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TP1 - R2D22 - O TANQUE

Objetivo
O objetivos deste trabalho foi construir um robô manipulador autônomo que sejam capaz de através de uma caneta em seu efetuador deve percorrer um circuito em uma folha de papel A2. Foram impostas as seguintes restrições:

1. Devem ser utilizados apenas 2 motores.
2. A base do manipulador não deve ultrapassar os limites determinados.
3. A caneta não deve exceder os limites tracejados.
4. O percurso deve ser concluído em no máximo 4 minutos.

Estrutura
Escolhemos realizar o trabalho utilizando de uma junta de rotação e uma prismática(RP) para montar o robô e percorrer o trajeto, como apenas um motor era ligado a cada instante de tempo o percurso é feito com arcos e ajustes na horizontal em relação ao eixo principal do robô no momento.
Na parte inferior foi construída uma caixa de engrenagens para um motor com o intuito de controlar a junta de rotação, esse movimento de rotação é responsável por girar o robô e faz com que sua workspace seja um círculo em volta da base. A parte superior do robô é composta de uma caixa de engrenagens mais reduzida e um motor que controla a junta prismática, essa junta é responsável por controlar o trilho onde o efetuador é acoplado e com isso aumentar a área do círculo do workspace.
Parte inferior, à direita, e superior, à esquerda.

O vídeo acima é uma demonstração da junta R em ação, girando a parte superior do robô.

No vídeo acima é aplicada a mesma potência no motor, porém é adicionado o trilho e isso faz com que o robô não tenha força o suficiente para girar.
A solução para isso foi reduzir mais ainda na caixa de engrenagens inferior para que a mesma ganhasse força. Isso foi feito trocando as duas engrenagens que ligavam o eixo vertical ao horizontal que eram de tamanho grande por de tamanho médio e usar uma das grandes retiradas com uma engrenagem pequena na parte inferior.

Esse foi o resultado da montagem e isso fez com que o robô tivesse força suficiente para girar.

Na imagem acima podemos ver o robô completo, onde a única alteração para o produto final foram as diferentes versões do efetuador, que sempre foi estruturado como uma caixa de LEGO, com o quais tivemos diversos problemas que serão abordados na seção de testes.

Software
Como microcontrolador do robô está sendo utilizado o Arduino, e isso foi algo interessante para a aprendizagem dos membros, já que nenhum deles tinha manipulado códigos relacionados à ele.
Neste trabalho prático o código é relativamente simples onde foi implementado um método chamado manipulador() que invoca diferentes métodos para ir aos pontos, goToPointX();.
Cada procedimento para chegar a um ponto tem várias chamadas do método principal implementado no programa:
trocaMotor(int idMotor, bool direcao, int velocidade, int delay);.
Esse método se utiliza das funções do shield do Arduino e uma lógica simples que escolhe qual motor deve ser ativado, a direção em que deve girar, a velocidade com a qual o motor deve ser ativada e o tempo pelo qual ele deve estar ativo.
Outra consequência dessa função é que apenas um motor funciona por vez, essa decisão de projeto foi tomada pois simplificou o funcionamento do manipulador, descomplicou o entendimento da implementação e facilitou os ajustes mais precisos graças à estrutura montada para o robô.

Testes
Após a montagem da estrutura e a implementação do software foram realizados diversos testes e neles foram onde ocorreram mais problemas.
O primeiro protótipo envolveu colar um marca texto com cola quente nos LEGO e encaixá-los no trilho, já que estavamos preocupados com o atrito possível de uma caneta esferográfica ou um lápis, e de fato isso se provou eficiente pois ele requeria menos contato para pintar uma linha muito mais aparente. Porém devem ser feitos múltiplos ajustes para que o robô percorra o caminho corretamente e o marca texto solta muita tinta, com isso ele acabou gerando uma superfície desfavorável na região do início do trajeto, onde era gerado muito atrito, e por isso decidimos trocar o efetuador.

Exemplo da utilização do Marca Texto como efetuador
Quando escolhemos testar uma caneta, houve uma mudança em como sustentar a mesma no papel. A caneta, por ser muito mais fina que o marca texto, pode ser encaixada em um vão numa pequena caixa de LEGO. E isso trouxe estabilidade o suficiente, quando testamos com o novo efetuador as dúvidas sobre a força que o motor conseguiria atingir se extinguiram, já que ele conseguiu eficientemente girar o eixo superior do robô.
Vale também ressaltar que quando se utiliza mesma folha de papel por muito tempo, mesmo uma caneta normal acaba criando poças de tinta e o atrito passa a interferir muito no começo do circuito.
A medida que os testes foram evoluindo com a caneta, resolvemos parar de testar com a energia direto da tomada e começamos a testar com as pilhas e isso acarretou em alguns problemas.
O primeiro problema foi que, apesar da mesma voltagem, a pilha fazia com que os motores tivessem muito mais potência que o cabo de força e portanto todos os ajustes feitos até agora eram meramente um guia para executar o trajeto completo.
O segundo problema foi que as pilhas perdiam carga frequentemente e isso limitou o tempo em que se era possível testar o robô, pois as pilhas deveriam ser recarregadas sempre que houvesse uma diminuição significativa de carga.

Exemplos da diferença de usar a pilha com mais carga, vídeo 1, e menos carga, vídeo 2.

Devido ao tempo limitado para testes, até o momento da redação deste documento, o último teste realizado pode ser verificado no vídeo abaixo, onde o robô quase chega no ponto 4. Provavelmente com mais alguns ajustes o robô seja capaz de executar todo o trajeto com maior precisão.