APS ROBÔ BASQUETE 2019

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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
ICET – INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
CURSO: ENGENHARIA MECÂNICA
ERICK HENRIQUE DE OLIVEIRA MARTO
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA
DESENVOLVIMENTO DE UM ROBÔ PARA COMPETIÇÃO DE BASQUETE
Trabalho de APS - Atividade Prática Supervisionada, apresentado à Universidade Paulista - UNIP, Campus Marquês, como requisito de avaliação para conclusão do 6º semestre do Curso de Engenheira Mecânica.
Turma: EM6P13
São Paulo 2019
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
ICET – INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
CURSO: ENGENHARIA MECÂNICA
ERICK HENRIQUE DE OLIVEIRA MARTO
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA
DESENVOLVIMENTO DE UM ROBÔ PARA COMPETIÇÃO DE BASQUETE
Aluno: Erick Henrique Oliveira Marto 
RA: C3123F2
São Paulo 2019
Propósito
Este trabalho tem como propósito descrever o projeto conceitual da Atividade Prática Supervisionada do 6º semestre do curso de Engenharia Mecânica, requerido pela Universidade Paulista - UNIP, coordenado pelo Professor André Pinheiro e orientado pelo Professor André Serra.
O projeto tem como objeto a construção de um robô controlado remotamente com as funções de deslocamento e transporte de uma bola até a cesta, que irão competir em partida de basquete. As regras para o projeto, execução e aplicação em disputa foram previamente estabelecidas em Manual de APS 2017, desta instituição e seu descumprimento tem penalidades também instituídas e determinadas no referido manual.
Os robôs terão a função de jogadores, sendo veículos elétricos usados para mover a bola passando pelos robôs adversários para marcar a cesta, empurrando ou arremessando a bola. Os limites de peso e tamanho impostos aos robôs encorajam a prática e a criatividade no projeto dos mesmos. A disputa valoriza o trabalho de equipe e a habilidade na pilotagem.
Para tanto, numa primeira etapa, foram analisadas as características necessárias aos robôs, para que sejam aptos para a disputa. Sua estrutura: o tipo de roda, o sistema de tração e direção, a forma física do robô, levando em conta a necessidade de velocidade e mobilidade em ambiente proposto – o ringue. A precisão e rapidez com que o robô deve executar a tarefa (as cestas) levou ao estudo de meios para construir uma estrutura estável.
Numa segunda etapa, foram analisadas as características necessárias para o comando dos robôs. O telecomando, ou controle remoto, consiste em controlar um atuador a distância, através de conexões elétricas.
Ao final, analisados os critérios, avaliaram-se soluções, em busca de uma melhor performance durante o jogo. Na segunda etapa, foram analisadas as características necessárias para o comando dos robôs. O telecomando, ou controle remoto, consiste em controlar um atuador a distância, através de conexões elétricas.
Ao final, analisados os critérios, avaliaram-se soluções, em busca de uma melhor performance durante o jogo. 
Lista de Figuras
Figura 1 – Projeto Conceitual	07
Figura 2 – Módulo Bluetooth HC-05	07
Figura 3 - Roda	08
Figura 4 - Towerpro MG995 Metálico	10
Figura 5 - Garra Crow	10
Figura 6 – Bateria Lipo	11
Sumário
1. Introdução	4
2. Metodologia	6
2.1 Dimensões máximas	6
2.2 Funções	6
2.3 Soluções	6
3. Projeto Conceitual	6
3.1 Funcionamento	7
4. Projeto Básico	8
4.1 Dimensionamento	8
4.1.1 Roda	8
4.1.2 Motor	8
4.1.3 Servo	9
4.1.4 Garra	10
4.1.5 Bateria	10
4.1.6 Carenagem	11
5. Conclusão	12
6. Referências	14
1. Introdução
Pode-se definir um sistema robótico de acordo com a sua aplicação. A RIA (Robot Institute of America) define robô como sendo um manipulador re-programável, multifuncional, projetado para mover materiais, peças, ferramentas ou dispositivos especiais, em movimentos variáveis, programados para a realização de uma variedade de tarefas. 
Segundo GUERRA (2009) podem ser classificados como:
· Robôs Manipulados: são dispositivos com vários graus de liberdade e operados manualmente;
· Robôs de Sequência Fixa: são dispositivos manipuladores que desempenham tarefas sucessivas de acordo com um método predeterminado e imutável, muito difícil de ser modificado;
· Robôs de Sequência Variável: dispositivos que desempenham tarefas sucessivas que podem ser facilmente modificadas;
· Robôs Repetitivos: são dispositivos que repetem uma sequência de tarefas gravadas, e são conduzidos ou controlados por um operador humano;
· Robôs de Controle Numérico: o operador alimenta o robô com um programa de movimentação ao invés de treiná-lo manualmente;
· Robôs Inteligentes: apresentam capacidade de compreender seu ambiente e a habilidade de executar tarefas apesar das mudanças que se apresentam no seu meio.
