PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM SISTEMA MICROCONTROLADO PARA O CONTROLE DE UM MANIPULADOR ROBÓTICO EDUCACIONAL

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1 6º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO 6 th BRAZILIAN CONFERENCE ON MANUFACTURING ENGINEERING 11 a 15 de abril de 2011 Caxias do Sul RS - Brasil April 11 th to 15 th, 2011 Caxias do Sul RS Brazil PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM SISTEMA MICROCONTROLADO PARA O CONTROLE DE UM MANIPULADOR ROBÓTICO EDUCACIONAL Armando Aguiar de Souza Cruz Neto, armandoeng@yahoo.com.br 1 Plínio Colen Bustamante, pliniocolen@ufmg.br 1 Renato Zanetti, renatoznt@yahoo.com.br 2 Antônio Augusto Torres Maia, aamaia@demec.ufmg.br 1 1 Universidade Federal de Minas Gerais Departamento de Engenharia Mecânica, Av. Antônio Carlos, nº 6627 Pampulha Belo Horizonte MG CEP: Universidade Federal de Minas Gerais Departamento de Engenharia Elétrica, Av. Antônio Carlos, nº 6627 Pampulha Belo Horizonte MG CEP: Resumo: O projeto de um manipulador robótico pode ser dividido em três partes. Inicialmente é necessário dimensionar todos os elementos da estrutura e os mecanismos de acionamento. Em seguida é preciso projetar os circuitos eletrônicos que serão utilizados no acionamento dos motores e na comunicação com o computador. Por último é preciso escrever um software para realizar todos os cálculos necessários e converter os resultados obtidos no valor em que cada motor deverá ser posicionado para possibilitar alcançar um determinado ponto no espaço. Seguindo estas três etapas, o Grupo de Mecatrônica da UFMG desenvolveu um manipulador robótico, com cinco graus de liberdade, feito em material compósito. Apesar de o conjunto ter apresentado um desempenho muito bom e ter atendido aos requisitos de projeto da época, o sistema desenvolvido não dispõe de um controle simultâneo para todos os motores do manipulador. Com isso é necessário concluir a operação de um motor antes de iniciar a operação do seguinte. Além disso, o controle de velocidade dos motores é pouco eficiente e a interface com o usuário é limitada a alguns poucos recursos. Desta forma, neste trabalho, pretende-se projetar e construir um circuito microcontrolado para controlar o acionamento dos motores do manipulador de forma simultânea. Em paralelo será desenvolvido um software para controlar o posicionamento e a velocidade dos motores. Uma interface com o usuário será desenvolvida em um computador pessoal para facilitar a entrada de dados e a programação do manipulador. Palavras-chave: Manipulador Robótico, PIC, Microcontrolador, Robótica, Sistema Embarcado 1. INTRODUÇÃO A robótica industrial é um campo com um alto crescimento (Craig, 2005), devido principalmente ao fator econômico: os manipuladores robóticos industriais estão cada vez mais baratos, mais precisos, mais rápidos e mais flexíveis. A robótica industrial teve seu início na década de 60, juntamente com os sistemas CAD e CAM. Segundo Craig (2005), a robótica pode ser dividida em quatro áreas principais: Manipuladores Robóticos, Locomoção, Visão Computacional e Inteligência Artificial. Este estudo se situa dentro da área de Manipuladores Robóticos, que por sua vez se baseia em três grandes áreas do conhecimento: mecânica, teoria de controle e ciência da computação. No projeto do manipulador em estudo essas três áreas foram levadas em consideração, podendo subdividir o projeto em três módulos, como exemplificado na Fig.(1): o mecânico, o eletrônico e o computacional. O sistema é em malha aberta, sem retroalimentação para o circuito eletrônico. O posicionamento de um determinado servo-motor no ângulo desejado é realizado pelo circuito eletrônico presente em cada servo-motor. O circuito de controle envia o ângulo pretendido na forma de pulsos, cuja duração em nível lógico alto é proporcional ao ângulo desejado. Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas 2011

