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26 de maio de 201126 de maio de 2011

Aplicação da robótica na vida real

Professor: Anderson L. S. Moreiraanderson.moreira@recife.ifpe.edu.br

http://dase.ifpe.edu.br/~alsm

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Sistemas ComputacionaisNotável crescimento do uso de sistemascomputacionais em diferentes tipos de aplicações

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Onde mais encontramos?• Por que utilizar Sistemas de

controle automatizado?

• Cresce o número de aplicações com restrições temporais;

• Dificuldades de atender essas restrições em um SOPG;

• SOPG não são previsíveis e se preocupam em fornecer um bom desempenho médio para os usuários.

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Exemplo – Direção de um carro• Missão: Alcançar um destino a salvo.

• Sistema Controlado: Carro.

• Ambiente de Operação: Condições da estrada.

• Sistema de controle- Humana: Sensores – Visão e Audição do motorista. - Computacional: Sensores - Cameras, Receptor IR e telemetria.

• Controles: Acelerador, Direção, Pedal do Freio.

• Atuadores: Rodas, Motor e Freios.

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Exemplo – Direção de um carro (continuação)

• Tarefas Críticas: Dirigir e Freiar.

• Tarefas Não Críticas: Utilizar sistema de som do carro.

• Custo de execução da missão → Solução Eficiente.

• Confiança no motorista → Deve ter tolerância a falhas.

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Robótica

• A Robótica é uma disciplina que envolve:– Desenho, manufatura, controle e

programação de robôs;– O uso de robôs para resolver problemas;– O estudo dos processos de controle,

sensores e algoritmos utilizados pelos humanos, animais e máquinas;

– A aplicação destes processos de controle e algoritmos aos robôs.

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Onde encontramos mais?• Em projetos de robótica:

• Ex.: A Honda na área de robótica criou um aparelho mais acessível e com a tecnologia assistiva.

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Onde Sociedade e Robótica se encontram???

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Tem o intuito de proporcionar inclusão sociale conseqüentemente uma maior independência,a chamada tecnologia assistiva é utilizadapara identificar todos os recursos e serviçosque contribuem para aumentar, manter oumelhorar as capacidades funcionais com oauxilio da robótica.

Projeto Robótica Assistiva

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Mais aplicações

• Se for perigoso para os humanos– Robôs Móveis

• Espaço• Vulcões• Oceanos• Outros planetas

• Se for monótono e sujo– Robôs industriais

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O que é um Robô?• É uma máquina que pode ser programada para executar

várias tarefas;• Uma máquina que recebe informação através do

ambiente que a rodeia (sensores) e usa essa informação para executar instruções para realizar determinada tarefa;

• Um robô é uma máquina que pode ser programada para realizar uma grande variedade de tarefas, da mesma forma que um computador é um circuito electrónico que pode ser programado para fazer uma variedade de tarefas (McKerrow)

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Se comparado ao humano?

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SensoresVisãoOlfato

PaladarAudição

Tato

EstruturaMecânicaEsqueleto

ProcessadorCérebro

SoftwareConhecimento

Rede de ComunicaçãoSistema Nervoso

Fonte de energiaAlimentação

Condutor de energiaSistema sanguíneo

AtuadoresMembros

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2050

Onde a Computação participa?

Rodas Esteiras Várias Pernas

Duas Pernas

Aquáticos Terrestres Aéreos

Infra Vrmelho

Laser EncoderVisão Computacional

Sensor de Contato

Atuador Solenóide

Servo Motor

Liga Memória de Forma

Motor de Passo

Motor Contínuo

Controle de voltagem

PWMPonte H

Giroscópio Acelerômetro Ultra Som GPS

Ambiente

Locomoção

Atuadores

Acionamento

Sensores

Estratégia de Controle

Mecânica

Eletrônica

(Controle)

(É bom saber )

Robótica(Visão Geral)

ZMP Momento de Inércia

Driver de Potência

Operados Autônomos

Controle Remoto

Joystick Processam Externo

PC Embutido

Micro Controlador

Alcalina Lithium SeladaLithium Ion Níquel Cádmio

RS 232Blue Tooth Redes Neurais

Máquina de Estados

Algoritmo Genético

Bateria Dependência

Processamento

Algoritmo

Computação(Base da Cadeia )

USB

Comando

Comunicação

Inteligentes

CPG

Histórico• A palavra robô, vem da palavra Tcheca “robota”, que significa trabalho árduo ou trabalho escravo;

• Ela foi usada pela primeira vez em uma peça de ficção (RUR) do autor KAREL CAPEK, em 1920;

• A palavra Robótica, foi citada pela primeira vez em uma história de ficção (Runaround) do autor Isaac Asimov, em 1942.

Histórico

1ªlei: "Um robô não pode ferir um ser humano ou, permanecendo passivo, deixar um ser humano exposto ao perigo".

2ª lei: "O robô deve obedecer às ordens dadas pelos seres humanos, exceto se tais ordens estiverem em contradição com a primeira lei".

