NORMALIZAÇÃO

5o CONGRESSO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA DO IFSPSão João da Boa Vista, 24 e 25 de setembro de 2014

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São PauloCampus São João da Boa Vista

DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE CONTROLE VIA DISPOSITIVO MÓVEL PARA

UM ROBÔ DE VÍDEO INSPEÇÃOJosé Eduardo Grefener Filho 1 , Artur Diego Ferreira do Nascimento2, Dr.Marcos Rodrigues Costa3

Introdução

O potencial de crescimento de atividades relacionadas à robótica, tanto em processos industriais como no nosso cotidiano é cada vez maior. A aplicação de dispositivos de inspeção tubular é muito utilizada para solução de problemas encontrados em diversos ramos da indústria. Os dispositivos conhecidos na literatura como PIC – Pipeline Inspection Crawler reduzem consideravelmente os custos de manutenção da tubulação e levam o especialista a locais antes inacessíveis, principalmente quando se tratando de tubulações subterrâneas. Por sua vez, a robótica é um ramo da tecnologia que engloba mecânica, eletrônica e computação, que atualmente trata de sistemas compostos por máquinas e partes mecânicas automáticas e controladas por circuitos integrados, tornando sistema mecânico motorizados, controlados automaticamente por circuitos elétricos. A ideia de se construir robôs começou a tomar força no início do século XX com a necessidade de aumentar a produtividade e melhorar a qualidade dos produtos. É nesta época que o robô industrial encontrou suas primeiras aplicações. A expansão da Web, o advento das novas tecnologias de informação e comunicação, e a necessidade de compartilhamento de dados com alta disponibilidade, somada à avançada tecnologia de dispositivos móveis a custos baixos, motivaram o desenvolvimento de sistemas para dispositivos móveis (celulares, smartphones, PDAs e etc.) em diversas áreas.Um dispositivo móvel cada vez mais popular em todo o mundo tem sido o telefone celular. O uso da telefonia celular cresce a cada dia em todas as partes do mundo, quer seja para trabalho, estudo, entretenimento ou para outras tantas atividades comuns do dia a dia. A prova disso é a estimativa de que, no mundo, existam aproximadamente 4,6 bilhões de assinaturas de telefones celulares, e esse número pode chegar aos cinco bilhões antes mesmo do fim do ano de 2011. Dessa forma, pode-se alcançar a incrível marca de um telefone celular para cada 1,36 pessoas no mundo, SZAMES [1].Um controle de acesso com tecnologia Bluetooth já foi abordado por Mei [2] em sua tese de doutorado. Esta possui características muito semelhantes às deste projeto. A comunicação é feita a partir de dispositivos móveis para pontos de acesso independentes e dependentes de computadores. Não há citação em sua tese sobre a gerência de seus usuários e das áreas de acesso, como também não há citação sobre a acessibilidade da tecnologia. Na primeira etapa desta pesquisa foi construído um robô mecatrônico controlado por um microcontrolador da família PIC. Assim, dando continuidade a pesquisa, nesta segunda etapa propõe-se a construção de um sistema de controle utilizando um dispositivo móvel com plataforma Android que permita a transmissão de sinais de controle e a recepção de sinais de vídeo entre o dispositivo móvel e um microcontrolador da família PIC acoplado ao robô. Este trabalho tem como objetivo principal, o desenvolvimento de um robô móvel capaz de explorar ambientes hostis sem a intervenção humana, com a capacidade de ser controlado e que apresente resultados confiáveis, com qualidade e baixo custo.

