Trabalho práctico final e Competição

Minas terrestres deixadas após uma situação de guerra matam e mutilam milhares de pessoas todos os anos em diversos países. A desminagem de terrenos é uma tarefa muito perigosa, mas extremamente importante e necessária. Considerando isso, equipes altamente especializadas em robótica receberam a missão de criar o melhor robô autônomo para ajudar na detecção e remoção dessas minas.

Os robôs têm o objetivo de localizar as possíveis minas terrestres que estão espalhadas pelo ambiente, coletá-las e levá-las até um local seguro. Mas será preciso tomar cuidado, pois alguns artefatos estão muito deteriorados e podem explodir a qualquer momento!

A imagem a seguir representa o campo da competição (campo minado):

• Dois robôs (A e B) começarão em suas respectivas bases, em lados opostos do campo. Ao lado de cada base existem áreas de análise, onde será verificado e desarmado o artefato coletado.
• As posições dos artefatos são, em princípio, conhecidas. Entretanto, o tipo específico de cada artefato (mina de fragmentação ou explosão, e artefato deteriorado) em cada uma dessas posições é aleatório.
• No alto da rampa, estará disposto o elemento mais importante, uma mina antitanque. Ela também deve ser levada para a área de análise. Haverá apenas uma mina desse tipo (bloco azul).
• Minas do mesmo tipo podem ter dificuldades diferentes de desarme (bloco/esfera).
• O platô da rampa tem aproximadamente 5 cm de altura, alcançável por acessos com inclinação de cerca de 18 graus.
• Os blocos/esferas serão de isopor, pintados com tinta guache.
• O campo de competição é de formato retangular, com as principais marcações feitas com fita adesiva de 5 cm de largura.
• Cada lado do campo possui uma base, a área quadrada delimitada pela fita preta.
• Cada base possui, no centro, uma lâmpada de início, localizada no nível do piso do campo. O robô deverá ser capaz de detectar o início da partida quando essa lâmpada for acesa (será apagada em seguida após um intervalo de tempo não específico).
• Na parte de trás de cada base, localizada sobre o ressalto, há uma fonte de luz polarizada (descrita a seguir) identificada pela orientação do filtro.
• Em ambos os lados de cada base estão as áreas de armazenagem onde os itens devem ser colocados.
• Duas fontes de luz com polarizações ortogonais (+45 e -45 graus em relação à vertical) serão colocadas atrás de cada uma das bases.
• Quando o lado do campo de jogo é sorteado, os competidores devem calibrar os sensores seus robôs apenas por meio de comandos (botões, “jog-dial”, por exemplo, escolhidos de um menu exibido no LCD do microcontrolador). Não é permitida nenhuma alteração física dos robôs e nem o uso de um computador externo ou controle remoto.

O robô é constituído por um único bloco, no qual estão colocados os sensores, os motores, o sistema de locomoção, a Handy Board e a garra.

1. Motores: O robô possui dois motores internos, transversais e independentes, sendo um para cada roda motriz. Cada motor está acoplado em uma caixa de redução de 1:243.
2. Sistema de locomoção: O robô se movimenta por meio de duas esteiras duplas, laterais, compostas por uma engrenagem motriz (menor) e dois pares de engrenagens seguidoras (maiores). Para ir para frente os motores são acionados para o mesmo lado enquanto, para curva existe duas possibilidades. A primeira, para curvas em movimento, basta diminuir a velocidade da esteira da parte interna da curva. A segunda, para ‘spin’, aciona-se ambos os motores, com a mesma potência, porém, em sentido contrário. Uma observação importante é que o robô sempre se movimenta com a garra levantada.
3. Garra: Dois motores acionam a garra. Um deles aciona a cremalheira que fecha a garra. O segundo aciona um fio que é responsável por subir e descer a garra. Ambos estão acoplados à caixas de redução para aumentar a força aplicada. A garra é formada por uma junta prismática.
   

