PROTÓTIPO DE UM VEICULO GUIADO AUTOMATICAMENTE (AGV) - Versão Final

Prévia do material em texto

PROTÓTIPO DE UM VEICULO GUIADO AUTOMATICAMENTE (AGV) 
 
PROTOTYPE OF AN AUTOMATIC GUIDED VEHICLE (AGV) 
 
 
Mateus Alves da Silva1 
José Rodrigo de Oliveira2 
 
RESUMO: 
 
Cada vez mais no ambiente industrial, o processo de produção exige agilidade nos 
processos e automatização de sistemas. Seguindo essa linha de pensamento, a automação 
está cada vez mais presente nas indústrias como um todo, máquinas independentes 
capazes de tomar decisões rápidas e precisas, são cada vez mais comuns. Esse artigo tem 
como objetivo o desenvolvimento e a montagem de um protótipo de veículo seguro de baixo 
custo, que seja capaz de transportar cargas dentro de um ambiente industrial, sem a 
interferência humana. O protótipo tem como base de funcionamento sensores ópticos 
infravermelhos para localização, um sensor ultrassônico, motores em corrente contínua 
para movimentação, um ARDUINO UNO R3 como controlador e dispositivos integrados 
para interface homem-máquina. O controle dos motores foi feito por modulação de largura 
de pulso com o objetivo de controlar a velocidade e o torque dos motores. O protótipo 
também conta com uma campainha para emissão de sons e um sensor ultrassônico para 
detectar a presença de pessoas, aumentando a segurança. Os resultados obtidos 
atenderam às expectativas propostas, resultando em um veículo realmente seguro e 
autônomo. Portanto, conclui-se que a partir da utilização de tecnologias acessíveis, pode-
se obter resultados seguros e eficientes. 
 
Palavra-chave: Transporte Automático. Trilha. Sensor Óptico. AGV. ARDUÍNO. 
 
 
ABSTRACT: 
 
Increasingly in the industrial environment, the production process requires process 
agility and system automation. Following this line of thinking, automation is increasingly 
present in industries as a whole, independent machine capable of making fast and accurate 
decisions are becoming more common. This article aims to develop and assemble a low 
cost, safe vehicle prototype that is capable of transporting cargo within an industrial 
environment without human interference. The prototype is based on infrared optical sensors 
for location, an ultrasonic sensor, motors in direct current for movement, an ARDUINO UNO 
R3 as controller, and integrated devices for human-machine interface. The control of the 
motors was done by modulating pulse width in order to control the speed and torque of the 
motors. The prototype also has a buzzer for sound emission and an ultrasonic sensor to 
detect the presence of people, increasing safety. The results obtained met the expectations 
proposed, resulting in a truly safe and autonomous vehicle. Therefore, it is concluded that 
from the use of accessible technologies, one can obtain safe and efficient results 
 
Keywords: Automatic Transporter. Track. Optical Sensor. AGV. ARDUINO. 
 
 
1 Profissional da área de Eletrônica e Graduando do curso de Tecnologia em Automação Industrial (FATEC-Bauru). 
2 Engenheiro Eletricista, Especialista em Engenharia Clínica, em Eficiência e Qualidade de Energia Elétrica e Docente 
na Faculdade de Tecnologia de Bauru (FATEC-Bauru). 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Para iniciar a introdução ao assunto, deve-se primeiro entender o conceito de veículo 
autônomo. De acordo com Chagas (2013), um veículo autônomo tem como objetivo a 
locomoção sem a interferência do fator humano, ou seja, ele deve ser capaz de perceber o 
que está em seu redor e tomar as devidas ações de forma independente evitando colisões 
ou acidentes. A autora ainda afirma que para Denis Wolf, coordenador do laboratório de 
robótica móvel USP – São Carlos, um veículo autônomo deve conter três sistemas 
principais para locomoção: percepção, processamento e atuação. 
O sistema de percepção consiste na leitura do ambiente em que o veículo está 
percorrendo, portanto é nessa parte que se encontram os sensores de posicionamento e 
localização. Nesse sistema podemos encontrar câmeras e sensores a laser, responsáveis 
para identificar objetos ou pessoas, e também podemos encontrar sistemas de localização 
com base no uso do sinal de posicionamento global GPS, que é de fato mais preciso para 
posicionamento de uma rota especifica. 
O sistema de processamento é responsável por tratar as informações obtidas do 
sistema de percepção e encaminha-las para o sistema de atuação. É nesse sistema que 
encontram-se os controladores como microcontroladores em projetos menores, ou 
controladores lógicos programáveis (CLP’s) em projetos mais desenvolvidos. 
Por último, o sistema de atuação é responsável pela recepção dos sinais de controle 
do sistema de processamento, tratamento desses sinais para que possam ser aplicados 
em atores, e execução do movimento comandado. Portanto, é nesse sistema que se 
encontram as interfaces de potência, os motores e os atuadores. 
Marodin (2010) elenca em sua obra que veículos capazes de se locomover a partir 
de dados recebidos por sensores sem a necessidade de um operador, têm se tornado cada 
vez mais presentes no ambiente industrial pelo grande crescimento dos setores produtivos. 
Com isso, as empresas estão buscando reduzir gastos de recursos humanos a tarefas que 
não agregam valor ao produto final. Seguindo esse pensamento, os veículos guiados 
automaticamente (AGV’s), tem a função de conduzir cargas como matéria prima, produtos 
acabados, ou produtos em produção entre setores de uma empresa. Portanto, a adoção 
desses equipamentos se torna viável, pois eles atuam de forma eficiente, reduzindo custos 
de transporte por percas de tempo e gasto de recursos humanos. 
Um melhor aproveitamento dos recursos humanos aliado a otimização do transporte 
de cargas no ambiente de produção acarreta diretamente na redução de estoques 
flutuantes (estoques de produtos inacabados), diminuindo gargalos, eliminando fontes 
estáticas de receita, o que gera um aumento do fluxo de produtos e diminuição do custo de 
produção agregado ao produto final. 
Neste projeto, o sistema de posicionamento terá como base sensores ópticos ou 
fotossensíveis voltados ao solo cuja rota é delimitada por uma faixa opaca, além do uso de 
um sensor ultrassônico para impedir que o veículo cause acidentes. Como se trata de um 
protótipo, tudo será desenvolvido de maneira simples, porém sempre com ênfase na 
segurança do usuário e precisão do sistema. O projeto utilizará de recursos comumente 
vistos em ambientes escolares de competições ou trabalhos, porém com a ideia totalmente 
voltada a uma planta industrial na qual o operador de determinado setor faz um pedido ao 
estoque, e assim que carregado, o veículo se desloca de maneira autônoma pela planta 
industrial até o setor em que os insumos foram solicitados, depois retorna ao estoque. 
 