3ª lei:"Um robô deve proteger sua existência na medida em que essa proteção não estiver em contradição com a primeira e a segunda leis".

0ª lei: " Um robô não pode causar mal à humanidade nem permitir que ela própria o faça".

Isaac Asimov também estabeleceu quatro leis muito simples para a robótica:

Histórico – fatos interessantes• 1250

– O Bispo Albertus Magnus organizou um banquete em que os convidados eram servidos por criados de metal. S. Tomás de Aquino chamou então ao Bispo feiticeiro.

• 1640– O filósofo e matemático françês Descartes

construiu uma mulher autómato a que chamou “Ma fille Francine.” Numa viagem que Descartes fez a bordo de um navio. Foi atirado ao mar pelo capitão que achou que a boneca era obra do diabo.

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Histórico – fatos interessantes

• 1738– Jacques de Vaucanson construiu im

pato mecânico com mais de 4000 partes. O pato grasnava, tomava banho, bebia água, comia, digeria e ainda evacuava.

• 1805– Maillardet fez uma boneca que

escrevia em Françês e Inglês.

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Tipos de Robôs

• Móveis• Industriais• Humanóides

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Robôs móveis

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Humanóides

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Industriais

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Peças

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O sistema de robótica é composto de dois blocosprincipais: Um é o bloco de controle identificadopela placa (1) e outra é o bloco de sensores eatuadores (2).

Base

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AGVs• Desde os anos 50• Controlados por computador

– Optimização da utilização do AGV– Ordens para proceder ao transporte– Gerir o tráfico de AGVs

• Vários métodos de condução– Guia indutivo ou óptico– Sistemas de navegação

• laser scanners, microwave transponders, inertia gyros, ultrasonic sensors, embedded magnets, camera vision systems

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Exemplo – 3PI

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Métodos de navegação

• Caminho Fixo• Caminho Livre• Guiamento Indutivo• Guiamento por Giro (magnético)

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Guiamento Indutivo

• Vantagens/Desvantagens– Fácil de instalar, operar e

muito fiável– Se o fio for desligado

todos os AGVs param imediatamente

• Pode ser difícil montar os fios.

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Onde comprar?

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Robôs móveis

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NXT

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NXT - Sensores

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NXT - Sensores

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Esquema de hardware do NXT

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Qual IDE utilizar?

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IDE NXT – Bricks (básico)

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IDE Arduino (Intermediário)

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IDE NXT – Bricks (Avançado)

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Linguagens de Programação

• 80% dos comandos são escritos em linguagem C/C++;

• 20% outras abordagens (ADA, LISP, System NX, ...);

• Java (depende.... Se quiser algo aprimorado pode usar o java RT).

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Essas luvas permitiram queum deficiente visual percebaos graus de temperaturaque um determinado objetoestá.

Luvas para reconhecimento de temperatura

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Fonte de Calor

Saída Analógica

Sensor de Temperatura

ConversorAD

Controlador

Atuador

SaídaDigital

Idéia de Desenvolvimento

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Idéia de Desenvolvimento

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Circuito

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Protótipo

Desenvolver um protótipo de um Robô Bípede Autônomo, com um sistema de processamento capaz de executar programas de inteligência artificial, com uma interface para carregamento de algoritmos e comandos de fácil acesso, utilizando componentes de baixo custo e com bastante disponibilidade no Brasil.

Pretende-se sim disponibilizar para outros pesquisadores uma plataforma robótica de baixo custo e que possa ser utilizada para testes exaustivos

Não se pretende com este trabalho desenvolver um dispositivo robótico que desempenhará tarefas específicas.

Delimitação

Espera-se contribuir com o avanço das pesquisas na área de robótica permitindo a difusão de mecanismos robóticos em grupos de pesquisas com poucos recursos financeiros.

Projeto MNerim

MNerim 2.1

Como estudar?

• Cinemática Direta

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Como estudar?

• Navegação

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Benefícios da robótica

• Proporcionar novos conceitos teóricos/práticos aos alunos de diversos cursos;

• Desenvolver a capacidade técnica das pessoas envolvidas com sistemas assistivos;

• Auxílio direto a pessoas com deficiência, incluindo diretamente na sociedade.

Novos caminhos

• Suplantar a Humanidade?• Complementar?

- Psicologia e topologia cerebral.- Análise do Comportamento (behaviorismo).- Alternativas a criatividade.

• Continuidade da “raça” humana?- Limitações do corpo físico (tempo, mecânicas...)- “Feitos a sua imagem e semelhança.”

Novas tecnologias

• Agentes móveis- Insetos que se misturam ao ecosistema.- Outras inserções nos meios de análise.

• Cotidiano (carros, casas, wearable computers)

• Nanorobots• Realidade Virtual

- Simulações e utilidades.- Robocode

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Dúvidas?

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Mais informações?

• http://dase.ifpe.edu.br/~alsm• http://www.robolivre.org• Contato:

anderson.moreira@recife.ifpe.edu.br

Obrigado pela atenção!!