UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA UNIVAP FACULDADE DE ENGENHARIA, ARQUITETURA E URBANISMO - FEAU MANIPULADOR ROBÓTICO DE ACIONAMENTO REMOTO

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1 UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA UNIVAP FACULDADE DE ENGENHARIA, ARQUITETURA E URBANISMO - FEAU MANIPULADOR ROBÓTICO DE ACIONAMENTO REMOTO DIEGO ALBERNAZ Relatório do Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade do Vale do Paraíba, como requisito para a obtenção do título de Engenheiro Eletro-eletrônico. Orientador: Dr. Marcio T. A. H. Muella Co-Orientador: Esp. Alessandro Correa Mendes São José dos Campos, SP. 2015

2 DEDICATÓRIA Dedico este trabalho primeiramente a Deus, que me deu oportunidades e me lançou em caminhos que me deram sustento e forças para conquistar meus objetivos, dentre eles, prosseguir para a conclusão deste curso me graduando como engenheiro. Especialmente a minha mãe e meu pai que sempre contribuíram das diversas formas possíveis na formação de meu caráter dignamente, tanto de forma social como profissional. Aos meus colegas que estiveram ao meu lado mantendo uma relação forte de companheirismo e amizade, criando um alivio às tensões do dia-a-dia, e ao mesmo tempo focando e encorajando um ao outro para superar todas as barreiras com este espírito de união. Aos professores, que ao longo destes anos repassaram seus conhecimentos de forma clara, capacitando os alunos para uma boa formação acadêmica e nos moldando para obtermos a postura, integridade e seriedade de verdadeiros engenheiros. 2

3 Dos meus poucos lamentos essa fúria incendeia, São tormentos dos que lhe reclamam de barriga cheia. Eu tenho fé na multidão desgovernada, Um pé depois do outro nessa longa caminhada. (Elo da Corrente). 3

4 RESUMO O projeto compõe uma mão mecânica, capaz de captar e repetir exatamente os movimentos feitos por uma mão humana, equipada com uma luva sensitiva que capta flexões e articulações, podendo então substituir fisicamente a atuação humana direta em determinadas operações, preservando-o do ambiente nocivo ou desfavorável. Composto por cinco dedos articulados, aplica-se o conceito em áreas médicas durante cirurgias, manipulação de materiais nocivos e/ou pesados, entre outros. Trazendo então benefícios, precisão e segurança para operações que podem ser extremamente difíceis ou prejudiciais ao executante. Palavras-chave: Manipulador robótico. Mão mecânica. Captação de movimentos. Repetição de movimentos. Sensor de articulação e flexão. 4

5 ABSTRACT The project is composed by a mechanical hand, capable of to capture and repeat exactly the movements made by a human hand, equipped with a sensitive glove that captures flexions and joints and can then "to replace" physically the direct human performance in determined operations, preserving from the harmful environment or unfavorable. Compound by five articulated fingers, applies the concept in medical fields during surgeries, handling of harmful and/or weighed materials, among others. As conclude, bringing benefits, precision and safety for operations that can be extremely difficult or damaging to the performer. Keywords: Robotic Manipulator. Mechanical hand. Motions capture. Motions repetition. Joint and bend sensor. 5

6 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO Contextualização Objetivo Revisão da Literatura Ambiente Nocivo Robótica Sensor de Flexão: SEN ROHS Microcontroladores MSP Micro Servo-motor 9G Mão Robótica 4M (Robotic Hand) MATERIAIS E MÉTODOS Diagrama de blocos Desenvolvimento dos Diagramas Elétricos Montagem mecânica do manipulador robótico Montagem mecânica da luva sensitiva Critérios para calibração do circuito Programação Materiais utilizados Layout do circuito (PCB) Design RESULTADOS E DISCUSÃO CONCLUSÃO...32 REFERÊNCIAS...33 ANEXOS

