Relatório Automação e Robótica PDF

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CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTÁCIO FIB DA BAHIA 
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E MECÂNICA 
 
 
 
 
 
 
 
ROBÔ COMPETIDOR NA MODALIDADE “SUMÔ” 
EQUIPE PDAC 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Salvador 
2019 
 
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CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTÁCIO FIB DA BAHIA 
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E MECÂNICA 
 
 
AILSON FRANÇA DOS SANTOS 
CAROLINE PRATA AMÂNCIO 
DANILO SANTOS LEITE 
PAULO GIOVANI NERI RAMOS 
 
 
 
Relatório apresentado para o curso 
de Engenharia Elétrica e Engenharia 
Mecânica do Centro Universitário 
Estácio da Bahia como parte das 
exigências para a disciplina de 
Automação e Robótica. 
Prof. Lucas 
 
 
Salvador 
2019 
 
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SUMÁRIO 
 
1. OBJETIVO.......................................................................................4 
2. INTRODUÇÃO TEÓRICA................................................................4 
2.1. Competição e Robô autônomo..............................................5 
 2.1.1. Exigências relacionadas ao projeto.......................................5 
 3. TEORIAS APLICADAS AO PROJETO.............................................6 
 3.1. Esquema mecânico.................................................................6 
 3.1.1 Chassi....................................................................................6 
 3.1.2 Rodas com motores..............................................................7 
 3.1.3 Roda de apoio.......................................................................7 
 3.2. Esquema eletrônico................................................................8 
 3.2.1 Arduíno.................................................................................8 
 3.2.2 Sensor Ultrassônico.............................................................9 
 3.2.3 Ponte H L298N....................................................................10 
 3.2.4 TCRT 5000 (Sensor de linha).............................................11 
 3.2.5 Bateria de Lítio Recarregável.............................................11 
 3.2.6 Cabos Jumper....................................................................12 
 3.2.7 Placa Protoboard................................................................12 
 3.2.8 LED.....................................................................................13 
 3.2.9 Chave (interruptor on/off)....................................................14 
 3.2.10 Resistores.........................................................................14 
 3.3. Programação.........................................................................15 
 4. MONTAGEM DO ROBÔ..................................................................20 
 5. CONCLUSÃO...................................................................................22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. OBJETIVO 
Desenvolver um robô competidor na modalidade “sumô” de modo que o mesmo 
interaja com o ambiente seguindo as regras exigidas desta batalha, mostrar os 
aspectos criativos e construtivos de um robô lutador sumô, e apresentar as 
melhorias implementadas valorizando a criatividade do projeto. 
 
2. INTRODUÇÃO TEÓRICA 
Nos últimos anos observou-se um aumento na aplicação de robôs autônomos e, 
principalmente, na conscientização da importância dos mesmos pela sociedade. 
Com a imersão da robótica e automação cada vez mais constante no dia-a-dia, 
a utilização destes robôs atualmente se dá, mais do que antes, em diversas 
áreas que são bem próximas da realidade, como: áreas industriais, locomoção, 
entretenimento, esporte, na área educacional e até na área doméstica. 
Para o uso da robótica, é necessária a presença de sistemas mecânicos, 
elétricos e eletrônicos, com o auxílio da computação para controle e precisão 
destes processos. 
Uma característica comum da aplicação dos robôs é a utilização de um veículo 
móvel ou plataforma, que disponibilize a competência de navegar de uma 
posição conhecida a uma nova localização, assim como evitar obstáculos e se 
posicionar na forma que foi exigida. Para que tudo isso seja possível, é 
imprescindível à utilização de um sistema de sensores, o qual obterá os dados 
que descrevem o ambiente e passará as informações para o sistema do 
computador do robô, onde realizará os cálculos necessários para que o sistema 
piloto do robô controle os movimentos dos atuadores. 
 
 
 
