Relatório TP3 - Introdução à Robótica

Objetivo

O terceiro trabalho prático da disciplina de Introdução à Robótica tinha como principal objetivo o desenvolvimento de um robô móvel para a introdução dos conceitos relacionados à localização do robô. A proposta do trabalho consistia no desenvolvimento de um robô móvel que a partir de shaft-encoders seria capaz de estimar a velocidade das rodas para auxílio no controle da velocidade e na estimativa da posição do robô. Além disso, deveria ser implementado uma lógica de seguidor de linha a fim de estudar técnicas básicas de navegação e controle do robô móvel. O trabalho foi dividido em 4 etapas:

1. Localização.
2. Odometria e controle.
3. Navegação - Seguidor de linha.
4. Menus de acesso.

A primeira tarefa a ser executada no projeto relacionava-se a capacidade de localização do robô dentro da área de testes. O grupo deveria desenvolver um sensor a partir dos conceitos de LDR diferencial em conjunto com um filtro polarizado que permitisse ao robô se alinhar à fonte luminosa mais próxima dentro do campo de teste.

A segunda tarefa do trabalho consistiu no uso de sensores Break-Beam para a construção de shaft-encoders. A partir da construção desse sensor deve-se desenvolver um controlador PD para controle da velocidade do robô durante os deslocamentos determinados através da escolha dentro do menu.

A terceira tarefa do projeto relacionou-se ao desenvolvimento de estratégias de seguidor de linha que permitissem o deslocamento do robô a partir de marcações existentes na pista. Para essa ação foram utilizados dois sensores ópticos reflexivos.

Por fim, a última tarefa que deverá ser desenvolvida consistiu em criar um menu interativo e de fácil utilização que permitisse ao usuário escolher qual tarefa seria executada e quais trajetórias deveriam ser realizadas pelo robô.

Solução proposta

Para cumprimento dos requisitos do projeto foi necessário desenvolver cinco sensores para o robô. O primeiro sensor desenvolvido foi o sensor LDR diferencial. Para isso o grupo fez a montagem conforme o esquema abaixo e o resultado final pode ser visto na imagem a seguir.

Em seguida, o grupo utilizou os break-beams para que fosse possível criar os shaft-encoders. O grupo fez a montagem conforme o esquema mostrado abaixo e o resultado pode ser visto nas figuras a seguir.

Por fim, para ser possível se localizar na pista identificando as linhas o grupo montou dois sensores óptico reflexivos igual ao sensor óptico reflexivo desenvolvido para o segundo trabalho da disciplina. O conjunto dos sensores e a montagem final do robô podem ser vistos a seguir:

Principais desafios

O principal desafio encontrado durante a execução do projeto anterior foi a grande diferença nas velocidades dos motores utilizados. Diante disso o grupo optou por trocar os dois motores por outros. Durante os testes os dois novos motores funcionaram normalmente, mas eles tinham um eixo curto, o que atrapalhou a sua fixação ao conjunto de engrenagens. Portanto, o grupo optou por voltar a utilizar os primeiros motores e tentar compensar as diferenças de velocidades dentro do código.

Diante da dificuldade encontrada com os motores e a perda de um motor durante a apresentação do trabalho, não foi possível completar todas as tarefas como o desejado.

Para a conclusão da etapa 1 o grupo conseguiu escrever um código que fizesse a calibração das intensidades de luz de modo que o robô sempre conseguisse se localizar no campo a partir das lâmpadas colocadas nas extremidades do tablado.

Já nas etapas 2 e 3, o grupo teve algumas dificuldades que impactaram na conclusão dessas etapas. Durante o período de testes o grupo não posicionou os encoders corretamente e, portanto, as leituras os resultados alcançados não apresentaram o comportamento esperado. Além disso, outra dificuldade encontrada durante essas etapas do projeto foi a sintonia do controlador PD. Não foram encontrados valores de ganho bons o suficiente para compensarem os problemas e variáveis físicas encontradas durante o trabalho. Para a próxima etapa da disciplina o grupo irá corrigir esses dois problemas encontrados de modo que o funcionamento do robô volte a ficar correto.

Resultados

Após as fases de desenvolvimento e testes finais, o robô realizou as tarefas 1 e 4 corretamente, mas teve problemas durante as tarefas 2 e 3.

Na tarefa 1, o robô apresentou um ótimo comportamento, sendo possível encontrar a fonte de luz em todas as tentativas testadas. Já nas tarefas 2 e 3, diante dos problemas citados anteriormente, não foi possível completar todos os requisitos listados na proposta do projeto.