Lista 1 Sistema Mecatrnicos 1

1 Mecatrnica a unio da engenharia mecnica e eletrnica com controle computacional

inteligente no projeto e manufatura de produtos e processos industriais. Robtica a cincia

que estuda a construo de robs. Exemplo de sistemas mecatrnicos: mquina de lavar, ar

condicionado, alarmes, etc. Exemplos de sistemas robticos: Puma, rob Unimate.

2 Um sistema embarcado um sistema micro processado no qual o computador

completamente encapsulado ou dedicado ao sistema que ele controla. Um sistema embarcado

realiza um conjunto de tarefas pr-definidas, geralmente com requisitos especficos. Exemplos:

Impressoras, Smartphones, MP3 players, etc.

3 Um microcontrolador um computador em um chip, contendo processador, memria e

perifricos de entrada e sada. um microprocessador que pode ser programado para funes

especificas. So usados como sistemas de controle de motores automotivos, controles

remotos, mquinas de escritrio e etc. Modelos: PPC 403GCX, PPC 440CG, etc.

4 - A arquitetura de Von Neumann, uma arquitetura que se caracteriza pela possibilidade de

uma mquina digital armazenar seus programas no mesmo espao de memria que os dados,

podendo assim manipular tais programas. A mquina proposta rene os seguintes

componentes:

- uma memria;

- uma unidade aritmtica e lgica;

- Uma unidade central de processamento (CPU);

- Um a unidade de controle (CU), cuja funo buscar um programa na memria, instruo, e

executa-lo sobre os dados de entrada.

http://pt.slideshare.net/elainececiliagatto/ac2-modelo-de-von-neumann

5 - A diferena entre a arquitetura de Von Neumann e a de Harvard, que a de Harvard separa

o armazenamento e o comportamento das instrues da CPU e dos dados, enquanto a de

Neumann utiliza o mesmo espao de memoria para ambos.

Von Neumann

o Arquitetura mais simples;

o Mais lento, pois no permite acesso simultneo s memrias.

Harvard

o Arquitetura mais complexa;

o Mais rpido, pois permite acesso simultneo s memrias.

6 Sinal analgico viaja por meio de ondas eletromagnticas, podendo ser afetado por

outros campos eltricos que danificam a qualidade do sinal. Sinal digital, a informao viaja

por pacotes de bits binrios. O sinal enfraquece mais lentamente e apresenta maior rapidez

e qualidade.

7 Relgio de 32 bits.

2^32 o mximo de milissegundos. O overflow ocorrer depois de 1193 horas ou em 50

dias.

8

9 - ASCII um cdigo binrio que codifica 128 sinais, utilizada para representar textos na

linguagem dos computadores. 0 em ASCII um smbolo para representar nulo ou vazio,

enquanto o nmero 0 representado por 48. String, ou cadeia de caracteres, um conjunto

de caracteres, utilizado para representar palavras, frases, entre outros.

10 - Um descodificador um circuito combinatrio que permite, perante uma combinao de

entradas, ativar uma e s uma sada, passando um conjunto de sinais BCD, binrio ou de outra

forma normalmente usada pelos circuitos digitais para a forma decimal ou outra forma que

seja apropriada a excitao de um display. Exemplos: TV a cabo, leitor de DVD.

11 A = 8 bits = A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 e B = 8 bits = B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7

A0

S0

B0

A1

S1 S

B1

.

.

.

A7

S7

B7

Se Ai = Bi -> S = 1; Se Ai Bi -> S = 0.

Se A = B -> S =1; Se A B -> S = 0.

12

Sendo Ve o vem um e o Va o vai um.

13 - A unidade lgica e aritmtica (ULA) um circuito digital que realiza operaes

lgicas e aritmticas. Muitas das aes dos computadores so executadas pela ULA. Esta

recebe dados dos registradores, que so processados e os resultados da operao so

armazenados nos registradores de sada. Outros mecanismos movem os dados entre esses

registradores e a memria. Uma unidade de controle controla a ULA, atravs de circuitos que

dizem que operaes a ULA deve realizar.

14 Flip flop o componente principal da memria mais rpida encontrada em aparelhos

computacionais: os registradores. Registradores so unidades de armazenamento inclusas no

chip do CPU, onde os dados de entrada e sada para todos os clculos e comparaes so

armazenados e, ento, enviados para outros repositrios maiores, como a RAM. A memria

RAM usa capacitores ligados a circuitos combinacionais (transistores) para manter os valores 0

ou 1, um mtodo relativamente barato. J os registradores usam flip-flops, que so compostos

apenas de circuitos lgicos e podem fazer o mesmo trabalho muito mais rpido. Um flip-flop

simples (latch) pode ser facilmente representado por duas portas NOR ligadas entre si, de

forma cruzada. Apesar de serem mais rpidos, flip-flops ocupam mais espao fsico do que os

outros tipos de armazenamento, tornando invivel colocar milhes deles em um pente de

memria, como ocorre com a RAM. Assim a maioria das arquiteturas de processadores no

utilizam mais do que 32 registradores, sendo que cada um deles possui 8 bits (um byte).

