Construção de Robô Seguidor de Linha

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UNIP – Universidade Paulista 
 
Engenharia Mecatrônica 6/7º 
Período 
 
 
Atividades Práticas 
Supervisionadas (APS) 
1º semestre de 2017 
 
 
 
1 - OBJETIVO 
Construção de um robô seguidor de linha que deve ser ágil para superar terrenos 
irregulares (redutores de velocidade), transpor caminhos onde a linha não pode ser 
reconhecida, desviar de escombros (obstáculos) e subir montanhas (rampas). Essa 
aplicação se faz necessária para ambientes inóspitos aos humanos. 
 
2 - FORMAÇÃO DE GRUPOS 
Os grupos deverão ser formados por no máximo 10 alunos. Um integrante de cada 
grupo ficará responsável pela formação do grupo e postagem do trabalho no sistema 
da universidade. Não serão permitidos grupos com integrantes de turmas diferentes. 
 
3 - NORMAS DE CONSTRUÇÃO 
A construção do sistema deverá contemplar os seguintes itens: 
- Fluxograma de funcionamento 
- Esquema elétrico composto por um circuito de força e circuito de comando 
- Plataforma de desenvolvimento Arduino, PIC, Raspberry PI ou similares 
- Chassi robô com motor e rodas 
- Sensor de linha 
 
3.1 - SEGUIDOR DE LINHAS 
Quando o sensor estiver acima da fita isolante, por ela ser preta, não refletirá luz, 
então com isso podemos afirmar que está sendo detectando a linha preta. Ao detectar 
que o robô está saindo da linha, acionamos os motores de forma a nunca permitir que 
saia da linha. Com essa montagem de emissor + receptor, estamos trabalhando com 
uma lógica binária, ou reflete luz, ou não reflete, ou seja, ou o sensor está na parte 
branca, ou o sensor está na linha preta. 
 
 
 
 
3.2 - SENSOR DE PROXIMIDADE 
Será necessário utilizar um sensor de proximidade de curta distância para detectar o 
objeto, e quando o mesmo estiver próximo, o sistema deverá executar uma rotina 
padrão de desvio do objeto, e posteriormente retornar a rota. 
 
 
3.3 - SENSOR ULTRA-SÔNICO 
É usado para medir distâncias. A distância do sensor de ultra-som comum de medição 
é de cerca de 2 cm a 3-5m. 
 
 
 
 
 
 
 
3.4 - SENSOR EMISSOR E RECEPTOR INFRAVERMELHO 
As grandes vantagens do uso do infravermelho estão na sua imunidade à 
interferências e possibilidade de ser transmitido e recebido com componentes comuns 
de baixo custo e fácil utilização. Para usar o infravermelho na comunicação de dados 
ou controle remoto precisamos de um sistema que produza esse tipo de radiação, um 
circuito modulador, um circuito que receba essa radiação e um circuito que extraia do 
sinal recebido a informação que ele transporta. Para que esse sistema funcione é 
preciso observar diversos fatores que podem influir no seu desempenho. 
Um deles é a própria iluminação ambiente normalmente muito mais potente do que o 
infravermelho emitido pelo sistema. Além de saturarem os circuitos as fontes de luz 
externa também podem ser causa de ruídos como no caso das lâmpadas 
fluorescentes. Nos níveis de ruído podem chegar a 60 dB se as lâmpadas forem 
alimentadas pela rede de 60 Hz. 
 
 
 
 
 
 
 
3.5 - LEITOR DE COR 
O módulo usa o sensor TCS230, que é composto por 64 
fotodiodos. Desses 64 fotodiodos, 16 tem filtros para a cor 
vermelha, 16 para a cor verde, 16 para a cor azul e 16 não 
tem filtro algum. Distribuídos uniformemente sobre o 
sensor, esses sensores captam a luminosidade, filtrando 
as cores, e geram na saída um sinal de onda quadrada 
com as informações sobre a intensidade das cores 
vermelho (R = Red), verde (G = Green) e Azul (B = Blue). 
 
Os pinos S0 e S1 são colocados em nível alto e então são alternados os estados dos 
pinos S2 e S3, que determinam qual fotodiodo será ativado. Veja na tabela abaixo as 
combinações que determinam o tipo de frequência de saída e também o padrão de 
ativação dos fotodiodos. 
 
 
 
 
4 - DIMENSÕES DO PERCURSO DE PROVA 
O piso da pista será uma superfície branca lisa, sobre ele haverá linhas pretas para 
guiarem o caminho do robô, detritos (obstáculos) podem danificar ou impedir o avanço 
dos robôs, que simulam falhas no caminho (falhas nas linhas pretas). 
É possível existir na pista de prova, pequenas imperfeições, saliências ou degraus 
independente do tipo de material utilizado, é tarefa de cada robô lidar da melhor forma 
possível com os problemas do mundo real. 
 
