Positronics Dance: os anos 80 voltaram!

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1 SILVA, Juliana Iskarlaty da 1 ; MOTA, Kelly Bezerra da 1 ; NOGUEIRA, Gustavo 1 ; MENDONÇA, Hugo Leite Serrano de 1 ; MONTEIRO, Breno Borges Gomes 1 ; SANTANA, João 1 ; COUTINHO, Yuri Chagas 2 ; FEITOSA, Gabrielle de Andrade 2 ; PONTES, Paulo Marcelo (orientador) 1, BARROS, Inaldo Gomes de (orientador) 2 ; NASCIMENTO, Fabíola Borges do (orientador) 1 1 COLÉGIO SANTA EMÍLIA UNIDADE OLINDA Rua Marfim, 375 Jardim Atlântico CEP Olinda Pernambuco Brasil 2 COLÉGIO SANTA EMÍLIA UNIDADE RECIFE Rua Adelmar Tavares, 25 Cordeiro CEP Recife Pernambuco Brasil pmarcelopontes@gmail.com, inaldo_gomes@yahoo.com.br Abstract This paper describes the process of building the team Positronics Dance project for the Brazilian Robotics Competition (CBR) in the city of São Carlos, São Paulo, in 2014 Describes the materials used, the programming and the elements that will make the presentation. To build humanoid used in the presentation, there was a need to build acrylic pieces not available in conventional kits and robots were constructed to present movements in sync with the theme song chosen by sensors interacting with each other and with humans team members. The work also describes the technical challenges and the solutions developed by the team to realize the project. Keywords: Robotics, dancing robots, RoboCup, CBR RESUMO Este trabalho relata o processo de construção do projeto da equipe Positronics Dance para a Competição Brasileira de Robótica (CBR), na cidade de São Carlos, São Paulo, em Descreve os materiais utilizados, a programação e os elementos que irão compor a apresentação. Para construir o humanoide usado na apresentação, houve a necessidade de construir peças em acrílico não disponíveis nos kits convencionais e os robôs foram construídos de forma a apresentarem movimentos em sincronia com a música-tema escolhida, interagindo através de sensores entre si e com os humanos integrantes da equipe. O trabalho descreve, ainda, os desafios técnicos e as soluções construídas pela equipe para concretizar o projeto. Palavras-chave: Robótica, Dança de robôs, RoboCup, CBR I. INTRODUÇÃO A dança de robôs é uma forma de permitir o uso da criatividade, sempre presente em robótica. Trazer diversão e interação das pessoas com o mundo da robótica, através do conhecimento do funcionamento de sensores, CLP s e atuadores, é a ideia que a equipe deseja transmitir aos espectadores ao realizar uma exibição sobre os anos 80. A década de 1980 é frequentemente lembrada na internet com nostalgia por quem a vivenciou e, por isso, a equipe decidiu utilizar como foco a banda Menudo e sua música intitulada Não se reprima, hit que marcou a época. Existia a tradição de roupas exageradas, cabelos volumosos, radiolas de ficha e discotecas. Tudo isso voltará à tona, em conjunto com os costumes e aparências desses anos em uma apresentação inspirada no ambiente de uma discoteca com interações entre humanos e robôs. E, apesar de representar o passado, a equipe Positronics Dance introduz inovações ao trabalhar com plataformas ainda inéditas à equipe, como a Processing, utilizada para construir a programação das animações visuais em telas de tablets e/ou Ipad, incorporando esses elementos a sua apresentação. Imagem 1. A banda Menudo e o visual dos anos 80 Página 1

2 II. CONSTRUÇÃO DOS ROBÔS A. CLPs A escolha dos Controladores Lógico Programáveis (CLP) levou em consideração a disponibilidade, a confiabilidade e o desempenho dos materiais analisados. Serão utilizados o NXT (da LEGO), o Arduino (placa open source criada por um grupo italiano) e o CM5, do kit Bioloid (da Robotis). A equipe utilizará, ainda, tablets ou Ipads para processar programações escritas no ambiente Processing, que apresentarão saídas em suas telas. B. Motores e sensores Os motores e servomotores utilizados possuem fabricantes diversificados: LEGO, VEX e Robotis. Serão conectados aos CLPs de acordo com a sua compatibilidade física e da existência de bibliotecas de programação que permitam seu controle pelos elementos escolhidos. Um servomotor diferencia-se de um motor comum por permitir um controle preciso do grau de rotação de seu eixo, tornando sua utilização importante para coordenar os movimentos do robô e para permitir a sincronização e execução da programação nas dimensões desejadas. Aos robôs também serão acrescentados sensores para permitirem interações dos robôs com os humanos e outros elementos presentes no palco, modificando o fluxo da programação de acordo com os estímulos provenientes do ambiente. D. Estrutura e disposição dos robôs O robô principal é um humanoide construído pela conexão de peças de acrílico confeccionadas pela equipe a motores fabricados pela Robotis. Essa é a primeira vez que a equipe utiliza acrílico para confeccionar peças, antes produzidas em madeira. Inicialmente, não houve sucesso em seu corte, pois o acrílico fundia e solidificava imediatamente após a passagem da serra tico-tico. É um material que apresenta boa resistência mecânica e a solução para seu corte é o constante jateamento de água, para evitar sua imediata fusão durante o processo. O humanoide projetado irá apresentar dezesseis graus de liberdade e ficará sob um palco de madeira construído pela equipe, sobre uma base giratória em seu centro controlada por um NXT. Os movimentos do humanoides abrangerão pernas, tronco, braços e cabeça. A fim de tornar os movimentos dos braços mais complexos e permitir uma maior variação, as juntas dos dois braços com o tronco serão constituídas por dois motores, cada uma. C. Rodas Além de rodas tradicionais, os robôs utilizam rodas omnidirecionais, que possuem menor tração mas que permitem seu movimento em mais de uma direção. Imagem 3. Croqui do projeto do robô humanoide Imagem 2. Roda omnidirecional Nas laterais do palco, serão fixados dois painéis rotativos, construídos em madeira e/ou isopor. O controle desses painéis será feito por NXTs que comunicam-se entre si e haverá sensoriamento. Ainda existirá uma jukebox, com efeitos de LED controlados por um Arduino. A jukebox será o primeiro Página 2