Outra colocação nos faz PIERI (2002), que classifica os robôs móveis segundo sua anatomia, tipo de controle e funcionalidade. 
Segundo a anatomia podem ser aéreos, aquáticos ou terrestres, e ainda nessa última classificação podem ser subdivididos em: robôs com rodas, esteiras ou pernas.
Quanto ao tipo de controle podem estar em uma das três categorias:
· Teleoperados (o operador controla os movimentos do robô); 
· Semi-autônomos (o operador indica o comando e o robô o faz sozinho) ou 
· Autônomos (realiza as tarefas tomando decisões pré-programadas). 
Segundo a funcionalidade podem ser industriais, de serviço, de campo ou pessoais.
A construção de um robô envolve diversos problemas, Os robôs são dispositivos de transporte automático, ou seja, são plataformas mecânicas dotadas de um sistema de locomoção, capazes de navegar através de um determinado ambiente. Dentre as dificuldades podemos destacar erros de orientação, erros em leituras de sensores, erros na programação, entre outros, que podem ser amenizados tendo um bom projeto de implementação robótica.
Dentro deste contexto, focaremos no desenvolvimento de um robô repetitivo, terrestre, com rodas, de campo e com sistema básico de telemetria, que será utilizado como estudo, com a finalidade de consolidar os conceitos assimilados nas várias disciplinas, ao longo deste semestre, no referido curso e cujo produto final será objeto de avaliação de atividade prática supervisionada.
2. Metodologia
O projeto foi elaborado com base nas normas impostas pelo manual da APS 2017, onde foram identificadas as restrições de dimensão e peso do robô, além da distância da cesta em relação ao solo. Tendo ciência dos requisitos necessários, projetou-se um robô que atendesse a todos os critérios e tivesse um bom desempenho na competição.
2.1 Dimensões máximas
O robô foi projetado para atender todos os requisitos do manual e ter um rendimento satisfatório na competição. O mesmo possui a sua base com as dimensões máximas de comprimento/ largura (250x250 mm) e uma altura máxima de 150 mm. O conjunto total, com todos os componentes necessários para o seu funcionamento, possui um peso máximo de 1,9 Kg.
2.2 Funções
O mesmo desempenha três funções principais o deslocamento pelo ringue, o fechamento e a abertura da garra e o deslocamento vertical da bola através do braço. Os motores devem ter capacidade para deslocar uma massa de 1,9 Kg a uma velocidade de aproximadamente 0,35 m/s. A abertura/ fechamento da garra e o movimento vertical do braço devem ser efetuados em 0,16 segundos/ 60 graus.
2.3 Soluções
As soluções propostas para a movimentação do robô pelo ringue foram a utilização de quatro rodas convencionais. As rodas convencionais restringem o deslocamento lateral e perpendicular, porem sua configuração fornece um grande espaço permitindo que o conjunto braço/ garra seja instalado entre elas. No caso da abertura/ fechamento da garra e o deslocamento vertical do braço a solução encontrada foi a utilização de um servo motor que permite configurar o ângulo de deslocamento de seu eixo, fornecendo um movimento preciso para o conjunto.
3. Projeto Conceitual
Tendo como base os requisitos do manual da competição e as possíveis soluções encontradas, desenvolveu-se um robô radio controlado com quatro rodas convencionais posicionadas na extremidade do chassi fornecendo um espaço maior para o acoplamentodo conjunto braço/ garra e uma estabilidade, diminuindo o risco de tombar durante a partida. O braço foi desenvolvido para levantar a bola até a cesta e, em conjunto com o desenho do chassi, permitir que a bola caia entre as paredes que protegem a estrutura (braço/garra), dificultando o adversário de adquirir o controle da bola. Os servos motores do braço e da garra foram escolhidos de acordo com o torque de acionamento e a velocidade, fornecendo agilidade e força suficiente para levantar a bola e fazer a cesta.
Figur 1. Projeto Conceitual
3.1 Funcionamento
O robô será controlado por um aplicativo de celular compatível com a plataforma androide, o mesmo receberá o sinal enviado pelo app através do modulo bluetooth HC- 05, ligado ao Arduino, distribuindo os comandos para cada um dos motores. Os motores ligados as suas respectivas rodas iram trabalhar em pares, podendo ser distinguidos como motores da direita e motores da esquerda. Para efetuar o movimento para frente e para trás, os quatro motores trabalham no mesmo sentido, porem para virar à direita ou a esquerda dois motores trabalham para frente e os outros dois para o sentido oposto.