 
 
 
 
4.1 - TRAJETO DA ARENA PROVA 
As linhas existirão em toda a extensão da arena, e serão feitas utilizando fita isolante 
convencional de cor preta. Serão dispostas no chão da área de percurso, podendo 
existir uma ou mais rampas em um trajeto conhecido pelas equipes somente no dia. 
Essas linhas representam uma passagem segura e conhecida, e que pode estar 
obstruídas por obstáculos (redutores de velocidade, com diâmetro e comprimento 
iguais a de um lápis). As linhas devem ficar distantes pelo menos 150mm das bordas 
da área de percurso e quando existir rampa essas linhas devem estar centralizadas. 
As linhas podem fazer curvas grandes, pequenas, curvas em 90°, retas, ziguezague, 
círculos, entre outras formas, não podendo conter angulação menor do que 90°. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O robô deve seguir pelo caminho indicado, que pode indicar um caminho à direita ou à 
esquerda. Caminhos diferentes daqueles indicados pela encruzilhada poderão levar a 
lugar nenhum ou forçar que o robô fique em "looping" na arena. Entretanto, não será 
considerada FALHA DE PROGRESSO. FALHA DE PROGRESSO será declarada 
caso o robô perca a linha ou fique travado. 
Exemplos de disposições da linha no ambiente. A trajetória das linhas não será 
divulgada previamente em hipótese alguma. Assim, a capacidade do robô seguir um 
caminho desconhecido faz parte do desafio. 
 
5 - OBSTÁCULOS 
Dentro da área de percurso podem existir obstáculos. Eles são barreiras 
intransponíveis que forçam o robô a desviar, saindo do caminho traçado pela linha 
preta durante alguns instantes. Ao desviar de um obstáculo, o robô deve retornar para 
a linha logo em seguida ao obstáculo desviado para obter sucesso. Não será permitido 
ao robô seguir por outra linha da arena nem a mesma linha caso ela já tenha mudado 
de direção após o obstáculo. Caso o robô não consiga retornar à linha, será 
considerada FALHA DE PROGRESSO, forçando o robô a reiniciar o seu percurso do 
ponto de partida. 
Caso haja uma rampa na mesma não haverá obstáculo (incluindo suas plataformas de 
acesso e final). Os obstáculos possuem tamanhos mínimos e máximos e tem um peso 
determinado fim de a impedir que os robôs o empurrem quando levemente tocados. 
Se o robô empurrar ou deslocar algum obstáculo por mais de 1 cm, será considerada 
FALHA DE PROGRESSO. O obstáculo volta para a posição correta após a FALHA DE 
PROGRESSO. 
Abaixo são apresentados os limites máximos e mínimos que um obstáculo pode ter. 
Seu formato pode ser qualquer um, desde que não ultrapasse os limites. 
 
 
 
 
 
 
 
 
DM 01: Dimensões do protótipo 
 
Exemplos de obstáculos que podem ser usados são: 
• Tijolos ou Pedras 
• Caixa de Leite UHT cheia (areia, água, etc) 
Os obstáculos, como precisam ser contornados, não podem ficar próximos das bordas 
da arena. Eles só podem ser alocados na região interna, distante 30cm (+/- 2cm) de 
qualquer borda da arena. 
 
 
 
Além disso, os obstáculos só podem ser alocados em linhas pretas retas que tenham, 
pelo menos, 10 cm (+/-1cm) de comprimento reto antes do obstáculo e 10 cm (+/- 1 
cm) de comprimento depois do obstáculo. 
 
6 - REDUTORES DE VELOCIDADE 
Simulam terrenos sinuosos, poderão estar em posição transversal à fita, sendo roliços 
com diâmetro aproximado de 10mm. Podem ser feitos de madeira roliça (tipo alça 
roliça de cabide de madeira), lápis, ou outro material apropriado. Sua dimensão 
transversal é de 150 a 200 mm e devem ser pintados ou cobertos de papelbranco 
(mesma cor do piso). Redutores podem ser alocados na rampa (incluindo as 
plataformas). Quando existirem. 
 
7 - MARCADOR DE PERCURSO 
O marcador de percurso é um sinal que marca o ponto de inicio após um erro do robô. 
Esse marcador pode ser feito de qualquer material como EVA, madeira ou plástico no 
formato circular com 2 mm a 5 mm de espessura e 30 mm de diâmetro ou no formato 
de seta. O marcador deverá ser da cor laranja. 
 