Fundamentação Teórica

Podemos definir o microcontrolador como um "pequeno" componente eletrônico, dotado de uma "inteligência" programável, utilizado no controle de processos lógicos. O controle de processos deve ser entendido como o controle de periféricos e muitos outros. São chamados de controles lógicos, pois a operação do sistema baseia-se nas ações lógicas que devem ser executadas, dependendo do estado dos periféricos de entrada e/ou saída, o programa tem como objetivo deixar instruções para que o PIC possa fazer atividades definidas pelo programador. Um programa é constituído por um conjunto de instruções em sequência, onde cada uma identificará precisamente a função básica que o microcontrolador ira executar, tal que, para a execução do programa utiliza-se o Compilador CCS, onde é um ambiente integrado de

1 Graduando em Tecnologia em Mecatrônica Industrial, Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia São Paulo, Catanduva- SP. E-mail: [email protected]

2 Graduando em Tecnologia em Mecatrônica Industrial, Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia São Paulo, Catanduva- SP. E-mail: [email protected] Doutor docente em Tecnologia em Mecatrônica Industrial, Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia de São Paulo, Catanduva- SP.

E-mail: [email protected].



desenvolvimento (I.D.E.: Integrated Development Environment). No mesmo ambiente o usuário pode executar todos os procedimentos relativos ao desenvolvimento de um software para o PIC (edição, compilação, simulação, gravação), tornando o trabalho do projetista mais produtivo.A comunicação Web, entre o Android e um servidor, é realizada através de uma sincronização entre os mesmos, e utilizando requisições HTTP para o envio e recebimento de dados. Um recurso embutido no Android chamado Service é responsável por executar as tarefas entre um cliente HTTP no Android e o servidor, em background enquanto o usuário utiliza o aparelho para fazer outras atividades. A plataforma Android inclui suporte, que permite que um dispositivo troque dados sem necessidade de cabos com outros dispositivos. Para isso, é necessário usar os aplicativos do Android para cumprir as tarefas necessárias para a comunicação: configurar, encontrar dispositivos, conectar os dispositivos e transferir dados entre eles. Através de um modem no microcontrolador é possível existir uma comunicação serial. Assim, utilizando o firmware, Teruel [3], foi possível receber os dados vindos do aplicativo Android. Os valores recebidos serão tratados para o acionamento do robô.

Figura 1: Estrutura Interna do Servomotor

Os valores enviados através do dispositivo móvel serão recebidos pelo Microcontrolador, transformado em variável do programa e processado, virando um sinal enviado para o ROBÔ HEXÁPODE MICROCONTROLADO PARA VIDEO INSPEÇÃO, Grefener & Costa [4] projeto realizado na primeira vigência da bolsa de iniciação cientifica. Onde o Mecanismo possui dois servos motores, ou seja, uma máquina síncrona composta por uma parte fixa (o estator) e outro móvel (o rotor). O estator é bobinado como no motor elétrico convencional, porém, apesar de utilizar alimentação trifásica, não pode ser ligado diretamente à rede, pois utiliza uma bobinagem especialmente confeccionada para proporcionar alta dinâmica ao sistema. O rotor é composto por ímãs permanentes dispostos linearmente sobre o mesmo e com um gerador de sinais chamado “RESOLVER” instalado para fornecer sinais de velocidade e posição. O resolver é um sistema de realimentação analógico composto por um estator e um rotor, mas seu funcionamento é oposto ao do motor, ou seja, funciona como um gerador, pode-se observar estas partes através da fig. 1, sendo um esboço ilustrado de todos os componentes de um servomotor, sendo afinco com o utilizado no projeto, e obtendo bons resultados. Os servomotores são máquinas síncronas, compostas de seis polos no estator, de alimentação trifásica, ímãs permanentes Terras-Raras, dispostos linearmente sobre a face do rotor e um sensor analógico chamado “resolver” para realimentação de posicionamento e velocidade. Devido a estarmos trabalhando em malha fechada, quando da inversão o servoconversor detecta a incompatibilidade entre os sinais do campo girante do servo motor com os sinais gerados pelo “resolver”. Desta forma, o servoconversor entende que o campo girante do servo motor está em um sentido e o resolver no sentido oposto, portanto, a sequência do servomotor deve ser a mesma sequencia do servoconversor. Para controlar um servomotor, deve liga-lo a um receptor e este receptor deve estar ligado a uma bateria que forneça no mínimo 4,8volts. Este receptor deve estar sintonizado a um rádio ( TX ). Cada servo é ligado a um canal diferente do receptor e recebe um sinal no formato PWM- Pulse Width Modulation, este sinal pode ter 0 Volts ou 6Volts. O circuito de controle do servo fica monitorando este sinal em intervalos de 20ms (milissegundos), se dentro deste intervalo ele percebe uma alteração do sinal de 0v para 6v durante 1ms até 2ms ele altera a posição do seu eixo para coincidir com o sinal que recebeu. Uma vez que o servo recebe um sinal de 1,5ms, ele verifica se o potenciômetro encontra-se na posição correspondente, se estiver ele não faz nada. Se o potenciômetro não estiver na posição correspondente ao sinal recebido, o circuito de controle aciona o motor até o potenciômetro estar na posição certa. A direção de rotação do motor do servo vai depender também da posição do potenciômetro, o motor vai girar na direção que mais rápido levar o potenciômetro até a posição certa.



