UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA UNESP - FEIS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA.

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA UNESP - FEIS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA. PROJETO DE EXTENSÃO ANO 2015 RELATÓRIO FINAL Março a dezembro 2015 (10 meses) TÍTULO: DESENVOLVIMENTO DE MANIPULADORES ROBÓTICOS VISANDO SUA UTILIZAÇÃO NO ENSINO MÉDIO. PARTICIPANTES: Aluno: Eric Fernando Miyamoto Yanagiya Profs. Dra Suely Cunha Amaro Mantovani/Engenharia Elétrica- FEIS (coordenador) Prof. Dr. Márcio Antônio Bazani/Engenharia Mecânica - FEIS Prof. Dr. Nobuo Oki/Engenharia Elétrica - FEIS LOCAL: Departamento de Engenharia Elétrica/Engenharia Mecânica. DURAÇÃO PREVISTA: Março a Dezembro, 2015 Ilha Solteira, dezembro 2015

2 RESUMO Trata-se este do relatório final do projeto multidisciplinar - Desenvolvimento de manipuladores robóticos visando sua utilização no ensino médio. Neste teve-se como proposta o dimensionamento e a construção de um manipulador robótico com três graus de liberdade (GL) controlado por placa single board, Raspberry Pi, e envolvendo a análise cinemática. Uma tela gráfica em um computador foi realizada, com a finalidade de proporcionar um sistema amigável e acessível ao aluno do ensino médio ou das séries finais do ensino fundamental, de forma a auxiliar no estudo das disciplinas de matemática e física, principalmente. Por atraso na liberação de recursos e a compra de material (conforme documento em anexo), de forma a montar o protótipo, utilizou-se um protótipo existente em laboratório. Visando o domínio e o desenvolvimento do projeto foram realizados estudos de vários conceitos, entre esses, motores de passo, engrenagens, sensores, placa de acionamento para os motores, placa de controle - single board e a sua linguagem de programação, Python, com ênfase na realização de uma tela gráfica. No projeto inicial tinha-se como proposta a participação de três alunos da graduação, dois da engenharia elétrica e um da engenharia mecânica, mas teve-se a proposta aprovada somente com um aluno bolsista, o qual desenvolveu o projeto. Os recursos obtidos para este projeto foram no valor de R$400,00 (quatrocentos reais ) Palavras-chave: manipulador robótico, microntroladores, sensores, robótica educacional, tela gráfica. 2

3 ABSTRACT This paper is about the final report of the multidisciplinary project Development of robotics manipulators aiming their use in the high school. This project had the proposal the design and construction a three degrees of freedom (DOF) robotic manipulator controlled by a single board computer RaspBerry Pi and involving the Kinematic analysis. A graphic interface in a computer was created, with the propose of providing a friendly and accessible system to the high school s students, or the final years of primary school, in order to assist in the study of math and physics, mostly. Due a delay in the release of funds and also in the purchase of materials (as shown in attached document), in order of construct the prototype, it was used an one existent of the laboratory. Aiming at the understanding and the development of the project, studies about different concepts were realized, like, step motors, gears, sensors, driver board for the motors, control board single board and the programming language, Python, with emphasis on building a graphic interface. The initial project had been proposed as the participation of three graduation students, two of Electrical Engineering and one of the Mechanical Engineering, but was become the proposal was only approved for one student, who developed the project. Keywords robotic manipulator, microcontrollers, sensors, educational robotics, graphic interface. 3

4 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Um braço robótico e seus componentes...13 Figura 2 Tipos de juntas...14 Figura 3 Juntas rotativas...15 Figura 4 Braço robótico...15 Figura 5 Punho de 3GL com três diferentes tipos de movimento...16 Figura 6 Robôs FlexPicker ABB...17 Figura 7 Manipulador robótico VRR...18 Figura 8 Volume de trabalho real de um robô esférico...18 Figura 9 Robôs...21 Figura 10 Garras de dois dedos...23 Figura 11 Garra de objetos cilíndricos e garra articulada...23 Figura 12 Placa RaspBerry Pi...25 Figura 13 Interface do PyQt...28 Figura 14 Cinemática direta...30 Figura 15 Diagrama de ligações para o desenvolvimento...32 Figura 16 Placa de alimentação e de acionamento...33 Figura 17 Manipulador robótico...34 Figura 18 Ambiente IDLE de programação...36 Figura 19 Sistema operacional Raspbian

5 Figura 20 Funções Forward e Backwards...38 Figura 21 Desenho esquemático do manipulador...40 Figura 22 Interface gráfica implementada...41 Figura 23 Fluxograma do programa desenvolvido...43 Figura 24 Bloco para criação do título...44 Figura 25 Conexão dos botões...45 Figura 26 Execução da tela gráfica...47 Figura 27 Identificação dos pinos no header do RPi

6 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Configurações dos manipuladores robóticos...19 Tabela 2 Configurações comuns para punhos robóticos...22 Tabela 3 Pinagens GPIO do RaspBerry Pi utilizadas no projeto...39 Tabela 4 Modelo e dimensionamento dos motores...40 Tabela 5 Aproximação dos passos...42 Tabela 6 Conversão de medidas...46 Tabela 7 Especificações dos modelos de RPi

7 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO Objetivos Organização do Texto MANIPULADORES ROBÓTICOS - CONCEITOS Classificação Anatomia dos manipuladores Juntas e articulações Graus de Liberdade Cadeia Cinemática Volume de trabalho Configurações dos manipuladores robóticos Orgão Terminal SINGLE BOARD COMPUTERS (SBC) Raspberry Pi Linguagem de Programação Python CINEMÁTICA DE ROBÔS MANIPULADORES Cinemática Direta DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO E RESULTADOS Diagrama de blocos e o protótipo Cálculo da posição Programação Interface Gráfica Funcionamento Detalhes da programação CONCLUSÕES...48 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...50 APÊNDICE A

