CONSELHO REGIONAL DE ENGENHARIA E AGRONOMIA DE MINAS GERAIS - CREA-MINAS DESENVOLVIMENTO DE PROTÓTIPO DE TELEPRESENÇA

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1 CONSELHO REGIONAL DE ENGENHARIA E AGRONOMIA DE MINAS GERAIS - CREA-MINAS DESENVOLVIMENTO DE PROTÓTIPO DE TELEPRESENÇA Crea-Minas 2015

2 CONSELHO REGIONAL DE ENGENHARIA E AGRONOMIA DE MINAS GERAIS - CREA-MINAS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS CAMPUS V Anyelle Arimateia Silva Flávia Aparecida Fernandes de Sousa DESENVOLVIMENTO DE PROTÓTIPO DE TELEPRESENÇA Alan Mendes Marotta Professor(a) orientador(a) Crea-Minas 2015

3 FICHA DE REGISTRO DO TRABALHO (preenchimento obrigatório) Nome do Trabalho Desenvolvimento de protótipo de Telepresença Instituição de Ensino Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - Campus V Cidade Divinópolis Estado MG Professor(a) Orientador(a) Alan Mendes Marotta Aluno(a) Coordenador(a) Anyelle Arimateia Silva Celular anyellearimateiasilva@gmail.com (37) Integrantes do trabalho Alunos(a) Celular Flávia Aparecida Fernandes de Sousa flaviaafsousa@gmail.com (37) Informações Importantes: Os Trabalhos inscritos devem cumprir os critérios de inovação estabelecidos no Relatório de Trabalho. a) O Relatório de Trabalho deverá descrevê-lo da forma mais detalhada possível, orientado, obrigatoriamente, pelo roteiro apresentado no próprio formulário, respeitando o limite mínimo de 6 (seis) páginas e o máximo de 10 (dez) páginas, em fonte Calibri, corpo 11 e espaçamento simples. b) Os gráficos, planilhas e figuras devem ser incluídas no corpo do texto. c) Não será aceita a inscrição de trabalho cujo Relatório de Trabalho não seja feito no modelo indicado. É necessário apresentar e comprovar os resultados mensurados através de um protótipo, maquete, apresentação em multimídia, filmes e/ou banner.

4 RELATÓRIO DE TRABALHO 1. Caracterização da situação anterior e identificação do problema A robótica móvel é uma área crescente nos dias atuais. Processos industriais ou até mesmo hospitalares podem conter atividades de risco e portanto, prejudiciais à saúde do ser humano. Devido a esse fato, a robótica móvel tem sido uma boa saída para a resolução desse tipo de problema. Porém em âmbito social, a tecnologia ainda é pouco tangível. Segundo a revista INFO, do estado de São Paulo, cerca de 4 bilhões de pessoas no mundo ainda não possuem acesso sequer à internet, isso corresponde a quase 58% da população mundial. Isso ocorre devido aos altos preços das tecnologias atuais. O projeto em questão consiste em um dispositivo mecatrônico de telepresença que foi construído a partir de sucata eletrônica e com a utilização de comunicação por rede sem fio. Este dispositivo fará com que remotamente a câmera de um tablet seja acessada e portanto, haja uma telepresença da pessoa que o controla. O trabalho, devido ao seu baixo preço, visa proporcionar acessibilidade à parcela da população que não consegue comprar ou desenvolver tecnologias. Além disso, é importante destacar que o dispositivo, como foi construído com sucata eletrônica, preserva o meio ambiente. Segundo a ONU, ano passado o Brasil produziu 1,4 milhão de toneladas de lixo eletrônico, portanto é de extrema importância a preocupação com a reciclagem desses materiais. Portanto a construção deste protótipo foi bastante viável e pode também auxiliar pessoas que tenham interesse em maximizar o seu tempo, pois o dispositivo, de certa forma, substitui a presença de uma pessoa em determinados compromissos e é controlado remotamente. 2. Descrição do trabalho e da inovação 2.1 Metodologia O projeto pode ser dividido em 3 partes: mecânica, eletro-eletrônica e programação. A parte mecânica é composta pelo estrura da base do carrinho (chassi feito em alumínio) e fixação dos motores e rodas. A parte eletro-eletrônica é referente ao sistema de tração e controle dos motores, bem como conexões dos componentes para comunicação. E a terceira parte, a programação, envolve a lógica de funcionamento do dispositivo. 4