 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
Antes de discutir a ideia proposta, deve-se entender alguns conceitos importantes 
para o entendimento do que será abordado ao final da realização deste trabalho acadêmico. 
 
 
O material apresentado abaixo tem como referência materiais técnicos especializados das 
referentes áreas. 
 
2.1 Sensores e Receptores Infravermelhos 
 
 Os sensores e receptores infravermelhos estão presentes em larga escala no 
ambiente industrial e residencial. Controles remotos, links de dados, sensores de barreira 
e contadores são alguns exemplos de aplicação desse tipo de sensor. Seu uso em larga 
escala se dá pela simplicidade de uso, baixo custo e grande eficiência no sensoriamento a 
curta distância (BRAGA, 2011b). 
No entanto, o uso dos sensores infravermelhos na transmissão de dados e 
sensoriamento exige um certo conhecimento básico sobre seu comportamento e 
funcionamento em circuitos. 
 
2.1.1 Infravermelho 
 
O infravermelho, assim como a luz, é uma onda eletromagnética. Porém a sua 
frequência está localizada abaixo da luz vermelha, portanto podemos considera-la como 
uma luz invisível a olho nu. 
A figura 1 representa o posicionamento da luz infravermelha de acordo com a 
frequência. 
 
Figura 1 - Faixa ocupada pelo espectro do infravermelho. 
Fonte:BRAGA (2011b). 
 
Apesar da luz infravermelha estar situada a uma frequência mais baixa, alguns 
objetos e cores tem a capacidade de refleti-la ou atenuá-la. Portando, utilizando essas 
características físicas, o seu uso em sensores se torna viável. 
 
2.1.2 Cuidados na Utilização de sensores infravermelhos 
 
Com relação ao uso de sensores infravermelhos, Braga (2011b) afirma que alguns 
cuidados devem ser tomados. Como o Sol é um grande emissor desse tipo de radiação, a 
exposição dos receptores a luz solar pode influenciar nas leituras. Porém, o Sol não é o 
único fator de interferência, a iluminação artificial incandescente, também pode ser causa 
de ruídos. 
Para tratar esse problema, os sensores infravermelhos devem estar combinados 
com alguns componentes com o intuito de amenizar as interferências geradas. 
 
2.2 Sensores Ultrassônicos 
 
 Braga (2012) elenca em sua obra que os sensores ultrassônicos são dispositivos 
comumente usados nas industrias para contagem de objetos, detecção de pessoas, ou 
detecção de nível se substâncias em qualquer estado físico. Ainda afirma que esses 
 
 
sensores são extremamente versáteis com relação a sua utilização, uma vez que podem 
estar em uma distância de milímetros do que se quer detectar, ou metros. Porém, pelo seu 
princípio de funcionamento, quanto maior for a distância de leitura, maior será o tempo de 
resposta. 
 Seu funcionamento se assemelha muito dos sensores infravermelhos, porém com 
base de em uma onda ultrassônica. As ondas Ultrassônicas são ondas que possuem a sua 
frequência de oscilação acima dos 20KHz o que a torna uma onda sonora não audível pelo 
ser humano. Podemos comparar o sensor ultrassônico com um sonar, um sinal é emitido 
pelo emissor em direção ao anteparo. Quando o sinal o atinge, ele é refletido de volta ao 
receptor. O tempo entre a emissão e a recepção do sinal determina a distância entro o 
sensor e o objeto. 
A figura 2 representa o funcionamento de um sensor ultrassônico. 
 
 
Figura 02 – Funcionamento de um sensor ultrassônico. 
Fonte: Adaptado de BRAGA (2012). 
 
2.2.1 Cuidados com a Utilização de Sensores Ultrassônicos 
 
 Segundo Braga (2012) devem-se tomar alguns cuidados com relação ao uso dos 
sensores ultrassônicos, como o seu funcionamento depende da qualidade da recepção do 
sinal refletido o posicionamento do sensor deve ser pensado com relação ao seu anteparo, 
garantindo que a faixa de maior intensidade seja refletida pelo mesmo. O mesmo vale para 
o receptor, que deve ser posicionado levando em conta o sinal de retorno. 
 Outro fator que pode influenciar diretamente na qualidade da medição é o seu uso a 
longas distâncias em ambientes com exposição ao vento, já que estes podem causar uma 
perturbação no sinal ao longo de seu percurso, como exemplificado na figura 3. 
 
 
Figura 03 – Perturbação gerada pela corrente de ar. 
Fonte: BRAGA (2012). 
 