 
 
 
No início da avaliação, a equipe poderá se achar necessário colocar dois marcadores 
no percurso. Uma vez que o tempo começou a contar o(s) marcador(es) de percurso 
não pode(m) ser alterado(s). 
 
8 - OS ROBÔS 
Devem ser autônomos (sem qualquer interferência humana) e devem ser iniciados 
manualmente pelos operadores. O uso de controle remoto para controlar 
manualmente os robôs não é permitido. Os robôs devem ser feitos, programados, 
desenvolvidos e ajustados apenas pelos alunos. Soluções prontas de robôs completos 
não serão permitidas. Os alunos precisam pesquisar, projetar e construir seus próprios 
robôs, usando kits de robótica, placas e componentes eletrônicos, peças avulsas em 
geral, microcontroladores, entre outros. 
Antes da revelação da arena (desenho da pista) os robôs serão recolhidos, e ao iniciar 
a avaliação, os robôs não poderão ser reprogramados pelas equipes. 
 
9 - COMUNICAÇÃO COM O ROBÔ 
Nenhuma comunicação (via rádio ou não) é permitida. Robôs que tenham aparatos 
de comunicação via rádio on-board, independente de sua utilização ou não durante a 
avaliação, serão imediatamente desqualificados. Destaca-se que nenhum tipo de 
controle remoto é permitido. 
 
10 - CONSTRUÇÃO DO ROBÔ 
Qualquer kit de robótica disponível ou robô construído com hardware próprio podem 
ser utilizados, desde que o robô atenda às especificações a seguir e que o design e 
construção sejam primariamente e substancialmente fruto do trabalho dos alunos. 
 
Qualquer robô ou componente eletrônico completo, comercialmente disponível, que se 
enquadre na categoria de “seguidor de linha” será sumariamente desclassificado, caso 
modificações significativas, tanto em hardware quanto em software, não tenham sido 
realizadas pelos alunos. O robô pode ter qualquer tamanho. Não há limite de 
sensores, motores, atuadores ou qualquer outro instrumento dentro do robô. Não são 
aceitas reclamações sobre a arena por causa do tamanho do robô. 
Os códigos dos robôs devem ser diferentes, bem como a estrutura e os componentes 
da montagem dos robôs também devem ser diferentes. Caso sejam identificados 
robôs (ou programas) que não foram construído pelos alunos, o trabalho será zerado. 
Essa atividade visa estimular os estudantes a enfrentarem desafios na construção 
de seus robôs. Os grupos devem construir robôs robustos, velozes e inteligentes que 
permitam obter o maior número de pontos no menor tempo, enfrentando falhas no 
caminho, obstáculos e terrenos acidentados. 
A seguir, serão apresentados os detalhes sobre como se definem as pontuações 
durante a execução da arena de robôs autônomos inteligentes. 
 
11 - PONTUAÇÃO 
Os robôs poderão receber a seguinte pontuação: 
• 05 pontos por desviarem com sucesso de cada obstáculo bloqueando sua passagem 
(ver seção obstáculos para verificar o que é considerado desviar com sucesso); 
• 02 pontos por ultrapassar cada redutor de velocidade; 
• 10 pontos por seguir o caminho indicado pela marcação sem intersecções; 
• 02 pontos por vencerem adequadamente uma situação de “gap” na linha; 
• Para cada marcador de percurso que for superado, a equipe receberá a seguinte 
pontuação: 
– 06 pontos na primeira tentativa 
– 04 pontos na segunda tentativa 
– 02 pontos na terceira tentativa 
 
 
12 - CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO 
 
ITEM NOTA 
Trabalho escrito 3,0 
Esquema elétrico 2,0 
Código fonte 1,0 
Design da montagem 1,0 
Funcionamento 1,0 
Pontuação na pista 2,0 
 
 
 
 
13 - TRABALHO ESCRITO 
O trabalho escrito deve seguir o guia de normatização ABNT da Universidade, que 
está no site: 
http://www3.unip.br/servicos/biblioteca/download/manual_de_normalizacao_abnt.pdf 
 
O trabalho também deve conter os seguintes itens: 
a) Capa com os nomes, RA e turma dos integrantes; 
b) Objetivos; 
c) Desenvolvimento teórico do assunto com revisão bibliográfica; 
d) Materiais e cálculos utilizados; 
e) Desenho técnico da base da montagem, esquema elétrico e 
código fonte comentado; 
f) Etapas de construção; 
g) Resultados dos testes preliminares; 
h) Planilha de custo do projeto; 
i) Conclusões; 
j) Referências bibliográficas. 
 
