Descrição da Equipe Jampatino para o LARC/CBR 2017

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1 Descrição da Equipe Jampatino para o LARC/CBR 2017 Julio C. B. Torquato, Rilbert Lima e Cleumar Moreira Resumo - Este TDP apresenta as características do robô que será utilizado pela equipe JAMPATINO para o desafio da RoboCup Logistics da LARC/CBR Abstract This TDP present the robot characteristics that will be used for Jampatino team for the RoboCup Logistics competition in the LARC/CR I. INTRODUÇÃO Este artigo objetiva descrever o robô e a equipe Jampatino, do Instituto Federal da Paraíba Campus João Pessoa, préinscrita para a Robocup Logistics da LARC/CBR O uso do Robotino, robô didático da empresa FESTO, impulsiona a modalidade de robótica móvel autônoma no que se refere ao âmbito da automação industrial e residencial. Ademais, há a possibilidade do uso na área da Engenharia de Reabilitação, que é um ramo da Engenharia Biomédica muito em voga. Os participantes da equipe Jampatino são alunos do curso de Engenharia Elétrica do IFPB Campus João Pessoa e tem experiência na construção e programação de robôs. Eles já participaram de outras competições, incluindo a Olimpíada do Conhecimento, CBR e a LARC/CBR II. PLATAFORMA ROBOTINO A. Hardware do Robotino O robô didático Robotino 2.0 da empresa FESTO constituise num robô móvel que se movimenta utilizando mapeamento de posição e proximidade através de sensores, atuadores e interfaces de software. O principal propósito do Robotino é o auxílio didático, téorico e prático, para fins de aprendizagem, treinamento e pesquisa. A modalidade Robotino Festo Logistic tem como objetivo. O Robotino é composto basicamente de dois sistemas: a cabeça e o corpo (Fig. 1). A cabeça constitui-se na parte eletro-eletrônica do dispositivo, é frágil e deve ser manuseada com cuidado. O corpo corresponde à parte eletro-mecânica: baterias, rodas, motores e sensores. O corpo corresponde a uma parte mais resistente (fabricado em aço) e requer cuidados devida à manipulação de sensores. O Robotino é constituído por um conjunto de três motores e três rodas omnidirecionais, afastados 120º um dos outros. O conjunto dos motores possui um motor, um encoder para cada motor, uma caixa de engrenagens que é um conjunto para transmissão de força que é acoplado as rodas omnidirecionais. As rodas omnidirecionais são assim chamadas, pois com as Julio C. B. Torquato está com o Instituto Federal da Paraiba Campus João Pessoa, Avenida Primeiro de Maio, 720, Jaguaribe, João Pessoa PB ( juliocezarjpg@gmail.com). Rilbert Lima está com o Instituto Federal da Paraiba Campus João Pessoa, Avenida Primeiro de Maio, 720, Jaguaribe, João Pessoa PB ( rilbert.lima@academico.ifpb.edu.br). mesmas é permitido movimentar-se em qualquer direção sem sofrer derrapagem ou deslizamento. A câmera é ilustrada na Fig. 1, possuindo conexão USB com o robô. Ela permite a identificação de cores de vários objetos, tarefa normalmente integrante das provas na competição. A identificação das cores é realizada pela comparação das imagens na câmera com uma imagem armazenada e, conforme a intensidade luminosa, poderá haver interferências e erros consequentes na identificação. Há alguns sensores presentes na estrutura do Robotino: sensor anti-colisão (bumper switch), sensores infravermelhos e câmera. O bumper switch consiste numa fita preta que envolve a carcaça inferior do robô e indica se houve colisão com algo, não inferindo a localização ou quaisquer outras características da colisão ou do objeto colidido. Normalmente esses sensores são configurados para servirem como sensores de emergência e seu funcionamento é semelhante à de um botão. No Robotino esses sensores estão localizados em torno do anel do seu Chassi. Na Fig. 2 é ilustrada na cor vermelha a localização dos sensores de colisão no chassi do robô. O Robotino está equipado com nove sensores de distância infravermelhos (IR1 á IR9), dispostos ao redor do seu Chassi mecânico, formando um ângulo de 40 entre eles [1]. Esses sensores são responsáveis pela detecção de objetos que estão em torno do robô e suas respostas analógicas vão de 0 V á aproximadamente 3 V, com precisão de 4m a 30 centímetros de distância [2]. A Fig. 3 ilustra o posicionamento dos sensores infravermelhos no Chassi do Robotino. Os sensores ópticos infravermelhos e sensores indutivos podem ser acoplados à estrutura metálica do robô para a realização de tarefas específicas. Os sensores indutivos (Fig. 4) são analógicos e detectam elementos (faixas e estruturas) metálicos. Sua resposta varia de 0 a 9,99, em que a resposta se aproxima de zero quanto mais próximo do metal estiver o robô. Na estrutura me mecânica desses sensores, há diversas áreas que esse sensor pode ser acoplado. O sensor indutivo é conectado à interface de entrada e saída (E/S) do robô numa das entradas analógicas e para sua fixação são utilizadas arruelas ou a própria base de apoio do sensor [2]. A Figura ilustra o sensor indutivo e suas bases de fixação. Os sensores ópticos infravermelhos (Fig. 5) são digitais e possuem duas partes: o elemento sensor, que é conectado a uma fibra óptica; e o elemento controlador, que envia resposta ao sinal conforme ajuste realizado previamente. Eles são Cleumar Moreira está com o Instituto Federal da Paraiba Campus João Pessoa, Avenida Primeiro de Maio, 720, Jaguaribe, João Pessoa PB ( cleumar.moreira@ifpb.edu.br).