8 1. INTRODUÇÃO A robótica é o ramo da tecnologia que lida com o projeto, construção e a operação de robôs. Utiliza conceitos das Engenharia Elétrica e Mecânica, principalmente, assim como da Ciência da Computação, entre outros. O conceito de máquinas que trabalhavam de maneira autônoma é conhecido desde a Antiguidade Clássica, porém isso só se tornou possível a partir do século XX com as intensas pesquisas e trabalhos na área. Grandes cientistas como Leonardo DaVinci e Nikola Tesla colaboraram para o avanço e o crescimento da robótica. Leonardo Da Vinci promoveu uma extensiva pesquisa na área da anatomia humana, fornecendo assim o maior conhecimento sobre as articulações humanas que foi posteriormente integrada aos circuitos robóticos, permitindo assim o movimento relativo entre seus eixos. Os primeiros robôs não tinham utilidade prática, mas essa forma de pensar foi mudada pelos cientistas árabes, que sugeriram que os conceitos da robótica fossem utilizados para auxiliar nas necessidades práticas humanas, esta fusão entre a necessidade humana e a robótica marcou o início de uma nova era. As primeiras automações industriais foram introduzidas no século XVIII com os primeiros teares mecânicos, porém, a criação dos verdadeiros robôs somente foi possível no século XX com a invenção dos primeiros computadores e seus sucessivos aperfeiçoamentos. Graças às pesquisas e ao desenvolvimento das tecnologias, atualmente, os robôs estão presentes em vários setores que vão desde a indústria até a medicina. Eles são utilizados para realizar trabalhos onde há insalubridade para os seres humanos, processos repetitivos, e para garantir uma maior precisão em processos Industriais, aumentando a produtividade e lucratividade de uma empresa. É impossível imaginar uma grande fábrica que não utilize nenhum mecanismo robotizado. Os cientistas George Devol e Joe Engle Berger foram os responsáveis pela criação do primeiro robô, chamado de Unimates, no início da década de 60. Com a criação do primeiro robô comercial, Engleberger posteriormente, foi apelidado de pai da robótica. 8

9 Atualmente, têm-se processos robotizados na área da medicina que contribui com equipamentos que auxiliam na gestão de hospitais e cirurgias, por exemplo. Erros médicos constituem hoje uma das maiores causas de morte no país, sejam em processos cirúrgicos ou até mesmo erros de medicações. Um grande hospital necessita de muitos enfermeiros para separar os medicamentos e fornecer doses corretas para cada paciente e, por ser um processo monótono e cansativo, muitas vezes ocorrem erros de má dosagem e combinações entre drogas, além disso, é necessário que uma parte destes profissionais seja alocada para estas funções, enquanto poderiam estar realizando atendimento aos doentes. A empresa McKesson de São Francisco, por exemplo, possuí um robô chamado Rx que auxilia no controle e gerenciamento destes medicamentos, separando corretamente as doses para cada paciente, em pacotes identificados por códigos de barras, sendo o mesmo código de identificação usado para cada paciente, evitando erros relacionado à trocas de identidades dos usuários. Este robô registra a hora, quantidade e o número de vezes em que o paciente recebeu o medicamento, facilitando um maior controle sobre cada doente, mesmo com a troca de profissionais e os diferentes turnos dentro do hospital. Além disto, sinaliza quando um medicamento está se esgotando, auxiliando no gerenciamento e evitando que haja falta dos mesmos. Com o avanço da nanotecnologia, crescem o uso dos robôs cirurgiões fornecendo maior precisão e uma rápida recuperação para os pacientes, comparado ao método tradicional. Os nano robôs (de pequeno tamanho), alguns possuem 7mm de largura, possibilitam cirurgias com incisões muito pequenas nos pacientes, reduzindo o seu período de recuperação. Permitem um maior controle e precisão sobre o processo cirúrgico, pois são dotados de filtros que eliminam os tremores das mãos dos médicos. A era robótica atinge também a área da educação que tem buscado inserir conceitos e material da robótica no aprendizado das crianças e adolescentes. A robótica pode ser uma ótima ferramenta de auxílio ao ensino e ao aprendizado, capaz de desenvolver nos alunos, o trabalho em equipe, a capacidade de solucionar problemas, o senso crítico, exposição de pensamentos, criatividade, autonomia e responsabilidade, postura empreendedora, estimulando os alunos a buscarem soluções que integram conceitos e aplicações de outras disciplinas, como matemática, física, mecânica, eletrônica, design, informática, etc. 9

10 (JULIÃO;BEVACQUA,2014;MARTINS,2008;MISKULIN,1999;ROBÓTICA EDUCACIONAL,2014; SARAIVA, MARANHÃO,LISTO, 2008; SILVA, MEGGIOLARO, 2006). Algumas escolas do ensino médio e fundamental têm introduzindo no currículo a disciplina robótica educacional visando preparar seus alunos para montar mecanismos robotizados simples, baseados na utilização de "kits de montagem", fornecendo noções de robótica, e o desenvolvimento de habilidades em montagem e programação. Com isso incentivam a criação e a sua preparação para a solução de problemas do "mundo real". Existem várias opções de kits educacionais no mercado eletrônico, para diversos interesses e preços, com funções e possibilidades restritas (INTELITEK, 2015; ST ROBOTICS, 2015). Os robôs são compostos por uma estrutura física (braços, corpo, engrenagens, atuadores, etc) e também por um módulo eletrônico, que geralmente é embarcado, e trata as informações recebidas dos sensores, possibilitando o seu controle. Este módulo eletrônico pode ser um microcontrolador ou mesmo placas single board, que tem um processador e memórias, entradas I/O, comunicação via Internet, pequena dimensão e grandes recursos de hardware e programação. Executam as suas tarefas através de atuadores, que podem ser do tipo elétrico, pneumáticos e outros. Em um braço robótico ou nos robôs móveis esses atuadores são responsáveis pelos seus movimentos. Os motores, atuadores do tipo elétrico, podem ser, geralmente motores de passo, motores DC e servo-motores. Os motores de passo são controlados através da energização de suas diferentes bobinas internas, que realizam o giro de seu rotor de acordo com a polarização gerada. O motor DC trabalha através da polarização de um imã interno, acoplado ao rotor, no qual é afetado por campos elétricos e magnéticos gerados por bobinas acopladas ao motor. Sempre que houver a polarização das bobinas, o imã irá se alinhar de acordo com o seu norte e sul magnéticos, girando o rotor. Os servos-motores utilizam motor DC e um mecanismo interno de controle, acionado por pulsos de sinais Pulse Width Modulation PWM, ou seja, a quantidade de vezes que o motor girará será controlada por pulsos de sinais, onde cada largura de pulso gera um diferente resultado. Neste trabalho a ênfase é dada aos robôs manipuladores ou braço robótico que envolve diferentes conceitos como graus de liberdade, elos, articulação, volume de trabalho, etc. Um braço 10