2.3 Motores de Corrente Contínua (CC) 
 
Para Braga (2011a) os motores de corrente continua (CC) estão presentes em larga 
escala em equipamentos eletrônicos como: gravadores, brinquedos, câmaras de vídeo, 
aparelhos de som, etc... Porém, eles têm sido amplamente utilizados em equipamentos 
voltados a robótica, pelo fato de que em grande maioria, esses equipamentos trabalham 
utilizando a corrente continua em suas fontes de alimentação, facilitando o seu uso. 
 
 
 
2.3.1 Funcionamento dos motores CC 
 
Os motores CC têm como base de funcionamento o aproveitamento das forças de 
atração e repulsão gerados pelas diferenças de polaridades magnéticas geradas por 
eletroímãs, ou imas permanentes. O sentido de movimentação dos elétrons no fio condutor 
de uma bobina gera um campo magnético ao seu redor, o que gera atração ou repulsão de 
acordo com a polaridade, conforme pode ser observado na figura 04. 
 
Figura 04 - Atração e repulsão de bobinas e ímãs. 
Fonte: BRAGA (2011a). 
 
Partindo deste princípio, a ideia básica de um motor de corrente continua é introduzir 
um campo magnético em uma bobina rotativa envolta de um campo magnético gerado por 
imas permanentes ou eletroímãs, gerando movimento. 
A figura 05 representa a estrutura básica de um motor CC. 
 
Figura 05 - Estrutura de um motor. 
Fonte: BRAGA (2011a). 
 
Para que seja possível o movimento constante, o autor relata a bobina do rotor entra 
em constante inversão de polaridade proveniente das laminas do comutador fixas na 
carcaça. Isso gera uma constante repulsão entre a bobina do rotor e os imãs do estator, 
garantindo um movimento constante. 
A Figura 06 representa os estados de comutação da bobina de acordo com a 
movimentação do motor. 
 
Figura 06 – Representação do funcionamento de um motor CC. 
Fonte: Adaptado de BRAGA (2011a). 
 
 
2.3.2 Características principais de motores CC de pequeno porte 
 
Braga (2011a) afirma que motores CC de pequeno porte admitem certo grau de 
flexibilidade, desta forma, o torque gerado depende da tensão aplicada à sua bobina, 
agindo de forma diretamente proporcional a intensidade do campo magnético criado. Ainda 
elenca que motores CC de pequeno porte são especificados de acordo com um valor médio 
de tensão, visto que um motor de 3 V pode trabalhar na faixa de 1,5 V a 4,5 V dependendo 
do torque e velocidade que se deseja. 
 
2.3.3 Sistemas de Redução 
 
 Os sistemas de redução são conjuntos de polias ou engrenagens que são aplicados 
a um motor com objetivo de aumentar o torque gerado, porém com perca de velocidade. A 
relação torque – velocidade está diretamente ligada ao diâmetro das polias ou número de 
dentes das engrenagens ligadas no motor e no eixo. Como exemplo, se tivermos um motor 
com uma polia de 10cm fixa em seu eixo, ligada através de uma correia a uma polia de 
100cm no eixo de teremos uma taxa de redução de 10 para 1. Isso significa que a força fica 
aumentada em 10 vezes e a velocidade fica reduzida em 10 vezes (BRAGA, 2011a). 
 A figura 07 representa um motor CC de pequeno porte ligado a um sistema de 
redução por engrenagem. 
 
Figura 07 - Uma caixa de redução com engrenagens. 
Fonte: BRAGA (2011a). 
 
2.4 Microcontroladores 
 
De acordo com Corteletti (2006), os microcontroladores são circuitos integrados 
programáveis, ou seja, dispositivos de controle onde se é possível se inserir um conjunto 
de instruções personalizáveis (programas) que definem o funcionamento de seus pinos. 
Portanto, podemos pensar que um microcontrolador é de certa forma um microcomputador 
simples e versátil em forma de circuito integrado. 
A figura 08 representa em forma de blocos os componentes internos de um 
microcontrolador. 
 
 
Figura 08 – Exemplo de um Microcontrolador. 
Fonte: Corteletti (2006). 
 
 
 
Corteletti (2006) afirma que o surgimento dos microcontroladores acarretou em um 
grande avanço tecnológico. Ainda enfatiza que a grande difusão desses componentes ao 
invés dos processadores em projetos menores, se dá pelo custo benefício excelente, e pelo 
fato do microcontrolador ser um dispositivo completo, contendo todos os componentes 
necessários para seu funcionamento dentro de seu encapsulamento, ao contrário dos 
processadores. 
 
2.5 Sistemas de Controle 
 
Dorf e Bishop (2001) definem que sistema de controle é uma interconexão entre um 
conjunto de dispositivos que têm como objetivo formar uma configuração que irá produzir 
uma ação de resposta desejada para o sistema. Em termos mais simples, um sistema de 
controle é o nome dado ao conjunto de sistema que tem como objetivo analisar e decidir a 
ação a se tomar com base na condição atual do equipamento. 
Segundo os autores um sistema de controle pode ser moldado para atuar em 
qualquer tipo de grandeza. Só é necessário um levantamento e adaptação dos modelos 
matemáticos. Portanto, um sistema de controle pode atuar sobre a pressão, vazão, 
temperatura, nível, posicionamento e velocidade. 
Todo sistema de controle gera um sinal de resposta (saída) que pode seguir direto 
para os atuadores, ou pode retornar ao sistema como sinalde erro para o controlador tomar 
uma ação de correção. Quando esse sinal retorna ao sistema ele é chamado de sinal de 
retroação. O retorno ou não do sinal de retroação define o tipo do sistema de controle. 
 
