Introdução
O Trabalho Prático 1 tem como objetivo introduzir os conceitos básicos adquiridos na disciplina até o momento. Para a realização do trabalho foram fornecidos o kit LEGO DACTA e o kit Handy Board, cujo um microcontrolador foi utilizado para carregar o algoritmo do robô em Interactive C (linguagem específica da Handy Board). Foi proposto o desafio de construir um robo manipulador que fizesse uma das seguintes tarefas: movimentar o efetuador (no caso um pincel atômico) por uma trajetória específica (Projeto 1) OU movimentá-lo de modo a escrever a sigla “UFMG” (Projeto 2). Não é permitido o uso de sensores e deve-se utilizar, no máximo, dois motores 5V (fornecidos pelo laboratório de robótica), e a tarefa deve ser executada em, no máximo, 4 minutos. Para este TP, foi escolhido o Projeto 2 – Escrita Robótica. Algumas outras foram as limitações para sua construção:
1 - A palavra não deve exceder o espaço designado (retângulo abaixo) e deve ocupar a maior área possível neste espaço.
2 - A base do manipulador deverá estar totalmente contida na área demarcada (retângulo preenchido por pontos).
3 - HandyBoard deverá estar fixada ao manipulador.
Figura 1 – Ilustração descrevendo o Projeto 2
Estratégias de Montagem/Estrutura
A primeira idéia, e aquela que permaneceu, para montagem da estrutura do manipulador, foi a base se funcionamento de uma impressora 3D, onde um ou dois motores são utilizados para movimentar o atuador nos eixos X e Y, conforme imagens esquemática abaixo.
Figura 2 – Esquema de movimentação X-Y
A partir daí, começou-se a estrutura. Primeiro, pensou-se em uma base para acomodar a HandyBoard (conforme a limitação do item 3, descrita na Introdução) e acoplar o trilho que movimentaria o atuador no eixo X+/X-. Então fizemos alguns questionamentos: como quem deveria se mover? O trilho acoplado ao carro (e engrenagens da base moveriam-no) ou o motor estaria no carro superior para movimentá-lo sobre um trilho fixo na base? A segunda opção parecia óbvia, mas a segunda mostrou-se mais prática. No caso da movimentação em Y+/Y-, sobre o carro inferior, construiu-se outro com o mesmo principio de funcionamento. A Figura 3 ilustra a situação.
Figura 4 – Esquema de movimentação e problema da inclinação
Outro ponto importante, era que o carro inferior estava inclinando (em função do peso do superior – mostrado na imagem acima, seta laranja). Pensou-se em redimensionar o carro superior (tornando-o mais leve) ou em colocar rodas no inferior como um ponto de apoio móvel. Este problema foi solucionado ajustando a estrutura mais para dentro da base do robô. Pensando no problema do peso da caneta na extremidade do braço superior produzir um efeito torque no mesmo, foi colocado um contra-peso (conforme a Figura 4). Como os motores precisaram ser adaptados à geometria/estrutura do lego, utilizou-se uma polia para transmitir sua rotação/torque para a redução. Estes pontos analisados, a melhor estrutura montada foi a seguinte:
Figura 4 – Estrutura Final 1
Assim, o Motor 1 ficou fixo, ao lado da HandyBoard (HB) e o Motor 2 ficou móvel em relação à base do robô. Foram necessárias duas reduções (uma para cada motor, conforme Figura 4 – a redução 2 está em sua primeira versão), de modo que tornassem mais lento este deslocamento em X e Y. Além de aumentar a capacidade de controle destes movimentos pela programação, a redução permitiria uma escrita mais uniforme da caneta. Em função do pouco espaço que tinha no carro superior e na impossibilidade de aumentá-lo, foi preciso redimensionar a caixa de redução 2 de modo a transformar o espaço horizontal ocupado em vertical, alongando-a – “Redução 2 v.2” (Figura 5) (Vídeo 1 abaixo)
Figura 5 – Estrutura Final 2 (modificação do carro superior)
Sobre a programação, iniciou-se com um menu seletor simples, Figura 6 (Vídeo 2 abaixo):
Figura 6 – Menu seletor
O objetivo deste menu é a de ajustar a posição do braço superior para início da escrita, como se fosse um posicionador na origem (0,0). A última opção do menu é 5 – Run, Forrest, Run!, para iniciar a tarefa. Como uma das restrições do manipulador é a de ter a HB acoplada à estrutura do robô, reservou-se um espaço na mesma atentando-se às possíveis interferências que esta poderia causar na movimentação dos braços e carros. Após mais alguns ajustes, a estrutura final do robô ficou como mostra a Figura 7:
Figura 7 – Estrutura Final 3
E a missão foi cumprida! (Vídeo 3 abaixo)
Discussões e Desafios
Inicialmente, o maior problema encontrado foi na estrutura do robô. A dificuldade em equilibrar as variáveis robustez, movimentação e dimensionamento foi o maior dos desafios para este Trabalho Prático 1 (TP1). Como tínhamos um motor móvel em relação à base, tínhamos dois obstáculos principais a vencer: 1° - peso (a estrutura para suportá-lo (e ao carro superior) deve ser um pouco mais robusta, além de exigir um torque maior para movê-la); 2° - equilíbrio (manter um peso dinâmico – em movimento – estável (vibrando pouco o resto da estrutura, por exemplo) é mais complicado do que um fixo). Logo, quando aumentávamos a robustez, diminuíamos o alcance da movimentação dos carros e braços ou acabávamos forçando o motor de alguma forma; e quando equilibrávamos as duas primeira variáveis, infringíamos os limites dimensionais. Os problemas em encontrar a combinação de engrenagens mais adequada para as caixas de redução, além de ajustar os motores à potência apropriada para as estas, foram relativamente rápida de se resolver (e foi feita de forma experimental, testando-se potências e torques gerados).
Considerações Finais
O TP1 foi uma ótima forma de nos familiarizarmos e associarmos os conceitos mais básicos aprendidos na disciplina, a operabilidade de um microcontrolador (HandyBoard), o uso de motores DC e os efeitos gerados no controle de seus parâmetros de potência/torque.