11 robótico é constituído por vínculos (ou elos) e juntas (ou articulações). As juntas fazem a ligação entre dois vínculos, permitindo que haja movimentos relativos entre eles, podendo ser rotacional ou linear. A mobilidade de um robô depende do número de vínculos e juntas que ele possui. 1.1 OBJETIVOS Este projeto de extensão tem como objetivo a realização de um manipulador robótico com 3 Graus de Liberdade (GL) e de baixo custo, controlado por uma placa single board, Raspberry Pi e uma tela gráfica em um monitor. Este protótipo visa proporcionar a interação plena do aluno da graduação e ao mesmo tempo oferecer principalmente aos alunos do ensino médio das escolas da região de Ilha Solteira, a integração da robótica e o desenvolvimento tecnológico com o ensino das disciplinas de matemática, física e outras. 1 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO No capítulo 2 descrevem-se os principais conceitos que são usados na classificação dos robôs manipuladores. No capítulo 3 apresentam-se os conceitos dos single board computers (SBC) e o RaspBerry Pi, usado no projeto, juntamente com a linguagem de programação Python, utilizada na elaboração do software. O conceito de cinemática direta baseado na análise algébrica é apresentado brevemente no quarto capítulo, técnica usada no cálculo da posição final do manipulador robótico, por meio dos ângulos de suas juntas. No Capítulo 5 apresenta-se o desenvolvimento do trabalho, especialmente os detalhes para a realização da interface gráfica e os resultados obtidos. Seguem no capítulo 6 as conclusões e as sugestões para a continuação deste trabalho, seguido das referências e o apêndice. 11

12 2. MANIPULADORES ROBÓTICOS - CONCEITOS Neste tópico descrevem-se os principais conceitos envolvendo a teoria de robôs manipuladores, necessários para o entendimento do desenvolvimento do projeto. 2.1 CLASSIFICAÇÃO Com articulações semelhantes ao de um braço humano, os manipuladores robóticos são muito utilizados na indústria atual, substituindo muitas vezes, a mão de obra humana em trabalhos que exigem alta repetitividade, desgaste físico ou mental, ou mesmo altos níveis de periculosidade. Por isso, os robôs podem ser classificados das mais diversas formas, levando em consideração o seu tipo de funcionamento, a sua estrutura física, a sua aplicação, etc. Tem-se, por exemplo, robôs autônomos, programáveis, inteligentes. Descrevem-se a seguir, a anatomia dos manipuladores e como são classificados Anatomia dos manipuladores Os manipuladores robóticos possuem braço e punhos assemelhando-se ao corpo humano, por este motivo, os elementos do braço dos manipuladores são denominados base, braço e antebraço. Os seus componentes são chamados de elos (braço propriamente) e juntas (ou articulações). As juntas são as responsáveis pela movimentação do braço robótico, nelas são acoplados os motores permitindo assim o seu deslocamento. Um sistema externo de controle e acionamento movimenta os motores. Uma das extremidades de um braço robótico é fixada à uma base e em outra o punho. No punho, tem-se uma ou mais juntas, onde são fixados o órgão terminal do robô, que pode ser uma garra, uma ferramenta, ou um soldador, por exemplo. O elo mais próximo à base é denominado elo de entrada, e o do órgão terminal é o elo da junta de saída. Na figura 1 tem-se um exemplo de um manipulador robótico e a identificação de suas peças. 12

13 Figura 1 Um braço robótico e seus componentes. Fonte: Lazzarim (2012) Juntas e articulações Os braços robóticos podem ter três tipos de juntas ou articulações, distintas, tais como, juntas lineares ou prismáticas, esféricas e rotativas. Na junta linear ou prismática, duas juntas podem se movimentar linearmente entre si. É composta por duas hastes no qual deslizam entre sim, dando origem ao seu movimento, conforme o exemplo na Figura 2 (a). A junta esférica se comporta como uma combinação de três eixos rotativos, permitindo a sua movimentação tridimensional. É pouco utilizada em robôs devido a dificuldade de implementação. Para suprir esta necessidade, os projetistas utilizam a combinação de três eixos rotativos, de tal maneira que o movimento relativo entre os três sejam iguais ao de uma junta esférica, Figura 2 (b). A junta rotativa é formada por dois elos e uma dobradiça, Figura 2 (c), permitindo movimentos de rotação entre os dois elos. Sua aplicação, por exemplo, é dada em tesouras. As juntas rotativas podem ser classificadas em outras três categorias de acordo com as direções dos elos de entrada e de saída em relação ao eixo de rotação: 13

14 Rotativa de torção ou torcional (T): os elos de entrada e de saída possuem a mesma direção do eixo de rotação da junta. Rotativa rotacional: os elos de entrada e de saída são perpendiculares ao eixo de rotação da junta. Rotativa revolvente (V): o elo de entrada e o eixo de rotação possuem a mesma direção. Quanto ao elo de saída é perpendicular à este último. Exemplifica-se estes três tipos de juntas na Figura 3. Figura 2-(a) Junta linear. (b) Junta esférica. (c) Junta rotativa. (a) (b) (c) Fonte: Carrara (2009). 14

15 Figura 3. Juntas Rotativas Torcional T Rotacional R Revolvente V Fonte: Carrara (2009) Graus de Liberdade Os graus de liberdade (GL) ou Degrees of Freedom (DOF), de um manipulador robótico estão associados ao número de movimentos que o mesmo pode realizar no espaço. Os graus de liberdade podem ser definidos através do número de articulações presentes no manipulador, exceto nos robôs que apresentam cadeia cinemática fechada (CARRARA, 2009). Exemplifica-se na Figura 4. Figura 4. Braço robótico: 1GL(à esquerda), e 2GL (à direita). Fonte: Lazzarim (2012). O nível de complexidade do manipulador robótico é proporcional ao número de seus graus de liberdade - quanto maior o número, maior é a sua complexidade. Os graus de liberdade podem ser encontrados em diversas combinações, denominadas geometria do robô, que podem ser rotacionais e lineares, dependendo de sua aplicação. 15

16 Os movimentos robóticos podem ser separados em movimentos do braço e do punho. Geralmente, os projetistas utilizam braços com três acionadores, conferindo-lhes 3GL, de tal maneira que permitem que o manipulador possa alcançar qualquer ponto ao seu redor. Têm-se três tipos de movimentos independentes em um braço qualquer: Vertical transversal: possibilita o movimento vertical do punho para cima e para baixo. Rotacional transversal: possibilita o movimento horizontal do punho, para esquerda e direita. Radial transversal: possibilita o movimento de aproximação e afastamento do punho. Os punhos são formados por dois ou três graus de liberdade. Eles são agrupados em pequenos espaços, de tal forma que a sua oscilação é reduzida, consequentemente a sua precisão é aumentada. Os movimentos dos punhos (Figura 5) possuem nomenclaturas específicas: Rolamento: rotação do punho em torno do braço. Arfagem: rotação do punho verticalmente, para cima e para baixo. Guinada: rotação do punho horizontalmente, para esquerda e direita. Figura 5. Punho de 3GL com três diferentes tipos de movimento. Fonte: Carrara (2009) Cadeia Cinemática Um robô manipulador pode possuir dois tipos de cadeia cinemática, aberta ou fechada. O primeiro caso é aquele em que, partindo da base, chega ao punho por um único caminho na 16

