Desenvolvimento de linguagem de Programação para Robôs Móveis

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1 Universidde de São Pulo - Escol Politécnic Deprtmento de Engenhri Mecânic Desenvolvimento de lingugem de Progrmção pr Robôs Móveis Autor : Vldir Grssi Junior Trblho de Grdução Engenhri Mecânic Automção e Sistems Orientdor : Jun Okmoto Jr. EPUSP

2 Índice ÍNDICE INTRODUÇÃO...3. OBJETIVO ROBÔS MÓVEIS DEFINIÇÃO DOS COMANDOS DA LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO PROJETO DO SISTEMA DE CONTROLE DE POSIÇÃO E VELOCIDADE MODELO DINÂMICO DA PLANTA Modelo dinâmico mecânico do robô Modelo Dinâmico do Motor DC Crcterístics do Motor DC e do Robô Móvel Torque de Crg (T L ) PROJETO DO CONTROLE DE POSIÇÃO RESULTADOS DA SIMULAÇÃO DO CONTROLE DE POSIÇÃO DISCRETIZAÇÃO DO CONTROLADOR DE POSIÇÃO CONTROLE DE VELOCIDADE IMPLEMENTAÇÃO DE COMANDOS SISTEMA DE CONTROLE EM TEMPO REAL ROTINAS DE INTERFACE COM O USUÁRIO Reconhecimento de Comndos Mnipulção de Vlores ASCII, Hexdeciml, e Deciml Modos de Operção - SET MODE <0,1,> Help (?) Tecl Ctrl-X e Ctrl-Z CONTROLE DE POSIÇÃO COMANDOS DE MOVIMENTO Acelerção Cálculo de Posição Absolut Atul Comndo MOVE, MOVEREL, e MOVEABS Funções Seno, Coseno, Arco Tngente, e Teorem de Pitágors Cálculo de Posição Comndo MOVE SET DE PARÂMETROS COMANDOS DE EXIBIÇÃO MOVIMENTO ATRAVÉS DO JOYSTICK SET JOYSTICK...5 1

3 6.6 TABELA DE PONTOS SET TABLE MOVETAB LOADTAB e UPLOADTAB PROGRAMAÇÃO RUN IFEQ, IFNE, IFGT, etc, e GOTO SET VAR, INC, e DEC CLEAR, LIST e EDIT Comndos de Esper LOAD e UPLOAD SUGESTÕES PARA IMPLEMENTAÇÃO FUTURA CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...60

4 1. Introdução No no de 1994 foi inicido no Deprtmento de Engenhri Mecânic d Universidde de São Pulo um projeto denomindo Bse Móvel. Este projeto foi relizdo por lunos de grdução sob orientção do Prof. Dr. Jun Okmoto Jr., e constituiu-se n elborção e construção de um veículo de pequeno porte do tipo AGV destindo trnsportr sensores em um lbortório pr relizção de pesquiss n áre de visão. Este projeto teve continuidde nos nos seguintes, onde se deu elborção de um hrdwre eletrônico pr controle deste robô móvel, e tmbém um softwre constituídos de comndos básicos pr interfce do usuário com o hrdwre eletrônico do robô. A Bse Móvel foi projetd pr se deslocr no plno bidimensionl, sendo que possui um formto cilíndrico, e é dotd de três rods motors que esterçm o mesmo tempo. Dest form possui cpcidde de fzer curvs em cnto vivo. O cionmento ds rods é feito por dois motores, um motor de psso que reliz o esterçmento ds rods, e um motor DC responsável pel trnslção d bse móvel no plno. Entre cd motor e s rods existe um sistem de redução composto de polis de correi dentd e engrengens. O hrdwre eletrônico d Bse Móvel possui os seguintes componentes principis : microcontroldor 803, driver PWM, driver de motor de psso, comunicção seril com PC, interfce pr joystick e sistem pr contgem dos pulsos vindos do encoder do motor DC. O progrm de controle d Bse Móvel é rmzendo em um EPROM, sendo que o sistem possui um memóri RAM pr rmzenr ddos temporários. Todo este hrdwre eletrônico foi projetdo de mneir ser compcto pr que sej embrcdo n Bse Móvel. Além do hrdwre eletrônico, se encontrv desenvolvido um softwre dotdo de comndos e funções básics que funcionm em um sistem de tempo rel. Estes comndos e funções são simples e permitem, por exemplo, escrever um plvr no driver de PWM ou de motor de psso, permitem um contgem de 3 bits dos pulsos de encoder, visulizr continumente os vlores de encoder e posição d lvnc do joystick, já hvi disponível tmbém um estrutur de progrm em tempo rel, no entnto, estes comndos não erm suficientes pr controle dequdo do movimento do robô. 3

5 . Objetivo Pr que se tenh o controle dequdo do movimento de um robô móvel, especificmente Bse Móvel, é necessário possuir um conjunto de comndos que permitm um usuário fzer com que o robô se movimente d mneir desejd. Tmbém é interessnte que se poss construir progrms que descrevm determind trjetóri que o robô deve seguir. Pr tnto é necessário ter um lingugem de progrmção pr o robô. Como est lingugem e os comndos pertencentes el ind não tinhm sido desenvolvidos e implementdos pr Bse Móvel, el não er cpz ind de se movimentr por trjetóris pré-definids. O objetivo deste projeto é justmente desenvolver um lingugem de progrmção pr um robô móvel, sendo que est lingugem sej compost de comndos de lto nível que devem ser executdos em um estrutur de softwre de tempo rel. Os comndos pertencentes à lingugem de progrmção serão implementdos e testdos n Bse Móvel. Os comndos de movimento devem ser de fácil uso pelo usuário, sendo que representem de mneir dequd trjetóri que o robô deve fzer. Estes comndos devem usr um sistem de controle de posição em mlh fechd com relimentção dd pelo encoder. Tmbém é desejável que lém d posiibilidde de se descrever trjetóris trvés de progrms, se use o joystick pr movimentr o robô, e tmbém que sej possível cptur de pontos pr formção de um tbel que poss ser reproduzid posteriormente, fzendo com que o robô psse pelos pontos cpturdos. 4