2 utilizados para identificação de superfícies pretas e brancas, dividindo-se em duas partes. Quando o sensor está sobre uma superfície (faixa) preta, o sensor envia um sinal do tipo true, ou seja, normalmente aberto, e quando está sobre uma superfície (faixa) branca envia um sinal do tipo false, normalmente fechado. A ilustração da Fig. 6 apresenta o sensor de luz do Robotino e seu controlador. Alguns sensores podem ser acoplados ao corpo do Robotino e visam auxiliar o deslocamento do robô, como é o caso do sensor giroscópio. Fig. 3 Posicionamento dos sensores infravermelhos do Robotino Figura 1 Imagem do Robotino, indicando a cabeça, o corpo e sensores presentes na estrutura. Fig. 4 Sensor indutivo e bases Fig. 2 Indicação dos sensores de colisão na estrutura do robô Fig. 5 Sensores de luz infravermelha utilizados no Robotino

3 nesse teclado o usuário pode iniciar procedimentos para o controlador, selecionar o idioma, selecionar programas de demonstração autônomos, verificar informações relacionadas ao status do robô e da bateria, verificar informações sobre a versão de software e o IP utilizado pelo Robotino. Fig. 6 Sensor indutivo utilizado no Robotino O Controlador do Robotino, ilustrado na Fig. 7, é composto por uma placa de controle denominada EA09, que possui o microcontrolador de NXP LPC2377/781, 32bits, com velocidade 300MHz, sistema operacional Linux Ubuntu 9.04, cartão de memória flash de 4GB, ponto de acesso wireless, com taxa de transmissão de até 54Mbp e processador PC/104 compatível com MOPSIcdSE [3]. A MOPSIcdSE é uma unidade de controle que fornece quatro interfaces Ethernet, dois conectores do tipo E/S de 20 pinos para integração de componentes elétricos e eletrônicos adicionais, duas portas USB 2.0, Display, FPGA para leitura rápida dos dados dos sensores e motores, barramento Interconector de Componentes Periféricos (PCI), conexão serial R2232C [4]. A Fig. 8 ilustra a placa de controle MOPSIcdSE utilizada no cérebro do Arduino. Fig. 8 Ilustração da placa de controle MOPSIcdSE Fig. 7 Ilustração do controlador do Robotino. Na parte externa frontal do controlador do Robotino, encontra-se: 2 entradas USB, 1 entrada serial para comunicação ponto-a-ponto, 1 entrada do tipo VGA, 1 entrada para Flashcard e 1 interface E/S com 20 pontos e conexão, nos quais, 8 são entradas analógicas com tensão de 0V á 10V (AIN0 á AIN7), 8 entradas digitais (DI0 á DI7), 8 saídas digitais (DO0 á DO7) e 2 relés que podem ser utilizados como normalmente Aberto (NA) ou normalmente fechado (NC) (REL0 e REL1) [1]. A Fig. 9 ilustra a distribuição dos terminais da interface E/S. Já na parte superior, encontra-se um teclado integrado com um display de LCD, que permite que o Robotino seja controlado sem uma WLAN (Wireless Local Area Network), Fig. 9 Distribuição dos terminais da interface E/S O Chassi mecânico (Corpo) do Robotino, fabricado em aço inoxidável e soldado a laser tem sua estrutura protegida contra colisões, por uma tira de borracha com sensores de comutação integrados. Essa estrutura mecânica é responsável pela acomodação dos motores, sensores e baterias do robô, mas também oferece espaço para montagem dos sensores, atuadores e unidades de manuseio [5]. A Fig. 10 ilustra a estrutura mecânica do Robotino com todos os seus componentes fixados. Para interface de alimentação do Robotino são utilizadas duas baterias de corrente continua (CC), recarregáveis fabricadas em chumbo gel, com tensão 12V cada uma com um rendimento de 5A/h, o que permite um tempo de execução de até duas horas [5]. As baterias estão localizadas na lateral dos dois motores dianteiros, e são