17 sequência elo junta elo. Quanto a cadeia fechada, é possível chegar ao punho através de vários caminhos distintos, os dois casos são mostrados na Figura 6 (a) e (b). As configurações dos robôs de cadeia aberta estão relacionadas aos tipos de juntas que eles possuem, as três mais próximas à base. Cada tipo de configuração é identificada por uma sequência de letras, onde cada letra se refere à uma respectiva junta, por exemplo: junta linear (L), torcional (T), rotacional (R) e revolvente (V). Um manipulador do tipo VRR, por exemplo, Figura 7, possui a junta mais próxima à base do tipo revolvente, seguida por duas rotacionais. A classificação do punho segue o mesmo conceito porém, são separadas por :, por exemplo, VRR: RR (CARRARA, 2009). Figura 6 (a) Robôs FlexPicker ABB, com cadeia fechada.(b) Robô ABB com cadeia parcialmente fechada. (a) (b) Fonte: Lazzarim (2012). 17

18 Figura 7 Manipulador robótico VRR Fonte: Carrara (2009) Volume de trabalho Este termo se refere ao espaço no qual um determinado manipulador robótico consegue posicionar seu punho. O volume, em geral, é estabelecido conforme os limites impostos pelo projeto estrutural do braço, ou seja, conforme a configuração física do braço robótico, os limites dos movimentos das juntas e o tamanho dos componentes do corpo, braço e punho. Um manipulador do tipo esférico TRL, por exemplo, tem um volume de trabalho teoricamente dado por uma esfera de raio igual ao comprimento do braço robótico. Porém, na prática, isso não ocorre, como ilustrado na Figura 8. (CARRARA, 2009). Figura 8 Volume de trabalho real de um robô esférico. Fonte: Lazzarim (2012). 18

19 O volume de trabalho tem dependência com a geometria do manipulador e dos limites impostos estruturalmente. É muito raro que o volume de trabalho real do manipulador seja igual ou semelhante ao teórico. Os fabricantes fornecem a área de alcance dos punhos apenas em um ou mais planos, assim é possível saber se aquele robô irá ou não servir para a aplicação necessária. Os cálculos de volume, alcance ou áreas de trabalho, devem ser realizados sem a presença do órgão terminal, uma vez que este pode alterar significativamente os resultados finais. 2.2 CONFIGURAÇÕES DOS MANIPULADORES ROBÓTICOS Com os principais conceitos definidos, podem-se observar as configurações mais comuns dos manipuladores, Tabela 1. Estas representações oferecem importantes informações sobre o tipo de manipulador utilizado, tais como, espaço de trabalho, graus de rigidez, extensão de controle sobre o curso de movimento e aplicações adequadas para cada tipo de robô. Tabela 1 Configurações dos manipuladores robóticos. Configuração Notação Cartesiana LLL Cilíndrica LVL Esférica TRL SCARA VRL Articulada ou Revolvente TRR Fonte: Adaptado de Carrara (2009). Robôs Cartesianos - apresentam três juntas lineares e caracterizam-se pela pequena área de trabalho, mas com um elevado grau de rigidez mecânica. Têm controle simples devido ao movimento linear dos vínculos e ao momento de inércia da carga ser fixo por toda a área de atuação. Apresenta grande exatidão na localização do atuador, Figura 9(a). 19

20 Robôs Cilíndricos - possui uma configuração LVL, mas também pode ser do tipo TLL. Apresenta área de trabalho maior do que o cartesiano, porém a sua rigidez mecânica é ligeiramente inferior. É de difícil controle devido à diferentes momentos de inércia causados nos diferentes pontos de alcance do braço robótico, Figura 9 (b). Robôs Esféricos - o seu volume de trabalho é um setor esférico, por isso o nome. Este tipo de robô não é muito utilizado, mais comum é o manipulador do tipo revoluto, Figura 9 (c). Robôs SCARA (Selective Compliance Assembly Robot) - configuração compacta, possui boa repetibilidade, porém, o seu alcance é menor do que o da configuração esférica. Utilizada em linhas de montagem mecânicas e eletrônicas que exigem alta precisão, Figura 9 (d). Robôs Articulados ou Revolutos - tipo mais utilizado na indústria por possuir uma configuração semelhante ao do braço humano (braço, antebraço e punho). Configuração mais versátil, garante um maior movimento de trabalho dentro de um espaço compacto. Devido à sua configuração e ao momento de inércia resultante de cargas aplicadas, o seu controle se torna um dos mais complexos, Figura 9 (e). Figura 9 Robôs: (a) Cartesiano. (b) Cilíndrico. (c) Esférico. (d) Scara. (e) Articulado. 20

21 (a) (b) (d) (c) (e) Fonte: ( a), ( c ) e (d) Franchin (1999); (b) e (e) Carrara (2009) Portanto, em um braço mecânico, o braço está ligado à base, de modo a efetuar os movimentos e posicionar o punho. O punho por sua vez é dotado de movimentos destinados a 21

22 orientar o órgão terminal. O órgão terminal executa a ação, mas não faz parte da anatomia do braço robótico, pois depende da aplicação a ser exercida pelo braço. A movimentação do braço e a orientação do punho são realizadas por juntas (ou articulações) providas de motores (FRANCHIN, 1999; CARRARA, 2009). Na Tabela 2 tem-se as configurações mais utilizadas para os punhos robóticos. Tabela 2 Configurações comuns para punhos robóticos. Configuração Notação Punho de 2 eixos RT Punho de 3 eixos TRT Fonte: Adaptado de Carrara (2009) Orgão Terminal O órgão terminal na robótica é a ferramenta final conectada ao punho, que pode ser uma pistola de solta, um soldador, uma ventosa, uma garra, por exemplo, responsável por realizar a manipulação de objetos em diferentes tamanhos, formas e materiais. Existe uma variedade de garras que podem ser utilizadas em inúmeras aplicações, por exemplo, garra de dois dedos, garra para objetos cilíndricos e garra articulada. (CARRARA, 2009). Mostra-se na Figura 10, uma garra de dois dedos, modelo simples que apresenta movimentos paralelos ou rotacionais e é limitada pela abertura dos dedos, tornando-a pouco versátil. Figura 10 Garra de dois dedos. a) Movimento paralelo. b) Movimento rotativo 22

