Introdução à Engenharia Elétrica Grupo de Automação & Controle. EEE071 - Introdução À Engenharia Elétrica Prof. Fernando Passold

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1 Introdução à Engenharia Elétrica Grupo de Automação & Controle EEE071 - Introdução À Engenharia Elétrica Prof. Fernando Passold

2 Enfoque desta disciplina: Problemas ou pequenos desafios que devem ser resolvidos durante as aulas e fora dos horários de aula Noções de automação & controle mescladas com a parte prática da disciplina. Obs: o sucesso e conclusão de cada equipe depende muito do empenho de cada um dos alunos. 2

3 Calendário de Atividades No. Data Atividade Prevista 1. 14/05 Apresentação desta versão da disciplina. Aplicação de Questionário /05 Programação gráfica dos kits LEGO RCX usando linguagem icônica ROBOLAB. Apresentação de aspectos de programação desta linguagem. Detalhes dos laços de repetição limitados (FOR) ou perpétuos (WHILE (TRUE)) e blocos de decisão (IF's). Uso do sensor de luz. Apresentação da pista do primeiro desafio. Tempo livre para montagem mecânica dos AGVs e programação (software) /05 Livre para preparação das equipes para o 1o-Desafio: Veículo AGV (montagem mecânica e programação) /06 1o-Desafio: Apresentação dos AGVs (AVGs funcionando!)no LAMIC /06 Apresentação de Casos de Automatização: Cada equipe deve apresentar (em no máximo 10 minutos, resulta aprox. um máximo e 20 slides). Divulgação "oficial" do último desafio. Implica trabalho em equipe com posterior divisão dos trabalhos entre as equipes. Desafio final do semestre /06 Orientando trabalhos relacionados com o último desafio. Equipes realizando atividade de "brainstorm" tentando identificar uma proposta em consenso como solução para o problema. Início de divisão de tarefas entre as equipes /06 Orientando trabalhos relacionados com o último desafio. Trabalhando no hardware e no software 8. 02/07 Último desafio. Fim das aulas. 4

4 Método de Avaliação: 3 Notas: 1. 1º Desafio: Veículo AGV; 2. Apresentação de casos de automação; 3. 2º e último desafio: caso de automação de um sistema (o trabalho é o resultado da interação entre as equipes) Se considera a participação (nível de entusiasmo, dedicação e iniciativa individuais de cada aluno). 5

5 Avaliação 2) Casos de Automação: Cada equipe deve apresentar (em no máximo 10 minutos, resulta aprox. um máximo e 20 slides) um caso real de automatização de um processo produtivo qualquer. Alguns itens devem ser ressaltados: Apresentar o processo: O que é? Onde fica? O que faz? Eventualmente mostrar dados como: produção antes da automatização x produção depois da automatização; Mostrar o "chão de fábrica" (fotos?); Mostrar máquinas já presentes; Eventualmente perceber se foi necessário adicionar mais máquinas para tornar o processo mais automático? Apresentar o processo produtivo - o que faz este setor da empresa? O item que este setor produz é passado para outra seção na empresa ou já se constitui no produto final da empresa? Apresentar a seqüência deste processo produtivo (etapas); Existe comunicação entre as máquinas? Quem realiza a comunicação entre as máquinas? Uma esteira, uma grua transportadora, humanos? Há necessidade de sensores? Quais? Onde? Para que servem? Tipo de atuadores (motores, pistões, etc) usados neste processo produtivo? Como são empregados neste caso (mostrar); Existe relação entre "atuação" x "sensoriamento"? Isto é, existe relação entre: "sensor perceber uma alteração, aguardar um período de tempo pré-determinado e acionar um pistão, por exemplo? Como é realizado o "Controle Automático" deste processo? Uso de um "CLP"? O que seria um "CLP"? Poderia ser realizada uma equivalência deste controlador com o bloco RCX? 6

6 Pequenos Desafios: Problemas 1º) AVG p/andar numa pista circular: 3 voltas na pista! (automaticamente) 7

7 O que é um AGV? AGV: Automated Guided Vehicle; Exemplos: transporte automatizado de mercadorias. 8

8 Exemplo de automatização de portos: In July 2008, Brisbane (Australia) opened the world s only fully automated container terminal. Seagirt_Container_Teriminal_Simulation.flv STRADDLE_CARRIER_at_E.C.T._DELTA_ ROTTERDAM_MADE_BY_LAURENS.flv 9