Assim a memria convencional mais lenta e ocupa menos espao, assim utilizada para

armazenar maior quantidade de dados. Enquanto registradores so uma forma de memria

mais rpida, pois composta por circuitos lgicos, os flip-flops, sendo assim responsveis pela

entrada e sada dos dados, e posterior envio para os outros componentes, como a memria

RAM.

15- Uma interrupo um sinal de um dispositivo que tipicamente resulta em uma troca de

contextos, isto , o processador para de fazer o que est fazendo para atender o dispositivo

que pediu a interrupo. Dessa forma, a interrupo evita o desperdcio de tempo, o

processador pode realizar outros tarefas e quando a interrupo acionada ele d preferncia

para ela.

16 Na leitura por Polling a CPU determina os instantes de tempo que ocorrero as

transferncias de dados, testando, periodicamente, se algum dispositivo quer se comunicar,

pode causar atraso, devido a fila que formada. Assim a interrupo evita tempo

desperdiado com mltiplos testes, que inerente ao polling, j que a CPU/controlador

avisada pelo perifrico que este deseja transmitir/receber dados, portanto, sensores de leitura

por interrupo tem seu dado recebido ou transmitido de forma mais rpida, sendo a

atividade prioritria do controlador, enquanto por polling deve respeitar uma fila de

atividades.

17 - Um barramento um conjunto de linhas de comunicao (condutor eltrico ou fibra

tica) que permitem a interligao entre dispositivos de um sistema de computao (CPU;

Memria Principal; HD e outros perifricos), ou entre vrios sistemas de computao. O

processador capaz de se conectar com diferentes dispositivos ao mesmo tempo, pois

existem diferentes tipos de barramentos em que esses dispositivos so conectados. Alguns

desses barramentos mais lentos se conectam ao barramento do sistema atravs de uma

ponte, que parte do chipset do computador e funciona como um guarda de trnsito,

integrando os dados de outros barramentos ao barramento do sistema.

18 Cada aplicao possui uma rea de memria prpria, independente e isolada das demais

aplicaes e inclusive do ncleo do sistema. O isolamento das reas de memria das

aplicaes melhora a estabilidade e segurana do sistema como um todo, pois impede

aplicaes com erros ou maliciosas de interferir no funcionamento das demais aplicaes.

19 Nem sempre a quantidade de memria disponvel suficiente para rodar de uma s vez

todos os programas requisitados. Com a memria virtual, o computador pode procurar por

reas da RAM que no foram usadas recentemente e copi-las para o disco rgido. Isso liberar

espao na RAM para carregar um novo aplicativo. Esta troca de informao entre RAM e disco

rgido chamada Swap.

No recomendvel utilizar swap em sistemas computacionais aplicados ao controle de

sistemas mecatrnicos, pois caso o sistema operacional tenha que trocar constantemente

informao entre a RAM e o disco rgido (thrashing), o sistema poder ficar muito lento,

prejudicando o controle e causando falha do sistema mecatrnico.

20 Determinante de Rx = 1:

Rx ortonormal (inversa igual transposta):

Rx * Rx_transposto = Identidade

Determinante de Ry = 1:

Ry ortonormal:

Determinante de Rz = 1:

Rz ortonormal:

21 - A representao por trs ngulos requere rotao em torno de trs eixos sem rotao

consecutiva em torno de um mesmo eixo. So doze possibilidades: XYX, XZX, YXY, YZY, ZXZ,

ZYZ, XYZ, XZY, YZX, YXZ, ZXY, ZYX.

A representao mais utilizada a Roll-pitch-yaw, referente a rotaes em torno dos eixos x, y

e z, respectivamente:

( ) ( ) ( )

22

cos(teta) = 1 - teta = 0 - no h rotao em torno de nenhum eixo

impossvel

sin(teta) = 1 - teta = 90 - rotao de 90 graus em torno do eixo x

impossvel

cos(teta) = sin(teta) = 0.7 - teta = 45 - rotao de 45 graus em

torno do eixo x

cos(teta) = 0.87; sin(teta) = 0.5 - teta = 30 - rotao de 30 graus

em torno do eixo z

cos(teta) = 0.5; sin(teta) = 0.87 - teta = 60 - rotao de 60 graus

em torno do eixo y

cos(teta) = 0; sin(teta) = -1 - teta = 270 - rotao de 270 graus em

torno do eixo x

23 - A matriz obtida a combinao de todas as rotaes e translaes representadas pelas

matrizes multiplicadas. A ordem da multiplicao define a ordem em que as rotaes e

translaes so realizadas.

A inversa dessa matriz representa as rotaes e translaes realizadas na ordem inversa.