6 3. Robôs Móveis Existe um vriedde muito grnde de robôs móveis, e eles se diferencim entre si pel construção mecânic e pelo hrdwre eletrônico. A prte mecânic do robô é fundmentl pr definir onde ele poderá se locomover e o que poderá ser cpz de fzer ou não. Por exemplo, existem robôs móveis que se deslocm trvés de "pts", tentndo reproduzir o movimento que insetos como rnh ou formig fzem. Estes robôs são construídos pr que possm se deslocr em solos irregulres, e são cpzes de se trnspor obstáculos como pequens pedrs. Existem robôs móveis submrinos, que precism se locomover em três dimensões. Estes robôs são usdos pr tingir profundiddes elevds onde dificilmente o homem pode ir. Podemos encontrr ind robôs móveis que possuem esteirs, como tnques de guerr, e robôs móveis que possuem qutro rods, sendo que s dus rods dinteirs possuem trção independente e diferenç de velocidde entre els fz com que o robô fç curvs. Tmbém existem robôs móveis com três rods, como um triciclo, sendo que d frente é motor e pode mudr direção do robô. Como se pode ver, podem ser feits muits vrições ns crcterístics mecânics dos robôs, e ssim construir um que se dequ melhor plicção desejd. Pr cd tipo de robô, implementção dos comndos e d lingugem propost neste trblho será diferente, pois el depende ds crcterístics construtivs, e tmbém do hrdwre eletrônico do robô. Dest form, será desenvolvido e implementdos comndos pr Bse Móvel. No entnto, o lgoritmo de lguns comndos, estrutur do softwre de controle, estrutur d lingugem de progrmção, e s rotins pr reconhecimento dest lingugem podem ser proveitds e usds em outros tipos de robôs móveis. Os robôs móveis podem possuir um série de sensores, e prtir dos sinis recebidos por eles, usndo um sistem de inteligênci rtificil, o robô pode tomr decisões e então se locomover. Isto é usdo qundo se desej explorr lugres desconhecidos que o homem não pode ir, como regiões próxims vulcões, ou superfícies de outros plnets como Mrte. Tmbém é usdo pr que permit o robô desvir de obstáculos que eventulmente podem hver n su trjetóri, evitndo ssim cidentes. Em relção à metodologi usd pr mover tis robôs usndo sistems inteligentes, existem dus teoris principis : o método trdicionl, e o método bsedo em comportmento proposto por Rodney Brooks. 5

7 O método trdicionl se bsei em coletr informções trvés dos sensores, construir um representção do modelo do mundo em volt do robô trvés d fusão dos ddos coletdos pelos sensores, e então plnejr s ções bsedo no modelo dquirido. Por exemplo: o robô trvés de um cmer de vídeo cpt imgem do que está su frente, então é feito um nálise deste sinl, dí percebe-se que existe um obstáculo n su frente e que este obstáculo têm um lrgur 'x', prtir deste ddo é feito um mudnç n trjetóri pr que o robô desvie deste obstáculo. O método proposto por Brooks não fz fusão dos ddos coletdos pelos sensores, e nem um modelo do mundo exterior o robô. Este método se bsei em progrmr vários comportmentos que o robô deve ter em respost lgo, estes comportmentos possuem um nível hierárquico, e comportmentos que possuem um nível hierárquico lto, qundo tivdos, são executdos em preferênci àqueles de nível mis bixo. Isto não quer dizer que os comportmentos de nível hierárquico inferior não deixem de ser gerdos, ms eles não são executdos qundo um comportmento de nível lto está tivdo. Como ilustrção, suponh que o comportmento de nível mis bixo hbilite um ção de ndr pr qulquer lugr e o de nível mis lto inici um comportmento de seguir luz, então normlmente, o robô irá ndr sem rumo, movendo-se letorimente. No entnto, qundo lguém pontr um lntern pr o robô, o comportmento de ndr letorimente será ignordo em detrimento do comportmento de seguir luz que cb de ser tivdo e possui nível mior. O robô irá então seguir em direção á luz té que lntern sej pgd, qundo o comportmento de ndr sem rumo irá voltr ter preferênci. Um observção que deve ser feit é que mesmo qundo o comportmento de seguir luz estv tivdo, o outro comportmento tmbém estv sendo gerdo ms não estv sendo executdo pois não tem preferênci. O projeto que será desenvolvido este no, não possui nenhum crcterístic de inteligênci rtificil, embor posteriormente este trblho podem ser feits pesquiss nest áre, podendo utilizá-lo como ponto de prtid. No entnto, neste trblho, desejse que trjetóri do robô móvel que estiver sendo controldo sej bem definid, e est sej especificd pelo usuário. Dest form, este trblho se enqudr com mior fcilidde no método trdicionl de controle utilizndo inteligênci rtificil, já que será desenvolvido os comndo pr que se poss progrmr um trjetóri definid, conhecido o cminho. 6

8 4. Definição dos Comndos d Lingugem de Progrmção A primeir tref ser relizd é de definir o projeto. Pr isto deve-se definir como será interfce do usuário com o robô móvel, pr que poss hver progrmção do robô, e execução de comndos ssocidos o movimento do robô e cptur de ddos. Est interfce pode ser determind definindo-se os comndos que frão prte tnto d lingugem de progrmção como do softwre de controle, e tmbém definindo-se sintxe destes comndos. Como neste trblho há um grnde interesse em implementr lingugem de progrmção n Bse Móvel, optou-se por não se profundr no estudo de sintxes de lingugens de progrmção, sendo que o se definir sintxe, utilizou-se o conhecimento sobre lingugens de progrmção existentes como bsic, C, e pscl. Tmbém bseou-se nos comndos disponíveis em progrms de desenho como AutoCAD pr definição dos comndos. Como se quer descrever trjetóris do robô, e o que se fz em progrms como o AutoCAD é descrever desenhos, ou trjetóris, trvés de vários comndos, optou-se por se bser no conjunto de funções e prâmetros exigidos por els disponíveis em tl softwre. Um outro ftor importnte que entrou n decisão de como seri sintxe foi fcilidde ou não de se reconhecer o comndo e os prâmetros prtir d linh de comndo digitd, já que rotin de reconhecimento dos comndos segundo sintxe especificd deve ser implementd pois o reconhecimento deles não é imedito. O usuário entr trvés do tecldo linh de comndo, est fic rmzend em um string de crcteres e depois est string deve ser interpretd e retirdo os prâmetros e o comndo. Bsedo nos ftores descritos cim, definiu-se os comndos que frão prte d lingugem de progrmção, e do softwre de controle do robô móvel. Juntmente com definição destes comndos, já se determinou como seri interfce do usuário com o progrm de controle e progrmção d Bse Móvel. Os comndos definidos podem ser divididos por tipos de comndos, estes podem ser : Comndos de Set de Prâmetros : Estes comndos definem o vlor de constntes usds nos demis comndos, ou então hbilitm e desbilitm o funcionmento de lguns dos modos de operção do robô ou do softwre de controle. Os comndos são os seguintes : 7

9 SET MODE <0,1,> : Selecion o modo de operção do softwre de controle do robô. Os modos de operção possíveis são : modo norml (0), modo de progrmção (1), e modo de mnutenção (). Cd comndo pode ser definido pr funcionr ou não em cd modo de operção. O modo defult é o modo norml, sendo que o modo de progrmção é usdo pr editr progrms, e o modo de mnutenção pr ter cesso à vlores de constntes interns o sistem de controle, tis como vlor do encoder, ou vlor do eixo do joystick. SET JOYSTICK <0,1> : Este comndo desbilit (0) ou hbilit (1) o modo de movimento do robô trvés do joystick. SET TABLE <0,1> : Hbilit (1) ou desbilit (0) cpturção de pontos pr formr um tbel que poderá posteriormente ser seguid. Os pontos podem ser cpturdos pressionndo um botão do joystick, por exemplo. A tbel é rmzend n memóri e depois pode ser slv em rquivo. SET TRANSMAXVEL <vlue> : Define o vlor d velocidde máxim de trnslção do robô móvel em mm/s. Est velocidde servirá como bse pr os comndos de movimento, já que o prâmetro que define velocidde nestes comndos, é expresso em porcentgem d velocidde máxim. SET TRANSVEL <vlue> : Define velocidde defult em porcentgem d velocidde máxim ser usd nos comndos de movimento. SET ROTMAXVEL <vlue> : Define velocidde máxim de esterçmento ds rods. Assim como velocidde máxim de trnslção, este prâmetro serve de bse pr os comndos de movimento. SET ROTVEL <vlue> : Define velocidde de esterçmento ds rods expresso em porcentgem de velocidde máxim. SET POSITION <vlue1> <vlue> : Define posição bsolut tul do robô. Os prâmetros 1 e representm s coordends d posição, respectivmente 'x' e 'y' se o sistem tul for crtesino, e 'r' e 'θ' se o sistem for o de coordends polres. 8