7 1. INTRODUÇÃO 1.1 Contextualização O trabalho manual, o qual se materializa ações basicamente com as mãos, demandam minuciosamente precisão, habilidade e força. O esforço e exposição elementar relativa às atividades manuais podem causar sérios danos quando não praticados com critério, como dores no caso de operações com cargas, e/ou doenças e degradações no caso de exposições a elementos nocivos. Substituir a habilidade manual pela automação muitas vezes não se torna viável pelo fato da prática não ser constante. Trabalhos manuais ainda demandam da atenção, análise e dedicação humana para lidar com as ilimitadas variáveis da execução. Interpretar a movimentação de um braço humano e reproduzir em um braço mecânico compreende em possibilitar a execução de um trabalho manual sem restringir as habilidades do operador, porém, poupando-o do contato direto ao elemento manipulado. Esta prática possibilita a execução do trabalho manual sem riscos ao operador. Já existem estudos avançados sobre o assunto, porém, sua aplicação é vasta, sendo alguns exemplos, a manipulação na fabricação de vidros artesanais, manipulação de materiais radioativos, desarmamento de elementos explosivos, manipulação de materiais brutos, dentre outros. 1.2 Objetivo Conceber e projetar um protótipo demonstrativo da capacidade de aprimoramento de meios robóticos para práticas humanas por meio de um manipulador de acionamento por uma luva sensorial. Pretende-se demonstrar pelo meio de sistemas de sensoriamento e atuação, aplicando os conceitos técnicos, utilizando de conhecimentos básicos mecânicos, eletrônica analógica e digital, microprocessamento de sinais e lógicas de programação, para reproduzir a capacidade robótica de movimentos de características humanas. 7

8 1.3 Revisão de Literatura Ambiente Nocivo SEMETRA - Nocividade em ambiente de trabalho é entendida como situação combinada ou não de substâncias, energias e demais fatores de riscos conhecidos ou não, capazes de trazer ou ocasionar danos à saúde ou à integridade física de um ou mais operadores. [4] Um exemplo de ambiente nocivo pode ser observado na Figura 1, no trabalho de desarmamento de bombas. Figura 1 Exemplo de Trabalho Nocivo: Desarmamento de Bombas Fonte: Statig [6] Robótica IRRG - A robótica é uma tecnologia que abrange o desenvolvimento misto de diversas tecnologias, dentre estas, mecânica, eletrônica, computação, teoria de controle, microeletrônica, inteligência artificial, fatores humanos e teoria de produção. Basicamente compreende no conjunto dos estudos e técnicas tendentes a conceber sistemas e projetos capazes de substituírem o homem em suas funções motoras, sensoriais e intelectuais. [3] Um exemplo de robótica pode ser observado na Figura 2, demonstrando o processo de automação industrial de solda robotizada. 8

9 Figura 2 Exemplo de Robótica: Automação Industrial de Solda Robotizada Fonte: Tetrapartsps [7] Sensor de Flexão: SEN ROHS O sensor de flexão SEN ROHS, é um sensor que varia sua resistência característica linearmente a partir de uma flexão em seu corpo. Pequenas pastilhas de um polímero com partículas condutoras se deformam dando esta característica ao sensor. Com essa propriedade, é possível desenvolver circuitos que compreendam esta variação e atuem conforme desejado dependendo da flexão aplicada. O sensor é demonstrado na Figura 3. Mais detalhes técnicos em ANEXO C. Figura 3 Sensor de Flexão SEN ROHS Fonte: Sparkfun [5] 9

10 1.3.4 Microcontroladores MSP430 Os MSP430 são microcontroladores RISC de 16 bits voltados para aplicações de baixo consumo de energia. Fabricados pela Texas Instruments, estão disponíveis em quatro famílias básicas, o qual será abordado apenas sobre a 4xx - voltados para instrumentação portátil e dotados de controlador de LCD interno (1 a 60kb de FLASH e 128 a bytes de RAM). A CPU dos MSP430 possui um conjunto de apenas 51 instruções (27 físicas e 24 emuladas) e um total de 16 registradores de 16 bits. São disponibilizados em Launchpads, kits de desenvolvimento e interface fácil préprogramada, trazendo alta performance e aproveitamento por quem o manipula. O launchpad e o pinout do MSP430G2553 podem ser observados na Figura 4. Figura 4 Launchpad MSP430 e Pinulação do microcontrolador MSP430G2553 Fonte: Texas Instruments [8] Estão disponíveis no microcontrolador diversos periféricos, tais como: timers, USARTs, ADCs de 10, 12 e 16 bits, comparador analógico, amplificador operacional, DACs de 12 bits e/ou de 10 bits, controlador de LCD, etc. Algumas das principais características do MSP430 é a flexibilidade no que diz respeito à sua arquitetura das portas. Estas possuem funções de entrada, saída e uma função especial de hardware como USARTs, DACs, etc. 10