23 Fonte: Lazzarim (2012). Na Figura 11(a) apresenta-se uma garra de objetos cilíndricos que consiste em cortes em semicírculos que permitem manusear objetos cilíndricos e na Figura 10 (b), a garra articulada, que mais se assemelha com a mão humana, possui grande versatilidade na manipulação de vários formatos de objetos. Isto se deve à grande quantidade de elos presentes no órgão, de forma que se adapte a manipular objetos irregulares, Figura 11 (a) Garra de objetos cilíndricos. (b) Garra articulada (a) (b) Fonte: (a) Lazzarim (2012) e (b) Carrara (2009). 3. SINGLE BOARD COMPUTERS (SBC) 23

24 A plataforma de desenvolvimento deste trabalho é uma Single-board computer que tratase de um computador completo montado em uma única placa de circuitos com microprocessador, memória, entrada/saída (I/O) e outros recursos comuns a um computador. Foram criados como sistemas de demonstração ou desenvolvimento para serem aplicados como controladores computacionais embarcados ou para fins educacionais. Atualmente, os SBC oferecem uma variedade de recursos os quais podem facilmente substituir os computadores pessoais (PC), com a vantagem de serem muito mais baratos e compactos. Diversos modelos de diferentes fabricantes são encontrados no mercado eletrônico atual, entre eles estão o Beaglebone Black, Arduino e também o Raspberry Pi. Este último foi utilizado para fazer o controle e acionamento dos motores neste projeto de extensão, por isso detalha-se a seguir, suas principais características. 3.1 RASPBERRY PI A placa Raspberry Pi (RPI) mostrada na Figura 12 foi criada com o objetivo de ensinar programação para crianças, por uma instituição sem fins lucrativos localizada no Reino Unido chamada Raspberry Pi Foundation. O custo muito baixo, cerca de 25 a 30 dólares, torna-se um grande atrativo para o seu uso. Sua aplicação porém, foi muito além de fins educacionais, sendo hoje utilizada como centrais multimídias, aplicada em jogos e até centrais telefônicas. A estrutura do RPI é composta por um microcontrolador ARM11 de 700MHz, unidade de processamento gráfico, memória RAM de 512 MB, placa Ethernet, entrada para cartão SD, saídas de vídeo RCA e HDMI, saída de áudio, portas USB 2.0 e utiliza alimentação microusb de 5V e 1A para o seu funcionamento. Mais informações sobre o RPI e a sua pinagem, podem ser encontradas no Apêndice A. Figura 12 (a) Placa RaspBerry Pi. (b) Estrutura física do RaspBerry PI modelo B. 24

25 (a) (b) Fonte: Raulino (2013). Por se tratar de um computador, o RPI necessita de um Sistema Operacional ou em inglês Operational System (OS) para o seu funcionamento, como o Windows ou o Linux. O Raspbian é um OS baseado no Debian Linux e foi desenvolvido especificamente para o RPI, devido a sua facilidade de uso. Seu sistema é composto por elementos que formam uma plataforma padrão, o Kernel. Ele é o elemento base do sistema, possui diversos códigos de programação essenciais, por exemplo, acesso a memória RAM, ao HardDisk e aos demais hardwares ligados ao computador. 25

26 Este SBC reúne diversas funcionalidades em um único dispositivo, tais como, hardwares responsável pela conexão com a internet, processamento de áudio e vídeo, grande espaço de armazenamento em RAM, além dos pinos GPIO (General Purpose Input Output ). Por tudo isso, apresenta-se como uma ferramenta importante no desenvolvimento de projetos em robótica e outros, porém, exigindo uma maior complexidade na sua elaboração. Para a utilização dos pinos GPIO, por exemplo, é necessária a instalação de bibliotecas extras. O RPI possui diversas bibliotecas disponíveis para download e que facilitam a sua programação, sendo possível ao programador, escolher a linguagem de programação que mais lhe aprouver. Apresenta linguagem de programação em alto nível, dispensando os trabalhosos e difíceis processos de programação em linguagem de máquina ou assembly, como nos tradicionais microprocessadores. Uma placa SBC não requer o uso de protoboards ou circuitos impressos na elaboração de projetos, uma vez que o próprio microcomputador supre a maioria das necessidades de hardware. 3.2 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO PYTHON O Raspberry Pi trabalha com uma interface em Linux, este sistema operacional baseia-se na linguagem de programação Python. O Python é uma linguagem de alto nível, interpretada pois, diferente de outras linguagens de programação, ela é convertida diretamente para um código (bytecode) e, então, executada por um interpretador, tornando possível sua execução em diferentes plataformas sem qualquer alteração. O Python é um código-aberto, isto possibilita que seja utilizado para diversos fins, mesmo comerciais, sem a necessidade de pagamento de taxas ou licenças para o seu uso. É uma linguagem intuitiva e de fácil aprendizado, além de tudo, é mais simplificada quando comparada à linguagem C e C++. Foi criada no início de 1990 por Guido Van Rossum, no Instituto Nacional de Pesquisa de Matemática e Ciência da computação localizada nos Países Baixos, para substituir a linguagem de programação ABC. Após isto, Van Rossum migrou para diversas empresas, como a Corporation for National Research Initiatives, localizada em Reston Virgínia, onde lançou diversas versões 26

27 para o Python. Logo após, em 2000, ele e sua equipe mudou-se para o BeOpen.com e formaram uma nova equipe chamada de Be Open Python Labs. No mesmo ano, migraram para a empresa chamada de Digital Creations, atual Zope Corporation. Atualmente é desenvolvida pela Python Software Foundation, uma organização sem fins lucrativos, criada com o intuito de possuir as propriedades intelectuais relacionadas ao Python (PYTHON, 2015). Para usar o Python pode-se utilizar um Ambiente de Desenvolvimento Integrado, conhecido como IDLE (Integrated Development Environment). Este ambiente oferece vantagens como auto-complemento, destaque de sintaxes, identação rápida e depurador integrado. Outra vantagem é que este programa trabalha com o sistema operacional Windows e o Linux. Após a escrita do programa em um computador pessoal, é possível transferir o arquivo gerado para o Raspberry Pi e acessá-lo através do seu terminal de controle. A linguagem de programação, Python possui diversas bibliotecas adicionais disponíveis, que podem ser utilizadas de forma a expandir os seus limites de aplicação. Os softwares Anaconda e Canopy, por exemplo, são expansões muito utilizadas no desenvolvimento de trabalhos científicos pois, permitem a realização de cálculos mais complexos e também a geração de gráficos tridimensionais, tornando-se uma importante ferramenta para pesquisa, e, por se tratar de softwares livres, tornam-se interessantes substitutos para outros programas disponíveis no mercado, como o MATLAB. Existem também outros softwares auxiliares, por exemplo, o PyQT que é uma plataforma de desenvolvimento de interfaces gráficas baseadas no Python. A sua programação é realizada através de blocos, de maneira intuitiva, onde o programador desenvolve a interface gráfica desejada e o código é disponibilizado automaticamente. O PyQT permite que os programadores que não possuam pleno domínio da linguagem Python, possam criar suas primeiras interfaces gráficas mais facilmente, havendo uma maior interação entre o usuário final e o software. Apresenta-se na Figura 13, a Interface do PyQT. Figura 13 Interface do PyQt 27