2 Estrutura mecânica e servo motores do manipulador. Circuito eletrônico e firmware do microncontrolador. Interface Gráfica, Algoritmos para o cálculo da cinemática inversa e da trajetória. Figura 1 - Projeto de um manipulador robótico separado em módulos No módulo mecânico é necessário dimensionar todos os elementos da estrutura e os mecanismos de acionamento, sendo aplicados diretamente os conhecimentos da mecânica. No módulo eletrônico é desenvolvida a parte de acionamentos elétricos de motores, a comunicação entre os componentes e a escolha do microcontrolador a ser utilizado. Por fim, o módulo computacional preocupa-se em desenvolver um algoritmo capaz de realizar os cálculos necessários para prever o comportamento do manipulador, determinar sua nova posição e enviar os comandos aos acionadores, necessitando de algum conhecimento em ciência da computação. Dependendo de como foi feito, esse algoritmo pode ser realizado tanto em um computador quanto num microcontrolador (μc). O grupo de mecatrônica da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) projetou e construiu um manipulador robótico usando materiais compósitos (Bustamante, 2009). Apesar de ter apresentado um desempenho muito bom e ter preenchido os requisitos de projeto da época, foram notados alguns problemas. O sistema desenvolvido não possui um sistema de controle simultâneo de todos os motores do manipulador, o controle de velocidade e aceleração são pouco eficientes e a interface gráfica com o usuário é limitada. O objetivo deste estudo é, a partir do trabalho realizado por Bustamante et al (2009), desenvolver e projetar um novo circuito microcontrolado para o acionamento simultâneo dos motores do manipulador, desenvolver um algoritmo capaz de realizar os cálculos de cinemática inversa e de trajetória do tipo junta a junta, controlar a velocidade e aceleração dos motores e criar uma interface gráfica no Matlab onde o usuário possa programar o manipulador. 2. MANIPULADOR ROBÓTICO O Manipulador Robótico foi desenvolvido pelo Laboratório de Controle e Automação do Departamento de Engenharia Mecânica da UFMG. Ele é um manipulador com cinco graus de liberdade do tipo cilíndrico. Seu projeto foi feito utilizando o software SolidWorks (Bustamante, 2009). O Manipulador robótico utiliza sete servomotores, seis para a movimentação das cinco juntas e um para a movimentação da garra, como mostrado na Fig. (2). A junta 2, por apresentar um maior esforço, utiliza dois motores para sua movimentação. Cada junta possui um ângulo, referenciado à haste a que está conectado. Junta 4 Junta 3 Junta 5 Garra Junta 2 Junta 1 Figura 2 - Representação do manipulador utilizado O circuito eletrônico de controle utilizado por Bustamante et al (2009), consiste basicamente de um PIC16F877A da Microchip Technology Inc., um circuito de alimentação do PIC e dos servomotores e um CI para comunicação RS- 232 via serial. Para esta primeira versão do sistema, o software para o cálculo das trajetórias e da cinemática inversa foram feitos em linguagem G, utilizando o software Labview da National Instruments Inc. 3. PROJETO Utilizando o manipulador robótico supracitado, foram projetados os novos circuitos eletrônicos de controle e acionamento dos motores, e os softwares do PIC e da Interface Gráfica. Para facilitar os cálculos e melhorar a eficiência do algoritmo de cinemática inversa, a cinemática do manipulador foi desenvolvida sob a perspectiva de coordenadas cilíndricas.

