Relatório Robo Educacional

Prévia do material em texto

Projeto de Sensores e Atuadores 
Turma: ECAT51 
Prof.: Ricardo Brandão 
 
 
 
 
 
 
 
ASSEMBLER BOT 
 
 
Equipe: 
IGOR SOARES MAGALHÃES 
PEDRO EMANUEL NAVARRO 
ROBSON SEICHI GONDO KOHATA 
 
 
 
 
 
 
2 
 
Manaus, 29 de Junho 2018 
Sumário 
 
1 Introdução ............................................................................................................ 3 
2 Ambiente de desenvolvimento ............................................................................ 4 
2.1 Desenvolvimento do firmware ...................................................................... 4 
2.2 Desenvolvimento mecânico ............................................................................ 5 
3 Descrição do projeto ............................................................................................ 6 
3.1 Operação do sistema ...................................................................................... 7 
3.2 Projeto mecânico ............................................................................................ 8 
 
 
 
3 
 
1 Introdução 
Com a tecnologia estando cada vez mais presente em nosso cotidiano, programar 
tornou-se uma habilidade tão fundamental quanto aprender matemática, a ler e escrever. 
Porém, pessoas em geral (crianças e pessoas de fora da área de programação) têm pouca 
oportunidade de aprender a fazê-lo, pois são raras as formas de ensino voltadas a 
programação que ensinam de forma prática e intuitiva. 
Cabe observar que programar não se trata de uma habilidade voltada apenas para 
quem quer trabalhar com programação, mas sim, estimular o pensamento lógico, a 
criatividade, o raciocínio matemático, a capacidade de resolução de problemas e até 
mesmo não ter um entendimento completamente leigo quando se deparar com um 
algoritmo. Mesmo pessoas que não são da área deveriam ter um entendimento básico de 
programação para lidar melhor com os desafios das mais diversas áreas e também em suas 
próprias rotinas. 
Tendo em vista isto, foi elaborado um projeto cuja proposta é incentivar o ensino 
da programação de maneira prática, divertida e intuitiva para pessoas que estão dando seu 
pontapé inicial na área de programação (incluindo crianças), no qual, através da 
montagem de uma simples torre de peças coloridas, as crianças possam observar um robô 
executar movimentos de acordo com a identificação de cores das peças da torre que elas 
montaram por meio de um leitor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
2 Ambiente de desenvolvimento 
Para o desenvolvimento físico das peças que compõem o projeto, o programa 
Autodesk Inventor 2018 foi utilizado para o desenvolvimento do design 3D das peças, e 
o software CloneGen3D foi utilizado juntamente com o CloneMaker para realizar a 
interface com a impressora 3D disponível no IFAM-CMDI. 
Já para o processamento de dados do projeto, foi utilizado o microprocessador 
Arduino juntamente com sua IDE para desenvolvimento do firmware. 
2.1 Desenvolvimento do firmware 
A IDE Arduino versão 1.6.9 foi utilizada para o desenvolvimento do firmware do 
projeto, a mesma pode ser baixada no site https://www.arduino.cc/en/main/software. 
A linguagem em que o código foi feito é C++. Além das bibliotecas já inclusas em 
qualquer projeto feito na IDE, foram utilizadas as seguinte bibliotecas: 
Adafruit_TCS34725softi2c.h: biblioteca que permite utilizar dois sensores de 
cor. Criada pelo usuário Fire7 no site www.github.com e disponível no link: 
https://github.com/Fire7/Adafruit_TCS34725_SoftI2C. 
EEPROM.h: disponibilizada pela própria IDE. É utilizada para administrar a 
memória EEPROM. 
Stepper.h: facilita o controle do motor de passo. Também está disponível na 
própria IDE. 
SoftwareWire.h: necessária para o funcionamento da biblioteca 
Adafruit_TCS34725softi2c, criada pelo usuário Testato no site www.github.com e 
disponível em: https://github.com/Testato/SoftwareWire. 
SoftwareSerial.h: disponibilizada pela própria IDE. Possibilita a criação de portas 
seriais por software. Utilizada na comunicação do modulo bluetooth. 
O microcontrolador responsável por fazer o processamento dos dados e carregar o 
firmware do projeto foi o Arduino Uno R3. 
5 
 
2.2 Desenvolvimento mecânico 
 
O software Autodesk Inventor 2018, foi utilizado no desenvolvimento do desenho 
3D das peças do projeto. Este pode ser obtido no site 
https://www.autodesk.com.br/products/inventor/free-trial. 
Além disso, foram utilizados dois softwares para realização da interface do 
computador com a impressora 3D, todos estes foram fornecidos pelo IFAM-CMDI. Estes 
são: CloneMaker e CloneGen3D. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
3 Descrição do projeto 
O projeto tem como objetivo incentivar o ensino da programação para pessoas 
leigas na área de programação que estão interessadas no aprendizado da mesma (em 
específico crianças) de maneira prática e divertida, utilizando peças coloridas para a 
montagem de uma torre com a sequência de cores da forma que o usuário desejar, que 
servirá como o programa em si, para executar os movimentos do robô. O seu 
funcionamento é realizado por meio de um cursor que tem um Motor de Passo, vai 
funcionar como um compilador físico de cada linha, sendo a mesma a cadeia de cores 
compostas na torre de LEGO, onde terão dois sensores de cor, um do lado esquerdo e 
outro do lado direito para detectar a cor atual de cada parte, como mostrado na Figura 1: 
 