10 SET COORDENATE <0,1> : Define o sistem de coordends tul como sendo crtesino (0), ou polr (1). Comndos de Movimento : São comndos que fzem com que o robô móvel se movimente, ou deixe de se movimentr té que um condição sej stisfeit. Estes comndos são : MOVEABS <vlor1> <vlor> <vlor3> : Este comndo fz com que o robô se desloque pr um posição bsolut dd pelos dois primeiros prâmetros, com um velocidde dd pelo terceiro prâmetro que é express em porcentgem d velocidde máxim prédefinid. O terceiro prâmetro é opcionl, e qundo omitido é substituído pelo vlor d velocidde defult tmbém pré-definid. Os prâmetros 1 e são respectivmente s coordends 'x' e 'y' d posição finl qundo o sistem de coordends tivo é o sistem crtesino, e são s coordends 'r' e 'θ' qundo o sistem tivo é o de coordends polres; MOVEREL <vlor1> <vlor> <vlor3> : Este comndo fz com que o robô se desloque pr um coordend reltiv. Os prâmetros seguem mesm regr do comndo nterior. MOVE <vlor1> <vlor> : Este comndo reliz pens um trnslção simples de um distânci dd pelo prâmetro 1 com um velocidde dd pelo prâmetro express em porcentgem d velocidde máxim. ROTATE <vlor1> <vlor> : Este comndo reliz um mudnç n direção ds rods de um vlor ddo pelo prâmetro 1 expresso em grus com um velocidde dd pelo prâmetro express em porcentgem d velocidde máxim de rotção ds rods. MOVETAB <vlue1> : Fz com que o robô descrev um trjetóri que psse pelos pontos definidos em um tbel previmente crregd pelo usuário. A trjetóri descrit consciste em fzer um interpolção liner entre os pontos, pr isso estes pontos são rmzendos de form que representem distncis reltivs em x e y. A velocidde utilizd é velocidde definid no prâmetro 1. RUN : Execut progrm crregdo n memóri. 9

11 WAITTIME <vlue> : Fz com que o robô espere n posição tul durnte um determindo tempo definido pelo prâmetro do comndo. WAITBUTTON : Fz com que o robô espere n posição tul té que sej pressiondo um botão do joystick. WAITKEY : Fz com que o robô espere n posição tul té ser pressiondo um tecl do keybord. OBS: Nos comndos de movimento, todos os prâmetros de velocidde se omitidos ou iguis zero, são substituidos pel velocidde defult. Os prâmetros de posição são sempre expresssos em milímetros, e os de velocidde em porcentgem de velocidde máxim. Comndos de Exibição : São comndos que mostrm prâmetros e informções sobre o robô o usuário. Estes comndos são : SHOW VELOCITY : Mostr velocidde tul do robô SHOW CVELOCITY : Mostr continumente n tel velocidde do robô té que sej pressiondo ctrl-x. SHOW POSITION : Mostr posição tul do robô SHOW CPOSITION : Mostr continumente n tel posição do robô té que sej pressiondo ctrl-x. SHOW PARAMETERS : Mostr os prâmetros definidos pelo usuário, como velociddes máxims, velociddes defult, mostr se modo joystick tivo ou intivo, etc.? (HELP) : Mostr um texto explictivo dos comndos disponíveis no modo tul de operção. Comndos de Mnutenção : São comndos que funcionm pens no modo de mnutenção. Eles são : CENC : Comndo do modo de mnutenção que mostr continumente o vlor do encoder té que sej pressiondo ctrl-x. READENC : Mostr o vlor tul do encoder. CJOY : Mostr continumente o vlor d posição do eixo do joystick té que sej pressiondo ctrl-x. READJOY <0,1> : Mostr o vlor tul do eixo 'x'(0) ou 'y'(1) do 10

12 joystick PWM <vlue1> <vlue> : Escreve um plvr dd pelo prâmetro 1 no driver de PWM definido pelo número ddo pelo prâmetro. Comndos de Lod e Uplod de rquivos : São comndos que grvm e lêem rquivos de progrms e tbels. Os comndos são : LOAD : Crreg rquivo de progrm. LOADTAB : Crreg rquivo de tbel. Este tipo de rquivo possui o seguinte formto : Cd vlor deve ser colocdo em um linh diferente sendo que primeir linh deve conter coordend X, e segund coordend Y, e ssim por dinte. Dest form cd dus linhs do rquivo, obtenho um posição reltiv diferente. UPLOAD : Slv rquivo de progrm. UPLOADTAB : Slv rquivo de tbel no formto definido cim. Comndos de Edição de progrms : São comndos que funcionm no modo de progrmção e servem pr editr progrms crregdos n memóri. Os comndos são : <vlue> <string_de_comndo> : Qundo se entr no modo de progrmção e se começ linh de comndo com um número, string digitd posteriormente o número é inserid n linh dd por este número. Conforme o usuário for inserindo linhs de progrm, ests vão sendo interpretds e rmzends n memóri do robô. O usuário pode inseri-ls em qulquer ordem, sendo que els são internmente ordends pelo vlor d linh. A execução norml do progrm segue sequênci numéric ds linhs, d de menor vlor pr de mior vlor. Exemplo de inserção de comndo : 0 MOVEABS qui o comndo MOVEABS é colocdo n linh de número 0 do progrm. Obs: definiu-se que o vlor de linh não pode ser zero. CLEAR <vlue> : Apg linh cujo número se entrou como prâmetro. Cso o prâmetro sej nulo, ou omitido, todo o progrm é pgdo. LIST <vlue> : Mostr linh de progrm desejd. Se o prâmetro for omitido ou nulo, o progrm todo é mostrdo. 11

13 Comndos de Controle de progrms : Até gor form definidos os comndos do softwre de controle, e os comndos que poderão ser inseridos no corpo de um progrm pr executr movimentos, ou setr prâmetros. No entnto existem comndos que fzem tref de controlr execução do progrm, e estes comndos estão definidos seguir : SETVAR <vr_number> <number> : O progrm permite utilizr 10 vriáveis interns que são usds como contdores. Ests vriáveis podem ser incrementds, decrementds, e pode-se tribuir vlores els. Est função tribui um vlor ddo pelo prmetro ( number ) um contdor referencido pelo prmetro 1 ( vr_number ). Os contdores são referencidos por números de 0 9 (cd contdor possui um número). Exemplo : SET VAR Atribui vlor 10 o contdor 0. INC <vr_number> : Increment o contdor vr_number. DEC <vr_number> : Decrement o contdor vr_number. GOTO <vlue> : Mud sequênci de execução dos comndos pulndo pr linh definid pelo prâmetro ddo. IFEQ <vr_number> <number> <line_number> : Este comndo fz um comprção do vlor contido n vriável intern de índice vr_number com o vlor entrdo no cmpo number. Se os dois vlores forem iguis, então sequênci de execução é desvid pr linh de número line_number. IFGT <vr_number> <number> <line_number> : Se vlor em vr_number mior que number então vi pr linh line_number. IFGE <vr_number> <number> <line_number> : Se vlor em vr_number mior ou igul number então vi pr linh line_number. IFLT <vr_number> <number> <line_number> : Se vlor em vr_number menor que number então vi pr linh line_number. IFLE <vr_number> <number> <line_number> : Se vlor em vr_number menor ou igul number então vi pr linh 1