3 O circuito eletrônico foi feito em quatro etapas: concepção, simulação, protótipo e construção. A concepção, como etapa inicial, foi a identificação dos problemas e suas possíveis soluções. Uma vez escolhida a solução, foram feitas simulações para comprovação de sua eficácia e, logo em seguida, seguiu-se a fase de montagem e testes dos protótipos. Com os protótipos testados, procurou-se dar uma forma final ao circuito eletrônico fazendo o layout de uma placa de circuito impresso (PCB) e posterior confecção. Em paralelo, o software do PIC e da Interface Gráfica foram desenvolvidos Cinemática A cinemática pode ser calculada tanto diretamente quanto inversamente. Na cinemática direta têm-se os valores dos ângulos das juntas do manipulador e encontra-se a ponta da ferramenta do manipulador no espaço, juntamente com a sua orientação. Na cinemática inversa têm-se o ponto no espaço da ponta da ferramenta, juntamente com a sua orientação, e encontram-se quais devem ser os ângulos das juntas do manipulador, o que muitas vezes incorre em duas ou mais soluções. No uso prático de um manipulador robótico o segundo caso é o mais frequente. Para se obter as equações da cinemática inversa, primeiramente devem ser encontradas as equações da cinemática direta, e a partir dela, desenvolver equações para a cinemática inversa. Neste caso, tem-se como entrada os ângulos das juntas 1 a 5, referenciados como θ 1 a θ 5, e como saída a posição no espaço da ponta da ferramenta (X, Y e Z) e a sua orientação (alpha, beta e gama). Na Figura (3) são mostrados as posições e os ângulos de orientação, e sua transformação para coordenadas cilíndricas. Neste caso, as coordenadas X, Y e Z são transformadas para theta, R e Z, com theta igual a θ 1. Os ângulos alpha, beta e gama podem ser reduzidos para θ 5 e alpha, sendo este último o ângulo entre o plano x-y e o eixo da junta 5. Figura 3 - Coordenadas cartesianas e cilíndricas do manipulador robótico. Baseado no plano formado por R e Z, tem-se as Eq. (1) e (2). (1) (2) A partir das equações da cinemática direta, são encontradas as da cinemática inversa, dadas pelas Eq. (3), (4) e (5). (3) (4) (5) Essas equações podem ser resolvidas sem muitas iterações usando o método de Newton-Raphson. Existem duas soluções, como demonstrado na Fig.(4), para esse sistema de equações. Além disso, existe um limite físico para o valor dos ângulos das juntas e do comprimento do braço robótico, chamado área de trabalho do manipulador. Uma vez encontrada as soluções, deve-se descartar aquelas que não se encontram dentro dessa área de trabalho do manipulador, e escolher aquela que for mais conveniente (mais próxima do último conjunto de juntas) ou o primeiro ponto.

4 Figura 4 - Soluções Possíveis para a cinemática inversa Apesar de simplificar os cálculos e a modelagem do manipulador a apenas um plano com duas incógnitas e duas soluções, este tipo de solução não possibilita o uso da notação de Denavit-Hartenberg, o que significa que qualquer alteração na posição da base das coordenadas ou na orientação da ferramenta deve ser seguida de alteração ou mesmo de nova formulação das equações Circuito Eletrônico O circuito projetado, visto na Fig. (5), utiliza o µc PIC18F4550 da Microchip Technolgy Inc. com comunicação USB, utilizando o protocolo HID (Human Device Interface). Este protocolo é muito utilizado em mouses, teclados e outros dispositivos. A sua grande vantagem é a possibilidade do periférico ser automaticamente reconhecido pelo computador assim que é conectado (plug-and-play). Assim que o manipulador é conectado, o computador identifica o dispositivo e configura a porta de comunicação automaticamente. O PIC 18F4550 possui uma memória de programa de 32 kb e uma memória de Dados de 2 kb, com capacidade de processamento 2 vezes maior que o PIC16. A parte inovadora do circuito é a utilização dos Timers Programáveis 8253 da Intel. Figura 5 - Layout do PCB feito no software Eagle Utilizando o 8253, é possível controlar os servomotores sem a necessidade de ocupar o PIC computacionalmente. A tarefa do PIC passa a ser de monitoramento do manipulador robótico e configuração dos Apenas um CI 8253 pode ser acessado por vez durante a configuração da posição dos motores, através de uma lógica digital utilizando-se portas, onde a saída será zero para o CI escolhido e um para os demais, porém essa configuração não demora mais que alguns microssegundos, e não interrompe a geração das funções de controle. As funções de controle são pulsos periódicos de 50 Hz, onde o tempo em que o pulso permanece em nível lógico alto indica a posição em que o servomotor deve se movimentar. Este tempo t, representado na Fig. (6), deve variar entre um mínimo de 200 (o menor ângulo possível do servomotor) e um máximo de 2000 microsegundos (o maior ângulo possível), dos 20 milisegundos totais da onda. Cada tempo no servomotor representará um ângulo diferente, sendo que esses limites e a posição a que eles se referem variarão para cada servomotor. Esta função é gerada continuamente pelos 8253, onde a velocidade e aceleração dos motores são controladas pelo incremento gradual da posição a cada ciclo de onda, partindo-se da posição que o motor se encontra para a posição desejada. A saída dos motores é habilitada por um bit de controle, onde caso este bit seja zero, a saída desligará os motores, e caso seja um, permitirá o envio da função.