11 Outra característica importante é a interface JTAG que permite debugar o programa passo a passo utilizando um computador por uma interface USB. Mais detalhes podem ser observados no ANEXO B Micro Servo-motor 9G Disponibilizado por diversos fabricantes, dentre eles a Tower Pro, é um micro servomotor de alta qualidade e precisão, muito aplicado em aeromodelismo, contendo engrenagens de nylon lubrificadas. Possui uma ótima interface com controladores, tendo apenas três fios, dois referentes a alimentação e um ao seu controle de angulação em PWM. Possui ângulo de 180º de operação, com range de voltagem entre 3 e 7,2 volts e um torque máximo de 1,6kg.cm. O modelo do servo-motor e seu dimensionamento podem ser observados na Figura 5. Mais detalhes em ANEXO E. Figura 5 Micro Servo-motor 9G Tower Pro Fonte: FilipeFlop [2] 11

12 1.3.6 Mão Robótica 4M (Robotic Hand) A mão robótica 4M é um brinquedo que propõem às crianças maiores de 3 anos a interatividade com ciência e física, dispondo de montar e interagir com uma mão com princípios robóticos. Compõem de partes desmontadas pré fabricadas, que quando acopladas adequadamente formam uma mão com cinco dedos, que se movem ao puxar anéis ligados aos dedos por linhas. O brinquedo é demonstrado na Figura 6 e seus detalhes de montagem estão descritos no ANEXO D. Figura 6 Brinquedo Robotic Hand - Mão Robótica 4M Fonte: 3DComex [1] 12

13 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Diagrama de blocos Diagrama 1 Diagrama de Blocos Esquemático de funcionamento do sistema 13

14 Como obsevado no Diagrama 1, há captação dos movimentos humanos da mão (articulação dos dedos) por meio de sensores resistivos de flexão (flex sensor), instalados em uma luva equipada. As variações de resistências geram tensões equivalentes, proporcionais às posições, por meio de um circuito com divisores de tensão. Um circuito microcontrolado, usando o microcontrolador MSP430 Texas Instruments, capta estes sinais analógicos e por meio de programação desenvolvida em linguagem C são interpretados e tratados, gerando rotinas de controles em saídas de PWM para micro-servo motores 9g instalados em uma mão mecânica. Estes micro-servo motores são atuados regularmente, proporcionando movimentos ao manipulador robótico, gerando assim uma repetição exata do movimento executado pela mão humana. 14

15 2.2 Desenvolvimento dos Diagramas Elétricos Para um controle independente dos dedos das mãos do manipulador, está sendo usado um servo motor para controle de cada dedo singularmente. Primeiramente foram executados circuitos de teste para validação da programação básica da geração de PWM. O primeiro circuito de teste utilizou um único botão pushpull para acionar os servos de 0 a 100% do grau de liberdade. A ligação ao MSP430G2553 é demonstrada no esquemático Diagrama 2. A lógica de programação utilizando uma entrada em pull-up é acionada quando o botão fecha contato com o ground do circuito. Com isso os 5 servos são atuados em cinco saídas de P2 do microcontrolador. Diagrama 2 Esquema Elétrico de Teste (1) Circuito com atuação em botão pushpull 15

16 Foi executada a montagem mecânica dos servos na mão robótica e definido um limite de rotação em 100º, ou seja, 55% da capacidade do servo. Assim, o segundo circuito de teste utilizou potenciômetros para entradas independentes analógico-digital (AD), para acionar os servos de 0 a 55% do grau de liberdade, proporcionalmente a posição dos potenciômetros. Sendo assim, cada potenciômetro controla um servo. A ligação ao MSP430G2553 é demonstrada no esquemático Diagrama 3. A lógica de programação utiliza cinco entradas, de modo que os potenciômetros formam divisores de tensão. O microcontrolador faz a conversão AD em 10 bits dos sinais em P1. As saídas PWM em P2 foram adaptadas usando o timer do controlador para gerar sinais PWM forçados, ao invés de usar a função PWM padrão do microcontrolador. Diagrama 3 Esquema Elétrico de Teste (2) Circuito com atuação em potenciômetros 16