9 Último desafio: Automatização de um sistema Célula de manufatura? 10

10 Desafios usando Lego/ROBOLAB... Propostos pequenos problemas da área de automação que podem ser resolvidos usando como ferramenta de implementação: Kits Lego MindStorms

11 O Kit ROBOLAB DESAFIO (ferramenta adotada) Ou LEGO MINDSTORM Robotics Invention System (RIS 2.0): 14

12 O Kit ROBOLAB DESAFIO Principais componentes: Bloco de controle RCX (Robotics Control explorer) o cérebro do sistema; 2 motores c/redução; 2 sensores de toque; 2 sensor de luz; 1 lâmpada. 15

13 Usando Lego para resolver problemas... Exemplos: 16

14 Soluções já existentes: Tipos de tração: A) Estrutura de triciclo: B) Diferencial: y c 1 Roda giratória com propulsor Roda livre Pára-choques Roda + motor 1 x c Roda 2 Roda + motor 2 Centro geométrico Encoder Roda livre y x Pára-choques 17

15 Soluções já existentes: Outras formas de tração: 18

16 Soluções já existentes: Modelagem da tração: StampBug: Basic Stamp Exemplo: : Symbol dir_olho=pin5 Symbol dir_antena=pin6 Symbol esq_antena=pin7 'Inicio dirs=% pins=0 high esq_olho low dir_olho principal: toggle esq_olho toggle dir_olho meio_pos=max_grau esq_pos=max_grau dir_pos=max_grau gosub anda toggle esq_olho toggle dir_olho meio_pos=min_grau esq_pos=min_grau dir_pos=min_grau gosub anda goto principal : 19

17 Tipos de Sensores: Internos: de movimentação do robô (juntas do robô). Externos: para localização do robô (medidas de distâncias). Propioceptivos Exteroceptivos Codificadores Angulares (encoders) Encoder + Sensor de proximidade Câmera (sensor CCD) + medidor laser Posição do Elemento terminal Posição de Um objeto Mapa 3D 20

18 Sistema de Controle Manter o sistema sob controle: Caminho desejado y 0 y R Erros de odometria (sem compensação) x R x 0 21

19 Problema de Controle: Seguir uma pista já demarcada: Comparo saída com desejado; Posso calcular erro e definir o ângulo em que as rodas do robô deveriam girar exige definição de equações que descrevem o torque que deveria ser aplicado em cada motor, etc... Outras ações... v 22

20 Descrição do Kit: 3 partes principais (decompondo o bloco RCX): 1) Entradas: portas 1, 2 e 3 Sensores (toque, luz); 2) Processamento: Software rodando: o que dá inteligência ao sistema. 3) Saídas: portas A, B e C Motores, lâmpadas, tocar música, etc.? 23

21 Descrição do Kit: Portas de Entrada 1) Entradas: portas 1, 2 e 3 Sensores:? a) Toque. b) De Luz. 24

22 Sensor de luz: Capacidade de distinguir algumas cores: b) De Luz. 25

23 Descrição do Kit: 2) Processamento: bloco RCX Software: o que dá inteligência ao sistema.? 26

24 Descrição do Kit: 3) Saídas: portas A, B e C Motores, lâmpadas, tocar música, etc.? 27

25 Atuadores: Motores (torque) 28

26 Programação do Kit: Linguagem gráfica baseada em ícones: ROBOLAB 29

27 Programação Modos Pilot e Inventor : 30

28 Programação Modo Pilot : Exemplo: Note a seqüência (fluxo) do programa: Girar motor A (para esquerda, potência 5), acender Lâmpada B e o motor C (para a direita, potência 3) por 6 segundos. Depois, Inverter a direção dos motores A e C, mantendo a lâmpada acesa, até que o sensor de toque (porta 1) se mova para dentro (seja pressionado). 31