27 Sim, entretanto o acelermetro no mede o ngulo yaw ( rotao em torno do eixo z), por

esse motivo existe a necessidade de um sensor adicional ( por exemplo: magnetmetro ).

- Desvantagens do magnetmetro: a antena deve ficar longe de circuitos, motores e cabos.

- Desvantagens do encoder:

- tico: sofre muitas influncias da luz solar;

- Magntico: interrompe quando h im perto;

- 2 canais: necessita de um processador para contagem.

28 Matriz de transformao homognea uma matriz resultante de outras matrizes com

rotaes e translaes. Ela composta por submatrizes que tem diferentes significados.

Podem ser feitas rotaes e translaes de pontos.

A matriz de transformao homognea formada por:

Em geral, uma matriz homognea representa a situao ou posio generalizada (

posio e orientao) de um referencial mvel em relao a um referencial fixo.

29 Cinemtica direta: deseja-se obter a posio e velocidade do efetuador para uma dada

posio das articulaes.

- Cinemtica inversa: so fornecidas a posio e a velocidade do efetuador e quer se obter

as posies e velocidades correspondentes das articulaes.

- A cinemtica direta de um rob serial feita utilizando transformao homognea que

relacionam a localizao de um elo em relao ao elo anterior na cadeia cinemtica. A soluo

do problema de cinemtica direta nica. Esta soluo pode ser obtida em forma analtica

fechada ou em forma numrica atravs de um procedimento sistemtico.

char buffer[10];

int bufferIndex;

char caracter;

#include "pitches.h"

#define MAX 6

int valoresRecebidos[MAX];

int posicaoRecebidos=0;

bool dadoPronto = false;

int dadosRecebidos=0;

unsigned long previousMillis = 0;

const long interval = 500; // intervalo para atualizao do Serial Monitor

void setup() {

Serial.begin(9600);

bufferIndex=0;

}

void loop() {

lePortaSerial();

if (dadoPronto) { // se dados forem enviados,

Serial.print("Dados recebidos: ");

Serial.println(dadosRecebidos);

if ((valoresRecebidos[0] == 5) && (dadosRecebidos==3)) { // se o primeiro valor enviado for igual a 5 e forem enviados 3 nmeros ao todo,

tone(8, valoresRecebidos[1], valoresRecebidos[2]); // ativa o buzzer, que toca com uma frequncia igual ao segundo valor, e por um perodo de tempo igual ao terceiro valor (em milisegundos)

delay(valoresRecebidos[2]);

digitalWrite(8,1);

}

if ((valoresRecebidos[0] == 1) && (dadosRecebidos==2)) { // se o primeiro valor enviado for igual a 1 e forem enviados 2 nmeros ao todo,

analogWrite(13,valoresRecebidos[1]); // o LED da placa do Arduino muda seu brilho de acordo com o segundo valor enviado

}

dadoPronto=false;

dadosRecebidos=0;

}

unsigned long currentMillis = millis(); // quantidade de milisegundos passados desde a iniciaizao do Arduino

if(currentMillis - previousMillis >= interval) { // se o intervalo de tempo entre a ltima atualizao do Serial Monitor e agora for maior ou igual ao valor estabelecido acima,

previousMillis = currentMillis; // executa estes comandos: varivel de referncia para clculo do intervalo de tempo atualizada

// Imprime no Serial Monitor os trs valores enviados

Serial.print(valoresRecebidos[0]);

Serial.print(",");

Serial.print(valoresRecebidos[1]);

Serial.print(",");

Serial.println(valoresRecebidos[2]);

}

}

void lePortaSerial() {

while (Serial.available() > 0) { // no sei

caracter = Serial.read(); // l dados enviados pelo Serial Monitor e armazena na varivel

if (((caracter >= '0') && (caracter 0) && (posicaoRecebidos < MAX)) { // se for uma vrgula, buffer no estiver vazio e

buffer[bufferIndex]=0;

valoresRecebidos[posicaoRecebidos] = atoi(buffer); // converte o valor recebido antes da vrgula em nmero

posicaoRecebidos++; // prximo valor ser adicionado na prxima posio

bufferIndex=0; // zera o ndice para posicionamento na varivel buffer

}

if (caracter == '\n') { // se for 'Enter'

if ((buffer > 0) && (posicaoRecebidos < MAX)) { // se buffer no vazio e

buffer[bufferIndex]=0;

valoresRecebidos[posicaoRecebidos] = atoi(buffer); // converte ltimo dado rebebido em nmero

}

bufferIndex=0; // zera o ndice para posicionamento na varivel buffer

dadosRecebidos=posicaoRecebidos+1; // nmero de dados recebidos definido pela quantidade de vrgulas e 'Enter's

posicaoRecebidos=0; // zera ndice para posicionamento na varivel de valores recebidos

Serial.println("----");

for (int i=0; i

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