• O robô possui um sensor para detecção de luz polarizada formada por dois LDR com filtros de polarização em angulações distintas. O sensor está no alto de uma torre na parte superior do robô e, estrategicamente, aponta para sua direita.
• O seguidor de linha é composto por três sensores ópticos reflexivos dispostos em formato de triângulo, sendo um central localizado no CG e dois frontais localizados na frente do robô.
• O detector de distância é um óptico reflexivo. Localiza-se na frente do robô, apontado para frente.
• Identificação de cores é feita por um sensor LDR auxiliado por um led RGB. Este se encontra também na frente do robô, próximo ao sensor de proximidade.

1. O robô entra em modo de espera;
2. A luz de partida é acessa e o robô começa a localização (‘spin’) por meio do sensor de polarização;
3. O robô se inclina 45° em relação à parede e avança até a linha preta lateral;
4. O robô se alinha e começa a percorrer a linha;
5. Identifica um bloco e: Se o bloco for preto, ele recua, abaixa a garra, empurra o bloco lateralmente para fora de seu caminho, continua seguindo a linha; Se o bloco não for preto, ele recua, abaixa a garra, fecha a garra (capturando o bloco), sobe a garra.
6. Após identificar um bloco não preto e o ter capturado, o robô rotaciona de 180°;
7. Ele segue a linha até a base. Quando chega na última interseção ele continua reto e, por proximidade, para próximo à parede;
8. Ele abaixa a garra, e libera o bloco sobre o degrau.

1. Fazer o robô dar spin: O problema é que um motor não aguentava girar o robô usando o sistema de duplo diferencial. O robô estava muito pesado para isso. A solução implementada foi um motor em cada roda com as respectivas reduções. O mecanismo de esteira foi mantido e aprimorado pois, garante maior estabilidade ao robô do que o rolom (ponto de apoio esférico).
2. Seguidor de linha: os primeiros sensores usados para realizar a tarefa de seguidor de linha foram os ldr’s. Porem esses sensores sofrem muito com ruído e não conseguiam identificar o preto do branco caso haja sombra ou se o ambiente estivesse muito escuro. Outro problema foi que os sensores estavam localizados de forma muito próxima, que resulta que dois sensores acabavam por identificar ambos uma linha preta quando o robô andava em linha reta. Isto fazia com que o robô dava spin sempre caso esta situação ocorresse. Os problemas foram solucionados da seguinte forma: Os sensores ldr foram trocados por ótico reflexivos (que sofrem bem menos com ruído), e os sensores foram espaçados a uma distância que permite a leitura da linha sem que um sensor interferisse na outra.
3. Posicionamento dos cabos: Os cabos dos sensores frontais passam por dentro do robô e sobem por um furo superior até a Handy Board. Os cabos saem por dentro do robô. Os cabos dos motores da garra e dos sensores de polarização se encontram em cima do robô. ‘Há muitos cabos para pouco espaço’. A solução foi criar zonas vazias dentro do robô para a passagem do chicote.
4. Posicionamento dos sensores: Os sensores de leitura de luz e identificação de obstáculos;
5. Polariza: o robô nunca tem uma posição alinhada com a luz polarizada;
6. Fazer o seguidor de linha funcionar adequadamente: os sensores foram reposicionados;
7. Construção do robô: pelo fato de não usar mais o sistema diferencial a adaptação para o sistema de motores independentes foi difícil já que toda a lógica de locomoção teve que ser modificada;
8. Sistema de garra: como a estratégia foi pegar um bloco e colocar no degrau, foi necessária uma garra com dois DoF. Isto requer dois motores e dois sistemas de redução diferentes. Colocar tudo isto na garra a tornaria muito pesada e desajeitada. Com o objetivo de ter uma garra forte e funcional, além de ser leve, o motor para levantamento do braço da garra foi posicionado na parte traseira. Este motor puxa uma linha que por sua vez está conectado ao braço, gerando um braço de alavanca. Foi usado engrenagens sem fim, já que são pequenas, e reduzem significativamente as caixas de redução usadas;
9. Falta de material: utilizou-se muitos blocos de LEGO durante a construção, logo, para alterações pontuais fez-se necessário um alívio de peso do corpo do robô para obtenção de novas peças.