5 2.1.1 Estrutura Mecânica A base do robô (chassi) foi feita com aproveitamento de 3 chapas retiradas de gabientes de computador, sendo duas de aproximadamente 20cmx30cm e uma 10cmx15cm. Essas chapas foram parafusadas entre si formando uma só base. Foram acoplados à base dois motores de corrente contínua e em cada motor foi conectada uma roda de silicone, reutilizadas de patins. Além das rodas inseridas nos motores, uma terceira roda móvel foi acrescentada para proporcionar dirigibilidade na locomoção (Figura 1). tablet. Figura 1 Base do protótipo Algumas peças sucateadas foram usinadas para servir de apoio aos componetes eletrônicos e ao Componentes Eletro-Eletrônicos A parte eletrônica do projeto consiste basicamente de um sistema de processamento microcontrolado com módulo de conexão wireless (NodeMCU Lua ESP8266) e um módulo de inversão de sentido dos motores conhecida por Ponte H. A partre elétrica consiste nos motores, bateria de alimentação e fios de conexão. O NodeMCU Lua ESP8266 é uma placa eletrônica programável parecida com a plataforma difundida comercial, o Arduíno, porém com velocidade de processamento cinco vezes maior e módulo de rede sem fio wi-fi. É uma placa de baixo custo, de simples programação, nova no mercado tecnológico e de fácil implementação em diversos projetos (Figura 2). Figura 2 NodeMCU ESP8266 No caso deste projeto, o NodeMCU foi usado para receber mensagens através da rede em que estiver conectado e consequentemente acionar os motores enviando comandos para a Ponte H. 5

6 A Ponte H por sua vez, é usada para acionar os dois motores acoplados à base. Sua função é controlar o sentido de rotação dos motores, agindo de acordo com o comando que será enviado pelo usuário (Figura 3). Figura 3 Ponte H Os motores foram conectados na Ponte H, que por sua vez foi conectada ao NodeMCU e todo o sistema é alimentado por uma bateria recarregável de 12V aproveitada de um sistema de alarme de carros Programação A programação do NodeMCU foi feita através do software IDE Arduino baixado gratuitamente no site do fornecedor em linguagem C (Figura 4). A programação neste componente foi usada para conectar o NodeMCU na rede wifi, interpretar mensagens recebidas e transformá-las em comandos para acionar os motores. Figura 4 Ilustração da Interface IDE Arduino Foi criada uma interface no software Visual Studio para auxiliar o usuário na movimentação do protótipo. Esta interface ainda se encontra em construção e está sendo feita em linguagem C#. 6

7 Para o contato entre as câmeras do tablet e do computador, foi usada a técnica de acesso remoto, que facilitou a interação, já que não interfere no processo de locomoção do protótipo. 3. Concepção da inovação e trabalho em equipe O projeto em questão começou a ser desenvolvido devido a uma ideia do orientador que motivou a equipe a produzi-lo. Além disso, a FECINTEC foi responsável por incentivar a melhoria do projeto. Por fim, o desenvolvimento do trabalho será utilizado para avaliação em disciplinas no curso. 4. Objetivos da iniciativa Um objetivo da inovação é beneficiar o meio ambiente. Como a tecnologia está em constante avanço no mundo atual, muito lixo eletrônico é produzido e descartado de maneira inadequada na natureza. Este projeto utiliza sucata eletrônica em grande parte de sua composição, portanto recicla materiais prejudiciais ao meio ambiente e ao ser humano. Além disso, o dispositivo é de baixo custo e, portanto garante acessibilidade de uma grande parte da população que ainda não possui acesso à tecnologia. O desenvolvimento da inovação traz para a sociedade um avanço tecnológico importante que tende a crescer devido ao fato de as pessoas estarem cada vez mais sem tempo e em busca de comodidade. 5. Público-alvo da iniciativa O público alvo da inovação são pessoas em geral, inclusive de baixo poder aquisitivo, as quais podem a partir do projeto ter a possibilidade de implementar a proposta utilizando material descartado, com sua reutilização e reciclagem. 6. Ações e etapas da implementação O projeto foi iniciado em Agosto de 2015, no Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, campus V (Divinópolis) e todas as etapas listadas na Tabela 1, foram concluídas dentro do prazo. Ressaltando, que foi acrescentada ao cronograma original a etapa Elaboração relatório para FEICINTEC, que foi criada a partir do incentivo de participação na feira. Durante o mês de Novembro espera-se aprimorar o protótipo construído, acrescentando melhorias na estrutura mecânica e até mesmo na programação. 7