14 line_number. IFNE <vr_number> <number> <line_number> : Se vlor em vr_number diferente de number então vi pr linh line_number. Observção : Todos os comndos presentdos qui são usdos pens em progrms, portnto devem ser precedidos do número d linh. Observção finl qunto os comndos : Tods os prâmetros de posição devem estr em milímetros, e os prâmetros de velocidde em porcentgem de velocidde, com exceção do comndo se juste d velocidde máxim de trnslção, onde velocidde é dd por mm/s. É importnte observr que pr todos os comndos qui definidos existe um modo em que ele pode operr. N tbel 1 se encontr relção de todos os comndos definidos, e em que modo de operção estes comndos podem ser executdos. Considerção em relção funcionlidde do sistem : N tbel se encontr qundo determindos comndos não podem ser ciondos em função de outros comndos. Exemplo : o comndo MOVE não pode ser ciondo qundo não terminou o movimento de um outro comndo MOVE. Assim como est restrição, tbel mostr s restrições existentes. Tmbém é importnte informr que pressionndo tecl ctrl-z, o sistem é resetdo, e inicilizdo novmente. A interfce do usuário com o softwre de controle é feit trvés de interfce seril. O esquem seguir mostr o exemplo de como é interfce do sistem com o usuário. Observe que pr cd modo de operção, é usdo um prompt diferente. Pode-se perceber pelo exemplo ddo, de como é interfce com o usuário. Como resultdo de trblhos nteriores, já hvi sido implementdo grnde prte dos elementos d interfce como prompt, bckspce, cbeçlho, etc. No entnto o sistem não presentv todos os componentes de interfce necessários, sendo que lgums rotins que não estvm disponíveis form desenvolvids. Ests rotins vão desde reconhecimento de comndos segundo sintxe definid, té impressão de números inteiros em deciml, o que não é imedito pr o sistem. Grnde prte do sistem de controle de execução de comndos tmbém teve de ser implementd neste projeto. 13

15 Alguns detlhes de implementção serão mostrdos posteriormente. Exemplo de Interfce Cbeçlho Prompt Projeto Bse Movel - EPUSP Softwre de Controle >SHOW POSITION X:0 Y:0 >SET POSITION >MOVEREL >SET MODE 1 Progrm Mode $10 SET POSITION 0 0 $0 SET VAR 1 0 $30 MOVEABS $40 WAITTIME 30 $50 MOVEREL $60 MOVEREL $70 INC 1 $80 IFNE $SET MODE 0 Norml Mode >RUN Running Progrm >SET MODE Mintennce Mode # PWM 0 7F Modo Norml Modo de Progrmção Modo de Mnutenção Tbel 1 - Relção dos comndos, e modo de execução em que são ceitos. Comndos Modo de Execução Norml ( > ) Progrmção ( $ ) Mnutenção ( $ ) Comndos de Set de Prâmetros SET MODE SET JOYSTICK SET TABLE SET TRANSMAXVEL COM --- SET TRANSVEL COM --- SET ROTMAXVEL COM --- SET ROTVEL COM --- SET POSITION COM --- SET COORDENATE COM

16 Tbel 1 (cont.) - Relção dos comndos, e modo de execução em que são ceitos. Comndos Modo de Execução Norml ( > ) Progrmção ( $ ) Mnutenção ( $ ) Comndos de Movimento MOVEABS COM --- MOVEREL COM --- MOVE COM ROTATE COM MOVETAB COM --- RUN WAITTIME --- COM --- WAITBUTTON --- COM --- WAITKEY --- COM --- Comndos de Exibição SHOW VELOCITY SHOW CVELOCITY SHOW POSITION SHOW CPOSITION SHOW PARAMETERS ? (HELP) Comndos de Lod e Uplod LOAD LOADTAB UPLOAD UPLOADTAB Comndos de Edição LIST CLEAR DEL <vlue> <comndo> Comndos de Mnutenção CJOY CENC READENC READJOY PWM

17 Tbel 1 (cont.) - Relção dos comndos, e modo de execução em que são ceitos. Comndos Modo de Execução Norml ( > ) Progrmção ( $ ) Mnutenção ( # ) Comndos de Controle de Progrm SET VAR --- COM --- INC --- COM --- DEC --- COM --- IFNE, IFEQ, IFGE, --- COM --- GOTO --- COM --- END --- COM --- Obs: N colun de Modo de progrmção, qundo está mrcdo COM signific que o comndo só pode ser usdo no corpo de um progrm como linh de comndo. signific que o comndo é executdo. Tbel Restrição qunto o uso de lguns comndos em certs situções do sistem. Comndo que se desej executr Modo Joystick ligdo Ação que está sendo contecendo no robô Executndo Progrm Executndo Tbel Robô em movimento SET JOYSTICK RUN MOVE MOVEREL MOVEABS MOVETAB SET POSITION SET TRANSMAXVEL SET MODE LOAD, LOADTAB PWM OBS: : indic que comndo pode ser executdo --- : indic que não pode ser executdo 16

18 5. Projeto do Sistem de Controle de Posição e Velocidde O movimento de trnslção d Bse Móvel é efetudo por um motor DC. Dest form, é necessário que hj um controle em mlh fechd d posição do robô. Este sistem de controle de posição será utilizdo por todos os comndos de movimento que relizm um trnslção do robô. Pr obter o sistem de controle de posição, primeirmente modelou-se Bse Móvel com o motor DC, feito isto, projetou-se um controldor de posição com o uxílio do progrm Mtlb. Form feitos então simulções do modelo, e então discretizou-se o controldor pr se obter equção de diferençs dele. A prtir dest equção é possível implementção do controle de posição n Bse Móvel. O detlhmento ds etps feits se encontr seguir. 5.1 Modelo dinâmico d plnt Pr se chegr o modelo dinâmico d Bse Móvel, modelou-se o motor DC e tmbém prte mecânic do robô Modelo dinâmico mecânico do robô O modelo dinâmico do robô qundo este celer, pode ser determindo pel seguinte sequênci de cálculos : Sbendo-se que o torque resultnte em um rod é igul inérci ngulr vezes vrição de velocidde ngulr del; temos que em um ds rods do robô : T 1 dωr M R = J R + dt 3 dω dt onde, J R é inérci d rod (kg.m ) M é mss do robô (kg) R é o rio d rod (m) ω R é velocidde ngulr d rod (rd/s) R 17