17 O esquema elétrico final demonstrado no Diagrama 4 compreendeu em utilizar os sensores resistivos de flexão (flex sensor) já instalados em uma luva, em conjunto com potenciômetros, formando circuitos divisores de tensão, captando a variação de movimento de cada dedo da mão humana. O ajuste no potenciômetro para calibrar o divisor de tensão e o ajuste da lógica de programação para leitura dos dados e parametrização das saídas PWM estão descritos na seção 2.5 Critérios para calibração do circuito. Como há descasamento de impedâncias entre a ligação dos sensores com as entradas do microcontrolador, foi utilizado um amplificador operacional LM324 com ganho 1 como recomendado pelo fabricante do sensor, unicamente para isolar as impedâncias e não ocorrer descontinuidade nos circuitos. O sinal em tensão equivalente à variação do movimento dos dedos é direcionado ao microcontrolador e tratado em suas entradas analógico-digital (AD) pelas portas P1. A rotina de um programa interpreta essas variações em 10 bits e atua gerando sinais PWM nas saídas P2. Os servos ajustados na mão mecânica geram movimentos relativos aos movimentos executados pela mão humana. 17

18 Diagrama 4 Esquema Elétrico Final Circuito com sensores flex 18

19 2.3 Montagem mecânica do manipulador robótico Utilizando os conceitos da mão robótica 4M demonstrada na Figura 7, no qual dedos plásticos são puxados por anéis amarrados em fios de nylon, foi adaptado o projeto para que servo-motores atuem os dedos independentemente por meio de controles eletrônicos, cada um dos cinco servos é ligado aos dedos por fios de nylon, que são puxados conforme o eixo do servo se rotaciona, gerando a flexão dos dedos. Figura 7 Design do Brinquedo Mão Robótica 4M Esquema de montagem Fonte: 3dComex [11] 19

20 Para adaptar os sevos nas peças já existentes, foram construídas bases de acrílico, dispondo os servo-motores em posições ideais, mantendo uma movimentação livre e capaz de atuar os dedos com facilidade. Foi cortado o apoio quadrangular do dispositivo e os servos foram instalados no local, parafusados no acrílico de forma firme e segura. Observa-se a montagem mecânica na Figura 8. Figura 8 Foto: Manipulador Robótico (Mão) equipado com micro servo-motores 20

21 2.4 Montagem mecânica da luva sensitiva Foi utilizada uma luva de tecido de poliéster e algodão, de cor preta para alocar os sensores e captando os movimentos. Para manter de forma fixa os sensores, estes foram costurados sobre a luva na região dos dedos. Os fios dos sensores, que mantém uma ligação independente, foram direcionados a uma caixa fixa na luva sobre a região da mão. Nesta caixa, os fios são ligados a um cabo de 8 vias protegido, e o sinal de terra que é comum para todos os sensores é ligado a apenas uma via. Este cabo faz a ligação dos sensores da luva com o circuito. Por se tratar de uma ligação longa e que pode conter movimentos relativos, preferiu-se utiliza-lo e preservar os fios que estão ligados diretamente nos sensores, a fim de manter sua integridade. Na extremidade do cabo de 8 vias contêm um conector plug, que é acoplado ao circuito, facilitando assim sua manipulação e transporte. Para manter a luva bem fixa e justa a mão, foi costurado junto a esta um velcro na região do pulso. A montagem completa é demonstrada na Figura 9. Figura 9 Foto: Luva equipada com sensores de flexão e cabo com conector 21

22 2.5 Critérios para calibração do circuito Como a variação da mão humana apresentada deve ser exatamente a executada pela mão mecânica, uma calibração do circuito divisor de tensão e uma compensação na lógica de programação é necessária, estabelecendo um range de variação padrão considerando valores máximos e mínimos apresentados e requeridos pelo sistema, de acordo com as variações mecânicas da montagem dos sensores e servo motores. Para isto, foram medidos os valores máximos e mínimos de resistência apresentada nos sensores de flexão, considerando o ângulo máximo e mínimo de flexão dos dedos das mãos como visto na Figura 10. O valor apresentado é uma média das medições para os cinco dedos, considerando três amostras em cada. Para dedos sem flexão, os sensores apresentaram uma média de 33kOhm e para dedos totalmente flexionados estes apresentaram cerca de 95kOhm. Figura 10 Variação de resistência no sensor conforme flexão do dedo humano Após obter a variação de resistência nos sensores de flexão com o movimento real dos dedos, foi ajustado os potenciômetros dos divisores de tensão para uma resistência de 33kOhm. Considerando uma tensão de 3,5V, a saída do divisor de tensão poderia variar entre 1,75V para condição dos dedos não flexionados, e 2,6V para condição de dedos totalmente flexionados, conforme observado na Figura