Metodologia

O projeto se deu na cooperação entre os pesquisadores participantes do projeto, os bolsistas e os técnicos da área de Robótica com ênfase em programação. Possui um enfoque interdisciplinar, o projeto foi desenvolvido em duas grandes etapas: (i) realização de um estudo teórico/prático nas áreas de informática, eletrônica e mecânica, focando a verificação/necessidade de requisitos para o sistema, entendimento técnico, etc; (ii) especificação e implementação dos sistemas propostos e programa.então, a metodologia de montagem do dispositivo seguiu passo a passo, primeiramente comunicamos o notebook com o microcontrolador, mas para que isso pudesse ocorrer a troca de sinais utilizamos um modulo de comunicação Wireless/Bluetooth, enviando sinais para as entradas, ou seja, cada entrada significa um pulso de comunicação, sendo eles direções, como exemplo andando para frente e para trás. Como dito anteriormente a estrutura utilizada foi confeccionada na primeira vigência de bolsa, então, esta estrutura é apenas um meio de mostrar a comunicação entre o dispositivo e o motor. Em síntese, a comunicação foi feita através de um celular que possua Android, este por sua vez passará por comunicação serial, dados para o Microcontrolador para controlar ou monitorar os eletrônicos da estrutura. Para a programação do microcontrolador presente é utilizado uma linguagem própria baseada em C e C++. Para escrita dos códigos pode ser utilizado o ambiente de desenvolvimento integrado (IDE), essa possui vários recursos para facilitar o desenvolvimento de projetos, tais como, diversos exemplos de programas e uma ferramenta denominada serial monitor, que possibilitar a visualização dos dados recebidos e enviados por conexão serial, Borges [5].

Além disso, o modulo possui hardware extensível permitindo encaixar em suas portas outras placas chamadas de Shields, ampliando sua funcionalidade, oferecendo suporte a outros tipos de conexão. Para esse trabalho foi utilizado o modulo via Wireless/Bluetooth, que possibilita o trabalhar com conexão Web e a troca de sinais por protocolos de rede. A maneira mais fácil de trabalhar com o modulo e seus recursos comunicando com o Android, foi preciso conectá-lo a um notebook através de uma porta serial e utilizar um software emulador de terminal, como por exemplo, o Hyperterminal do Windows. Dessa maneira, os comandos AT podem ser digitados no Hyperterminal que enviará para o modulo que possui o modem onde através da porta serial receberá as respostas dos comandos mostrando na tela do Hyperterminal. Trabalhando paralelamente a comunicação temos uma câmera que funciona gravando o ambiente hostil e enviando a sinal para o notebook, mas a câmera e independente e funciona sinal via Bluetooth, enviando a imagem diretamente ao Notebook. A fig.2 ilustrada abaixo é um esboço do projeto realizado até o seguinte momento, ou seja, obtido a estrutura e também a programação de controle, e com o passar da pesquisa irá ocorrer alterações na estrutura e também na placa de circuito integrado.