3 elemento ativado no palco, através da inserção de uma moeda e ativação de um sensor de toque. E, por fim, uma base móvel controlada por Arduino movimentará, seguindo uma linha, uma tela de tablete ou Ipad que apresentará uma animação a partir de programação produzida pela equipe. O esquema de disposição de elementos no palco durante a apresentação está no croqui abaixo, desenhado por uma integrante da equipe: NXT-G, para programar o NXT. Trata-se de uma linguagem iconizada, baseada em LabView, construída em um ambiente fornecido pelo fabricante, denominado NXT Mindstorms. Imagem 6. Exemplo de programa escrito em NXT-G, em ambiente NXT Mindstorms Imagem 4. Croqui com disposição dos elementos no palco NXC, para programar o NXT. Trata-se de uma linguagem escrita, baseada em C/C++, construída como alternativa à linguagem de blocos criada pelo fabricante, denominado BricX. III. PROGRAMAÇÃO A equipe utilizará diferentes linguagens de programação para controlar os CLPs: Wiring, para programar o Arduino. Trata-se de uma linguagem escrita baseada em C/C++, construída em um ambiente próprio disponibilizado no site do fabricante. Imagem 7. Exemplo de programa NXC, em ambiente BricX RoboPlus Motion, para programar o CM-5. Trata-se de uma linguagem escrita, baseada em C, que permite o controle dos servomotores utilizados, a partir da gravação das posições de cada servomotor em uma story board. Imagem 5. Exemplo de Wiring, em ambiente Arduino Página 3

4 solução encontrada foi a realização de oficinas especificas de programação, incluindo lógica de programação, em que foram abordados os elementos formais utilizados em uma programação, como os recursos de entrada e saída de dados, loops, for, while, condicional (se), variáveis e constantes e a utilização de vetores e matrizes para construir uma programação mais enxuta. Imagem 8. Exemplo de programa em Roboplus Motion Para que todos os integrantes da equipe pudessem programar adequadamente, foram construídas oficinas de lógica de programação, com orientação posterior às linguagens a serem utilizadas. Além do controle de motores, os programas inseridos nos robôs estarão recebendo e processando sinais de sensores, para permitir a promoção de interação entre os elementos do palco, humanos e robôs. IV. APRESENTAÇÃO Para reviver o clima dos anos 80 e do grupo musical Menudo, quatro humanos dançarão no palco em conjunto com o robô humanoide e demais elementos presentes, interagindo entre si e com os materiais robóticos. A apresentação terá início quando um componente inserir uma ficha na jukebox, ativando um sensor de toque e o CLP enviará mensagem aos outros CLPs, informando o início da apresentação. Os painéis giratórios passarão a rodar em sincronia e possuirão sensores de ultrassom para interagir com os humanos. Elemento principal da apresentação, o humanoide se movimentará no centro do palco giratório, com efeitos de LED e movimento de fitas. Ao som de Não se reprima, a apresentação resgatará o clima da época e, com os elementos inseridos, representará a união entre passado e tecnologia do futuro. Imagem 9. Oficina de programação O sensoriamento dos robôs exigiu que a equipe construísse programações mais complexas e apresentasse maior rigor na apresentação, para que os movimentos dos robôs pudessem estar mais sincronizados com a música. A solução encontrada foi criar alternativas na programação, estipulando um tempo limite para que movimentos fossem inicializados, caso os sensores não sejam ativados por falha humana e/ou apresentem avarias. O corte do acrílico foi um desafio resolvido a partir de pesquisas na internet, que sugeriram o resfriamento com água ou óleo como forma de evitar a fusão do polímero. A equipe utilizou satisfatoriamente o resfriamento por jateamento de água. Por fim, a equipe necessitou pesquisar clipes musicais e sites especializados nos costumes da década de 1980, a fim de reproduzir os elementos da época em sua apresentação, resgatando a cultura de três décadas atrás, vivenciada pelos pais dos integrantes. VI. CONCLUSÃO A equipe construiu o projeto baseada em suas experiências passadas e buscou resgatar parte da cultura da década de 1980, aliando a tecnologia ao sentimento nostálgico dos que vivenciaram esses anos. A equipe integrou novos componentes e renova seu potencial com novas ideias e fôlegos, produzindo um trabalho com elementos inéditos a sua experiência, na constante busca por qualidade e competência. V. DIFICULDADES E SOLUÇÕES APRESENTADAS Um dos desafios superados pela equipe foi o trabalho AGRADECIMENTO com diferentes linguagens de programação, exigindo A equipe agradece à direção do Colégio Santa Emília diferentes níveis de habilidade dos integrantes. A pela oportunidade de participarem desta etapa nacional Página 4

5 e por acreditar em seu potencial. A equipe agradece aos pais, mães e demais familiares que compreendem e contribuem com o esforço REFERÊNCIAS [1] LEGO. Informações sobre o kit Mindstorms. Disponível em < acessado em agosto de [2] HANSEN, John C. Lego NXT Power programming: robotics in C. 2.ed. Variant Press: Winnipeg, [3] GASPERI, Michael; HURBAIN, Philippe Philo. Extreme NXT: extending the LEGO MINDSTORMS NXT to the next level. 2.ed. Apress: USA, Página 5