23 Figura 11 Variação no divisor de tensão conforme variação de resistência causada pela flexão do dedo humano Considerando que o conversor analógico-digital do microcontrolador possui 10 bits (1024 bytes) e a tensão referência é 3.5V, a variação de bytes para a faixa entre 1,75V e 2,6V será de 512 bytes à 761 bytes. Esta é a variação mínima e máxima que o microcontrolador deve trabalhar como entrada. A montagem dos servos na mão mecânica permite um movimento dos dedos do estado sem flexão até a total flexão aplicando um ângulo nos de 0º à 100º, isso equivale a 55% de sua total capacidade de giro. Considerando que o servo trabalha com um período de 20mS e com duty cicle mínimo de 1mS (0º) e máximo de 2mS (180º), para a condição do dedo sem flexão o duty cicle é de 1mS e para o dedo totalmente flexionado é de 1,61mS. Esta é a variação mínima e máxima que deve ser aplicada no sinal PWM gerado pelo microcontrolador. Podem-se observar todas as relações aqui descritas na Tabela 1. Os itens referenciados como entrada e saída são os dados manipulados diretamente pelo microcontrolador. Resumidamente, a variação de entrada em bytes de 512 à 761 deve gerar um duty cicle de saída de 1mS à 1,61mS. 23

24 Tabela 1 Variáveis mínimas e máximas trabalhadas de acordo com condições de flexão do dedo humano Condição Resistência - Sensor Flex Tensão - Divisor Byte - MSP Duty Cicle PWM - MSP PWM - Servo Ângulo - Servo Mínima (sem flexão) Máxima (total flexão) 33 kohm 1,75 V 512 1mS 0% 0º 95 kohm 2,6 V 761 1,61mS 55% 100º 24

25 2.6 Programação Como o microcontrolador MSP430G2553 não dispõem de cinco saídas PWM, foi feito um programa em linguagem C que gere os clocks de forma forçada por meio de contadores. Deste modo, no inicio do programa é definido as variáveis e setado os valores mínimos e máximos considerados para os sinais de entrada ADC e para as saídas em CCR. O range de valor de CCR é variável de acordo com as entradas ADC, de modo que o timer e o contador deixe as saídas ligadas o tempo necessário, forçando um sinal PWM, no caso um sinal constante nas saídas com período de 20mS e duty cicle variável. A programação detalhada está discriminada no ANEXO A. 25

26 2.7 Materiais utilizados a) Confecção do circuito: 1 Launchpad MPS Microcontrolador MSP430G Placa Fenolítica 10x10 cm 5 Potenciômetros 100 kohm 10 voltas 2 Amplificadores operacionais LM324 2 Soquetes de CI 14 pinos 1 Botão On/Off 1 Botão Pushpull (Reset) 1 Conector receptáculo tipo jamnut com 8 vias (ligação dos sensores com circuito) 1 Caixa preta 7,5x10x5 cm 1 Bateria de 1 célula 4500mAh 25cc Fios jumper macho-macho, fêmea-fêmea, macho-fêmea para ligação. b) Montagem e acabamento da mão robótica: 5 Servo-motores 9G - Tower Pro 1 Brinquedo Mão Robótica - 4M 1 Linha de nylon 0,7mm (aproximadamente 1 metro) 1 Tubo de cola quente 1 Acrílico 5x50x0,2 cm Parafusos, arruelas e porcas diversas. c) Montagem e acabamento da luva equipada com sensores 5 Sensores de flexão (Flex Sensor) 1 Linha de costura (aproximadamente 2 metros) 1 Caixa preta 2,5x5x2,5 cm 1 Cabo de 8 vias (aproximadamente 1,5 metros) 1 Conector móvel tipo plug com 8 vias (ligação dos sensores com circuito) 1 Velcro (aproximadamente 30 centímetros) Fios jumper macho-macho, fêmea-fêmea, macho-fêmea para ligação. 26

27 2.8 Layout do circuito (PCB) Todos os layouts e diagramas foram desenvolvidos no software PCB Wizard Professional Edition, de uso pessoal (não coorporativo). A confecção da placa foi executada para receber os sinais dos sensores em pinos, e as saídas dos amplificadores operacionais estão dispostos também em pinos. Estes são ligados por fios aos sensores e ao launchpad do MSP, não sendo necessário confeccionar demais placas. Esta está disposta na Figura 12 e Figura