 
14 - APRESENTAÇÃO DO TRABALHO ESCRITO 
 
� NBR 14724: Informação e documentação: Trabalhos acadêmicos – 
Apresentação Os textos devem ser digitados no anverso das folhas, com 
exceção da folha de rosto cujo verso deve contar com a ficha catalográfica. 
Recomenda-se que os elementos textuais e pós-textuais sejam digitados no 
anverso e verso das folhas. 
 
14.1 Formato 
 
� Papel em branco, formato A4 (21 X 29,7cm). 
 
14.2 FONTE 
 
� Fonte (Arial ou Times New Roman) e tamanho 12 para todo trabalho. 
� Fonte (Arial ou Times New Roman) e tamanho 10 para citações com mais de 
três linhas, notas de roda pé, paginação, legenda e fonte das ilustrações e das 
tabelas; 
� Fonte (Arial ou Times New Roman) tamanha 12 para (TÍTULO) em maiúsculo e 
negrito; 
� Fonte (Arial ou Times New Roman) tamanha 12 para (subtítulo) em minúsculo. 
 
 
14.3 MARGEM 
 
� Anverso: margem esquerda e superior de 3 cm, direita e inferior 2 cm; 
� Verso: margem direita e superior de 3 cm; esquerda e inferior 2 cm; 
� Recuo de primeira linha do parágrafo: 1,25 cm (1 Tab), a partir da margem 
esquerda; 
� Recuo de parágrafo para citação com mais de três linhas: 4 cm da margem 
esquerda; 
� Alinhamento do texto: utilizar a opção “Justificado” do programa Word; 
Alinhamento de título e seções: utilizar a opção “Alinhar à Esquerda” do 
programa Word; 
� Alinhamento de título sem indicação numérica (RESUMO, ABSTRACT, 
LISTAS, SUMÁRIO e REFERÊNCIAS): utilizar a opção “Centralizado” do 
programa Word. 
 
14.4 ESPAÇAMENTO 
 
� Espaço “Entrelinhas” do texto: 1,5 cm 
� O espaço simples é usado em: citações de mais de três linhas, notas de roda 
pé, referências, resumos, legendas, ficha catalográfica; 
� Os títulos das seções e subtítulos devem começar no anverso na parte 
superior da margem esquerda da folha e separados do texto por um espaço 
de 1,5 cm e os subtítulos também devem ser separados do texto por um 
espaço de 1,5 cm entrelinhas. Títulos que ocupem mais de uma linha, a partir 
da segunda linha devem ser posicionados abaixo da primeira letra da primeira 
palavra do título; 
� As referências devem ser separadas entre si por um espaço simples em 
branco; 
� A Natureza do trabalho, o objetivo, o nome da instituição a que é submetido e 
a área de concentração devem ser alinhados do meio da folha para a direita 
em espaço simples e fonte Arial ou Times New Roman tamanho 12, ver 
exemplo de “Folha de rosto”. 
 
14.5 PAGINAÇÃO 
As folhas do trabalho devem ser contadas, sequencialmente, a partir da folha de rosto 
e numeradas a partir da Introdução. Os números devem ser escritos em algarismos 
arábicos e alinhados a 2 cm da margem direita e da margem superior. 
 
15 - APRESENTAÇÃO 
Apresentação dos trabalhos 03/06/2017, Sábado a partir das 8h Bloco D, na UNIP 
Goiânia. 
 
16 - POSTAGEM DO TRABALHO 
O trabalho escrito deverá ser postado no site: <trabalhosacademicos.unip.br/entrega>, 
até a data limite, estipulada pela coordenação do curso (a data será publicada pela 
coordenação no quadro de avisos da engenharia). O arquivo postado no sistema é 
de inteira responsabilidade do grupo. Portanto, casos de arquivos corrompidos e 
alunos não vinculados ao trabalhoescrito serão reprovados na avaliação. 
 
17 - SEGURANÇA 
 
Todos os alunos envolvidos na construção do sistema de automação deverão utilizar 
os EPIs pertinentes a montagem e apresentação. 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS (APS) 
DA ENGENHARIA MECATRONICA 6º/7º PERÍODO. 
FICHA DE AVALIAÇÃO 
ROBO SEGUIDOR DE LINHA 
 
Nº RA NOME ASSINATURA 
01 
02 
03 
04 
05 
06 
07 
08 
09 
10 
 
CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO 
ITEM NOTA 
Trabalho escrito 
Esquema elétrico 
Código fonte 
Design da montagem 
Funcionamento 
Pontuação na pista 
 
PROFESSOR _____________________________________________________