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VII Simpósio de Iniciação Científica, Didática e de Ações Sociais da FEI São Bernardo do Campo – 2017 MÓDULOS ELÉTRICOS DA BASE DE ROBÔS DE ASSISTÊNCIA DOMÉSTICA Rodrigo de Carvalho Techi¹, Plinio Thomaz Aquino Junior² 1,2 Departamento de Ciência da Computação, Centro Universitário FEI [email protected], [email protected] Resumo: O atual avanço das tecnologias e a disponibilidade de robôs em ambientes compartilhados com humanos, motivam o desenvolvimento de pesquisas para acomodar o projeto de robôs de acordo com seu público alvo. A competição Robocup@Home apresenta requisitos para robôs de assistência doméstica que são utilizados neste projeto. A equipe RoboFEI está desenvolvendo uma nova plataforma robótica para atender esses requisitos da competição, envolvendo inclusive a definição de novos módulos elétricos. Este projeto tem como objetivo iniciar a definição de módulos elétricos utilizando conhecimento histórico adquirido, estudo dos robôs competidores e requisitos da competição. 1. Introdução Diversas áreas de processos e eventos do cotidiano estão sendo substituídas ou estudadas quanto a inclusão de robôs para execução parcial ou total das atividades. Conforme a evolução das áreas que envolvem a robótica, se faz necessária uma evolução nos meios de interação entre humano e robô, independentemente do ambiente, e esse contato deverá ser mais natural com o uso de um robô com características humanoides. Tal relação se faz necessária, pois o projeto elétrico desenvolvido neste trabalho tem como objetivo a construção de um robô com características que se assemelham às humanas, já que seu objetivo será a participação em competições onde robôs são avaliados quanto às suas características de assistência domésticas. Um exemplo é a categoria RoboCup@Home, que consiste em testes onde os robôs devem resolver atividades autônomas em uma casa, e a grande maioria dos testes envolve a interação humano robô, e tal contato se torna mais natural com o robô com características humanoides. Para a construção de um robô, seja ele humanoide ou não, além das partes mecânicas e de programação, a parte elétrica e eletrônica são essenciais. Tendo isso em mente, este trabalho tem como objetivo pesquisa em conjunto com os integrantes da equipe RoboFEI@Home, discutir as atuais necessidades e possíveis melhorias a serem feitas na parte elétrica, e então, após estudo, adequá-las ao novo sistema a ser projetado. A revisão bibliográfica se inicia com o circuito necessário para realizar o controle de um motor, o qual será o meio de controle para o sistema de movimentação do robô. Em seguida é definido como será feito o sistema da parte superior do robô (cabeça, braços e torso). Logo após temos a descrição dos circuitos de alimentação, tanto a alimentação geral quanto a alimentação do notebook responsável pelo processamento de informações. Por fim, temos a questão relacionada a segurança, tanto do usuário quanto de dispositivos eletrônicos. Os atuais projetos de robótica de assistência doméstica têm apresentado uma convergência para robôs com aparência humanoide, e tal convergência nos fez procurar o projeto InMoov, que é um projeto de código aberto de um robô em formato humanoide [1], da parte superior do corpo humano, representado na Figura 1, que permite impressão de grande parte de suas peças com uma impressora 3D. A base a ser produzida deverá suprir todas as necessidades da equipe, desde o fornecimento de pontos de alimentação até o desenvolvimento de um sistema de controle de motores, passando por toda a questão da segurança, contra curtos elétricos e impactos que a base possa ter durante a movimentação. Figura 1- Projeto InMoov 2. Metodologia Este trabalho tem como objetivo inicial analisar as atuais necessidades de melhorias na parte elétrica da robô Judith, utilizada pela equipe RoboFEI@Home para um novo projeto considerando características humanoide. As distinções do projeto elétrico da robô Judith devem ser considerados como cenário de requisitos desejados e não desejados para uma nova plataforma. Após a análise dessas necessidades e características, foi desenvolvido um esquema elétrico para projeto da nova plataforma robótica para Interação Humano-Robô em ambientes domésticos. Além disso, o projeto visa permitir que o robô esteja preparado para futuras melhorias e novos equipamentos a serem adicionados. Para concretizar tal objetivo, além do convívio com os integrantes da equipe, coletando e documentando suas necessidades, juntamente com a análise do projeto do esquema elétrico do robô humanoide Open Source InMoov, foi utilizado o software PROTEUS, para a simulação teórica dos esquemas elétricos projetados. Placas de ensaio, ou matrizes de contato, também conhecidas como protoboard, foram utilizadas para ensaio prático, assim detectando erros reais que possam ocorrer durante o projeto. Após finalizados os testes, tanto teóricos quanto