 
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2.1 Competição e Robô Autônomo 
Nesta competição de robô modalidade “sumô” a intenção é conseguir empurrar 
o robô oponente, de forma autônoma, para fora da área limitada ou arena, onde 
a disputa é realizada. Vale ressaltar que todas as categorias devem respeitar os 
limites preestabelecidos impostos pelo organizador ou bancada organizadora, 
como peso e dimensionamento do robô, e as regras da competição. 
É possível realizar a competição através de robôs controlados, ou robôs 
autônomos. Nesta atividade será utilizado um robô autônomo, que traz como 
característica principal a capacidade de receber ordens para a execução de 
tarefas, e realizar os objetivos desejados em ambientes desestruturados sem a 
ajuda humana. 
Um robô autônomo deverá ser equipado com sensores (visão, infravermelho, 
sonar, tato, toque, sistemas de navegação inercial e etc.) que oferecem ao robô 
a capacidade de percepção do meio ambiente, e a partir disto os robôs obtêm a 
capacidade de decisão, que os permitem cumprir uma tarefa sem intervenção 
humana. Estes sensores permitem que o robô interaja com o ambiente, fazendo-
o perceber e construir o modelo do ambiente no qual o movimento se desenvolve 
e depois tomar decisões, baseados em comandos pré-determinados na 
programação, para as suas ações e a realização de uma tarefa. 
2.1.1 Exigências relacionadas ao projeto 
As principais exigências do robô estão relacionadas ao tipo de controle, a 
dimensão e o peso. O robô terá um tipo de controle autônomo; a sua dimensão 
é estabelecida por 20x20 cm (largura x comprimento), sem limitação de altura; e 
o seu peso deve ser no máximo de 3 Kg. Além disso, o robô deve possuir, no 
mínimo, 3 sensores. 
A arena do campo de batalha do robô que terá a dimensão de 1,4m² possuirá 
uma borda branca que delimita à área e uma parte interna de cor preta. 
 
 
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3. TEORIAS APLICADAS AO PROJETO 
Para a construção de um robô de sumô se faz necessária a aplicação de teorias 
relacionadas a mecânica, eletrônica e programação. A parte da mecânica será 
responsável pela estrutura e locomoção do robô; a eletrônica é composta por 
componentes e sinais eletrônicos que formam o circuito que mantêm a interface 
mecânica/programação e realizam a leitura do ambiente externo; a programação 
será responsável por interpretar esses dados lidospelos sensores e processá-
los para tomar as decisões de atuação dos robôs. 
 
3.1 Esquema mecânico 
 
3.1.1 Chassi 
Para a construção da base do robô modalidade tipo sumô, foi confeccionado um 
chassi de material metálico (ferro galvanizado). 
 
Figura 1 – Chassi de ferro galvanizado 
 
 
 
 
 
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3.1.2 Rodas com motores 
As e-wheels são, basicamente, rodas que possuem motores elétricos acoplados 
as mesmas. A grande vantagem delas é que, sem a necessidade da 
intermediação de um sistema de transmissão, conseguem obter mais 
rendimento dos motores. Estes motores fazem o trabalho de converter a energia 
elétrica da bateria para energia mecânica. 
 
Figura 2 – Rodas com motores 
 
 
3.1.3 Roda de Apoio 
Foi utilizada uma roda de apoio para suportar e equilibrar o chassi do robô 
modalidade sumô. 
 
Figura 3 – Roda de apoio 
 
 
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3.2 Esquema eletrônico 
 
3.2.1 Arduíno 
A placa Arduíno é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware 
livre e de placa única, projetada com um micro controladorAtmel AVR com 
suporte de entrada/saída embutido, uma linguagem de programação padrão, a 
qual tem origem em Wiring, e é essencialmente C/C++. O objetivo do projeto é 
criar ferramentas que são acessíveis, com baixo custo, flexíveis e fáceis de usar 
por principiantes e profissionais. Principalmente para aqueles que não teriam 
alcance aos controladores mais sofisticados e ferramentas mais complicadas. 
 
Figura 4 – Arduíno 
 
 
 
 
 
 
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Tabela 1 – Características do Arduíno 
 
 
 
3.2.2 Sensor Ultrassônico 
O Sensor Ultrasônico HC-SR04 é um dos sensores mais conhecido do 
mercado. Pode-se dizer que todos que estão iniciando com Arduíno sempre 
procuram pelo Sensor Ultrasônico HC-SR04 para desenvolver seus primeiros 
projetos medindo distâncias de obstáculos / objetos em relação ao sensor. 
Este sensor permite realizar leituras de distâncias entre 2 cm e 4 metros, com 
precisão de 3 mm. Pode ser utilizado simplesmente para medir a distância 
entre o sensor e um objeto, como para acionar portas do microcontrolador, 
desviar um robô de obstáculos, acionar alarmes, etc. O mesmo é aplicado 
com mais frequência em projetos de robótica, principalmente em chassis 
robóticos, robôs ou carrinhos. 
 