19 No pr de engrengens que lig rod às polis, temos : T T 1 R1 R M R = T = R R J onde, R 1 é o rio d engrengem mior R é o rio d engrengem menor R d ω dt R Ns expressões cim, form desprezds s inércis ds engrengens Em um ds polis movids : T 3 T = J P dω dt P T 3 R = R 1 M R 3 + J R + J P dω dt P onde, J P é inérci d poli movid (kg.m ) ω P é velocidde ngulr n poli movid (rd/s) Devido relção de trnsmissão ns polis dentds, o torque n poli motor é : T4 3 T T 4 3 R = R 4 3 R R = M R 3 J R 3J + R1 + R1 P R R onde, R 4 é o rio d poli menor (motor) R 3 é o rio d poli mior (movid) 4 3 dω dt P N poli motor, têm-se : T T = J 5 4 PM dω dt PM T 5 R R = R1 R 4 3 R R 4 M R + 3 J 3J R + R 1 3 R R + J 4 R P PM 3 d ω dt PM 18

20 onde, J PM é inérci d poli motor (kg.m ) ω PM é velocidde ngulr n poli motor (rd/s) Antes de chegr o motor, existe um plnetário. Então o torque fic : T 1 = T i 6 5 PL fic : T 6 R R = 1 R 4 3 R R R + 3 R J R + J 4 R P PM 3 onde, i PL é relção de trnsmissão do plnetário (i PL > 1) ω é velocidde ngulr do motor Pode-se escrever expressão cim d seguinte form : T = dω 6 J EQ dt 1 i PL Finlmente, equção de torque no motor levndo-se em cont inérci do robô ( ) dω T T6 = J T = J + J dt e M e M EQ onde, J M é inérci do motor (kg.m ) T e é o torque elétrico dω dt ω dt Portnto inérci equivlente do robô, pode ser dd pel seguinte expressão : J EQ R R = R R i PL R R M R + 3 R R i PL J R + 3J P R R 4 3 J PM i i PL PL Como em relção à mss do robô, s inércis ds polis são de ordem de grndez inferior, pode-se desprezá-ls pr efeitos de projeto do controldor de posição. Portnto nest expressão, consider-se pens o termo envolvendo mss : J EQ R R = R R M R 1 i PL 19

21 5.1. Modelo Dinâmico do Motor DC Pode-se representr um máquin de corrente contínu d seguinte form : Figur 1 - Esquem de motor de corrente contínu Nomencltur : V - Tensão d rmdur i - Corrente de rmdur ou de torque e - Forç contr-eletromotriz V f - Tensão de excitção ou de cmpo i f - Corrente de excitção ou de cmpo L - indutânci de rmdur R - Resistênci de rmdur L f - Indutânci de cmpo R f - resistênci de cmpo As equções dinâmics são : V V T f e = R = R T L f di f i f + L f dt di i + L + e dt dω = J + B ω dt onde : T e é o torque elétrico (Nm) T L é o torque de crg (Nm) 0

22 J = J M + J EQ ( Inérci do motor + Inérci equivlente do robô ) (Nm) B é um tipo de trito expresso em Nm/(rd/s) ω é rotção do motor em rd/s Pr motores de corrente contínu com imãs permnentes, V f = R f. i f, e o fluxo é constnte. Portnto pode-se dizer que : T e = K t. i e = K e. ω Fzendo Trnsformd de L Plce nests equções, tem-se : V (s) = R T (s) T (s) = J W(s) s + B W(s) e e (s) = K T (s) = K e L e t I (s) + L W(s) I (s) I (s) s + e (s) Mnipulndo s equções cim, cheg-se à : V (s) TL (s) I (s) = (R + L s) Te (s) TL (s) W(s) = (B + J s) Podemos expressr s equções n form do seguinte grfo : Figur - Digrm de blocos do Modelo d Máquin de Corrente Contínu Crcterístics do Motor DC e do Robô Móvel O motor DC usdo n Bse Móvel é um motor de 15 Wtt d Mxon Motor. O número deste motor é o 966, e segundo o ctálogo do fbricnte ele possui s seguintes crcterístics : 1

23 Voltgem nominl : 1 V Resistênci de terminl (R ) : 3.18 Ohm Constnte de torque (K T ) : 3x10-3 Nm/A Constnte elétric (K E ) : 3x10-3 V/(rd/s) Inérci do rotor (J M ) :,43x10-6 kg.m Indutânci do terminl (L ) : 0.53x10-3 H A Bse Móvel possui s seguintes crcterístics : Mss (M) : 7, kg Rio ds rods (R) : 41x10-3 m R /R 1 (relção de trnsmissão ds engrengens) : 4 R 4 /R 3 (relção de trnsmissão ds polis) : 1.5 i PL (relção de trnsmissão no plnetário) : 5. J EQ = 1,8x Torque de Crg (T L ) Admitindo-se que B = 0, qundo não há vrição de velocidde : T L = T E = K T.i Portnto, mediu-se corrente qundo velocidde é máxim no motor, e prtir dí clculou-se o torque de crg. A corrente observd foi d ordem de 0.4 A. Então, como K T = 3.0x10-3 N/A, conclui-se que o torque de crg é d ordem de N. Admitiu-se que este torque é constnte. 5. Projeto do Controle de Posição Simplificndo o digrm de blocos do motor, cheg-se seguinte expressão que descreve plnt : K T G( s) = ( J L ) s + ( R J + L B) s+ ( R B + K K ) T e onde, J é inérci do motor somdo com inérci do robô Pode-se dmitir pr este motor que su indutânci é zero, já que o vlor dest é muito inferior em comprção com o vlor do termo envolvendo resistênci e inérci. Tmbém se considerou B = 0 pr este problem. Portnto, pode-se simplificr expressão pr : K T G( s) = R J s + K K T e

24 O sistem em mlh fechd de posição fic sendo : Figur 3 - Plnt simplificd com gnhos de PWM e relção de trnsmissão Onde PWM signific um gnho que trnsform vlores entre -18 e 18 em vlores entre -1 e 1, que é tensão de limentção do motor. R/n é o gnho que trnsform ngulo em rd do eixo do motor em distânci em metro percorrid pel rod. A função de trnsferênci em mlh bert d plnt, se dicionrmos um gnho K ntes do PWM, fic : X( s) K K PWM K T R = Xr( s) X( s) n( R J s + K K s) T e Pr os vlores ddos nteriormente, com n = 4x1,5x5, ; e K PWM = 9,375x10 - : X( s) 0, 053 K = X ( s) X( s) s ( s + 8, 14) r É desejável que respost em regime deste sistem com um controldor proporcionl K, pr um entrd rmp, sej menor que 1%, então pode-se tirr que : ε = lim s ( Xr( s) X( s)) = lims s 0 s 0 Xr( s) = 0, 01 X( s) 1+ ( Xr( s) X( s)) Pr X r (s) = 1/s, temos que : ( s + 8, 14) ε = lim = 0, 01 s 0 s + 8, 14 s + 0, 053K Portnto : K > Rescrevendo função de trnsferênci em mlh bert d plnt com este controldor proporcionl, fic : 815 G( s) K = s ( s + 8, 14) No entnto, respost rmp unitári present um oscilção inicil e finl, como verific-se n figur 4. 3