28 Fonte: Elaborada pelo autor 4. CINEMÁTICA DE ROBÔS MANIPULADORES 28

29 A teoria de cinemática de robôs manipuladores requer o conhecimento de trigonometria, geometria analítica e cálculo vetorial, de forma a encontrar as equações da cinemática direta e inversa. Na cinemática direta, com os ângulos das juntas e os comprimentos dos elos, determina-se a posição x, y, z. Na cinemática inversa, dada a posição determina-se os ângulos que cada motor deve se posicionar, porém, neste tópico o interesse foi limitado às equações da cinemática direta. 1 CINEMÁTICA DIRETA A cinemática direta é o cálculo da posição e orientação do manipulador, isto é, a partir do robô e suas variáveis articulares é possível determinar onde o braço está, em qualquer instante. Desta forma, são desenvolvidas equações específicas da cada robô, considerando o tipo e o número de elos e juntas o que permitem relacionar um referencial posicionado no efetuador, com o referencial fixo (NIKU, 2013). Na Figura 14 (a) tem-se o esquemático de um manipulador do tipo TRR em movimento no espaço, com 3 graus de liberdade, do mesmo modelo que é utilizado neste projeto. Em geral, o movimento destes manipuladores pode ser decomposto em um movimento plano e um movimento rotativo ao redor de um eixo contido no plano, o que faz com que este plano gire no espaço (DUMBÁ, 2015). Para que os movimentos e os ângulos possam ser visualizados, são construídas uma vista esquemática superior, Figura 14(b) e outra vista lateral do braço robótico, Figura 14(c) mostrando respectivamente, o movimento horizontal e os movimentos verticais (no plano). Estas vistas contem as principais medidas a serem obtidas por relações geométricas. A vista lateral é mostrada em uma direção perpendicular a linha de interseção do plano vertical do movimento e o plano xy Figura 14 Cinemática Direta 29

30 (a) (b) (c) Fonte: Adaptado de Dumbá (2015) Por meio de sua geometria, determina-se a posição final (do efetuador) de um manipulador robótico, conhecendo-se o ângulo de deslocamento de cada motor e o comprimento de cada elo. Nas figuras, a junta J1 gira sob um eixo vertical, enquanto J2 e J3 possuem eixos horizontais. Utilizando-se os conceitos da trigonometria, calculam-se as posições x, y e z, no espaço, conforme equações (1), (2), (3) e (4), 30

31 θ ( 2 +θ3 ) cos θ2 +l 3 cos d=l 2 (1) Sabendo d, encontram-se x, y e z, θ ( 2 +θ3 ) cos θ2 +l 3 cos l2 θ1= cos x=d (2) θ ( 2 +θ3 ) cos θ2 +l 3 cos l2 sin θ1 y=d (3) θ ( 2 +θ3 ) z=l 1+ l 2 sin θ2 +l 3 sin (4) 31

32 32

33 5. DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO E RESULTADOS Nos capítulos anteriores, foram apresentados conceitos fundamentais que foram estudados e utilizados no desenvolvimento deste projeto. Neste capítulo descrevem-se os detalhes da programação, de forma a realizar a tela gráfica e tornar amigável a utilização do protótipo do manipulador, auxiliando no ensino de matemática e física nas séries do ensino médio. Inicia-se pelo diagrama de blocos que mostra as ligações entre o Raspberry PI (plataforma de controle) e o computador. Apresenta-se depois o protótipo e seus blocos de hardware. 5.1 DIAGRAMA DE BLOCOS E O PROTÓTIPO Apresenta-se na Figura 15, o diagrama de ligações necessárias que foram realizadas entre o protótipo final, o Raspberry PI e um computador usado no desenvolvimento do software. Figura 15 Diagrama de ligações para o desenvolvimento. Fonte: Elaborada pelo autor. 33

34 Verifica-se que o RPI é controlado através de um computador, por conexão direta, a fim de se evitar a necessidade de conexão com diversos periféricos (como teclado, mouse e monitor), mas é possível se trabalhar com o manipulador conectando-se estes dispositivos no lugar do computador, sem problemas. Para que haja a comunicação entre o computador e o RPI é necessário um software, neste caso, foi utilizado o VNC Viewer, por se tratar de um software livre, eficiente e leve. Todo o software de controle, assim como a interface gráfica, encontra-se dentro do RPI. Deste modo, o computador reproduz em seu monitor o gráfico gerado pelo RPI, os dados são inseridos pelo usuário no RPI, no qual processa estas informações e reproduz em seus pinos de GPIO os sinais para a placa de acionamento, que por sua vez aciona os motores do manipulador. A função da placa de acionamento está relacionada a energização das bobinas dos motores através dos comandos enviados pelo RPI, Figura 16. Juntamente com o acionamento tem a placa de alimentação que fornece as tensões e correntes reguladas necessárias para cada motor, quatro motores, sendo três motores de passo e um servo motor, utilizados no protótipo, cuja configuração final é apresentada na Figura 17. Figura 16 Placa de alimentação e de acionamento Fonte: Pentiado, (2015). 34

35 Figura 17 Manipulador Robótico Fonte: Pentiado, (2015). 5.2 CÁLCULO DA POSIÇÃO Tendo as equações de x,y,e z, definidas no capítulo anterior, e sabendo os tamanhos de cada elo, l1 =13cm, l2= 7,2cm e l3= 7,3cm, pode-se calcular com as informações dos ângulos θ1 θ2 e θ3 fornecidos pelo usuário, a posição final do manipulador através das relações de seno e cosseno a seguir, equações (5), (6), (7) e (8), d ( cm )=7,2 cos θ2 +7,3 cos ( θ2 +θ3 ) (5) 35