2.5.1 Sistema de Controle de Malha Aberta 
 
De acordo com Dorf e Bishop (2001), os sistemas de malha aberta não fazem a 
leitura da ação que realizam, apenas tomam as decisões e enviam os sinais de resposta 
aos atuadores sem saber se o comando foi realizado. Portanto, um sistema de malha 
aberta, é um sistema sem sinal de retroação, exemplificado abaixo: 
 
 
Figura 09 – Exemplo de um sistema de controle de malha aberta. 
Fonte: DORF e BISHOP (2001). 
 
2.5.2 Sistema de Controle de Malha Fechada 
 
O sistema de malha fechada tem como característica utilizar o sinal de retroação. 
Isso garante que o sistema identifique possíveis erros com relação ao sinal de resposta 
desejado e o real, garantindo que o sistema possa corrigi-los. Segundo Dorf e Bishop 
(2001), esse tipo de controle gera uma melhor precisão, e seu conceito tem sido a base 
para o projeto e criação de sistemas de controle industriais. 
A figura 09 apresenta o diagrama em blocos de um sistema de controle a malha 
fechada. 
 
 
 
 
Figura 10 – Exemplo de um sistema de controle de malha fechada. 
Fonte: DORF e BISHOP (2001). 
 
2.5.3 Controle ON – OFF (liga-desliga) 
 
De acordo com Braga (2005), no tipo de controle ON-OFF os atuadores controlados 
são ligados e desligados se acordo com o sinal de entrada do sistema de controle. O 
sistema compara o sinal de entrada com o valor previamente definido, conhecido como 
SET-POINT e toma a devida ação de controle. Para Braga (2005), as vantagens do uso 
desse tipo de controle são a simplicidade de controle e o custo reduzido. Porém, é comum 
nesses controladores ocorrer uma oscilação em volta do valor definido, causando uma falta 
de precisão, além do desgaste excessivo do atuador por conta dos acionamentos 
frequentes. 
 
2.5.4 Controle por Modulação de Largura de Pulso (PWM) 
 
Braga (2005) define o controle por modulação por largura de pulso (PWM - Pulse 
Width Modulation) como sendo uma alternativa interessante e eficiente para controles 
analógicos a partir de dispositivos digitais, podendo ser aplicadas em motores, lâmpadas, 
resistências e solenoides. De acordo com o autor seu funcionamento consiste na proporção 
do tempo em que o acionamento da carga permanece em nível lógico alto e baixo. Quanto 
maior a proporção do tempo ON (Ligado) com relação ao tempo OFF (Desligado), maior o 
nível de tensão na carga. Por outro lado, quanto menor for esta proporção, menor o nível 
de tensão. Essa proporção de tempo entre ligado e desligado, chamasse Duty Cycle (ciclo 
de trabalho), representado na figura abaixo. 
 
 
Figura 11 – Exemplo de um sinal PWM. 
Fonte: Adaptado de PWM... (2017). 
 
3 DESENVOLVIMENTO 
 
Neste tópico será apresentado todo o processo de montagem do projeto, dês da 
idealização até o produto final. Serão abordados, de maneira sucinta, todos os 
componentes utilizados, além do processo de montagem dos mesmos. 
 
 
 
3.1 Idealização do Projeto 
 
 A ideia base do projeto consiste na elaboração de uma alternativa voltada a redução 
de tempos de produção gastos com transporte de cargas em ambientes industriais que 
exigem um grande tráfego de materiais a longas distâncias. Partindo deste princípio, foi 
idealizado um protótipo que atenda as condições de segurança dentro de um ambiente 
industrial e baixo custo de fabricação. Para que isso se tornasse possível foram utilizados 
os seguintes materiais: 
 
• 01 Chassi de Acrílico com 4 Motores CC + Suporte para 4 Pilhas AA (R$ 129,75) 
• 01 ARDUINO R3 UNO + Cabo USB (R$ 49,90) 
• 04 Sensores Ópticos Line TRACK (R$ 43,44) 
• 01 Caixa de Pilhas AA Panassonic (R$ 34,90) 
• 01 Bateria Alcalina Panassonic (R$ 22,90) 
• 01 Módulo Driver L298 (R$ 19,00) 
• 01 Kit de cabos para conexão (R$ 18,00) 
• 01 Placa de fibra de vidro virgem cobreada (R$ 15,00) 
• 01 Percloreto de ferro diluído 500ml (R$ 12,00) 
• 01 Tubo de Solda 25g (R$ 12,00) 
• 06 Folhas de Papel Cartão (R$ 10,80) 
• 14 Bornes KF301 Duplo (R$ 8,98) 
• 01 Sensor Ultrassônico Hc-SR04 (R$ 7,99) 
• 01 Sensor de Obstáculos Infravermelho P12 (R$ 6,90) 
• 01 Kit de Parafusos para Fixação (R$ 5,00) 
• 01 Caneta Permanente Pilot (R$ 4,20) 
• 01 Display 7 Segmentos 1,2” (R$ 3,57) 
• 02 Impressões em qualidade fotográfica (R$ 3,20) 
• 01 Broca de 1mm HSS (R$ 2,76) 
• 02 Suporte 2 pilhas AA (R$ 1,82) 
• 01 Circuito integrado HD74LS247P (R$ 1,69) 
• 01 Buzzer 5V (R$ 1,50) 
• 01 Plug P4 DC (R$ 1,30) 
• 03 Chaves Táctil (R$ 0,99) 
• 01 Clip de Bateria (R$ 0,68) 
• 10 Resistores (R$ 0,50) 
 
O custo total do projeto ficou em R$ 418,77. 
 