25 Figur 4 - Gráfico d plnt com controldor proporcionl à respost à rmp Pr diminuir est oscilção, escolheu-se projetr um controldor do tipo phseled, que irá funcionr juntmente com o gnho K projetdo cim. Este controldor possui seguinte form : G ( T s s ) ( 1+ α ) C = ( 1+ T s) A função de mlh bert fic sendo : 815 ( 1+ α T s) G( s) G c ( s) = s ( s + 8, 14) ( 1+ T s) A equção crcterístic de mlh fechd, ou sej, o denomindor d função de G( s) G C ( s) mlh fechd é : 1+ G( s) G ( s) C s.(s+8,14)(1+t.s) (1+α.T.s) = 0 Dividindo por s + 8,14.s + 815, fic : 815 α T s 1+ = 0 s ( s + 8, 14) ( 1+ T s) Escolhe-se vlores de T, pr plotr o root-locus d expressão : 815 α T s s ( s + 8, 14) ( 1+ T s) Chegou-se um vlor de T = 0,005. Que presentou um root-locus bom pr que sej determindo um α que resultsse em um bixo sobresinl. O gráfico do root locus obtido, está n figur 5. 4

26 Figur 5 - Root locus pr T=0,005 A região que se desej que o sistem trblhe, está mplid n figur bixo : Figur 6 - Região do root locus que se desej que os polos se loclizem A prtir dest figur determinou-se o vlor de α como sendo o vlor em que ocorre o cruzmento ds linhs. Portnto : α = 11,4 Com estes vlores, respost degru unitário pode ser vist n figur 7. 5

27 Figur 7 - Respost à degru unitário do sistem controldo Observ-se que o sistem possui um lto tempo de respost, com um sobresinl de 10%. Pr um entrd rmp unitári, com velocidde de 0,5 m/s. A respost obtid foi seguinte : Figur 8 - Respost à entrd rmp do sistem controldo Observ-se que respost teve crcterístic desejd, com sobresinl dentro dos 1% que hvi sido especificdo. Portnto, plnt do controldor é seguinte : G ( s C s ) 1, = , 005 s E existe um gnho proporcionl de K =

28 5.3 Resultdos d Simulção do Controle de Posição Pr simulr como seri o comportmento do robô com este controldor, utilizou-se o simulink como ferrment. No modelo, foi considerdo o torque de crg T L, tmbém foi considerdo sturção no PWM, e tmbém um região, que foi verificd n prátic, onde pr um vlor de entrd não há respost de movimento no motor. O modelo crido pr simulção se encontr n figur 9. Nest, o gnho K1 é o gnho do controldor, K é o gnho do PWM, e K3 é o gnho d relção de trnsmissão que trnsform em velocidde do motor em rd/s pr velocidde n rod em m/s. O bloco denomindo PWM contém um sturdor, e blocos que simulm região onde não existe respost. O bloco berto pode ser visto n figur 10. Figur 9 - Modelo usdo n simulção Figur 10 - Bloco do PWM com sturção O bloco de motor corresponde o modelo dinâmico presentdo n figur 3. Após s simulções, verificou-se que o resultdose encontrv dentro do esperdo, sendo ssim, os vlores dos gnhos são : 7

29 K1 = 15557; K = 9.375x10 - ; K3 = 1.577x10-3 ; O sinl de entrd utilizdo foi um rmp de posição que corresponde um velocidde de 0,5 m/s. O gráfico do sinl de entrd é : Figur 11 - Entrd usd n simulção Form plotdos gráficos de tensão de limentção do motor (V ), velocidde do robô (w), posição do robô (x), e corrente no motor (I ). Os resultdos obtidos se encontrm ns figurs bixo : Figur 1 - Gráfico d tensão com sturção 8

30 Figur 13 - Gráfico d corrente Figur 14 - Gráfico d velocidde Figur 15 - Gráfico d posição 9

31 Se não houvesse sturção nos 1 V, os resultdos serim : Figur 16 - Gráfico d tensão sem sturção Figur 17 - Gráfico d corrente Figur 18 - Gráfico d velocidde 30

32 Figur 19 - Gráfico d posição 5.4 Discretizção do Controldor de Posição O controldor possui seguinte função de trnsferênci : G ( T s s ) ( 1+ α ) c = K ( 1+ T s) Utilizndo-se o método de trnsformção biliner, ou sej, fzendo-se seguinte 1 z substituição : s = T 1+ z 1 1, onde T é o período de mostrgem; pode-se obter expressão do controldor discretizdo. Fzendo est substituição cheg-se : ( G ( z) K T T T T z + α ) + ( α ) c = 1 ( T + T) + ( T T) z Est expressão pode ser escrit como : 1 K [(T + α T) U(z) + (T α T) z U(z)] = (T + T) Y(z) + (T Trnsformndo pr equção de diferençs, expressão cim fic : y y y y tul tul tul tul ( T T T T y K T T u K T T ) ( + α ) ( α ) = nterior + tul + u ( + ) ( T + T) ( T + T) Pr T = 0,005, α = 11,4 : (T = (T 0,01) y + 0,01) Pr T = 5 ms : = 0,33 y nterior Pr T = 7,5 ms : = 0,143 y nterior nterior + K 7,93 u + K 6,94 u (T + 0,114) + K u (T + 0,01) tul tul K 7,7 u K 6,09 u tul 1 nterior nterior (T 0,114) + K u (T + 0,01) nterior nterior T) z 31 1 Y(z)

33 Sendo que y é síd do controldor, u é entrd do controldor, e K é o gnho do controldor que foi determindo como sendo K= A expressão determind nteriormente pode ser usd pr implementção do controldor no robô móvel, no entnto n expressão entrd u deve ser dd em metro. No robô móvel, o que é utilizdo pr determinr posição são pulsos de encoder, e cd rotção do motor, são gerdos 500 pulsos de encoder. Então, um deslocmento de 1 metro do robô equivle pulsos. Um outr relção importnte, é que pr um período de mostrgem T, um velocidde do robô de 1 m/s equivle medir um vrição de 50465T. Pr converter expressão que dá o resultdo d síd do controldor fim de que entrd, que é o erro entre referênci e posição rel tul, poss ser dd em pulsos de encoder, deve-se trnsformr este vlor de pulsos de encoder pr metro. Isto equivle dividir os termos d expressão que são dependentes d entrd (u) por Portnto, bst usr o invés de K, um K = 15557/ Então, pr expressão fic : Pr 5 ms : y tul = 0,33 y +,44 u, 4 u Pr 7,5 ms: y tul nterior nterior tul = 0,14 y +,14 u 1, 88 u tul nterior nterior Sendo que y é síd pr o PMW, e u é entrd dd em pulsos de encoder. Observe que o implementr o lgorítmo deve-se sturr o vlor d síd clculdo em 17 e 17. Cso hj necessidde de clculr expressão pr outro período de mostrgem, ou té mesmo outro vlor pr os coeficientes d plnt, bst seguir o roteiro de clculo deixdo nest seção e estes vlores podem ser muddos sem grndes dificulddes. O controle determindo qui, foi implemtdo sendo que se fez testes com período de mostrgem de 5 ms e de 7,5 ms, comprndo os resultdos obtidos com o resultdo de simulção. Os resultdos obtidos pr o movimento de 1 metro com velocidde de 30 mm/s se encontrm dos gráficos seguintes, sendo que em vermelho está o resultdo de simulção, e em zul o resultdo obtido com o robô. 3

34 Pr 5 ms : 1, 1 0,8 Posição (m) 0,6 0,4 0, 0 0 0,5 1 1,5,5 3 3,5-0, Tempo (s) Figur 0 - Gráfico de posição observdo (5 ms) Tensão (V) ,5 1 1,5,5 3 3, Tempo (s) Figur 1 - Gráfico de tensão observdo (5 ms) 33