36 θ ( 2 +θ3 ) cos θ2 +7,3 cos 7,2 cos θ1 x (cm)= θ ( 2 +θ3 ) cos θ2 +7,3 cos 7,2 sin θ1 y ( cm)= θ ( 2 +θ 3) z (cm)=13+7,2 sinθ 2+7,3 sin 5.3 (6) (7) (8) PROGRAMAÇÃO Toda a programação utilizada no desenvolvimento deste projeto foi realizada usando a linguagem Python. Os programas foram desenvolvidos por meio do software IDLE, Figura 18 que permite que os programas sejam desenvolvidos sem a conexão direta com o RPI (off-line), utilizando-se apenas do computador. Após o desenvolvimento, o código é transferido para dentro do RaspBerry PI. 36

37 Figura 18 Ambiente IDLE de programação Fonte: Elaborada pelo autor. Usa-se o Raspbian, mostrado na Figura 19, sistema operacional escolhido para o RaspBerry PI, baseado no Linux, que por sua vez, utiliza o Python como linguagem nativa, facilitando a programação no RPI. A interface do Raspbian é semelhante a do Windows, sendo bastante fácil e intuitiva, possuindo inclusive alguns programas nativos, como o próprio IDLE 37

38 utilizado para programação, jogos (MineCraft), além do Terminal, onde todas as ações e configurações no Raspbian são realizadas. É possível a instalação de softwares livres adicionais no RPI, caso haja o acesso à internet. Figura 19 Sistema operacional Raspbian Fonte: Elaborada pelo autor. Na elaboração do programa, inicia-se pela programação do acionamento dos motores. Implementam-se algoritmos de energização das bobinas dos motores de maneira a movimentar os elos no sentido horário ou anti-horário. Para isso, são criadas duas funções: a forward e a 38

39 backwards apresentadas na Figura 20. A primeira realiza a movimentação no sentido horário e a segunda, no sentido anti-horário. Estas funções possuem dois atributos: o tempo de acionamento das bobinas (quanto menor este tempo mais rápido é o giro do motor); e a quantidade de passos que devem ser realizados no caso dos motores de passo. Figura 20 Funções Forward e Backwards Fonte: Pentiado, (2015). 39

40 A pinagem do RPI utilizada para o controle e acionamento do protótipo é apresentada na Tabela 3. Foram utilizados os pinos GPIO do RPI para se realizar o acionamento dos motores de passo (4), um sinal PWM para o acionamento do servo-motor utilizado na garra mecânica do manipulador, e dois pinos para dois sensores reed switchs para indicar a posição inicial, mostrados na tabela a seguir. Tabela 3 Pinagens GPIO do RaspBerry PI utilizadas no projeto. GPIO DISPOSITIVO CONECTADO GPIO DISPOSITIVO CONECTADO 4 Motor 1 23 Motor 2 11 Motor 1 24 Motor 3 8 Motor 1 10 Motor 3 7 Motor 1 9 Motor 3 15 Motor 2 25 Motor 3 27 Motor 2 6 GND 22 Motor 2 18 PWM Fonte: Elaborada pelo autor. O modelo e o dimensionamento para os motores do manipulador foram realizados por Vendrame Jr.( 2013), baseado nas especificações do modelo dos motores e o torque, listados na Tabela 4. 40

41 Tabela 4 Modelo e dimensionamento dos Motores N do motor Modelo Passo ( ) Torque de Retenção (g*cm) Tipo 1 AIRPAX 4SHG 120ª46S 1, Hibrido 2 MINEBEA 17PMH103-P2 1, Híbrido 3 MITSUMI M42SP-5 7,5 960 Imã permanente Fonte: Adaptado de Vendrame Jr.,(2013) Na Figura 21 tem-se o desenho esquemático do manipulador, com as informações de cada parte do motor que serviu para o seu dimensionamento. Figura 21 Desenho esquemático do manipulador. 41

42 Fonte: Adaptado de Vendrame Jr.,(2013) 5.4 INTERFACE GRÁFICA Com as informações anteriores e usando o software PyQT foi realizada a interface gráfica, ilustrada na Figura 24, contendo: Botões de acionamento de cada motor; Opções de abertura ou fechamento das garras; A impressão dos resultados da posição (x,y,z) na tela. Figura 22 Interface gráfica implementada. 42

43 Fonte: Elaborada pelo autor Funcionamento Ao se iniciar o programa, os motores são energizados e movimentados até uma posição chamada de inicial, sendo esta a referência para futuras medidas, e onde os ângulos dos motores são nulos. O algoritmo de funcionamento desta interface é ilustrado pelo fluxograma da Figura 23. Com o braço na posição inicial o usuário interage com a interface gráfica de forma a escolher os ângulos de movimentação de cada um dos motores, podendo ser 30, 45 ou 60. Assim que escolhido estas três opções, são feitos os cálculos e a impressão da posição final, x,y,e z é gerada na tela. Caso o usuário pressione o botão Carregar, estes ângulos são enviados a placa de 43

44 acionamento (aos motores), movimentando o manipulador até a posição calculada. Assim, o usuário pode verificar as relações trigonométricas utilizadas. Após atingir a posição final, o software mantém o braço robótico nesta posição por 10 segundos, tempo necessário para que o usuário realize as suas medidas e conclusões, em seguida, o manipulador retorna a sua posição inicial. Para abrir ou fechar a garra, é necessário que o usuário selecione a opção Abrir ou Fechar na caixa correspondente à garra e em seguida pressione o botão Carregar Garra. A abertura ou fechamento é mantido até que o usuário altere. Por se tratar de um projeto destinado a alunos de ensino médio, optou-se por trabalhar com os ângulos notáveis trigonométricos, 30, 45 e 60. Com ângulo de passo de cada um dos motores, que consta da tabela 4, calcula-se a quantidade de passos para alcançar os ângulos de 30, 45 ou 60. Observa-se que alguns destes ângulos não são possíveis de serem alcançados exatamente, neste caso foram realizadas aproximações, conforme Tabela 5, portanto, gerando erros de precisão e deslocamento final. Tabela 5 Aproximação dos passos Ângulo de 30 Ângulo de 45 Ângulo de 60 Motor 1 (Passo 1,8 ) 16, ,33 33 Motor 2 (Passo 1,8 ) 16, ,33 33 Motor 3 (Passo 7,5 ) Fonte: Elaborada pelo autor. Figura 23 Fluxograma do Programa desenvolvido. 44