5 Figura 6 - Pulso de Onda Gerada para controle dos servomotores Como o sistema funciona em malha aberta, não é possível saber a posição em que o manipulador se encontra. Desta forma, o manipulador grava a última posição do manipulador na EEPROM do PIC e, ao ser reiniciado, ele busca estas informações. Caso a posição tenha sido alterada, isso deve ser informado ao software de controle, para que este posicione o manipulador em um ponto de referência padrão Interface Gráfica A Interface Gráfica (GUI) foi desenvolvida utilizando o software Matlab do Mathworks Inc. Essa interface realiza os cálculos de trajetória e da cinemática inversa do manipulador, e comunica-se, utilizando o protocolo HID, com o PIC. A interface Gráfica é dotada de três áreas com funções distintas, como visto na Fig.(7). Na esquerda da tela é apresentado as coordenadas de posição X, Y e Z (cartesianas), assim como as coordenadas de posição theta, R e Z (cilíndricas) e as variáveis de entrada da orientação de rotação desejada do manipulador da junta 5 e alpha. Apesar dos cálculos serem em coordenadas cilíndricas, o usuário pode entrar com os dados em coordenadas cartesianas. Os ângulos de rotação (Junta 5 e alpha ) são os mesmos em ambos os casos. Em seguida, basta clicar no botão Mover da coordenada escolhida. Caso a GUI esteja conectada com o manipulador, este também irá movimentar-se para o ponto escolhido. A comunicação entre a GUI e o PIC é feita utilizando um protocolo proprietário, onde são enviados caracteres que identificam os comandos e os motores, além de quatro bytes extras para indicar o tempo desejado da onda a ser gerada. Independente da conexão com o manipulador, a GUI irá esboçar no gráfico 3D a nova posição do braço robótico. Na direita existe uma lista onde são guardados os pontos marcados pelo botão Marcar Ponto, que utilizará as coordenadas da posição atual mostrada no gráfico 3D. Para marcar novos pontos, é necessário primeiro mover o braço para uma nova posição, usando o botão Mover explicitado anteriormente, e então marcar este novo ponto. Os pontos marcados serão usados para o cálculo da geração de trajetória do tipo Junta a Junta (o movimento Linear será implementado posteriormente). No movimento Junta a Junta, descrito em Craig (2005), o manipulador move-se de um ponto para o outro gastando o mesmo tempo de acionamento a uma velocidade constante para cada motor. No movimento Linear, a velocidade de junta não é constante, mas a trajetória entre um ponto a outro é linear e possui uma velocidade constante. Figura 7 - Interface Gráfica desenvolvida em Matlab

6 OSC2 OSC1 6 º C O N G R E S S O B R A S I L E I R O D E E N G E N H A R I A D E F A B R I C A Ç Ã O 1 1 a 1 5 d e A b r i l d e C a x i a s d o S u l - RS Uma vez definido esses pontos, basta apertar o botão executar. Caso se deseje que este movimento permaneça em loop, basta selecionar a opção Executar em Loop. A GUI comunica-se com o PIC e envia os comandos que farão o manipulador mover-se. As trajetórias não são simuladas pela GUI. 4. MONTAGEM E RESULTADOS Em um primeiro momento, o circuito eletrônico projetado foi simulado no software Proteus, demonstrado na Fig.