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VII Simpósio de Iniciação Científica, Didática e de Ações Sociais da FEI
São Bernardo do Campo – 2017
MÓDULOS ELÉTRICOS DA BASE DE ROBÔS DE ASSISTÊNCIA DOMÉSTICA
Rodrigo de Carvalho Techi¹, Plinio Thomaz Aquino Junior² 1,2 Departamento de Ciência da Computação, Centro Universitário FEI
[email protected], [email protected]
Resumo: O atual avanço das tecnologias e a disponibilidade de robôs em ambientes compartilhados com humanos, motivam o desenvolvimento de pesquisas para acomodar o projeto de robôs de acordo com seu público alvo. A competição Robocup@Home apresenta requisitos para robôs de assistência doméstica que são utilizados neste projeto. A equipe RoboFEI está desenvolvendo uma nova plataforma robótica para atender esses requisitos da competição, envolvendo inclusive a definição de novos módulos elétricos. Este projeto tem como objetivo iniciar a definição de módulos elétricos utilizando conhecimento histórico adquirido, estudo dos robôs competidores e requisitos da competição.
1. Introdução Diversas áreas de processos e eventos do cotidiano
estão sendo substituídas ou estudadas quanto a inclusão de robôs para execução parcial ou total das atividades. Conforme a evolução das áreas que envolvem a robótica, se faz necessária uma evolução nos meios de interação entre humano e robô, independentemente do ambiente, e esse contato deverá ser mais natural com o uso de um robô com características humanoides.
Tal relação se faz necessária, pois o projeto elétrico desenvolvido neste trabalho tem como objetivo a construção de um robô com características que se assemelham às humanas, já que seu objetivo será a participação em competições onde robôs são avaliados quanto às suas características de assistência domésticas. Um exemplo é a categoria RoboCup@Home, que consiste em testes onde os robôs devem resolver atividades autônomas em uma casa, e a grande maioria dos testes envolve a interação humano robô, e tal contato se torna mais natural com o robô com características humanoides.
Para a construção de um robô, seja ele humanoide ou não, além das partes mecânicas e de programação, a parte elétrica e eletrônica são essenciais. Tendo isso em mente, este trabalho tem como objetivo pesquisa em conjunto com os integrantes da equipe RoboFEI@Home, discutir as atuais necessidades e possíveis melhorias a serem feitas na parte elétrica, e então, após estudo, adequá-las ao novo sistema a ser projetado.
A revisão bibliográfica se inicia com o circuito necessário para realizar o controle de um motor, o qual será o meio de controle para o sistema de movimentação do robô. Em seguida é definido como será feito o sistema da parte superior do robô (cabeça, braços e torso). Logo após temos a descrição dos circuitos de alimentação, tanto a alimentação geral quanto a alimentação do notebook responsável pelo processamento de informações. Por fim, temos a
questão relacionada a segurança, tanto do usuário quanto de dispositivos eletrônicos.
Os atuais projetos de robótica de assistência doméstica têm apresentado uma convergência para robôs com aparência humanoide, e tal convergência nos fez procurar o projeto InMoov, que é um projeto de código aberto de um robô em formato humanoide [1], da parte superior do corpo humano, representado na Figura 1, que permite impressão de grande parte de suas peças com uma impressora 3D.
A base a ser produzida deverá suprir todas as necessidades da equipe, desde o fornecimento de pontos de alimentação até o desenvolvimento de um sistema de controle de motores, passando por toda a questão da segurança, contra curtos elétricos e impactos que a base possa ter durante a movimentação.