29 Programação Modo Inventor : Início Início e Fim do programa Fim 32

30 Programação Modo Inventor : Funções disponíveis: 33

31 Programação Modo Inventor :? 34

32 Programação Modo Inventor : Parada de motores 35

33 Programação Modo Inventor : Comando dos motores 36

34 Programação Modo Inventor : Porta de entrada Potência do motor 37

35 Programação Modo Inventor : Estado Sensor de toque 38

36 Programação Modo Inventor : Estado Sensor de luz 39

37 Programação Modo Inventor : Lâmpadas 40

38 Programação Modo Inventor : Temporizadores 41

39 Programação Modo Inventor : Notas musicais... Programação de melodias... 42

40 Programação de tons musicais: 43

41 Programação Modo Inventor : Estruturas de decisão e Repetição (IF s, WHILE s, FOR s) 44

42 Programação Modo Inventor : 45

43 Programação Modo Inventor : 46

44 Programação Modo Inventor : Looping perpétuos: Início (laço) Fim (laço) Pular 47

45 Programação Modo Inventor : Comando goto (saltos): 48

46 Programação Modo Inventor : Laço de Repetição 49

47 Programação Modo Inventor : Bloco de decisão ( IF..THEN..ELSE ): 50

48 Programação Modo Inventor : Execução de rotinas multitarefa : 2 rotinas rodando ao mesmo tempo! 51

49 Programação... Apertar TAB para modificar função do cursor! : Conector (bobina) Edição(mão) Texto. 52

50 Exemplos... Uso do Sensor de toque: Note: Erro, faltou o modificador para indicar em que porta o sensor de toque está conectado. 53

51 Exemplos... Parar motores: Note: O programa para de rodar mas os motores continuam girando!!! 54

52 Regras Uso dos Kits: Sempre(!) testar no solo! NUNCA sobre as mesas (perigo de danos irreversíveis ao bloco RCX principalmente); Cada equipe: organizar (manter) suas próprias peças. Não se permite empréstimo de componentes entre equipes! Final de cada aula: cada equipe é responsável pelo seu kit e (volta da) organização da sala. Advertências; Punição : uso do ki suspenso por 1 semana! 55

53 Peças de cada kit: Controle por equipe! 56

54 Exemplos... Usando temporizador + display do LEGO: O bloco da exposição de RCX, encontrado na caixa de funções: "comunicações RCX. É uma boa maneira de ver que dados estão circulando por dentro do RCX. Pode ser usado para mostrar valores do container ou do sensor, e mesmo do temporizador interno do RCX. O programa acima é para um cronômetro simples. Usa um sensor do toque para disparar e parar o cronômetro, e outro zerá-lo. Este programa espera o sensor 1 de toque ser pressionado, então zera o container e o temporizador. Em seguida, um evento é disparado até que um toque ocorra no sensor 1 de toque. O valor do temporizador é colocado no container amarelo e então mostrado no display do RCX. Os ícones de setas azuis atualizam a tela com valores novos. O modificador "1" no bloco do display serve para indicar uso de 1 ponto decimal. O RCX continuará a mostrar o valor do temporizador até que um novo evento seja provocado. Neste caso, a visualizarão no display parará de ser atualizar. Quando o sensor 2 do toque é pressionado, o display será zerado e o programa reiniciará. 57

55 Exemplos... 58

56 Exemplos... 59

57 Exemplo: 60

58 Exemplos... 61

59 Exemplos... Intro. Eng. Elétrica UPF Área Automação & Controle 62

60 Bibliografia recomendada: Fabricantes de Kits: Lego MindStorms: Robotics Invention System 2.0: RCX Microcomputer: 6 AA batteries; LCD display; 3 sensor inputs; 3 motor outputs; Hitachi H8/ Mhz; 32k ram; rom with basic I/O functions CD-ROM Software USB Infrared Transmitter 718 pieces, including: 2 Motors 2 Touch Sensors 1 Light Sensor Hitachi H8/3297 µcontrolador: 8 registradores de 16-bits ou 16 registradores de 8-bits; High-speed operation: 8- or 16-bit register-register add/subtract: 125 ns (16 MHz; 8 x 8-bit multiply: 875 ns (16 MHz); 16 8-bit divide: 875 ns (16 MHz); 1 contador/timmer de 16-bits; 1 A/D de 10-bits; I/O ports: 43 input/output lines (16 of which can drive LEDs) 8 input-only lines. Interrupts: Four external interrupt lines: 10,, IRQ0 to IRQ2 19 on-chip interrupt sources Intro. Eng. Elétrica UPF Área Automação & Controle 63