35 0,45 0,40 0,35 0,30 Velocidde (m/s) 0,5 0,0 0,15 0,10 0,05 0,00-0,05-0,10 0 0,5 1 1,5,5 3 3,5 Tempo (s) Pr 7,5 ms : Figur - Gráfico de velocidde observdo (5 ms) 1, 1 0,8 Posição (m) 0,6 0,4 0, 0-0, 0 0,5 1 1,5,5 3 3,5 Tempo (s) Figur 3 - Gráfico de posição observdo (7,5 ms) 34

36 Tensão (V) ,5 1 1,5,5 3 3, Tempo (s) Figur 4 - Gráfico de tensão observdo (7,5 ms) 0,50 0,40 Velocidde (m/s) 0,30 0,0 0,10 0,00 0 0,5 1 1,5,5 3 3,5-0,10 Tempo (s) Figur 5 - Gráfico de velocidde observdo (7,5 ms) 35

37 Tmbém foi implementdo um lgorítmo de celerção, s resposts obtids pr T = 7,5 ms com celerção form s seguintes : Posição (m) Tempo (s) Figur 6 - Gráfico de posição observdo (7,5 ms com celerção) ( V ) Tempo (s) Figur 7 - Gráfico de tensão observdo (7,5 ms com celerção) 36

38 Velocidde (m/s) Tempo (s) Figur 8 - Gráfico de velocidde observdo (7,5 ms com celerção) 5.5 Controle de Velocidde Foi projetdo tmbém um controldor de velocidde pr ser usdo no movimento por joystick. O controldor utilizdo foi : (T + s) G C (s) = K s Com o uxílio do Mtlb, projetou-se este controldor, chegndo os seguintes vlores : T=10 e K=0. Utilizou-se o modelo n figur 9 pr simulção, e determinção dos vlores de T e K. 37

39 Figur 9 Modelo usdo pr simulr controle de velocidde No modelo, K1 represent trnsformção d síd do controldor que é um vlor de tensão, em vlor que represente um vlor de PWM, ou sej que obedeç relção de 1 V equivle à 18. Assim, é possível simulr sturção de tensão e outrs crcterístics do PWM. K = 1/K1, e K3 é conversão de velocidde do motor em rd/s pr velocidde do robô em m/s. Os resultdos obtidos d simulção form os seguintes : Figur 30 - Gráfico de velocidde 38

40 Figur 31 - Gráfico de tensão Figur 3 - Gráfico de Corrente Os resultdos obtidos form stisftórios, sendo que plnt possui um tempo de respost bom pr um entrd degru. O controldor obtido foi discretizdo pelo método de trnformção biliner, e chegou-se seguinte equção de diferençs : y tul = y nterior K + ( + T T ) u tul + K (T T ) u nterior No entnto, do modo como foi projetdo, síd é dd em tensão, e entrd é dd em vlor de velocidde em m/s. Por isso, deve-se trnsformr síd em vlor de 39

41 PWM, considerndo o gnho K1 = 10,67 e lém disto, trnsformr entrd em diferenç de pulsos de encoder. Como já foi dito, 1 m/s equivle 50465T, sendo ssim bst dividir entrd por este vlor. Fzendo ests dus correções, expressão fic : y tul = y nterior Pr T = 5 ms : y tul = y nterior Pr T = 7,5 ms : y tul = y nterior K + ( + T T ) u + 0,867 u + 0,585 u tul tul tul 0,85 u 0,545 u + K (T T nterior nterior ) u nterior 10, T 6. Implementção de Comndos Como já foi dito nteriormente, já existe um softwre com um sistem de controle em tempo rel que possui rotins básics. Este softwre já se encontrv pronto nteriormente o início deste trblho, e os comndos e lingugem de progrmção definids neste projeto serão implementdos proveitndo estrutur e s rotins básics que este softwre possui, fzendo-se s dptções e melhoris necessáris. A lingugem de progrmção que foi utilizd é o C, e o ssembler do microcontroldor d Bse Móvel, ou sej, ssembler d fmíli 51 de microcontroldores d Intel. Foi utilizdo um softwre denomindo "Dunfield Development System" pr compilr o progrm em C gerndo o código em ssembler do microcontroldor, e ssim ser possível grvção do softwre de controle em EPROM. A seguir serão borddos lguns spectos importntes sobre implemtção do sistem de controle, comndos, e funções necessários. 6.1 Sistem de Controle em Tempo Rel O softwre de controle d Bse Móvel existente, já possui crcterístic de tempo rel. No entnto, o sistem sofreu lgums melhoris, sendo que su estrutur finl pr execução dos comndos pode ser vist n figur 33. O sistem pode ser dividido em dus prtes principis : o progrm principl, e rotin de tempo rel. No progrm principl, ocorre inicilizção do sistem, e então o progrm 40

42 entr em um loop. Neste loop ocorre o reconhecimento de crcteres e de comndos, cso um comndo válido sej entrdo pelo usuário, o progrm reliz execução do comndo tecldo, este por su vez pode ser do tipo comndo contínuo (exemplo : Mostr continumente posição do robô), ou de execução imedit (exemplo : mostr posico tul do robô). Cso o comndo sej do tipo contínuo, ocorre pens hbilitção do comndo, que por su vez é executdo de tempos em tempos n áre do progrm que se destin execução de comndos contínuos hbilitdos. Estes comndos contínuos não podem fzer com que o fluxo do progrm pre enqunto ele está sendo executdo, pois pode ocorrer que mis de um comndo contínuo estej ciondo. Por isso existe necessidde de executá-los somente um vez, cso hbilitdos, tods s vezes que o percorrer o loop principl se chegr posição de execução de comndos contínuos hbilitdos. Por exemplo : Ao invéz de fzer um loop que mostrsse continumente posição do robô, o que se fz é mostrr posição tul do robô tod vez que o progrm pssr pel áre de execução de comndo contínuo, e encontrr o comndo contínuo que mostr posição do robô hbilitdo. Qundo um comndo contínuo (SHOW CPOSITION) é entrdo pelo usuário, hbilitção deste comndo ocorre o se colocr o código deste comndo em um pilh de comndos contínuos hbilitdos. Qundo o comndo é cnceldo, o que ocorre pressionndo o crtl-x, o código é retirdo d pilh. D mesm form que existe o comndo contínuo, tmbém se implementou os mdos de execução, cujo trtmento se encotr n mesm áre e do mesmo modo que os comndos contínuos. No entnto estes modos de execução são hbilitdos por flgs, e não podem ser cnceldos com o ctrl-x. Como exemplo dest ultim ctegori está o MOVETAB, o RUN, verificção se um comndo MOVE, MOVEREL, ou MOVEABS já foi executdo. O bloco de reconhecimento de comndos fz verificção se lgum crcter foi tecldo, e se foi, ocorre formção de um linh de comndo. Cso est linh sej completd, pelo pressionmento de um return então o comndo é reconhecido segundo sintxe estbelecid. Cso não ocorr o pressionmento de nenhum tecl, execução do progrm pss por este bloco sem executá-lo, e neste cso o fluxo ci n execução de comndos contínuos hbilitdos, já que não há comndo imedito pr ser executdo, e nem chmd de comndo contínuo pr hbilitr flgs. Depois d execução dos comndos 41