28 Figura 12 Layout do circuito impresso (vista inferior - cobre) Figura 13 Layout do circuito impresso (vista superior 3D) 28

29 2.9 Design O protótipo final do manipulador robótico com a luva sensitiva pode ser observado na Figura 14. Figura 14 Foto: Luva equipada com sensores e manipulador robótico acoplados ao circuito microcontrolado 29

30 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os circuitos de testes montados, junto com o desenvolvimento da lógica de programação básica obtiveram resultados satisfatórios e gradativos. Inicialmente, adaptou-se apenas um botão pushpull (Diagrama 2) para atuar os servos livremente, validando o principio da programação e as lógicas para geração de PWM. Em segundo momento, a adaptação mecânica dos servos à mão robótica propiciou a cinemática ao invés de apenas atuar os servos livremente. Com isto o desenvolvimento do circuito com potenciômetros (Diagrama 3) conseguiu controlar de forma independente todos os dedos da mão, respeitando o grau de liberdade imposto pelo potenciômetro de acordo com o limite de atuação necessário dos servos acoplados à mão robótica. Com isso foi possível estabelecer os limites dos sinais PWM que teriam que ser gerados. Concluiu-se então a fase de testes e adaptações mecânicas do projeto de forma satisfatória. Em terceiro momento, os sensores de flexão foram testados independentemente e costurados a luva, propiciando uma variação real de sinal que iria ocorrer. O circuito final então foi montado como apresentado (Diagrama 4), e o uso de um amplificador operacional com ganho 1 foi necessário pois o descasamento de impedâncias impedia o microcontrolador ler a variação de tensão causada pelos sensores. O circuito divisor de tensão foi testado com o amplificador operacional com sucesso. A calibração do circuito foi feita conforme apresentado, de modo a variar as partes mecânicas em seus limites mínimos (sem flexão dos dedos) e máximos (com total flexão dos dedos), estabelecendo parâmetros para ajuste elétrico no circuito e guiando as regras para construção da lógica de programação. Ainda com o circuito final em protoboard, ocorreram diversos problemas de instabilidade do sistema, onde havia ruídos migrando da saída para a entrada e afetando diretamente a saída novamente, fazendo com que os servos não fixassem uma posição ideal. Como boa prática, o circuito inteiro foi remontado e segregado os sinais de entrada e saída nas montagens, de modo a sanar as interferências eletromagnéticas. Foram executados testes para validar o funcionamento dos componentes e foi feita a calibração do circuito como descrita. Foi calculada a posição e variação ideal para que a movimentação da mão humana refletisse de melhor forma a movimentação da mão mecânica de forma linear. 30

31 A divisão entre circuitos com conectores foi aplicada para manter a integridade dos componentes interligados, de modo a garantir, por exemplo, desacoplar a luva e a mão robótica do circuito, sem danifica-los. O uso de uma bateria de alta capacidade permite o uso do sistema por cerca de 3 horas e propicia a movimentação dos dedos de forma limpa e realística, dando boa capacidade de descarga e corrente aos servos. 31

32 4. CONCLUSÃO O desenvolvimento de um projeto capaz reproduzir o movimento humano em uma mão robótica foi apresentado aqui. As principais características do projeto é sua montagem mecânica com cinemáticas e princípios eletrônicos simples, usufruindo de técnicas de programação para reprodução dos resultados. Os testes executados foram extremamente satisfatórios, sanando problemas ajustando o circuito e as partes mecânicas de diversas formas até a calibração e testes finais. O projeto protótipo demostra então a capacidade robótica de sensoriamento e atuação de uma mão para práticas remotas, concluindo-se então com o perfeito funcionamento do dispositivo. 32

33 REFERÊNCIAS [1] 3DCOMEX. Disponível em: < Acesso em 02 de novembro de [2] FILIPEFLOP. ARDUINO E COMPONENTES ELETRONICOS. Disponível em: < Acesso em 02 de novembro de [3] IRRG INDUSTRIAL ROBOTICS RESEARCH GROUP. Disponível em: < Acesso em 02 de novembro de [4] SEMETRA SEGURANÇA E MEDICINA DO TRABALHO LTDA. Disponível em: < Acesso em 02 de novembro de [5] SPARKFUN. Disponível em: < Acesso em 02 de novembro de [6] STATIG. Disponível em: < Acesso em 02 de novembro de [7] TETRAPARTS. Disponível em: < Acesso em 02 de novembro de [8] TEXAS INSTRUMENTS. Disponível em: < Acesso em 02 de novembro de

