Trabalho Prático 01 - Robô Manipulador
1. Introdução
O Trabalho Prático 1 tem o objetivo de iniciar os alunos na prática dos conceitos de robótica aprendidos na disciplina. Como equipamento para realização do trabalho, foram fornecidas peças LEGO dacta e o kit Handy Board, o qual é dotado de um microcontrolador a ser programado em Interactive C. O desafio proposto foi o de construir um robô de base fixa para demarcar um percurso definido na figura abaixo em um tempo limite de quatro minutos, sem utilizar sensores e com, no máximo, dois motores DC.
2. Proposta de Solução
Estrutura
Com base na especificação, o problema a ser solucionado demanda a utilização de um manipulador dotado de uma caneta fixada como efetuador. A quantidade mínima de juntas necessárias para realização da tarefa são duas, visto que o workspace, onde será executada a tarefa, consiste num plano. Dentre as opções possíveis, foi considerada como a mais adequada e de mais fácil implementação, a utilização de um manipulador RP, em que a primeira junta é de revolução (R) e a segunda é prismática (P). Devido a característica dos motores DC, como mostrado no gráfico abaixo, faz-se necessário o uso de transmissões, através da utilização de engrenagens, dentre outras opções, para redução da velocidade e aumento do torque para aplicação nas juntas.
A estrutura do robô foi separada em duas partes: a Base e o Braço. Na Base, encontra-se a junta de revolução. No Braço, foi colocada a junta prismática. Foi utilizado um motor para cada uma das juntas, logo fez-se necessária a construção de duas caixas de redução. O robô em sua integridade encontra-se representado nas imagens abaixo, juntamente com as duas caixas de redução.
As engrenagens usadas na estrutura do robô podem ser vistas na imagem abaixo:
A redução feita pela caixa de redução da Base é apresentada a seguir:
A redução feita pela caixa de redução do Braço é a seguinte:
A maior dificuldade encontrada durante a construção do manipulador foi no modo de sustentar o Braço em um eixo rotativo a ser girado pelas transmissões da Base. Observou-se que era necessário que o Braço esteja bem equilibrado e não sofra grande influência ao esticá-lo durante a realização da tarefa. Além disto, deveria-se encontrar uma forma de aumentar a área do eixo principal de forma que o braço mantenha-se o mais estável possível durante o processo. Outras dificuldades minoritárias foram encontradas como a utilização de correias que dificilmente se encaixavam adequadamente, a alteração da rotação de um eixo na direção horizontal para a vertical, rotações a serem feitas verticalmente, dentre outras.
Programação
A programação das funcionalidades do manipulador foi desenvolvida através tentativa e erro. Criamos uma função Pulse, que recebia o valor de potência dos dois motores e o número de ciclos que devem ser executados (cada ciclo é executado em 0.5 segundos). A medida que fomos testando, os valores da potência e número de ciclos era alterado de forma a ir se aproximando da solução desejada.
3. Vídeo: Teste Final