uma área cientifica de grande importância e responsável por grandes avanços na indústria, como também da comodidade e do entretenimento. Hoje como algumas áreas do desenvolvimento da robótica, temos a Robótica Industrial, responsável por projetar e desenvolver robôs para a manufatura, permitindo maior velocidade e qualidade, a Robótica Assistiva, focada na aplicação de robôs no desenvolvimento humano, como o desenvolvimento de próteses ou quaisquer tipos de tecnologias que visam ampliar as habilidades funcionais de pessoas com deficiência motora e a Robótica Móvel área de estudo e desenvolvimento de robôs que possuem a habilidade de executar trajetos sejam eles pré-determinados ou através de sinais de sensores os quais permitem que o robô identifique obstáculos e determine uma rota para contorna-lo. No começo do ano dos dias 20 a 23 de janeiro ocorreu em Davos, na Suíça a edição de 2016 do Fórum Econômico Mundial, onde o tema foi a “Quarta Revolução Industrial”. Segundo especialistas, a humanidade já vive tal revolução, o que antes começou com a fantasia, um conceito futurista em livros e filmes, hoje alcançou as indústrias, a utilização doméstica, a medicina, o entretenimento e até mesmo o espaço. Com tal difusão, o engenheiro se vê com um contato cada vez maior com tais tecnologias já que as suas aplicações podem ser das mais variadas. “A robótica sempre ofereceu ao setor industrial um excelente compromisso entre produtividade e flexibilidade, uma qualidade uniforme dos produtos, uma sistematização dos processos e a possibilidade de supervisionar e/ou controlar as plantas segundo diferentes parâmetros e critérios. ” (SECCHI,
Segundos dados da I.F.R. em 2014 a marca de unidades de robôs domesticos vendidos não chegou à 5 milhôes, entretanto se estima que entre o périodo de 2015 - 2018 sejam vendidas aproximadamente 25,2 milhões de unidades de robôs domesticos, cerca de 6,3 milhões de robôs por ano isso apenas no setor domestico, quando se trata das vendas de robôs na área industrial este número é ainda maior.
A utilização de tais robôs, mostrados na Figura 01, permitiu a Amazon aumentar sua rapidez de entrega, e diminuir os erros em mercadorias, além de melhorar o tempo útil do trabalhador. Figura 01: Robôs da empresa Kiva utilizados pela Amazon. Fonte: (ILOS, 2016)
- OBJETIVO 3.1. Objetivo Geral Desenvolver um robô que dotado de sensores óptico de reflexão como também um sensor de distância por ultrassom, que possa se mover de maneira autônoma, sem nenhuma interferência humana após o começo do trajeto. Tal trajeto se consiste em uma linha preta em um chão branco, onde além de se adequar as mudanças na trajetória, o robô deve detectar e superar obstáculos. O robô deve ser desenvolvido visando o baixo custo, mas com boa execução, com o intuito de mostrar que é possível se ter contato com projetos de robótica sem a necessidade de desembolsar altas quantias. 3.2. Objetivos Específicos Desenvolver habilidade na área de gerenciamento de projetos. Aprimorar conhecimento na área de fabricação. Colocar em pratica conhecimento sobre programação.
- METODOLOGIA Após o estudo da bibliografia e materiais de apoio, foram estabelecidos os sensores e componentes a serem usados no projeto, em seguida foram feitas pesquisas em diferentes sites especializados para se determinar o valor total dos componentes e a diferença de preço entre os sites, em paralelo também se efetuou uma pesquisa e
cotação de preços sobre o material a ser utilizado na fabricação do chassi, como também seu formato, visando sempre obter uma maior versatilidade do robô. Após a montagem do projeto, foi desenvolvida a programação necessária para que o Arduino receba as informações coletadas pelos sensores, determine a ação a ser tomada devido a programação e envie o comando aos motores para que seja feita a correção necessária na rota ou para que se desvie de um obstáculo. Terminada a programação, foram realizados testes em trajetos, aumentando sua dificuldade sempre que o robô superou o trajeto em que estava. Quando o robô se mostrou incapaz de completar o trajeto com êxito, foram analisadas as possíveis causas e os devidos ajustes a serem feitos, seja na programação ou na estrutura do robô.
- ARDUINO O Arduino Project teve seu início na cidade de Ivrea, Itália em 2005. Seus criadores, Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino e David Mellis, tinham como ideia desenvolver um sistema de prototipagem mais acessível financeiramente para ser utilizado em atividades escolares. Seu sucesso abrupto veio após uma menção honrosa na categoria Comunidades Digitais em 2006, pela Prix Ars Eletrônica. Caracterizado por ser uma placa de hardware livre, projetado com um microcontrolador Atmel AVR. Possui pinos de entrada/saída de sinais, a quais se podem conectar sensores ou atuadores, São 14 pinos digitais e 6 analógicos. Seu ambiente de programação é padronizado, tento seu próprio ambiente de desenvolvimento chamado de IDE, tal ambiente é baseado em Wiring e C/C++. Sua IDE permite além de escrever, compilar e transportar o código para a placa, uma comunicação direta e em tempo real, permitindo que se envie informações ao Arduino pelo computador, ou receber em sua tela os valores lidos por um sensor por exemplo.