3.2 Descrição dos Materiais utilizados no sistema 
 
A seguir estão descritos, de maneira sucinta, os principais materiais utilizados na 
produção do protótipo. 
 
3.2.1 Módulo Seguidor de Trilha LINE TRACK TCRT5000 
 
Este módulo seguidor de Trilha tem como elemento óptico o TCRT5000, um 
dispositivo que contém tanto o emissor quanto o receptor infravermelho em seu mesmo 
encapsulamento. Além disso ele conta com alguns componentes que garantes uma 
amenização das interferências geradas pelos raios solares (SENSOR... 2017). 
Especificações: 
• Tensão de funcionamento: 5 V; 
• Detecta a distância refletidas: 1mm ~ 25mm aplicável; 
• Formato de saída: sinal digital (0 e 1); 
• Tamanho da placa PCB: 3,5 cm x 1 cm; 
• Furo passante fixo para fácil instalação. 
 
 
A figura 12 apresenta o módulo seguidor de linha TRACK TCRT5000. 
 
 
Figura 12 - Módulo Seguidor de Trilha LINE TRACK TCRT5000. 
Fonte: SENSOR... (2017). 
 
Este módulo possui três conexões, VCC, que deve ser alimentada com 5V, GND que 
deve ser ligada ao terra, e OUT que emite um sinal de 5V caso haja detecção pelo receptor. 
 
3.2.2 Módulo Driver L298 
 
O Módulo Driver L298 é baseado no Circuito integrado L298N, um dispositivo capaz 
de controlar cargas indutivas como relés, solenoides, motores DC e motores de passo. O 
Módulo apresenta a capacidade de inverter a rotação dos motores de maneira 
independente, dependendo de sua combinação de entrada (MÓDULO... 2013). 
Especificações: 
• Tensão de Operação: 4 ~ 35 V; 
• Chip: ST L298N; 
• Controle de 2 motores CC ou 1 motor de passo; 
• Corrente de Operação máxima: 2 A por canal ou 4 A máxima; 
• Tensão lógica: 5 V; 
• Corrente lógica: 0 ~ 36 mA; 
• Limites de Temperatura: -20 a +135°C; 
• Potência Máxima: 25 W; 
• Dimensões: 43 x 43 x 27 mm; 
• Peso: 30 g. 
A figura 13 apresenta o Módulo Driver L298. 
 
Figura 13 – Módulo Driver L298 
Fonte: MÓDULO... (2013). 
 
Seu funcionamento consiste na combinação da entrada do barramento de comando, 
composto pelos pinos IN1, IN2, IN3 e IN4. De acordo com a combinação, as Saídas A e B 
tem seus valores alterados, podendo rotacionar os motores no sentido horário, anti-horário 
ou mantê-los parados (MÓDULO... 2013). 
 A tabela 01 representa as combinações de entrada de acordo com o sentido do 
movimento dos motores nas saídas. 
 
 
Sentido do 
Movimento 
Saída A Saída B 
INT 1 INT 2 INT 3 INT 4 
Horário 1 0 1 0 
Anti-Horário 0 1 0 1 
Motor Livre 0 0 0 0 
Parada 1 1 1 1 
Tabela 01 – Relação do Sentido de Movimento e Combinação de Entrada do Módulo L298. 
Fonte: Adaptado de MÓDULO... (2017). 
 
3.2.3 Display de 7 Segmentos 
 
Display de 7 Segmentos é um dispositivo que tem como finalidade a representação 
gráfica de uma informação ao operador. Esses dispositivos fazem parte da interface 
homem-máquina. No protótipo ele é responsável para demonstrar visualmente ao operador 
a estação de trabalho, tanto para seleção quanto para informação durante a movimentação 
(PUHLMANN, 2014). 
A figura 14 representa as conexões e dimensões de um display de 7 seguimentos. 
 
 
Figura 14 – Dimensões e conexões de um display de 7 seguimentos. 
Fonte: PUHLMANN (2014). 
 
Seu componente principal integradoé o LED (diodo emissor de luz), que está 
presente em cada segmento do display. Isso torna o seu funcionamento muito simples, 
onde de acordo com a combinação de acionamento dos segmentos, se obtêm números 
letras ou símbolos em sua saída (PUHLMANN, 2014). 
 
3.2.4 Display de 7 Segmentos Anodo Comum combinado ao circuito integrado 7447 
 
 O uso do display de 7 segmentos exige no mínimo 7 conexões do seu dispositivo de 
controle, consumindo muitos terminais de comando de microcontroladores pequenos, que 
poderiam seu usadas para outras finalidades. Para sanar esse problema o 7447 é uma boa 
opção, pois ele reduz as linhas de comando para 4, liberando 3 conexões de controle do 
microcontrolador para outras funções. 
 A figura 15 apresenta o circuito integrado 7447 e suas conexões. 
 
 
 
Figura 15 – Pinos do Circuito Integrado 7447 
Fonte: CIRCUITO... (2017). 
 
 O funcionamento do 7447 consiste na conversão valores binários inseridos em sua 
entrada para valores decodificados prontos para ser inserido ao display de 7 segmentos. 
No protótipo, esse dispositivo se fez necessário, já que os números de linhas de comando 
do ARDUINO R3 UNO são bastante limitados. 
 