34 ANEXOS 34

35 ANEXO A Código de programação em linguagem C para o MSP430G2553 #include <msp430g2553.h> #define SERVO_OUTPUTS BIT0 + BIT1 + BIT2 + BIT3 + BIT4 + BIT5 // P2 #define AD_INPUTS BIT0 + BIT1 + BIT2 + BIT3 + BIT4 + BIT5 unsigned int counter = 0; // Servo counter unsigned int servoposition[6] = {75, 75, 75, 75, 75, 75}; // Default servo positions unsigned int servoon[6] = {BIT0, BIT1, BIT2, BIT3, BIT4, BIT5}; unsigned char i = 0; unsigned int adcvalue[6] = {0,0,0,0,0,0}; // ADC buffer (ADC values are stored in this array) const int adc_min = 512; // Minimum ADC value const int adc_max = 761; // Maximum ADC value const int servo_min = 75; // Minimum CCR value const int servo_max = 210; // Maximum CCR value void main(void) { WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // Disable WDT BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ; // Set Digitally Controlled Oscillator at 1MHz DCOCTL = CALDCO_1MHZ; P2OUT &= ~(SERVO_OUTPUTS); P2DIR = (SERVO_OUTPUTS); // Port P2.0 - P2.5 servo outs P2SEL &= ~(SERVO_OUTPUTS); // P1DIR &= ~(AD_INPUTS); // Port P2.0 - P2.5 servo outs // P1SEL = AD_INPUTS; ADC10CTL1 = INCH_5 + CONSEQ_1; // Sample A5/A4/A3/A2/A1/A0, sequence of channels sampled ADC10CTL0 = ADC10SHT_2 + MSC + ADC10ON + ADC10IE; ADC10DTC1 = 0x06; // 6 conversions ADC10AE0 = 0x3F; // Enable A5/A4/A3/A2/A1/A0 CCTL0 = CCIE; // CCR0 interrupt enabled CCR0 = 180; // ~1.5ms TACTL = TASSEL_2 + MC_1 + ID_3; // SMCLK / 8, upmode bis_sr_register(lpm0_bits + GIE); // Enter LPM0 w/ interrupt } // Timer A0 interrupt service routine #pragma vector = TIMER0_A0_VECTOR interrupt void Timer_A0(void) { counter++; // Increase counter if(counter == 0x07) counter = 0; P2OUT &= ~(SERVO_OUTPUTS); // Clear ports if(counter == 0x06) { 35

36 // Counter range is 0-6, the last count is for the 20ms difference delay CCR0 = (servoposition[0] + servoposition[1] + servoposition[2] + servoposition[3] + servoposition[4] + servoposition[5]); // [20ms/8us = 2500 ticks] <=> [ total position values => 20ms - total synchronized on-time] ADC10CTL0 &= ~ENC; // Stop sampling; Set ENC bit to 0 while (ADC10CTL1 & BUSY) ; ADC10SA = (unsigned int)&adcvalue[0]; // Data transfer location ADC10CTL0 = ENC + ADC10SC; // Start conversions } else { P2OUT = servoon[counter]; // Set port of the current servo CCR0 = servoposition[counter]; // Set time for the current servo } } // ADC10 interrupt service routine #pragma vector = ADC10_VECTOR interrupt void ADC10_ISR(void) { while (ADC10CTL1 & BUSY) ; i = 0; while(i < 6) { // update servo positions servoposition[5 - i] = (unsigned)((long)(adcvalue[i] - adc_min) * (servo_max - servo_min) / (adc_max - adc_min) + servo_min); i++; } } 36

37 ANEXO B Datasheet de referência Texas Instruments para MSP430G2XX3 37

38 38

39 39

40 40

41 41

42 42

43 43

44 44

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49 49

50 50

51 51

52 ANEXO C Datasheet de referência Spectrasymbol para Sensor de Flexão 52

53 53

54 ANEXO D Especificação técnica e montagem do brinquedo Mão Robótica 4M 54

55 55

56 56

57 57

58 ANEXO E Datasheet de referência TowerPro para Micro Servo Motor 9G 58

59 59