7. ESTRUTURA
Foi feito o uso de MDF para se fazer a estrutura para suportar o circuito, também chamado de chassi. Foi escolhida uma placa de 30x30 cm com 5 mm de espessura, visando que a parte de maior peso do robô se mantenha o mais leve possível e também com a intenção de se ter uma espessura na qual não quebrasse no momento do corte. As dimensões para o corte foram escolhidas para que se acomode os componentes de forma a manter a melhor estética possível. Também foi necessário ajustar o chassi para as rodas, pois os motores são acoplados o mais próximo do fim da estrutura de forma que apenas metade das rodas se mantenham abaixo do chassi. O corte da peça de madeira foi efetuado com cerrote, utilizando uma serra fina para proporcionar o melhor corte ao MDF.
- ACABAMENTO Nas figuras a baixo, se pode visualizar a versão final do projeto. Na Figura 02 é possível ver o sensor HC-SR04 e os sensores TCRT 5000 logo abaixo do robô, foi acrescentada uma peça de plástico na parte frontal do chassi para que se obtivesse maior liberdade ao posicionar os sensores ópticos. Já na Figura 03 é possível ver os restantes dos componentes, como também o módulo de 4 pilhas AA, que alimentam a ponte H, a bateria de 9V que alimenta o Arduino e o mini protoboard de 170 pontos que permite ligar todos os componentes através de jumpers Macho x Macho e Macho x Fêmea. Maiores especificações do projeto podem ser acessadas no link: (LINK YOUTUBE): Figura 02 Figura 03
9. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os primeiros testes executados concentraram-se na função de seguir linha, onde o percurso se consistia apenas em uma linha reta e em seguida uma curva com grande ângulo, o robô se mostrou hábil a executar sua função, superando leves irregularidades no trajeto como também a curva. Foi então diminuído o ângulo da curva, tornando-a mais paralela a linha reta, o que dificultou ao robô continuar seu trajeto. O problema foi resolvido ao notar que em certo momento nas curvas de ângulo menor, os dois sensores identificavam a linha e como solução, foi adicionado uma ação ao Arduino, onde quando os dois sensores ópticos identificassem a linha, o robô daria ré por 0,2 segundos, permitindo assim que se identificasse os limites da mesma, tornando possível superar a curva. Ao ser capaz de seguir o trajeto da linha com leves irregularidades e com curvas de ângulos variados, o robô foi submetido ao trajeto fechado mostrado na Figura 04, possuindo curvas de diferentes ângulos em sequência como também um trecho de aproximadamente 10 cm sem linha, para verificar sua estabilidade de trajeto sem a utilização dos sensores. O robô foi capaz de superar o cicuito dando duas voltas completas. Figura 05 Então se deu início aos testes para a função de desvio de obstáculos. Foi estabelecido na programação, que o robô executaria um cronograma de movimentos após o sensor de Ultrassom identificar uma distância menor ou igual a 6 cm. Foram necessários ajustes apenas no tempo de execução de cada ação, visando uma trajetória de desvio menor e com menos movimentos possíveis.
REFERÊNCIAS
ANDRADE, D. S. Projeto: Robô Seguidor de Linha. Trabalho Acadêmico (Graduação em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2013. Asimov, I. Eu, Robô. New York: Gnome Press. (1950) Čapek, K. R.U.R.: Robôs Universais de Rossum. República Tcheca. (1920) I.F.R. Brochure of History of Industrial Robots: From the first installation until today.
- Disponível em: http://www.ifr.org/fileadmin/user_upload/downloads/forms___info/History_of_Industrial_Robo ts_online_brochure_by_IFR_2012.pdf I.F.R. Executive Summary. 2015. Disponível em: http://www.worldrobotics.org/uploads/media/Executive_Summary__WR_2015.pdf Lobo, Alexandre. Fórum de Davos e os robôs na logística. ILOS - Especialistas em Logística e Supply Chain, 21 de janeiro de 2016. Disponível em: http://www.ilos.com.br/web/forum-de-davos-e-os-robos-na-logistica/ MCROBERTS, M. Arduino Básico. 1ª Edição. New York: Apress Inc. (2010) SECCHI, H. Uma Introdução aos Robôs Moveis. San Juan: Universidade Nacional de San Juan. (2008)