Figura 2: Estrutura e placa de circuito integrado para o sistema de controle

Conclusões O projeto apresentado neste trabalho, denominado “Robô Hexápode” é um robô de baixo custo, construído sobre plataformas modulares e hardware aberto, que carrega uma câmera IP. As imagens capturadas pela câmera são tratadas (imagens padronizadas impressas em papel) dispostas no ambiente. Grande parte do trabalho desenvolvido e dos conceitos adotados pode ser utilizada em diversas outras aplicações similares. Podem-se citar os seguintes exemplos:

Os conceitos de programação aplicados no controle e compensação da velocidade dos motores, utilizados para permitir que o caminho percorrido pelo robô seja o mais próximo possível de uma linha reta;



A lógica implementada que permite definir o ângulo correto desejado que o robô percorra; O protocolo de comunicação criado para minimizar os erros de comunicação por radiofrequência; Entre outros.

Com relação à comunicação por meio de radiofrequência, os módulos utilizados apresentaram bons resultados ao longo dos testes realizados quando o protocolo de comunicação e o sistema de codificação desenvolvido eram aplicados, caso contrário, a comunicação se tornava impraticável para o objetivo traçado. Como sugestão para simplificar o circuito elétrico e a lógica de programação, poderia ser utilizado um módulo de comunicação integrado, ou seja, com comunicação bidirecional, para que não fosse necessário utilizar dois módulos independentes, um para a transmissão e outro para a recepção. É importante salientar, que no desenvolvimento do projeto, a estrutura física adotada para o robô, foi apenas um meio utilizado para se poder demonstrar o conceito de controle, mapeamento e comunicação implementado. Para que o robô possa ser utilizado em qualquer ambiente hostil, independente do caminho a ser percorrido, é necessário que sejam estudadas melhores formas estruturais. É importante a princípio pelo menos considerar que a estrutura seja capaz de proteger os circuitos eletrônicos, que dê uma boa durabilidade ao sistema, que consiga absorver os impactos devido à movimentação em terrenos irregulares e que não seja afetado se estiver operando em ambientes úmidos, tóxicos, ou com temperaturas elevadas. É de extrema importância salientar que devido o projeto de iniciação estar em andamento com o decorrer de sua montagem haverá mudanças, então todas as propostas sugeridas, poderão ocorrer alterações estruturais ou também em programação do seu controle, sendo assim, com o decorrer da bolsa estará em constante viabilização e estudo de caso, ou seja sempre estudando qual a melhor madeira de controle para o meu propósito e objetivo. De uma maneira geral, através do resultado apresentaram-se satisfatórios, entretanto, sempre há espaço para melhorias quando se trata de conceitos envolvendo a eletrônica e a mecânica. Componentes mais baratos podem ser substituídos por componentes mais robustos e velozes. Aquilo que há dez anos poderia ser considerado como ficção científica já pode ser considerada como realidade nos dias atuais. Essa é a prova que a automação é um ramo das ciências exatas com maior potencial de desenvolvimento de novos produtos e soluções para atender às mais diversas demandas da sociedade, quer seja sob o aspecto de conforto, quer seja de segurança ou até mesmo lazer. É a tecnologia a serviço do ser humano de acordo com sua conveniência ou necessidade. Não existe limite para a aplicação e melhoria de qualquer sistema que esteja relacionado com a robótica. O limite está apenas na imaginação dos seres humanos. Referências [1] SZAMES, RICHARD; Audioconferência acompanha crescimento mundial da telefonia móvel. Disponível em: http://www.tinews.com.br/news/2010/04/08/audioconferencia-acompanha-crescimento-mundial-da-telefonia-movel. Acesso em: 11 de agosto de 2014. [2] MEI, JIEXIANG MARVYN; SALIM, AGUS; Access Control using Bluetooth. Sidney, 2003.[3] TERUEL, E; Web Mobile: Desenvolva Sites para Dispositivos Móveis com Tecnologias de Uso Livre; Ciência Moderna, 2010. [4] FILHO, JOSÉ EDUARDO GREFENER; COSTA, MARCOS RODRIGUES; Robô Hexápode microcontrolado para vídeo inspeção, Iniciação Científica, IFSP, 2013;[5] BORGES J, M; Aplicativos Móveis: Aplicativos para Dispositivos Móveis usando C# Net; Ciência Moderna, 2005.

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