DESENVOLVIMENTO DE VEICULOS AUTONOMOS EM ESCALA EM AMBIENTE DE SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

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1 DESENVOLVIMENTO DE VEICULOS AUTONOMOS EM ESCALA EM AMBIENTE DE SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL Aluno: Renan de Lima Simões Mondego Vilela Orientador: Mauro Speranza Neto Introdução O presente projeto é continuação de um projeto que começou em uma turma de Introdução a Engenharia. A atual versão do projeto apresenta inovação no sistema de aquisição de dados que faz uso de um software usado industrialmente, além de fazer uso de técnicas de prototipagem 3D. Objetivos Estudo e desenvolvimento de modelos matemáticos que representem a dinâmica de veículos de fenda em escala (autorama). Implementação de um sistema de aquisição de dados e controle de tensão em pistas de autorama para comparação de dados obtidos experimentalmente e a partir do modelo matemático. Metodologia i) Módulos de Pista A construção dos módulos de pista foi feita a partir da associação de camadas de MDF 3 mm cortadas a laser, cuja concepção foi feita no software de prototipagem 3D SolidWorks. Para a melhor aderência entre o veiculo e a pista e para a melhor representação do contato pneu-solo foi utilizada uma camada de plástico EVA. O contato elétrico entre a pista e o veiculo (característico de autoramas) foi feito por cordoalhas de aço inox. Figura 1 - vista explodida de um módulo

2 Para a analise da dinâmica lateral do veiculo, foram construidos módulos circulares (Skidpads) com 4 raios diferentes. Figura 2 - Raios das SkidPads Figura 3 - Módulo de Skidpad

3 Figura 4 - Skidpads Montadas Para a caracterização da dinâmica longitudinal do veiculo foram construidos módulos de reta de forma que quando conectados formassem uma reta de 5 metros para que se fosse possivel analisar tanto a aceleração quanto a desaceleração do veiculo. Figura 5 - Módulo de Reta Todos os módulos foram construidos de forma que se conectassem uns aos outros com o objetivo de obter circuitos genericos, como o da Figura 6.

4 Figura 6 - Circuito Genérico ii) Eletrônica O processamento de dados para os testes dinâmicos é feito pelo microcontrolador Atm associado a plataforma de prototipagem livre Arduinoo que permitee uma comunicação seri computador possibilitando a aquisição de dados de forma instantânea. Com linguagem em C/ /C++, o Arduino é um microcontrol ador de fácil manuseio e de baixo custo, o que uma ótima opção. Em uma primeira versão, os sensores de velocidade utilizados foram infravermelhos dispostos em um portal, caracterizando um photogate. Constituido de emissor(led IR)/ /receptor(fototransistor) posicionados um em cada lado do portal, o p detecta a presença do veiculo e calculaa o tempo que o veiculo leva para cruzar o Conhecido o tamanho do veiculo, é possível então obter a velocidade do mel AVR ial com o baseada faz dele sensores um par photogate o portal. mesmo. Figura 7 - Esquema de Funcionamento do Sensor IR

5 Figura 8 - Photogate Analisando a dinâmica longitudinal, esse sensor apresentou boa resposta e acuracidade nas medidas. Na analise da dinâmica lateral, o portal apresentou-se como um obstáculo. Como veículos de fenda possuem grande tendência à derrapagem em curvas em alta velocidade (movimento de pêndulo), os mesmos atingiam o portal, mudando assim seu comportamento e criando erros nas medidas. Dessa forma, foi necessáriaa a criação de uma alternativa. Na segunda versão dos sensores de velocidade foram utilizados sensores LDR s (Light Dependent Resistors) que medem a variação de luminosidade em um ambiente. Os mesmos foram dispostos entre as camadas do MDF de formaa que quando o veiculo passasse sobre um deles, o Arduino detectava a diferença de luminosidade. Com dados obtidos de dois sensores posicionados a uma distancia previamente conhecida, era possível calcular a velocidade do veiculo em diferentes pontos da pista sem que houvesse interferência no movimento do mesmo. Figura 9 - Calha para Sensores LDR

6 Figura 10 - Sensor LDR instalado Originalmente, o controle de velocidade de autoramas é feito manualmente com um controle de resistência variável que muda a tensão fornecida ao veiculo de acordo com o comando dado pelo usuário. Para tornar os dados de tensão mais precisos, optou-se pelo uso de um ESC (Electronic Speed Control) que é alimentado por uma fonte 12 V e regula a tensão fornecida de acordo com o sinal PWM recebido. Com isso, através do Arduino (que é capaz de emitir sinal PWM) é possível controlar a tensão fornecida ao veiculo e, consequentemente, sua velocidade. iii) Interface com o Computador O Arduino oferece diferentes opções de interface com o computador, dentre elas o LabVIEW. Usado em escala industrial, o software LabVIEW da National Instruments permite aquisiçao e processamento de dado de forma simples, além de possibilitar uma boa interface gráfica para o computador. Usando o aplicativo LIFA (LabVIEW Interface for Arduino) é possivel aquisitar dados provenientes do Arduino e seus sensores. Figura 11 - Interface LabVIEW

7 Resultados Preliminares Foram realizados testes preliminares envolvendo a pista de menor raio da skidpad (R=329,5mm). O resultado obtido é mostrado no gráfico. Gráfico 1 - Velocidade X Tensão A velocidade máxima atingida pelo veiculo na skidpad de raio 329,5 mm sem que houvesse derrapagem do veiculo foi de 2,32 m/s. Os demais testes ainda estão em andamento. Conclusão Até o presente momento foi realizada a construção e o sensoriamento dos módulos de skidpad e de reta, o desenvolvimento do sistema de aquisição de dados e o inicio de testes de validação do sistema de aquisiçao. A próxima parte do projeto consiste em realizar os testes previstos usando os mecanismos construídos. Além disso, está em estudo a implementação de uma IMU (Inertial Measurement Unit) no veiculo de autorama para melhor aquisição dos dados de dinâmica lateral. Referências 1 - SCHLEICHER, R. Slot Car Racing in the Digital Age. 1.ed. Minneapolis, EUA: Voyageur Press, p. 2 - CHANG, D. Digital Slot Car Racing in 1/32 scale. 1.ed. Marlborough: The Crowood Press, p.