3.2.5 Módulo Sensor Ultrassônico HC-SR04 
 
O módulo sensor ultrassônico HC-SR04 tem a função de detectar objetos a 
distâncias entre 2 a 450 centímetros (cm) com uma precisão de 3 milímetros (mm). Ele 
possui, em um mesmo módulo, o emissor e o receptor ultrassônico, além de componentes 
convertem o sinal recebido do emissor e enviam para saída (MÓDULO... 2017). 
Especificações: 
• Tensão de operação: 5V; 
• Corrente: 2mA; 
• Saída de Sinal: 5V; 
• Angulo Máximo de Leitura: 15º; 
• Sinal de entrada trigger: 10µs impulso TTL; 
• Sinal Echo: saída TTL PWL sinal; 
A figura 16 apresenta o sensor ultrassônico HC-SR04. 
 
 
Figura 16 – Sensor Ultrassônico HC-SR04 
Fonte: MÓDULO... (2017). 
 
 Seu funcionamento se dá pelo princípio de reflexão de ondas sonoras ultrassônicas. 
Ao alimentar seu Pino TRIG (gatilho) pelo tempo mínimo de 10 µs, o módulo envia 
automaticamente 8 pulsos de 40 kHz. Caso haja um sinal de retorno, o sensor envia um 
pulso em sua saída de acordo com o tempo entre a emissão e recepção da onda 
(MÓDULO... 2017). 
 
 
3.2.6 ARDUINO R3 UNO 
 
O ARDUINO R3 UNO é uma plataforma de controle desenvolvida na Itália em 2005. 
Seu controle é baseado no microcontrolador ATmega328. O ARDUINO conta como 
recursos de controle 14 pinos de entrada/saída digital (6 podem ser usados como saídas 
PWM), 6 entradas analógicas, um cristal oscilador de 16MHz, conexão USB, uma entrada 
de alimentação uma conexão ICSP e um botão de reset. Isso faz dele um excelente 
dispositivo para desenvolvimento, ja que por si só ele conta com uma boa gama de recursos 
e dispensa o uso de gravadores (ARDUINO... 2017). 
Especificações: 
• Microcontrolador: ATmega328; 
• Tensão de Operação: 5 V; 
• Tensão de Alimentação: 7 ~ 12 V; 
• Entradas/Saidas Digitais: 14; 
• Entradas Analógicas: 6; 
• Suporte a PWM 
• Memória Flash de 32 kB; 
• Memória SRAM de 2 kB; 
• Memória EEPROM de 1 kB; 
• Dimensões: 6,8 x 5,3 cm; 
• Peso: 150 g. 
A figura 17 apresenta o Arduino R3 Uno. 
 
 
Figura 17 – ARDUINO R3 UNO 
Fonte: ARDUINO... (2017). 
 
A programação do ARDUINO é feita em linguagem C++ através de um software 
proprio chamado Arduino, que pode ser obtido gratuitamente no site oficial do dispositivo 
(ARDUINO... 2017). 
 
3.3 Montagem do Protótipo 
 
 Depois da idealização do projeto e seleção dos componentes necessários, iniciou-
se o processo de montagem. Primeiramente foi realizada a montagem dos motores na base 
do chassi e a aplicação de testes de rotação nos motores. Isso garantiu que todos os 
motores estivessem alinhados com relação ao sentido de movimento. Feito isso foi 
realizada a solda dos terminais em pares, ou seja, a junção dos dois motores do lado 
esquerdo, e a junção dos motores do lado direito. Como resultado, foram gerados 4 fios, 2 
positivos e 2 negativos. 
 
 
 
 
Figura 18 – Montagem e Teste dos Motores. 
Fonte: O Autor (2017). 
 
Após esse processo, foi iniciada a montagem dos suportes de pilhas auxiliares e do 
Módulo Driver L298. Depois, foi realizado alguns testes a fim de verificar o funcionamento 
dos motores com base em uma programação simples no ARDUINO. 
 
 
Figura 19 – Montagem do Módulo Driver L298 e Testes 
Fonte: O Autor (2017). 
 
 O Próximo passo, foi a montagem e calibração dos sensores. De acordo com o 
espaçamento controlado por paquímetro entre duas porcas, foi possível alinhar os sensores 
perfeitamente. Depois, foram iniciados testes utilizando uma pista improvisada e uma 
programação simples no ARDUINO. 
 
 
Figura 20 – Montagem e Testes dos Módulos Sensores TRACK LINE 
Fonte: O Autor (2017). 
 
 Após a execução dos testes, foi feito o processo de montagem do sensor de 
obstáculos, o desenvolvimento e montagem em protoboard do circuito de interface com o 
operador, o desenvolvimento e testes de uma programação mais elaborada. 
 
 
 
Figura 21 – Montagem, Testes do sensor de obstáculo e placa de interface (provisória). 
Fonte: O Autor (2017). 
 
 Nesse ponto da montagem foi detectado um problema nos testes do sensor de 
obstáculos. Como seu funcionamento consiste na emissão e recepção de raios 
infravermelhos, o sensor apresentou grande interferência na exposição do protótipo ao sol, 
não condizente com a ideia do projeto. Por ser um veículo autônomo, ele deveria ser capaz 
de andar sob o sol, visto que ele pode ter que percorrer distâncias entre galpões de uma 
indústria que podem estar a céu aberto. Então foi realizada a troca e adaptação de um novo 
sensor com funcionamento ultrassônico, que não sofre influência pelos raios solares. 
 Seguindo o processo de montagem, foi realizada a confecção da placa final de 
interface, correções finais na programação e testes. 
 
 
Figura 22 – Confecção e Montagem da Placa de Interface e Troca do sensor de barreira. 
Fonte: O Autor (2017). 
 