8 Etapas Meses (2015) Agosto Setembro Outubro Novembro Escolha do Projeto X Revisão Bibliográfica X X X Construção Mecânica X X Programação X X Elab oração relatório para FEICINTEC X Aprimoramento do protótipo X Tabela 1 Cronograma Projeto 7. Descrição dos recursos financeiros, humanos, materiais, tecnológicos Para a construção do protótipo, como dito anteriormente, muitos materiais foram reutilizados. A Tabela 2 relaciona os materiais provindos de sucata eletrônica e seus preços estimados caso fossem necessários a aquisição dos mesmos. Materiais (Sucata Eletrônica) Preço (R$) Bateria 12V (Alarme de carro) 40,00 Chapa de Alumínio (50x50) 8,00 Rodas de Patins 20,00 Motor CC 50,00 Parafusos 3,00 Tabela 2 Materiais Reutilizados O grupo composto para elaboração do projeto havia adquirido alguns materiais por questões pessoais. O tablet, por exemplo, já era de uso pessoal e portanto não foi um custo do projeto. A Tabela 3 lista os materiais que não foram reaproveitados e seus respectivos preços caso fosse necessário adquirir todos eles. Materiais Preço (R$) Tablet 150,00 NodeMCU 49,00 Ponte H 16,90 Tabela 3 Tabela de Preços Não foram utilizados outros recursos financeiros, como por exemplo trabalhos terceirizados. Os softwares ulitizados na programação foram todos gratuitos e disponíveis para download no site dos fabricantes. 8

9 Os processos mecânicos como cortes, furos e acabamentos, foram feitos pelos alunos com ferramentas disponíveis na instituição e com base no aprendizado em matérias lecionadas ao longo do curso de Engenharia Mecatrônica. 8. Por que considera que houve utilização eficiente dos recursos no trabalho? Os materiais utilizados no projeto, em sua maioria, foram obtidos com facilidade e baixo custo, pois o reaproveitamento para a estrutura mecânica e parte eletrônica colaborou para melhor desenvolvimento do projeto devido ao fácil acesso, além disso sua reutilização contribui com o meio ambiente. Averiguando os preços aproximados dos materiais sucateados, obtém-se que o valor economizado pelo grupo foi de R$ 121,00, o que mostra uma grande economia tendo em vista que os outros materiais utilizados eram de uso pessoal dos integrantes, exceto o componente NodeMCU que, no mercado, apresenta um valor de R$ 49,00. O uso de softwares gratuitos e a execução do trabalho de usinagem realizado na prórpia instituição facilitou a realização do projeto. 9. Resultados quantitativos e qualitativos concretamente mensurados As etapas da metodologia estão sendo cumpridas obedecendo ao cronograma de trabalho proposto, observando que as etapas de Outubro e Novembro ainda estão em andamento. Das etapas concluídas é importante ressaltar que a mecânica, eletrônica e grande parte da programação estão prontas. Com base em testes realizados, o dispositivo criado apresenta bom funcionamento e se comporta de maneira esperada, apesar de que ainda serão feitas pequenas alterações na parte mecânica e na interface de movimentação. A movimentação do protótipo dar-se-á por uma base composta por 3 rodas, sendo duas fixas e uma móvel, em um sistema conhecido por direçãio diferencial, fazendo com que a movimentação seja apropriada principalmente para as curvas. As rodas fixas são acopladas em motores, que são acionados por comandos enviados pelo usuário. As conexões eletrônicas foram feitas com sucesso e a lógica de programação referente ao NodeMCU foi testada inúmeras vezes e executada de maneira satisfatória. O acesso remoto da câmera foi feito de maneira usual e não interferiu nas outras comunicações do projeto. 9

10 A interface criada para auxiliar o usuário na movimentação do dispositivo foi implementada em C# e, como dito anteriormente, ainda está em processo de alterações visando facilitar a interação homem-máquina. Por fim o protótipo construído (Figura 5) atende aos objetivos do projeto, e pode ser aprimorado futuramente e usado como fonte de estudo e inspiração para outros projetos. Figura 5 Protótipo final 10. Obstáculos encontrados e soluções adotadas O projeto ainda se encontra em desenvolvimento e pode ser melhorado em muitos aspectos, porém o tempo proposto para a execução do mesmo não permite que muitas alterações sejam feitas. A eletrônica do projeto, por exemplo, pode ser melhorada substituindo a Ponte H e NodeMCU por placas criadas em softwares de simulação e com componentes diferenciados, reduzindo assim o custo do produto final. Portanto, o projeto estará em constante melhoria mesmo após a apresentação de seu funcionamento pois, o mesmo foi feito com os recursos encontrados visando maximizar o tempo. 11. Fatores críticos de sucesso A iniciativa foi impulsionada através da proposta de trabalho referente a matéria de Telecomunicações lecionada pelo orientador do projeto e ganhou credibilidade após o convite feito na instituição para a participação na FEICINTEC. 12. Por que o seu trabalho pode ser considerado uma inovação? O projeto é inovador porque proporciona um contato maior de pessoas com a tecnologia atual e de baixo custo, além de utilizar sucata eletrônica contribuindo com o meio ambiente e possuir um novo componente do mercado tecnológico (NodeMCU). 10