45 Fonte: Elaborada pelo autor Detalhes da programação A interface foi gerada através do software PyQT, sendo usado um ultrabook ASUS S46C, processador Intel Core i7, memória RAM de 8Gb, capacidade de 1TB, e clock de 2GHz (Expansivo até 3GHz), inicialmente sem a conexão do programa ao RaspBerry Pi. O PyQT gera a tela gráfica por meio de conexão entre os botões alocados no programa e a sua resposta desejada. Também é necessário que o arquivo gerado pelo programa no formato.ui seja convertido para a extensão.py para que seja possível a edição do código gerado. Isto é possível utilizando o comando x (Exchange) no prompt de comando do computador. Após esta conversão, o código é levado ao programa IDLE do Python. 45

46 O programa foi desenvolvido de forma que, após a seleção do ângulo de cada motor, uma variável fosse criada para armazenar este dado. Comparando com os valores armazenados no programa, verificavam-se os valores escolhidos e então uma resposta é fornecida. Pela incompatibilidade dos dados gerados pelo PyQT com os dos RPi, optou-se pela programação direta no RPi, sendo desenvolvidos vários blocos individuais correspondentes a cada parte da interface, criando-se primeiramente a bloco responsável pela geração do título do programa, as caixas de acionamento dos motores, e outros, como ilustrado a seguir, Figura 24, pelo bloco da criação do título. Figura 24 Bloco para criação do título Fonte: Elaborada pelo autor. Outra importante parte do programa é a conexão entre os botões e as suas respectivas respostas, conforme ilustrada as conexões pelo trecho de programa da Figura 25. Figura 25 Conexão dos botões 46

47 Fonte: Elaborada pelo autor. Verifica-se, por exemplo, que quando a caixa de opções ComboBox é selecionada, ela redireciona a execução do programa para a função correspondente, que no caso é a combo_chosen. Assim, esta função é executada, dando a resposta necessária ao usuário. O Python não oferece certas operações em seu modo nativo, por isso é necessário utilizar algumas bibliotecas adicionais, como a biblioteca Math para cálculos de seno e cosseno, e a Time, que realizar atrasos na execução do programa (Delays). Para uso das funções trigonométricas no Python é necessário fazer as conversões das medidas, de graus para radianos, por meio de algoritmo próprio. Estes valores estão apresentados na Tabela 6 a seguir. Tabela 6 Conversão de medidas 47

48 ÂNGULO (GRAUS) ÂNGULO 0,5236 0,7854 1,0472 (RADIANOS) Fonte: Elaborada pelo autor Após o desenvolvimento do programa que gera a tela gráfica e o acionamento do manipulador, o código gerado é transferido para o cartão de memória do RaspBerry Pi. A tela gráfica, vista na tela do notebook, para que o usuário (aluno do ensino médio) possa interagir de forma amigável com o protótipo, é mostrada na Figura 26 (a) antes da escolha dos ângulos e em (b) depois da escolha, mostrando os resultados. Por meio deste projeto tenta-se tornar lúdico o aprendizado de disciplinas como, matemática e física e despertar nos mesmos um maior interesse pelo estudos e a busca de conhecimento. 48

49 Figura 26 (a)execução da tela gráfica. (b) Com resultados (a) 49

50 (b) Fonte: Elaborada pelo autor. 50

51 6. CONCLUSÕES Para o projeto de um manipulador robótico com fins educacionais foram realizados estudos da placa de acionamento, placa de controle e software necessários ao desenvolvimento do projeto. Computadores single boards tais como, o Raspberry PI, necessitam de um estudo aprofundado para que se tenha o domínio de seus recursos de I/O, bibliotecas, sua linguagem de programação e o ambiente de desenvolvimento de software. O Raspberry PI, como dispositivo de controle, se mostra uma poderosa ferramenta, pois possui uma taxa de processamento elevada, gera sinais digitais facilmente e permite a programação em alto nível. A linguagem de programação Python é uma linguagem completa, mas isso implica em relativa complexidade em sua programação, exigindo bastante estudo para o seu domínio, embora apresente similaridades com as linguagens C, C++. O uso de motores de passo como atuadores apresentam certas vantagens e desvantagens. Por se deslocarem com passos constantes, este tipo de motor dispensa sensores. Porém, este tipo de motor não apresenta altos torques, e por vezes falham na movimentação do manipulador, perdendo o passo. Outro problema que se observa, uma vez que se move com ângulos definidos, não se posiciona em qualquer angulação desejada. Foram utilizados no projeto, motores de impressoras antigas exigindo uma fonte de alimentação regulável em vários níveis de tensão e corrente, e em algumas destas tensões tem-se um sobreaquecimento, sendo necessário controlar a temperatura do ambiente ou não prolongar o trabalho do manipulador por um longo período, correndo o risco de danificar os seus componentes. No desenvolvimento da interface gráfica, apesar dos softwares auxiliares como o PyQT, isto não foi o suficiente para a rápida elaboração de um programa para ser executado no RPI, uma vez que aparentemente, o PyQT só tem compatibilidade para os próprios computadores, e não para Single Board Computers. Foi necessária a busca de literatura específica para o desenvolvimento de interfaces gráficas para este dispositivo e um longo período de estudo para que fosse possível a 51

52 implantação deste sistema no RPI. A programação dentro do IDLE do próprio RPI foi dificultada pela baixa velocidade de processamento da placa, comparada à velocidade de um notebook. Com este trabalho teve-se a oportunidade de publicar um artigo no Oitavo Congresso de Extensão Universitária da UNESP. O envolvimento com este projeto de extensão proporcionou também, a participação nos eventos VENHA NOS CONHECER e na XII EXPOSIÇÃO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA- FEIS-UNESP, os quais ocorrem anualmente na unidade, apresentando a universidade e os trabalhos desenvolvidos, como resultado das pesquisas do corpo docente, juntamente com os alunos da graduação e pós-graduação, para a comunidade em geral e aos alunos do Ensino Fundamental e Médio, principalmente. Considera-se que o projeto atingiu os seus objetivos finais com êxito, pois o software da interface gráfica desenvolvido para este manipulador funcionou corretamente como planejado. As próximas metas a cumprir neste trabalho seriam a implementação de um protótipo do projeto juntamente com a apresentação do protótipo nas escolas. Nas escolas, o objetivo é observar o grau de aceitação e o entendimento dos vários conceitos matemáticos, principalmente, abordados. Além do que a interface gráfica poderia ser estendida para tratar outras grandezas como a velocidade angular e escalar do braço, para que assim, outras disciplinas possam ser englobadas. 52