(8), com todas as funcionalidades previstas, utilizando o PIC16F877A. Apesar do sucesso da simulação, tornou-se claro que a pequena memória de programação e o clock máximo (20MHz) do PIC16F877A trariam problemas durante o desenvolvimento da aplicação. Uma segunda simulação foi feita utilizando o PIC18F4550 que possui maior capacidade de processamento (48MHz), de memória e com conexão USB. SELMOTOR0 SELMOTOR0 SELMOTOR1 R8 10k C2 U3 SELMOTOR1 U13 NOT MCLR SELMOTOR0 U4 U12 U15 CHIP3 CHIP1 CHIP2 OSC2 OSC1 RB4 C3 470nF U19 R/AN0 RC0/T1OSO/T1CKI R/AN1 RC1/T1OSI/CCP2/UOE RA2/AN2/VREF-/CVREF RC2/CCP1/P1A RA3/AN3/VREF+ RC4/D-/VM RA4/T0CKI/C1OUT/RCV RC5/D+/VP RA5/AN4/SS/LVDIN/C2OUT RC6/TX/CK RA6/OSC2/CLKO RC7/RX/DT/SDO OSC1/CLKI RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SDA R/SPP0 RB1/AN10/INT1/SCK/SCL R/SPP1 RB2/AN8/INT2/VMO R/SPP2 RB3/AN9/CCP2/VPO R/SPP3 RB4/AN11/KBI0/CSSPP R/SPP4 RB5/KBI1/PGM R/SPP5/P1B RB6/KBI2/PGC R/SPP6/P1C RB7/KBI3/PGD R/SPP7/P1D RE0/AN5/CK1SPP RE1/AN6/CK2SPP RE2/AN7/OESPP VUSB RE3/MCLR/VPP PIC18F D- D+ SELMOTOR1 SELMOTOR0 MCLR X1 22p C1 22p R7 10k RB4 OUT1 U1 R0 Q0 Clock4mhz CHIP1 U14 CLK MR Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 MOTORES0 CS 8253A CLK0 GATE0 OUT0 CLK1 GATE1 OUT1 CLK2 GATE2 OUT2 250kHz CHIP KHZ CS OUT1 OUT2 MOTORES2 8253A CHIP CLK0 GATE0 OUT0 CLK1 GATE1 OUT1 CLK2 GATE2 OUT2 U2 NOT MOTORES1 CS 8253A OUT6 OUT7 CLK0 GATE0 OUT0 CLK1 GATE1 OUT1 CLK2 GATE2 OUT2 1MHZ OUT OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT3 OUT7 OUT4 1MHZ OUT5 OUT8 U5 U6 U7 U8 U9 U10 U11 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R9 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 LED-RED Figura 8 - Simulação do circuito feita no Proteus

7 Figura 9 - Resultado de uma simulação vista no Osciloscópio A Figura (9) mostra a saída dos timers 8253 no Osciloscópio da simulação com o Proteus. Para que os sinais sejam utilizados nos motores, basta inverte-las numa porta NOT, como visto no diagrama da Fig. (8). Cada motor está configurado numa posição diferente, facilmente verificado pelo tempo em nível zero que a onda permanece. Deste modo, todos os motores são acionados simultaneamente, sem a necessidade direta do PIC na geração das ondas. Figura 10 - Protótipo Montado do circuito de Controle do Manipulador

8 Com o protótipo montado, Fig.(10), foram realizados testes para confirmar as seguintes funcionalidades: acionamento simultâneo de todos os motores do manipulador, verificação pelo Osciloscópio do controle de velocidade e aceleração, comunicação HID via USB e capacidade de transmissão de comandos da Interface Gráfica para o PIC. O protótipo funcionou perfeitamente em todos esses quesitos. Figura 11 - Imagem do circuito com a saída do comando dos motores no Osciloscópio. A fase final do projeto foi a construção da placa de circuito impresso, utilizando o layout mostrado da Fig. (5), e visto na Fig. (11). Foram realizados os mesmo testes feitos no protótipo. 5. DISCUSSÃO Em relação a Bustamante et al(2009), pode-se afirmar que houve uma grande melhoria no software e no hardware de controle do manipulador robótico. O projeto mecânico original do manipulador não foi alterado, mas os demais módulos foram substituídos ou modificados. O manipulador agora é capaz de realizar movimentos simultâneos sem a necessidade de intervenção direta do PIC ou do programador. Com a movimentação simultânea dos motores, além da diminuição do tempo necessário à movimentação para um ponto, é possível realizar movimentos do tipo junta a junta, com a possibilidade futura dos movimentos linear e circular. Outro problema do projeto original