Trabalho Prático 4

Objetivos

Seguindo a linha das etapas anteriores, este trabalho tem como objetivo dar mais um passo na construção do robô, rumo ao torneio do final do semestre. Dessa vez, o principal objetivo é a utilização de diferentes sensores, e implementação de um controlador. As tarefas são:

• O robô deve conseguir se localizar, alinhando-se com fontes de luz polarizada presentes no campo;

• Devem ser construídos shaft-encoders, utilizando sensores break-beam. A partir disso, deve ser implementado um controlador do tipo PD, para controlar a velocidade do robô, que deve conseguir traçar diferentes trajetórias pré-definidas;

• O robô deverá ser capaz de se movimentar em uma linha reta e, em determinado momento, detectar a presença de um bloco em sua frente. Ele deve identificar a cor do bloco, e tomar alguma decisão de acordo com essa cor, conforme a lista abaixo:

1. Bloco Azul → vire à direita 90 graus e ande para frente;
2. Bloco Amarelo → vire à esquerda 90 graus e ande para frente;
3. Bloco Vermelho → gire 180 graus e ande para frente;
4. Bloco Verde → pare e emita um sinal sonoro.

Desenvolvimento

Inicialmente, o grupo decidiu modificar a estrutura do robô que estava sendo utilizada até então, de forma a reduzir o tamanho da redução, que estava muito grande, além da necessidade que surgiu de abrir espaço para inserir os break-beams. Foi utilizado novamente o LEGO Digital Designer (LDD), e criado um protótipo como mostrado abaixo.

O robô foi então reestruturado conforme o desenho, e partiu-se para a próxima etapa, que seria a construção dos break-beams, já que não conseguimos encontrá-los já montados para venda em BH. Esta etapa também incluiu teste dos LDR`s fornecidos pelo professor, que resultou na troca de um deles, que não funcionou corretamente. Também posicionamos e anexamos o polarizador.

Abaixo algumas fotos do desenvolvimento:

Os LED`s e o LDR utilizados no reconhecimento dos blocos foram posicionados na parte frontal inferior do robô, enquanto os LDR`s com polarizador foram colocados na parte superior, conforme pode ser visto nas imagens abaixo, da montagem final do robô.

Uma questão importante a ser mencionada é que houve um engano na forma como utilizamos os LDR`s com polarizador, como pode ser visto nas fotos. Deveriam ser utilizados os dois filtros polarizadores, colocados em ambos os LDR`s e afixados de forma inversa um do outro em relação à polaridade da luz. Esse ponto foi levantado pelo professor no dia da apresentação. Apesar disso, a forma como implementamos, colocando o polarizador em apenas um dos LDR`s, foi o suficiente para o posicionamento nesta etapa do trabalho. Planejamos corrigir o erro, já que o esquema adotado não irá servir para o último trabalho.

Não houve muitos problemas na implementação do controlador. Os ganhos, tanto o proporcional quanto o derivativo, foram ajustados de maneira empírica, realizando sucessivos experimentos e medindo os resultados. Devido à diferença de potência dos motores, tivemos que considerar diferentes valores para cada um dos motores.

Principais problemas enfrentados

Os principais problemas encontrados no desenvolvimento do trabalho se deram nesta etapa, e são listados abaixo:

• Conhecimento limitado de eletrônica por parte dos membros do grupo, que são todos alunos de Ciência da Computação e não têm experiência neste assunto (como mencionado em uma documentação anterior, o quarto membro do grupo desistiu da disciplina). Isso fez com que um tempo grande fosse perdido na montagem dos sensores.
• Não conseguimos encontrar motores de 9V para venda em BH, portanto decidimos utilizar os mesmos que estavam sendo utilizados até então. Infelizmente, um deles estragou, e tivemos que substituir. Como não havia um motor igual ao que restou funcionando disponível no laboratório, tivemos que utilizar um outro um pouco diferente, e descobrimos que, como previsto, eles possuíam potências diferentes.
• Problemas de janela de tempo disponível entre os membros do grupo.
• Necessidade de terminar boa parte do trabalho que deveria ter ficado pronta no trabalho 3, ou seja, tirar o atraso causado pelo fracasso no trabalho anterior antes de prosseguir com o trabalho atual.
• Lidar com os erros do sensor (tratados pela utilização de diferentes tipos de threshold).

Apesar destas dificuldades encontradas, além de algumas outras menos importantes, conseguimos, com muito esforço e seguindo as dicas de organização dadas pelo professor na última etapa do trabalho, alcançar bons resultados.

Conclusão

Este foi, de longe, o trabalho mais difícil até o momento. Tivemos a necessidade de lidar com uma carga muito alta de conhecimento em eletrônica, se comparada com o nível de conhecimento do assunto dos integrantes do grupo: a falta da presença dentro do grupo de um aluno de algum dos cursos de engenharia relacionados pesou muito, e isso afetou bastante o desempenho do grupo, já que praticamente toda a parte de fiação e soldas do trabalho anterior, que estava bem ruim, teve de ser refeita, além da inserção de mais sensores no robô. Além disso, como mencionado, a estrutura do robô teve que ser retrabalhada para comportar os componentes novos. Outro ponto que atrapalhou bastante foi a falta de tempo, pois além de o grupo estar em tamanho reduzido, tivemos que equilibrar o tempo gasto com o tempo gasto em outras disciplinas em um final de semestre, além de que os membros do grupo trabalham.

Apesar de toda a confusão e noites passadas em claro, conseguimos aumentar bem nosso nível de organização. Uma dica que ajudou muito, dada pelo professor, foi a de modularizar o trabalho, tratando cada problema individualmente (por exemplo, separar os break-beams do robô, torná-los operacionais e testá-los antes da montagem). Esse enorme esforço por parte de todos os membros do grupo se espelhou nos bons resultados que tivemos, conseguindo cumprir as tarefas propostas com sucesso (alguns exemplos podem ser visualizados nos links dos vídeos da seção seguinte). O contato prático com os conceitos estudados em sala tornou, como sempre, a disciplina mais interessante e dinâmica, e facilitou a aprendizagem do conteúdo. Esperamos conseguir manter o nível de organização na próxima etapa do trabalho, que é a final, e que esperamos que seja ainda mais difícil que essa, e assim obter bons resultados no projeto final.

Vídeos

Os vídeos abaixo ilustram alguns exemplos de execução das tarefas propostas.

https://youtu.be/8rU73S-tnRk - Reconhecimento do bloco amarelo

https://youtu.be/R0w4b0XU9uQ - Reconhecimento do bloco vermelho

https://youtu.be/OXdmixyHdIM - Reconhecimento do bloco verde

https://youtu.be/9Q4XYakpR1c - Reconhecimento do bloco azul

https://youtu.be/2t41QGjy_k4 - Localização

https://youtu.be/SyfMpRcwUvQ - Linha reta

https://youtu.be/moulQSF_uzs - Ângulo de 90°