Figura 1 – foto à esquerda mostrando a parte externa do leitor de cores da torre e à direita a parte interna 
do leitor com alguns componentes 
Outra parte essencial do projeto é o robô em forma de carrinho, mostrado na Figura 
2, que executará os comandos conforme lhe será informado, utilizando componentes 
como um Motor com Caixa de redução, que consiste um motor DC independente 
acoplados a uma caixa de redução. Um detalhe importante, é o fato do cursor apenas 
realizar ações quando as mesmas forem exigidas pela programação de LEGO, que é 
executado no embarcado arduino UNO, no qual é onde será encontrada toda a lógica para 
saber o que cada comando irá fazer, como se fosse um intérprete, porém capaz de fazer 
compilações, parecido com um processador. 
 
 
7 
 
3.1 Operação do sistema 
A utilização do produto consiste em passos sequenciais que devem ser seguidos 
pelo usuário para seu correto funcionamento: 
1. O usuário deve retirar o código (blocos de lego) e remontá-lo como deseja a 
programação 
 -> os comandos referentes a cada bloco de lego são: 
a. (2)Bloco branco = Início do programa 
b. (2)Bloco verde = Robô se desloca para frente 
c. (2)Bloco amarelo = Robô gira 90º no sentido horário 
d. (2)Bloco azul = Robô gira 90º no sentido anti-horário 
e. (2)Bloco roxo = Lê a distância até o objeto a frente do 
 robô e salva no registrador atual 
f. (1)Bloco laranja = Adiciona uma flag/bookmark(ponto de 
 retorno) 
g. (1)Bloco cinza = Comando SE, testa o valor do registrador 
 atual e vai para o flag se verdadeiro 
h. (1)Bloco marrom = Desloca o ponteiro de leitura do algoritmo 
 para o flag 
i. (1)Bloco rosa = Desloca o ponteiro do registrador atual para 
 o registrador selecionado 
j. (2)Bloco preto = Fim do código 
Os números representam quantos espaços cada bloco deve ocupar numa única 
linha. Os que só ocupam (1) devem ser acompanhadosde um segundo bloco chamado 
argumento 
8 
 
2. O usuário deve inserir novamente o código, sendo que o header fique bem 
encostado na base do módulo leitor. O módulo leitor irá bipar após a inserção do código 
e contar 5 segundos e então começará a leitura de código 
3. O robô irá executar os comandos conforme o código informado até o seu 
fim. 
No tratamento de erros, se o usuário tentar fazer algo não padronizado pelo módulo leitor 
(inserir uma cor que não é identificada como uma função de código, pedir para acessar 
um flag não existente, etc.) o mesmo irá bipar durante a leitura e, então vai mover a linha 
de código (lego) de volta ao ponto inicial. 
 
3.2 Projeto mecânico 
Para o desenvolvimento mecânico do projeto foram necessários alguns componentes 
eletrônicos tanto para o funcionamento do leitor, quanto pra o robô, listados na Tabela 1 
abaixo: 
Tabela 1 – Lista de componentes utilizados no projeto 
Componente Função Quantidade 
Sensor de Cor RGB 
TCS34725 com Filtro IR 
Detectar as cores das peças 
que passarão pelo leitor 
2 
Sensor de Distância 
Ultrassônico HC-SR04 
Detectar objetos 
 que possam vir à na 
frente do robô 
1 
Protoboard Permitir a conexão elétrica 
entre os componentes com 
o arduino 
1 
Driver Motor Ponte H 
L298n 
Controlar cargas indutivas 
como o motor de passo 
1 
9 
 
Arduino Uno Atribuir comandos para os 
componentes executarem 
2 
Acelerômetro e 
Giroscópio 3 Eixos 6 DOF 
MPU-6050 
Medir aceleração e 
velocidade linear e angular 
 
1 
Motor DC com de redução Rotacionar o robô 2 
Motor de Passo Avançar a torre de peça em 
peça no leitor 
1 
Módulo Bluetooth HC-05 Comunicação wireless 
entre o robô e o arduino. 
2 
 
Também foram utilizados parafusos, porcas e arruelas para montagem e fixação dos 
componentes, listados na Tabela 2 abaixo: 
Peças Foto Onde foram utilizados 
 
4 Arruelas Lisas 3/16” 
4 Parafusos Phs Pan 5x10 
4 Porcas Sextavadas M5 
 
 
 
 
Utilizados para fixar a 
roda boba do robô 
 
4 Arruelas Lisas M3 
4 Parafusos Phs Pan 3x10 
 
 
10 
 
4 Porcas Sextavadas M3 
 
 
Utilizados para fixar o 
driver do motor no leitor 
 
2 Arruelas Lisas M3 
2 Parafusos Phs Pan 2,5x10 
2 Porcas Sextavadas M2.5 
 
 
 
Utilizados para fixar o 
acelerômetro 
 
4 Arruelas Lisas M3 
4 Parafusos Phs Pan 3x25 
4 Porcas Sextavadas M3 
 
 
Utilizados para fixar os 
motores das duas rodas 
traseiras do robô