Figura 1- Projeto InMoov
2. Metodologia Este trabalho tem como objetivo inicial analisar
as atuais necessidades de melhorias na parte elétrica da robô Judith, utilizada pela equipe RoboFEI@Home para um novo projeto considerando características humanoide. As distinções do projeto elétrico da robô Judith devem ser considerados como cenário de requisitos desejados e não desejados para uma nova plataforma. Após a análise dessas necessidades e características, foi desenvolvido um esquema elétrico para projeto da nova plataforma robótica para Interação Humano-Robô em ambientes domésticos. Além disso, o projeto visa permitir que o robô esteja preparado para futuras melhorias e novos equipamentos a serem adicionados.
Para concretizar tal objetivo, além do convívio com os integrantes da equipe, coletando e documentando suas necessidades, juntamente com a análise do projeto do esquema elétrico do robô humanoide Open Source InMoov, foi utilizado o software PROTEUS, para a simulação teórica dos esquemas elétricos projetados. Placas de ensaio, ou matrizes de contato, também conhecidas como protoboard, foram utilizadas para ensaio prático, assim detectando erros reais que possam ocorrer durante o projeto. Após finalizados os testes, tanto teóricos quanto
VII Simpósio de Iniciação Científica, Didática e de Ações Sociais da FEI
São Bernardo do Campo – 2017
práticos, as confecções das placas circuito serão feitas utilizando o software EAGLE, usado para fazer o design PCB (Printed Circuit Board), este também disponível no Centro Universitário FEI. Desta maneira, após a finalização do projeto, se espera deixar todo o esquema elétrico da nova versão da Judith preparado para ser colocado em prática.
Tendo como base o manual do Pioneer P3 [2], assim como reuniões com a equipe ROBOFEI@Home, foi constatado que são necessários reguladores de tensão para fornecer saídas de 5 e 12 volts contínuos - com uma corrente máxima necessária de 1A-, um sistema de controle de tensão usando um circuito buck, para alimentar o notebook em todo o processamento das informações, fusíveis para a segurança contra curto circuitos, bumpers (que são sensores de pressão usados para prevenir acidentes relacionados a impactos da base com objetos e/ou pessoas presentes no local de atuação do robô), além disso, deve ser projetado um sistema de controle para quatro motores com rodas omnidirecionais em seus eixos.
3. Resultados Para desenvolvimentos de tais projetos, serão usados
os softwares Proteus, utilizado para desenhar e testar circuitos eletrônicos, e o Eagle cad, o qual é usado para, com tais circuitos previamente testados, projetar placas de circuito impresso. Os circuitos mostrados a seguir já foram projetados e testados, todos no software Proteus, e suas formas de onda extraídas através do osciloscópio.
Figura 2.a – Regulador de tensão 12V
Figura 2.b - Display do osciloscópio para simulação de
regulador de tensão
Figura 3.a- Circuito buck
Figura 3.b - Display do osciloscópio para simulação de
circuito buck
Figura 4 – Ponte H
4. Conclusões
Verifica-se neste artigo os resultados parciais do Projeto de Iniciação Científica iniciado em Maio/2017, considerando o conhecimento adquirido para desenvolvimento dos projetos de circuitos apresentados, necessários para o funcionamento do robô, cada um deles tem sua função específica.
Com relação a confecção, a possibilidade de compra não nos satisfaz, pois, ao fazer a placa desde o projeto elétrico até a sua impressão e soldagem, temos a possibilidade de personalizar o projeto de acordo com o estudo de novos cenários de interação ou novas regras da competição Robocup@home. A motivação de novos requisitos ocorreu durante a execução deste projeto, considerando que o robô será executado como assistência doméstica e assistência industrial utilizando a mesma plataforma.
5. Referências [1] INMOOV - Open Source 3D Painted Life-Size Robot, desenvolvido por Gael Langevin, disponível em http://inmoov.fr/, acessado em 27/Julho/2017. [2] Mobile Robots. Pioneer P3 Operation Manual. (2006).
Agradecimentos À instituição Centro Universitário FEI pela realização das
medidas ou empréstimo de equipamentos.
Aluno de IC do Centro Universitário FEI. Projeto com vigência de 05/17 a 04/18.
