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EEE071 - INTRODUÇÃO À ENGENHARIA ELÉTRICA
19/03/2010
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Introdução à Introdução à Engenharia ElétricaEngenharia Elétrica
Grupo de Automação & ControleGrupo de Automação & Controle
EEE071 EEE071 -- Introdução À Engenharia ElétricaIntrodução À Engenharia ElétricaProfProf. Fernando . Fernando PassoldPassold
Enfoque desta disciplina:Enfoque desta disciplina:
• Problemas ou “pequenos desafios” que devem ser resolvidos durante as aulas e fora dos horários de aula
• Noções de automação & controle mescladas com a parte prática da disciplina.
• Obs: o sucesso e conclusão de cada equipe depende muito do empenho de cada um dos alunos.
22Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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“Desafios” usando Lego/ROBOLAB...“Desafios” usando Lego/ROBOLAB...
• Propostos pequenos problemas da área de automação que podem ser resolvidos usando como ferramenta de implementação:
• Kits Lego MindStorms9793
66Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
O Kit “ROBOLAB DESAFIO”O Kit “ROBOLAB DESAFIO”(ferramenta adotada)(ferramenta adotada)
• Ou “LEGO MINDSTORM Robotics Invention System” (RIS 2.0):
77IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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O Kit “ROBOLAB DESAFIO”O Kit “ROBOLAB DESAFIO”
• Principais componentes:– Bloco de controle RCX
(Robotics Control eXplorer) – o “cérebro” do sistema;
– 2 motores c/redução;
– 2 sensores de toque;
– 2 sensor de luz;
– 1 lâmpada.
88IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Usando Lego para resolver problemas...Usando Lego para resolver problemas...• Exemplos:
99Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Pequenos Desafios: “Problemas”Pequenos Desafios: “Problemas”
1º) AVG p/andar numa pista circular:
1010Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Soluções já existentes:Soluções já existentes:
A) Estrutura de triciclo: B) Diferencial:
Roda + motor 1
Roda + motor 2
Pára-choques
Pára-choques
Roda livre
Roda livre
Centro geométrico
Roda
Encoder
θ1
θ2
yc
xc
Roda giratória com
propulsor
xy
Tipos de tração:
1111
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Soluções já existentes:Soluções já existentes:
• Outras formas de tração:
1212Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Soluções já existentes:Soluções já existentes:
• Modelagem da tração:StampBug:
http://www.din.uem.br/ia/robotica/stampbug.htm
Basic Stamp →→→→ Exemplo::Symbol dir_olho=pin5Symbol dir_antena=pin6Symbol esq_antena=pin7
'Iniciodirs=%00111110pins=0high esq_olholow dir_olho
principal:toggle esq_olhotoggle dir_olhomeio_pos=max_grauesq_pos=max_graudir_pos=max_graugosub andatoggle esq_olhotoggle dir_olhomeio_pos=min_grauesq_pos=min_graudir_pos=min_graugosub andagoto principal:
1313Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Internos: de movimentação do robô (juntas do robô).
Externos: para localização do robô (medidas de distâncias).
Tipos de Sensores:Tipos de Sensores:
Propioceptivos Exteroceptivos
CodificadoresAngulares(encoders)
Posição doElementoterminal
Encoder + Sensor de proximidade
Posição deUm objeto
Câmera (sensor CCD) + medidor laser
Mapa 3D
1414IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Sistema de ControleSistema de Controle• Manter o sistema sob
controle:
x0
y0
xR
yR
θ
ϕ
Erros de odometria →(sem compensação)
Caminho desejado →
1515Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Problema de Controle:Problema de Controle:
• Seguir uma pista já demarcada:
vθ
Comparo saída com desejado;
Posso calcular erro e definir o ângulo em que as rodas do robô deveriam girar → exige definição de equações que descrevem o torque que deveria ser aplicado em cada motor, etc...
Outras ações...
Comparo saída com desejado;
Posso calcular erro e definir o ângulo em que as rodas do robô deveriam girar → exige definição de equações que descrevem o torque que deveria ser aplicado em cada motor, etc...
Outras ações...
1616Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Descrição do Kit:Descrição do Kit:
• 3 partes principais(decompondo o bloco RCX):
– 1) Entradas: portas 1, 2 e 3• Sensores (toque, luz);
– 2) Processamento:• Software rodando: o que dá
“inteligência” ao sistema.
– 3) Saídas: portas A, B e C• Motores, lâmpadas, tocar música, etc.
??
1717Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Descrição do Kit:Descrição do Kit:
1) Entradas: portas 1, 2 e 3– Sensores:
??a) Toque.
b) De Luz.
Portas deEntrada
1818IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Descrição do Kit:Descrição do Kit:2) Processamento: bloco RCX
– Software: o que dá “inteligência” ao sistema.
??
1919IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Descrição do Kit:Descrição do Kit:
??