era a grande velocidade e aceleração a qual a estrutura do manipulador estava submetida. Com o controle de velocidade, os movimentos tornaram-se mais suaves diminuindo os esforços associados à inércia do manipulador no momento da partida e da parada do sistema. Este aspecto também pode contribuir para o aumento da vida útil do manipulador. A utilização de comunicação USB é outro ponto importante, pois não há mais a necessidade de comprar conversores USB-Serial para a comunicação com o microcontrolador. A acurácia e repetibilidade do manipulador não foram testadas com o novo circuito. Bustamante (2009) fez esses testes com o circuito antigo, onde foram colocados quatro pontos a serem alcançados pelo robô, e testados três vezes cada um. Os valores encontrados foram +2 mm e 5 mm para o eixo X, +1 mm e -4 mm no eixo Y e +5 mm e -8 mm no eixo Z. De acordo com Bustamante (2009), o eixo Z é o mais problemático, porque depende de motores que não conseguem sustentar o conjunto quando são desligados. Acredita-se que com a utilização simultânea e ininterrupta dos motores, a acurácia e repetibilidade do manipulador sejam melhoradas, dependendo apenas da precisão do próprio servo-motor, dos deslocamentos devido às folgas existentes na estrutura e das deformações sofridas em virtude do peso do conjunto. Um sistema semelhante encontrado na literatura é descrito em PIC Robotics (2004), demonstrando como fazer um braço robótico de cinco graus de liberdade em alumínio. Apesar de semelhante na concepção, a estrutura é de alumínio

9 e utiliza braços menores. Ele também apresentava o mesmo problema encontrado em Bustamante et al (2009), ao ter a capacidade de movimentar apenas um motor por vez, pois a geração da onda é feito pelo PIC. Deve-se salientar que é possível movimentar mais de um motor simultaneamente utilizando-se o PIC, mas isso exige uma programação complexa, que pode encontrar limitação no tamanho da memória do PIC utilizado ou na capacidade de processamento. Pode-se utilizar os timers para a marcação do tempo, como indicado por Sandhu (2009), ao invés de utilizar a CPU para a contagem, porém fica limitado na quantidade presente de timers, que normalmente não passa de três. O PIC possui PWM, porém sua utilização é inviável, pois ele possui uma frequência mínima de 180 Hz (para um clock de 48 MHz), que é acima da utilizada nos servomotores (50Hz). Um ponto ainda vulnerável do sistema é a utilização de malha aberta para indicar a posição do manipulador. Isso torna o controle de velocidade e aceleração imprecisos, principalmente nos motores que necessitam de mais torque, como os da junta 2 e 3 (Fig. (2)). Um trabalho futuro seria a utilização de sensores de posição nos motores, e a confecção de uma malha retroalimentada. 6. CONCLUSÃO O Sistema desenvolvido apresenta todas as funcionalidades previstas em projeto, com a construção de uma placa de circuito impressa responsável pelo controle do manipulador, além do desenvolvimento do firmware do PIC18F e do software em Matlab. A utilização do sistema pelos alunos do Lab. de Automação e Controle poderá ser feita somente pela Interface Gráfica, sem o conhecimento de programação de microcontroladores, atingindo assim seu objetivo didático. Devido ao baixo custo dos componentes do circuito (o componente mais caro é o PIC), obteve-se um sistema de manipulador robótico similar ao utilizado nas indústrias a um custo extremamente baixo. Outro ponto é a importância da separação do projeto em módulos onde, desde que mantidos os parâmetros de entrada e saída entre eles, podem ser modificados ou substituídos livremente. 