4 protegidas contra curtos-circuitos e danos elétricos por um fusível de 20A. O Robotino é acionado por um conjunto de três robustos motores industriais de Corrente Contínua (CC)5 com codificadores de eixos ópticos com resolução de 2048 incrementos por rotação e redutores com relação de redução de 1:16, que permitem que o robô alcance velocidades de até 10 km / h [4]. No Manual do Robotino [5], os motores são nomeados como: Motor 1 (M1), Motor 2 (M2) e Motor 3 (M3). Visualizando o robô pela sua parte frontal, o M1 será o motor da esquerda, o M2 será o motor traseiro e o M3 o motor da direita. A Fig. 11 ilustra de forma simplificada o posicionamento dos motores no Robotino. Há um software incluso ao Robotino, que é o Robotino View (Fig. 12) [6]. Sua linguagem é baseada em C, porém trata-se de uma linguagem baseada em blocos para execução das tarefas. A combinação dos blocos forma os programas. O Omnidrive é uma função que possibilita analisar e controlar a parte mecânica rotativa do robô, indicando o controle das rodas em relação aos motores, o sentido e a velocidade de deslocamento. O Robotino trabalha com o Grafcet no denominado Main Program. O Grafcet significa gráfico funcional de comando por etapas de transição. Consiste basicamente numa linguagem lógica em fluxograma para controle de funções. O Grafcet é organizado em blocos de função, em que cada um desses blocos realiza um comando específico, como ligar um motor específico e iniciar contagem de tempo. Portanto, há uma chamada de uma função, que será programada em Grafcet. Nos blocos do Grafcet, há os Steps que corresponde ao que será executado, conforme ilustrado na Fig. 13. Figura 10 Estrutura mecânica do Robotino Fig. 12 Visão geral do Robotino View Figura 11 - Posicionamento dos Motores no Robotino B. Software do Robotino O Robotino pode ser programado com várias linguagens, como Matlab, Java, C, C++, C#,.NET, Labview e Microsoft Robotics Developer Studio. Fig. 13 Visualização do Main Program e a estrutura em Steps. A Fig. 13 ilustra a estrutura inicial do Main Program, em que dois blocos de função são visualizados: um chamado Init, não está associado a quaisquer funções; e outro chamado Step1, associado a função Step1. Para as duas funções exemplificadas, há funções de retorno através dos

5 comandos true e false. Esses dois comandos representando variáveis de passagem. Portanto, a lógica funciona da seguinte forma: assim que o compilador identifica o bloco Init e a variável de passagem true, ele prossegue para o bloco seguinte, Step 1. Nesse bloco, como a variável. Já no Step1, não haverá retorno, pois a variável de passagem é false. No Robotino View podem ser realizadas operações aritméticas, relacionais e lógicas, além da geração de constantes e interface com atuadores e sensores, entre outras. Nos blocos de operações aritméticas, relacionais e lógicas há duas entradas, uma representando o operando e outra o resultado da operação. Um exemplo de soma, com vistas à visualização dos operandos e o resultado da operação é ilustrado na Fig. 14. Fig. 14 Exemplo da realização de uma operação de soma. III. EXPERIÊNCIA EM COMPETIÇÕES A equipe Jampatino participou da edição 2016 da LARC/CBR e ficou na segunda posição. Anteriormente, os integrantes dessa equipe participaram da Olímpiada do Conhecimento, edições 2014 e 2016, na ocupação Robótica Móvel. Houve também competições no âmbito da Rede Federal de Educação nos anos de 2015 e 2016, nas quais os integrantes da equipe Jampatino sagraram-se campeões nessa edições. Os integrantes dessa equipe fazem parte de um grupo de pesquisa na área de Robótica do IFPB Campus João Pessoa denominado GREL. Integram esse grupo professores e alunos de cursos técnicos e superiores que se revezam na preparação de competições e na pesquisa de ferramentas de hardware e software para aplicações em domótica, engenharia de reabilitação, entre outras áreas. IV. CONCLUSÃO Neste trabalho apresentou-se a equipe Jampatino e as ferramentas que serão utilizadas na competição LARC/CBR Foram inclusas características de hardware e software do Robotino que será utilizado nessa competição. REFERÊNCIAS [1] R. C. Weber; M. Bellenberg. Robotino manual, Festo Didactic GmbH & Co. KG, Germany, [2] RobotinoWiki. Disponível em< >. Acesso em 20/02/2017. [3] KONTRON, Unidade de Controle. Disponível em <Kontron_M_MOPS1cdSE_MOPS-SE_PSTEM111.pdf/ > Acesso em <12/01/2017>. [4] DIDATIC, Festo, Learning Systems. Disponível em < > Acesso em 19/12/16. [5] PICCINI, Anderson. Manuel de Hardware para Robotino.13 f. Manual Coordenação da Área Industrial, Instituto Federal do Tocantins, 2014 [6] R.C. Weber; M. Bellenberg. Robotino View 2, Festo Didactic GmbH & Co KG, Germany, 2010.