3) Saídas: portas A, B e C– Motores, lâmpadas, tocar música, etc.
2020IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Programação do Kit:Programação do Kit:• Linguagem gráfica baseada em ícones:
“ROBOLAB”
2121Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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ProgramaçãoProgramação• Modos “Pilot” e “Inventor”:
2222Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Programação Modo “Pilot”:Programação Modo “Pilot”:Exemplo:
• Note a seqüência (fluxo) do programa:
Girar motor A (para esquerda, potência 5), acender Lâmpada B e o motor C (para a direita, potência 3) por 6 segundos. Depois, Inverter a direção dos motores A e C, mantendo a lâmpada acesa, até que o sensor de toque (porta 1) se mova para dentro (seja pressionado).
2323IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
Início
FimInício e Fim do programa
2424IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
Funções disponíveis:
2525IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
?
2626IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
Parada de motores
2727IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
Comando dos motores
2828IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
Potência do motor
Porta de entrada
2929IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
EstadoSensor detoque
3030IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
EstadoSensor deluz
3131IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
Lâmpadas
3232IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
Temporizadores
3333IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
Programação de melodias...
Notas musicais...
3434IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
Estruturas de decisão eRepetição(IF’s, WHILE’s, FOR’s)
3535IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
3636IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:
3737IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:• Looping perpétuos:
Pular
Início(laço)
Fim(laço)
3838IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:• Comando “goto” (saltos):
3939IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:• Laço de Repetição
4040IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:• Bloco de
decisão (“IF..THEN..ELSE”):
4141IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Programação Modo “Inventor”:Programação Modo “Inventor”:• Execução de rotinas “multitarefa”:
2 rotinas rodando ao mesmo tempo!
4242Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Programação...Programação...
Apertar “TAB” para modificar função do cursor!: Conector (bobina)→Edição(mão)→Texto.
4343Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Exemplos...Exemplos...• Uso do Sensor de toque:
Note: Erro, faltou o modificador para indicar em que porta o sensor de toque está conectado.
4444Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Exemplos...Exemplos...• Parar motores:
Note: O programa para de rodar mas os motores continuam girando!!!
4545IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Exemplos...Exemplos...• Usando temporizador + display do LEGO:
O bloco da exposição de RCX, encontrado na caixa de funções: "comunicações RCX“. É uma boa maneira de ver que dados estão circulando por dentro do RCX. Pode ser usado para mostrar valores do “container” ou do sensor, e mesmo do temporizador interno do RCX. O programa acima é para um cronômetro simples. Usa um sensor do toque para disparar e parar o cronômetro, e outro zerá-lo.
Este programa espera o sensor 1 de toque ser pressionado, então zera o “container” e o temporizador. Em seguida, um evento é disparado até que um toque ocorra no sensor 1 de toque. O valor do temporizador é colocado no “container” amarelo e então mostrado no display do RCX. Os ícones de setas azuis atualizam a tela com valores novos. O modificador "1" no bloco do display serve para indicar uso de 1 ponto decimal. O RCX continuará a mostrar o valor do temporizador até que um novo evento seja provocado. Neste caso, a visualizarão no display parará de ser atualizar. Quando o sensor 2 do toque é pressionado, o display será zerado e o programa reiniciará.
4646IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Exemplos...Exemplos...
4747IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Exemplos...Exemplos...
4848IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Exemplo:Exemplo:
4949IntroIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
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Exemplos...Exemplos...
5050Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & ControleIntro. Eng. Elétrica | UPF | Área Automação & Controle
Exemplos...Exemplos...
5151Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área
Automação & ControleAutomação & Controle
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Bibliografia recomendada:Bibliografia recomendada:•Fabricantes de Kits:
Lego MindStorms :http://mindstorms.lego.com/eng/default.asp:Robotics Invention System 2.0:
–RCX™ Microcomputer:• 6 AA batteries;• LCD display;• 3 sensor inputs;• 3 motor outputs;• Hitachi H8/3297 processor @ 16 Mhz;• 32k ram;• rom with basic I/O functions
–CD-ROM Software–USB Infrared Transmitter–718 pieces, including:
• 2 Motors• 2 Touch Sensors• 1 Light Sensor
Hitachi H8/3297 µcontrolador:• 8 registradores de 16-bits ou 16 registradores de 8-bits;• High-speed operation:
• 8- or 16-bit register-register add/subtract: 125 ns (16 MHz;• 8 x 8-bit multiply: 875 ns (16 MHz);• 16 ÷ 8-bit divide: 875 ns (16 MHz);
• 1 contador/timmer de 16-bits;• 1 A/D de 10-bits;• I/O ports:
• 43 input/output lines (16 of which can drive LEDs)• 8 input-only lines.
• Interrupts:• Four external interrupt lines: 10,, IRQ0 to IRQ2• 19 on-chip interrupt sources
5252Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área Intro. Eng. Elétrica | UPF | Área
Automação & ControleAutomação & Controle