TP1: Manipuladores
No primeiro trabalho prático da disciplina de introdução à robótica foi disponibilizado duas opções de projeto, no qual o grupo optou pela Escrita Robótica. Tal projeto consistia em projetar um manipulador capaz de escrever “UFMG” em um espaço determinado.
Dia 1:
A partir do projeto escolhido, a primeira parte foi idealizar a arquitetura do manipulador. Observando o formato da escrita e a limitação de apenas dois motores, o grupo optou por realizar dois movimentos, um movimento horizontal e um vertical (formando um plano xy). Além disso, espacialmente, o manipulador teria 2 níveis, o inferior comportando a “junta” horizontal e o Arduíno, e o superior a “junta” vertical.
Demostrativo das engrenagens.
Ao final do dia, a montagem estrutural do robô foi feita, juntamente com a transmissão por meio de polias. A polia foi escolhida por necessitar, em teoria, apenas estar no mesmo plano uma das outras para que funcionassem corretamente, não necessitando de se preocupar com o encaixe como no caso das engrenagens. Outra decisão feita foi relativa ao encaixe do eixo do motor na peça que permite a interface deste com o lego, com o auxílio de um pedaço de tubo de caneta esferográfica para ocupar a diferença de diâmetro entre as peças.
Resultado do primeiro dia.
Dia 2:
Com os motores disponíveis para a realização principalmente dos testes referentes à transmissão, a polia se mostrou uma péssima opção por não conseguir transmitir o movimento de forma eficiente, ocorrendo travamentos na maioria das vezes. Com o intuito de resolver tal problema, optamos por refazer toda a transmissão utilizando engrenagens, associando 8 dentes com 40, como na imagem abaixo:
Além disso, um programa no Arduíno foi desenvolvido com o objetivo de ajudar a fazer os teste com os motores. Ele conseguia ligar e desligar o motor ao pressionar os botões , além de fazer rotacionar para as duas direções e ajustar a velocidade.
Primeira caixa de redução
Segunda caixa de redução
Outros dois problemas encontrados foram referentes ao posicionamento do Arduíno e do ruído proveniente das engrenagens. O espaço ocupado pelas engrenagens grandes passou a ser o mesmo do Arduíno, o que forçou o aumento da altura de todo o manipulador. Tal mudança é visível se for observado a presença de blocos multicoloridos concentrados na base. Sobre o ruído das engrenagens, o movimento adotado como horizontal, ou relativo ao eixo x, foi solucionado ao remanejar as engrenagens e principalmente o motor, o que silenciou consideravelmente tal eixo. Infelizmente não tivemos sucesso adotando o mesmo método para o outro eixo de movimento, o que postergou a solução de tal problema específico.
Resultado do segundo dia
Ao final do dia, foi colocado o protótipo do efetuador para testar o movimento. Ele era fixo e tentava manter a caneta mais parada possível.
Dia 3:
Com o código de escrita em mãos, foi dado início a última etapa do projeto, relacionados a ajustes da escrita. Mas antes de detalharmos tal parte, faz-se relevante mencionar a solução para o ruído presente no eixo vertical ou y. O eixo do motor não estava devidamente encaixado na peça que permitia a interface deste com o lego, o que ocasionava um desalinhamento da primeira engrenagem. A solução foi substituir o tubo da caneta usado no encaixe por um de outra marca, que não citaremos aqui pelo simples fato de não termos patrocínio para tal. Com tal problema solucionado, focamos apenas no ajuste da escrita.
Teste do alcance do atuador
No código, os movimentos necessários para a escrita foram mapeados, buscando a homogeneidade entre as distâncias, o que permitiu inicialmente o uso da equação abaixo para decidir o tempo de cada movimento.
A adoção de homogeneidade no cálculo do tempo dos movimentos simplificou bastante a modelagem destes, a questão é que, devido a problemas inerentes à construção do robô, nem todos os movimentos eram perfeitamente uniformes, além do punho ser instável e inclinar a caneta algumas vezes, ocasionando curvas indesejadas. Por esse motivo foram inseridas pausas de 0,5 segundos entre cada movimento, o que melhorou mas não solucionou todos os problemas.
Resultado do terceiro dia
Dia 4:
Foi focado em ajustes finos, substituímos a caneta por uma com ponta mais grossa a fim de aumentar a estabilidade do punho e da escrita. Outra mudança engenhosa foi, aconselhados pelo professor, adicionar um grau de liberdade no punho do atuador, o que permitiu o movimento da caneta ao longo do eixo z evitando que ela colocasse uma pressão menor ou maior que a necessária para a escrita, ou até mesmo que ela agarrasse.
Em relação aos ajustes de tempo de movimento, foi adicionado um offset nos movimentos “para baixo” com o intuito de consertar o fato das letras estarem sendo escritas um pouco mais alta ao longo do movimento. Como segundo ajuste, foi adicionado um offset especificamente nos movimentos “para a esquerda” nas letras F e G, com o intuito de retirar os erros abaixo:
Imagem mostrando o desalinhamento vertical das letras e as falhas nas letras F e G.
Resultado do quarto dia