3.3 Circuito da Interface Homem – Máquina 
 
 Durante o desenvolvimento do projeto, foi necessário o desenvolvimento de um 
circuito voltado a interface homem-máquina que funciona integrado ao ARDUINO UNO R3. 
O 74LS47 e o display tem a função de representar, a partir do comando do ARDUINO, o 
número de seleção das estações. O Buzzer é responsável pelos sinais sonoros de alerta 
aos operadores. E os botões são responsáveis pela interação do operador com o 
equipamento. 
 
 
A figura 23 demonstra o circuito elaborado no software de desenvolvimento de placas 
EAGLE. 
 
 
Figura 23 – Circuito da Interface Homem - Máquina. 
Fonte: O Autor (2017). 
 
3.4 Placa da Interface Homem – Máquina 
 A figura 24 demonstra a placa de circuito impresso elaborada com base no 
circuito de interface homem-máquina desenvolvida no software de desenvolvimento de 
placas EAGLE. 
 
 
Figura 24 – Placa da Interface Homem - Máquina. 
Fonte: O Autor (2017). 
 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
 
Figura 25 – Protótipo Montado em operação. 
Fonte: O Autor (2017). 
 
 No desenvolvimento do projeto, foram utilizados vários conceitos abordados durante 
o curso. As principais matérias envolvidas foram: Robótica, Programação Aplicada, 
Eletrônica Digital, Sistemas de Controle, Sensores e Instrumentação, Máquinas Elétricas e 
Laboratório de Controle de Processo. Todo o conhecimento agregado resultou no 
 
 
desenvolvimento e montagem de um protótipo de veículo autônomo e seguro de acordo 
com a idealização. Porém, durante o desenvolvimento foram encontradas algumas 
dificuldades que serão abordadas logo abaixo, de forma que sejam elencados os problemas 
e as soluções desenvolvidas. 
Logo no início do desenvolvimento do projeto foi encontrado um problema de falta 
de capacidade energética. Nos testes iniciais dos motores, o suporte de 4 Pilhas AA, 
gerando 6v, não foi suficiente para movimentar os motores com o veículo em solo, realizava 
a movimentação apenas com o veículo suspenso. Para sanar este problema,foram 
implementadas mais 4 pilhas ao veículo, gerando 12V, que foram suficientes para mover 
os motores com força. 
Logo depois, na realização dos testes de percurso, onde foi testado o controle do 
veículo por meio dos módulos sensores TRACK LINE centrais, o veículo apresentou 
imprecisão em curvas por conta da velocidade. Então para sanar esse problema, foi 
implementado um controle PWM nos motores CC, para que a velocidade pudesse ser 
controlada. Após realizar testes foi definido que 30% da capacidade dos motores 
apresentava uma boa velocidade em linha reta, e 60% da capacidade apresentou bom 
controle nas curvas. 
Por último, após a conclusão parcial do projeto, foi identificado um problema no 
sensor de obstáculos, inicialmente por Infravermelho. Ao expor o protótipo ao sol, o veículo 
apresentou defeito de funcionamento, pois os raios solares influenciaram na leitura do 
sensor, o que apresentou uma grande falha de segurança. Como solução foi realizada a 
troca do sensor óptico por um ultrassônico, que não apresenta variações de leitura na 
presença do Sol, aumentando a segurança do projeto. 
Após todas as correções e ajustes, o protótipo apresentou um funcionamento 
satisfatório com relação a ideia original. Abaixo serão abordados o funcionamento e as 
principais funções do protótipo. 
Toda a movimentação é controlada pelos sensores posicionados na parte inferior do 
veículo. Os Sensores centrais são responsáveis por guiar o veículo de acordo com a rota 
descrita por uma faixa opaca interrupta. Já os sensores das extremidades são responsáveis 
pela identificação das estações de trabalho e do estoque. 
Quando o sistema está em movimento, ele verifica os sensores a uma alta frequência 
verifica o erro, e aplica as correções necessárias. Isso torna o sistema de controle do 
protótipo por malha fechada, o que garante precisão e controle nos movimentos. 
 O protótipo conta com 3 botões de seleção, UP, DOWN e ENTER. Os botões UP e 
DOWN, são utilizados na seleção do estoque, que define em qual estação o veículo deve 
levar a carga. Já o botão ENTER, é responsável por iniciar a movimentação até a estação 
de trabalho selecionada, e enviar o veículo de volta ao estoque. 
 O Protótipo ainda conta com um display de 7 segmentos e uma campainha. O display 
tem a função de emitir uma resposta visual tanto na parte de seleção, quanto na parte de 
movimentação. Já a campainha, emite sinais voltados a segurança e informação. Seque 
abaixo uma tabela de identificação dos sinais emitidos pela campainha. 
 
Sinal Repetição Descrição 
Beep Interrupto de 5 Segundos N/A Informa o operador que o veículo iniciará a 
movimentação, portanto deve-se afastar do 
equipamento. 
Beep de 0,5 Segundos com intervalo 
de 5 Segundos 
N/A Informa as pessoas próximas, que há 
alguma obstrução no caminho do Veículo. 
3 Beep’s de 0.2 Segundos Seguidos 
de 2 Beep’s de 0,6 Segundos 
2 Informa as pessoas próximas que o veículo 
chegou a estação programada, ou estoque. 
Tabela 02 – Sinais emitidos pela campainha. 
Fonte: O Autor (2017). 
 