7. AGRADECIMENTOS Agradecimentos especiais ao Programa de Monitoria da Graduação e ao departamento de Engenharia Mecânica. 8. REFERÊNCIAS Bustamante, P. C., Maia, A. A. T., 2009, Projeto e Construção de um Manipulador Robótico Educacional Feito em Material Compósito, 5 Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação, 2009, Belo Horizonte. Bustamante, P.C., 2009, Implementação de software de comando para robô manipulador, Trabalho de Graduação, UFMG, Belo Horizonte. Craig, John J., 2005, Introduction to Robotics Mechanics and Control, Third Edition, Pearson Prentice Hall Iovine, John, 2004, PIC Robotics A Beginner s Guide to Robotics Projects Using the PICmicro, McGraw-Hill Sandhu, Harprit S., 2009, Running Small Motors with PIC Microcontrollers, McGraw-Hill 9. DIREITOS AUTORAIS Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho.

10 6º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO 6 th BRAZILIAN CONFERENCE ON MANUFACTURING ENGINEERING 11 a 15 de abril de 2011 Caxias do Sul RS - Brasil April 11 th to 15 th, 2011 Caxias do Sul RS Brazil PROJECT AND CONSTRUCTION OF A MICROCONTROLED SYSTEM TO THE EDUCATIONAL MECHANICAL MANIPULATOR CONTROL Armando Aguiar de Souza Cruz Neto, armandoeng@yahoo.com.br 1 Plínio Colen Bustamante, pliniocolen@ufmg.br 1 Renato Zanetti, renatoznt@yahoo.com.br 2 Antônio Augusto Torres Maia, aamaia@demec.ufmg.br 1 1 Universidade Federal de Minas Gerais Departamento de Engenharia Mecânica, Av. Antônio Carlos, nº 6627 Pampulha Belo Horizonte MG CEP: Universidade Federal de Minas Gerais Departamento de Engenharia Elétrica, Av. Antônio Carlos, nº 6627 Pampulha Belo Horizonte MG CEP: Abstract: The project of a robotic manipulator could be divided in three parts. Firstly, it is necessary to dimension all the structural elements and the actuators mechanisms. In addition, an electronic circuit to perform the motors control and communication between the computer and the microcontroller must be projected. It is important a software to perform all the calculations and to convert the obtained results in values understandable by the motors to reach certain point in his workspace. Following these three steps, the UFMG Mechatronic Group developed a robotic manipulator, with five degrees of freedom, build in composite material. Despite the good performance, the developed system does not have a simultaneous control of all the servomotors manipulator. Because of that, it is necessary to finish the control of one servomotor before going to the next. Nevertheless, the velocity control is ineffective and the graphical interface is limited to some few resources. In this way, this work aim is to project and to build a microcontrolled circuit to control the servomotors of the manipulator in a simultaneous way. In parallel will be designed and written a software to control the position and velocity of the servomotors. A graphical user interface will be developed in a personal computer to make easier to the user to communicate with the manipulator, as well to programming it. Keywords: Robotic Manipulator, PIC, Microcontroller, Robotics, Embebbed System Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas 2011