Figura 2. Módulo Bluetooth HC-05
4. Projeto Básico 
4.1 Dimensionamento
4.1.1 Roda
A roda escolhida para o projeto foi a Hobby de 66 mm de diâmetro e 26 mm de espessura, devido ao seu baixo custo.
Figure 3. Roda
4.1.2 Motor
O motor que atende as necessidades do projeto trabalhando em conjunto com uma roda de 66 mm de diâmetro e fornecendo uma velocidade de aproximadamente 0,35 m/s ao robô, foi o micromotor de 100 RPM, segue abaixo os cálculos:
· Dados:
Velocidade Nominal: 100 RPM
Tensão: 12V
Corrente máxima: 300 mA
Torque: 2 Kgf.cm = 19,61 N.cm
Peso: 15 g
Sabendo o torque e a velocidade de saída:
Encontramos a velocidade linear a partir da seguinte fórmula: 
Logo:
A força na periferia da roda é:
Logo, a aceleração vai ser:
O robô vai chegar a essa aceleração em:
Para atravessar a arena de 4 metros levaria:
A velocidade final em 2,26 s é:
4.1.3 Servo
O servo motor escolhido foi o Towerpro MG995 Metálico, possui um torque alto e um baixo custo comparando com os demais, segue abaixo os dados:
Figure 4. Towerpro MG995 Metálico
	Torque
	11 Kg.cm
	Velocidade
	0,16 seg. / 60 graus
	Peso
	69 g
Tabela 1. Características do motor Towerpro MG995 Metálico
4.1.4 Garra
A garra que utilizada no projeto será a Crow, comercializada pela Robocore.
Figure 5. Garra Crow
4.1.5 Bateria
Definido o motor, analisou-se a escolha da bateria a ser utilizada no robô. A Lipo 2200mah fornece uma corrente média de 2,2 A, durante uma hora e uma voltagem de 11,1 V, o suficiente para alimentar os quatro motores (2,4 A – 12V) e a placa de arduino durante os nove minutos de partida.
Figure 6. Bateria Lipo
4.1.6 Carenagem
A carenagem do robô será feita de acrílico devido as suas propriedades mecânicas e ao baixo custo, comparado com outros materiais que poderiam ser utilizados. A espessura das chapas será de 2 mm e diversas geometrias.
5. Conclusão
Iniciamos o projeto com uma análise de possibilidades de construção, que atendessem aos critérios e normas exigidos pelo manual, buscando melhores opções/soluções para que o produto final - o robô - obtenha sucesso e bom desempenho na atividade final proposta – a partida de basquete.
Consequentemente, pudemos colocar em prática conceitos assimilados em curso e suas aplicabilidades, percebendo o caminho da concepção ao projeto e considerando possíveis problemas de adequação ao exigido segundo normas e propósito apresentados por esta APS – atividade prática supervisionada.
Mediante a construção do protótipo, com base nos projetos conceitual e básico, foi possível reproduzir o robô com as dimensões exatas, definidas anteriormente. Entretanto, o respectivo protótipo não executou as funções esperadas, como deslocamento pelo ringue, o fechamento e a abertura da garra e o deslocamento vertical da bola através do braço. 
Nos testes iniciais este respondeu aos comandos do controle, onde foi possível constatar o correto funcionamento dos motores que realizam o movimento das rodas. Porém, quanto atualizamos a programação para inserir os comandos dos motores de passo que executam o movimento da garra e do braço, o sistema elétrico parou de responder aos sinais de comando.
Visando solucionar este problema, realizamos testes individuais nas portas de saída do Arduino, a qual estavam ligadas o Motor Sheild. Os resultados foram positivos, possibilitando descartar a opção de que os motores tenham queimado em algum momento.
Assim, promovemos novamente a montagem do sistema elétrico para realizarmos o teste final. Respectivamente, constatamos que o robô continuava inoperante.
Visto que o cronograma de trabalho foi concebido sem contar com eventualidades, como está relatada anteriormente, não conseguimos corrigir o problema elétrico a tempo da competição.
Neste caso, considerando uma nova data para entrega deste protótipo, com tempo hábil para realização de novas análises, sugerimos que seja realizados testes no Motor Sheild, pois esse componente controla cargas indutivas de relês, solenóides, motores CC e de passo. Ele, acoplado em uma placa de Arduino, viabiliza o movimento dos motores, controlando a velocidade e a direção de cada um de modo independente.
Portanto, entendemos que esse elemento pode estar comprometido, mediante a um possível curto elétrico quando o sistema foi energizado. Realizando a substituição deste, entende-se que o robô responderá aos comandos, executando as funções previstas inicialmente. 
6. Referências
GUERRA, S.C.S. Sistema de Navegação para Veículo Autônomo Utilizando Lógica Difusa. 128 p. Dissertação (Mestrado). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2009
PIERI, Edson R., Curso de Robótica Móvel, UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2002.