Integrantes

Yuri Lopes Pereira Rander Gabriel de Oliveira Rodrigues Patricia Menezes e Silva

Documentação do Manipulador

Introdução

O objetivo desse trabalho foi construir um dispositivo mecânico, semelhante a um manipulador, que fosse capaz de desenhar algumas figuras pré-definidas. Para isso utilizamos um kit LEGO em conjunto com um Arduino, uma Ponte H L298N e dois motores de 9V. Para alimentação do conjunto foram utilizadas 8 pilhas recarregáveis de 2500mA.

Descrevendo a Mecânica

O projeto mecânico começou pela escolha dos tipos juntas que o robô possuiria. Com a limitação do uso de apenas dois motores, o projeto ficou limitado, também, à utilização de apenas duas juntas. A fim de simular o braço humano, foram escolhidas duas juntas prismáticas e o posicionamento de uma caneta em uma das extremidades para execução das tarefas.

Após definido o tipo de movimento que atendesse o os requerimentos do espaço de atuação, foi feita a escolha da estrutura. Optamos por montar uma base do tamanho limite especificado no descritivo do trabalho e que fosse o mais estável possível, sendo capaz de fixar os motores, os conjuntos de engrenagens e o Arduino. Nessa etapa do processo escolhemos por deixar a estrutura a ser movimentada menos pesada possível a fim de diminuir o torque que os motores precisariam para movimentá-la.

Após a primeira montagem da estrutura, alguns testes simples indicaram que os motores precisariam de conjuntos de engrenagens que fossem capazes de gerar torques grandes o suficiente para movimentação da estrutura. Além disso, também foi verificado que para facilitar o movimento da garra seria necessário diminuir o peso da estrutura.

Desafios

Montamos a primeira estrutura, figura 1, sem pensar exatamente como se dariam as transmissões de torque e aonde exatamente encaixaríamos os motores e as engrenagens.

Figura 1 – Primeira estrutura do manipulador

Quando então começamos a encaixar as engrenagens para gerar torque bem como a transmissão desse para movimentar a estrutura diversas mudanças foram necessárias para atender às necessidades que a estrutura demandava.

Tivemos alguns problemas com a conexão do motor com as engrenagens, de alguma forma com os 2 motores que moviam a base era necessário que ficassem levemente inclinados para funcionar corretamente, problema o qual só conseguimos resolver colocando um “calço” na estrutura na lateral a qual o motor se encontrava.

Por fim a caneta também se mostrou um desafio, fixa-la foi difícil e descobrimos então que o objetivo não era deixa-la completamente rígida o que resultou em problemas na hora da escrita, a mesma dificultava o movimento e forçava os motores.

A transmissão do torque para movimentar a estrutura foi a parte mais complicada, pois tínhamos o motor e as engrenagens fixas na base e queríamos movimentar somente a parte superior que inicialmente pensamos que conseguiríamos utilizando as esteiras, mas no fim utilizamos as cremalheiras encaixadas nas engrenagens e prendemos a estrutura à mesma para então movimentá-la.

Explicando a Programação

Em um primeiro momento foi desenvolvido um código baseado em curvas de Bezier com o objetivo de criar um algoritmo genérico que executasse todas as 3 tarefas, porém o mapeamento dos pontos gerados para as velocidades dos motores bem como o tempo de atuação foi uma tarefa difícil e, portanto, implementamos um algoritmo baseado em deixar o motor funcionando por um tempo, tempo este escolhido experimentalmente bem como a velocidade de cada motor. Esse tempo foi programado utilizando a função delay e o lcd foi programado para termos as opções para execução dos diferentes programas. As figuras a seguir demonstram trechos do código.

Figura 2 – Include das bibliotecas necessárias.

Figura 3 - Setup das variáveis globais e funções para funcionamento do lcd e dos motores.

Figura 4 – Parte do algoritmo de curvas de bezier para cálculo dos pontos que definem a curva a ser traçada.

Figura 5 – Parte do algoritmo implementado para execução da palavra “UFMG”.

Aprendizados

Após a conclusão do projeto foi percebido que para um comportamento mais previsível e mais próximo ao esperado, a caneta deveria ter sido colocada na estrutura com um grau de liberdade. Pois, assim, não ocorreriam os travamentos inerentes durante a execução do movimento.

Outro fator que ocasionou problema foi a utilização da alimentação proveniente da porta USB do computador durante a construção dos conjuntos de engrenagens e definição das velocidades dos motores, pois, ao testarmos com as pilhas, o comportamento do robô mudou bastante.

Chegamos a conclusão também de que construir a estrutura leva tempo e por vezes é necessário mudar partes que pensamos para atender as especificidades do projeto ou as necessidades que a própria estrutura acaba demandando.

Figura 6 - Montagem final

Apresentação