43 contínuos hbilitdos, o progrm volt pr o reconhecedor de comndos. Prlelo o progrm principl, ocorre execução d rotin de tempo rel. Est rotin têm início cd período fixo de tempo. Assim têm-se o controle preciso do tempo em que el está sendo executd. Nest rotin ocorre leitur dos sensores como encoder e joystick, ocorre o controle de posição e velocidde qundo hbilitdos, ocorre o cálculo de posição tul e velocidde tul, e tmbém ocorre o incremento de contdores de interrupção. Estes contdores possuem utilidde de fzer com que o progrm principl tenh um noção de qunto tempo se pssou. Atrvés deles pode-se ter um controle de tempo grosseiro no progrm principl. As vriáveis de posição, velocidde, joystick e encoder ficm disponíveis pr uso no progrm principl. Nest rotin de tempo rel tmbém ocorre cptur de pontos pr formr tbel. Ambs s prtes do sistem de controle pode tur no robô móvel de lgum form. Progrm Principl Tempo Rel Inicilizção do Sistem Início Leitur de Encoder e Joystick Reconhecedor de Comndos Controle de Velocidde e Posição Execução de Comndos Contínuos Hbilitdos Hbilitção de Comndos Contínuos Execução de Comndos Imeditos Cálculo de Velocidde Atul, e de Posição Atul Contdores de Interrupção Robô Móvel Fim Figur 33 Estrutur de Sistem de Tempo Rel 4

44 6. Rotins de Interfce com o Usuário Como já foi dito, muitos dos elementos de interfce com o usuário, já hvim sido implementdos como prompt, bckspce, cbeçlho, lgums rotins de impressão, conversão de crcteres ASCII pr hexdecimis e vice-vers, controle d trnsmissão e recepção de crcteres pel seril, etc. No entnto o sistem não presentv todos os componentes de interfce necessários, principlmente rotin de reconhecimento de comndos, já que só neste trblho foi definid um sintxe de comndos, e de progrmção mis elbord que deve ser reconhecid e interpretd pelo sistem. Tmbém foi necessário desenvolver lgums rotins de conversão de crcteres, e de impressão que não hvi no sistem ntigo, já que este trblhv somente com impressões em hexdeciml. A seguir será explicdo sobre s rotins de interfce que foi necessário desenvolver Reconhecimento de Comndos Como visto no ítem nterior, função de reconhecimento dos comndos depende d su sintxe. O sistem deve possuir informções sobre os comndos pr sber se o modo de execução tul é comptível com o comndo, e pr isso no desenvolvimento d rotin de reconhecimento de comndos foi propost um estrutur que gurd no sistem de controle, todos os comndos definidos, bem como informções sobre estes comndos pr que se poss sber se o comndo entrdo é comptível com o modo tul, quntos prâmetros ele possui, se é comndo contínuo ou de execução imedit, enfim, poder ter mior controle sobre o sistem e ser possível de identificr pr o sistem, o comndo tecldo. A estrutur propost é formd de dois cmpos : um string que gurd o nome do comndo, e um cmpo de bits que gurd informções sobre o comndo. Pr gurdr todos os comndos disponíveis, fz-se um vetor cujos elementos são definidos como sendo do tipo dest estrutur. Assim, pode-se ter cd comndo ssocido o índice do elemento no vetor onde ele foi definido. A estrutur propost é seguinte : struct comdef { chr *nme; chr typebits; }; 43

45 Onde typebits é o cmpo de bits que contém s informções sobre o comndo, e cd bit possui o seguinte significdo : Número de Prâmetros Possível de inserir em progrms Impede reconhecimento de crcteres Comndo contínuo Modo de mnutenção Modo de progrmção Modo norml Um exemplo de como est estrutur pode ser : struct comdef Comndos[]; Comndos[0].nme = "SET MODE"; Comndos[0].type = 0xe1; /* Est função pode ser usd em todos os níveis, é de execução imedit, e possui 1 prâmetro */ Comndos[1].nme = "CENC"; Comndos[1].type = 0x38; /* Est função funcion pens no modo de mnutenção, é de execução contínu, e não possui prâmetros, e impede reconhecimento de crcteres que não sejm ctrl-x e ctrl-z */ A função de reconhecimento de comndo implementd peg o buffer de linh de comndo, e sepr o nome do comndo dos prâmetros. Então o nome de comndo digitdo é comprdo com os nomes dos comndos existentes. A prtir dest comprção, identific-se o comndo digitdo, e um vriável recebe o código deste comndo (índice no vetor de comndos). Tmbém são reconhecidos os prâmetros, trnsformndo string de prâmetros em vlores numéricos. Com o código do comndo, pode-se executá-lo no loop d rotin principl (ver digrm d rotin do sistem de controle em tempo rel), sendo que ele pode ser executdo imeditmente se não for contínuo, ou pode ocorrer hbilitção dele, cso sej um comndo contínuo. Est rotin de reconhecimento de comndos lter vriável globl usd no loop principl denomind "comndo" que gurd o código do comndo que deve ser executdo, função de reconhecimento tmbém lter um vetor denomindo "prmetros" pr gurdr os vlores dos prâmetros do comndo reconhecidos que deve ser executdo. Ests dus vriáveis são responsáveis pel execução dos comndos. 44

46 N mesm rotin de reconhecimento de crcteres pode ocorre inserção de linhs em um progrm. Est inserção ocorre qundo o sistem está no modo de progrmção e o primeiro crcter digitdo é um número, que corresponde linh do progrm. Qundo s condições nteriores são stisfeits, est rotin insere linh digitd no progrm, e não retorn o código do comndo pr o progrm principl (vrivel comndo ), já que não é desejdo que se execute imeditmente linh de progrm digitd. Pr rmzenr um progrm n memóri, optou-se por um list ligd onde os elementos representm cd linh do progrm. Miores informções serão dds n seção de progrmção. 6.. Mnipulção de Vlores ASCII, Hexdeciml, e Deciml Form implementds rotins uxilires no sistem de controle que fzem conversão de crcteres ASCII pr vlores hexdecimis e vice-vers. A conversão de um string em ASCII pr vlor hexdeciml é utilizd no reconhecimento de prâmetros entrdos em hexdeciml no modo de mnutênção. O inverso, ou sej, conversão de vlores hexdecimis em ASCII que pss os representr é usdo pr impressão de vlores de encoder e joystick tmbém no modo de mnutenção. Tmbém form implementds rotins que convertem vlores (em hexdeciml) pr crcteres ASCII que representem o vlor convertido em deciml. Existem dus rotins que form implemtds com est finlidde, um dels converte e imprime n tel, outr gurd o resultdo em um string que pode ser usd pr outrs finliddes. No modo norml e de progrmção, foi usdo pr reconhecer prâmetros digitdos n form deciml, um função já existente n bibliotéc do compildor que converte um string de crcteres ASCII em um vlor inteiro (toi). Nestes modos, são usdos pr impressão de lguns vlores, função que converte hexdeciml em ASCII representndo números decimis citd cim Modos de Operção - SET MODE <0,1,> Pr implementção do comndo SET MODE foi preciso de um vriável globl que pudesse gurdr o vlor do modo de operção tul, ou sej, que indicsse trvés dos seus três últimos bits (d mesm form que é indicdo n vriável de tipo de 45