 
 
 
5 CONCLUSÃO 
 
De acordo com o desenvolvimento, dificuldades e soluções encontradas, e 
resultados, o protótipo possibilitou uma grande integração de boa parte dos conhecimentos 
adquiridos no curso. Durante todo o processo, houve ganhos de conhecimento nas áreas 
de programação, sensoriamento, eletrônica e desenvolvimento de projetos. 
O protótipo se mostrou um dispositivo realmente funcional e seguro, claro que é 
apenas uma ideia, seria necessário aumentar a proporção do projeto, para que ele possa 
de fato entrar em uma indústria e executar o seu trabalho. Mas, o escopo está aqui 
representado. 
Como melhoria, poderia ser utilizado o ARDUÍNO MEGA no protótipo, que pelo fato 
de ter mais terminais de controle, poderia possibilitar ao projeto ainda mais segurança e 
eficiência. Com mais conexões, poderia ser adicionado um dispositivo de emergência, não 
presente no projeto original. 
Mais linhas de controle possibilitariam uma melhora na placa de interface com o 
operador, onde poderia ser adicionado um display LCD, que possibilitaria uma melhor 
qualidade nas informações transmitidas aos operadores, e um maior número de estações 
de trabalho. 
Também poderiam ser adicionados mais sensores para controle a fim de aumentar 
a segurança e precisão do protótipo. Com a adição de mais dois sensores ultrassônicos na 
frente do veículo, a segurança contra colisões seria ampliada, de forma que os 15º de leitura 
atual seriam ampliados para 45º. Também poderia ser adicionado uma matriz de sensores 
ultrassônicos no lugar dos dois sensores LINE TRACK centrais. Isso possibilitaria a 
implementação de um controle PID, que suavizaria ainda mais os movimentos do veículo. 
Como proposta final de melhoria, poderia ser implementado ao veículo um sistema 
mais eficiente de alimentação. A alimentação do protótipo poderia ser feita a bateria, se 
forma que pudesse haver um carregador eletromagnético em sua base no estoque, o que 
manteria o dispositivo sempre em sua carga total, garantindo uma excelente autonomia. 
Concluindo, o trabalho possibilitou um bom desenvolvimento no conhecimento, além 
de abrir um leque de ideias de melhorias e que poderiam ser empregadas ao protótipo. 
Contudo, mesmo com limitações, os resultados apresentados atenderam a expectativa 
inicial do projeto, integrando conhecimento e concluindo bem o trabalho proposto. 
 
 
6 REFERÊNCIAS 
 
ARDUINO R3 UNO. 2017. Arduino. Disponível em: 
<https://www.arduino.cc/en/main/arduinoBoardUno>. Acesso em: 11 de jun, 2017. 
 
BRAGA, N. C. Como funciona o motor de corrente contínua (ART476). 2011a. Newton 
Carlos Braga. Disponível em: <http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-
funciona/3414-art476a>. Acesso em: 11 jun. 2017. 
 
BRAGA, N. C. Como funcionam os sensores ultrassônicos (ART691). 2012. Newton Carlos 
Braga. Disponível em: <http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/5273-
art691>. Acesso em: 25 jun. 2017. 
 
BRAGA, N. C. Eletrônica Básica Para Mecatrônica. São Paulo: Saber, 2005. 160 p. 
 
 
 
BRAGA, N. C. Sensoriamento infravermelho (ART639). 2011b. Newton Carlos Braga. 
Disponível em: <http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/eletronica/52-artigos-
diversos/4577-art639>. Acesso em: 11 jun. 2017. 
 
CHAGAS, M. E. Veja como funcionam os carros autônomos. Disponível em: 
<http://www.techtudo.com.br/> Acesso em: 03 jun. 2017. 
 
CIRCUITO Integrado 7447. 2017. Datasheet. Disponível em: 
<http://html.alldatasheet.com/html-pdf/80216/NSC/7447/43/1/7447.html>. Acesso em: 11 
de jun. 2017. 
 
CORTELETTI, D. Dossiê Técnico: Introdução à programação de microcontroladores 
Microchip PIC. 2006. Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas - SBRT. Disponível em: 
<http://sbrt.ibict.br/dossie-tecnico/downloadsDT/NTE=>. Acesso em: 11 jun. 2017. 
 
DORF, R. C.; BISHOP, R. H. Sistemas de Controle Modernos. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 
2001. 680 p. 
 
MARODIN, G; ECKERT, C. P; SAURIN, T. A. Avançando na implantação da logística 
interna lean: dificuldades e resultados alcançados no caso de uma empresa montadora de 
veículos. Florianópolis: Revista Produção Online, v.12, n. 2, p. 455-479, abr./jun. 2012. 
 
MÓDULO Driver Ponte H L298N. 2013. Filipeflop. Disponível em: 
<http://blog.filipeflop.com/motores-e-servos/motor-dc-arduino-ponte-h-l298n.html>. Acesso 
em: 11 jun. 2017. 
 
MÓDULO Sensor Ultrassônico HC-SR04. 2017. Elecfreaks. Disponível em: 
<http://img.filipeflop.com/files/download/Datasheet_HCSR04.pdf#_ga=2.147492983.17935
76879.1497230146-459400237.1494533072>. Acesso em: 11 jun. 2017. 
 
PUHLMANN, H. Display de LED de 7 segmentos. 2014. Disponível em: 
<https://www.embarcados.com.br/displays_led_7_segmentos/>. Acesso em: 11 de jun. 
2017. 
 
PWM: Modulação Por Largura de Pulso. 2016. Mecaweb. Disponível em: 
<http://www.mecaweb.com.br/eletronica/content/e_pwm>. Acesso em: 11 jun. 2017. 
 
SENSOR Seguidor Linha Trilha Line Track Faixa Arduino. 2017. Mercado Livre. Disponível 
em: <http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-814269994-sensor-seguidor-linha-trilha-line-track-faixa-arduino-_JM>. Acesso em: 11 jun. 2017.