 
Microcontrolador Atmega328
Tensão de funcionamento 5 v
Tensão de entrada (recomendado) 7-12 v 
Tensão de entrada (limites) 6-20 v 
Digitais pinos de I / O 
14 (dos quais seis fornecer uma saída de 
PWM) 
Entrada Analógica Pinos 6
DC Current per I / O Pin 40 mA 
Corrente DC para Pin 3.3V 50 mA 
Memória Flash 
32 KB (Atmega328), dos quais 0,5 KB 
utilizado pelo bootloader. 
SRAM 2 KB (Atmega328) 
EEPROM 1 KB (Atmega328) 
Velocidade do relógio 16 MHz 
RESUMO ARDUÍNO
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Figura 5 – Sensor Ultrassônico 
 
 
3.2.3 Ponte H L298N 
A ponte H consiste em um dispositivo eletrônico que é utilizado para controlar 
motores de corrente contínua através de componentes capazes de conduzir 
elevados níveis de corrente, sendo controlados por pulsos externos gerados 
geralmente por micro controladores. O mesmo possui dois canais e permite 
controlar velocidade e sentido de rotação de até dois motores ao mesmo tempo. 
 
Figura 6 – Ponte H 
 
 
 
 
 
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3.2.4 TCRT 5000 (Sensor de linha) 
Sensor Óptico Reflexivo possui acoplado no mesmo dispositivo um sensor 
infravermelho (emissor) e um foto transistor (receptor). Foi especialmente 
projetado para bloquear outras faixas de luz que não seja a do próprio emissor, 
evitando que iluminações do ambiente venham causar alguma interferência. Ele 
é ótimo para identificar obstáculos a sua frente e possui várias aplicações na 
robótica. Ele pode ser utilizado em robôs de linhas e em robôs de batalha como 
em outras inúmeras aplicações. 
 
Figura 7 – Sensor de Linha 
 
 
3.2.5 Bateria de Lítio Recarregável 
 
Essencialmente, uma bateria é um contentor cheio de químicos que produz 
elétrons. É uma máquina eletroquímica, ou seja, um dispositivo que cria 
eletricidade através de reações químicas. 
A bateria utilizada, foi uma do tipo recarregável ou de armazenamento, sendo 
um tipo de bateria elétrica que pode ser recarregada e usada muitas vezes sem 
danificar seu elemento. As baterias recarregáveis têm um apelo social e 
ambiental maior do que as baterias comuns por diminuir seu descarte. 
Foi utilizada uma mesma fonte de alimentação 7v para o Arduíno, ponte H e 
motores. 
 
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Figura 8 – Bateria de Lítio Recarregável 
 
 
 
3.2.6 Cabos Jumper 
Os cabos jumper são segmentos de fios condutores soldados diretamente às 
ilhas de uma placa de circuito impresso com a função de interligar dois pontos 
do circuito. 
 
Figura 9 – Cabos Jumper 
 
3.2.7 Placa Protoboard 
Uma placa protoboard, de ensaio ou matriz de contato, é uma placa com furos e 
conexões condutoras para montagem de circuitos elétricos experimentais. A 
grande vantagem da placa de ensaio na montagem de circuitos eletrônicos é a 
facilidade de inserção de componentes, uma vez que não necessita soldagem. 
 
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Figura 10 – Protoboard 
 
3.2.8 LED 
Trata-se de um componente eletrônico capaz de emitir luz visível transformando 
energia elétrica em energia luminosa. Esse processo é chamado 
de eletroluminescência. Foram utilizados 3 LEDs no nosso robô: 1 LED verde, 1 
LED amarelo e 1 LED vermelho. 
 
Figura 11 – LEDs 
 
 
 
 
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/radiacao-eletromagnetica.htm
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3.2.9 Chave (Interruptor on/off) 
Esta chave permite um controle on/off e é utilizada quando o processo permite 
uma oscilação contínua da variável controlada em torno do setpoint. A saída do 
controlador muda de ligada para desligada, ou vice-e-versa, à medida que o sinal 
do erro passa pelo ponto de ajuste (setpoint). O elemento final de controle é uma 
válvula do tipo solenoide, que assume somente uma das duas posições 
possíveis: aberta ou fechada. 
 
Figura 12 – Chave (Interruptor on/off) 
 
 
3.2.10 Resistores 
O resistor é um componente elétrico passivo, sendo muito utilizado em 
eletrônica, que tem a função tanto de limitar o fluxo da corrente elétrica em um 
circuito quanto de transformar energia elétrica em energia térmica por meio do 
efeito joule. 
 
Figura 13 – Resistores 
 
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Existe uma relação direta a tensão aplicada sobre um resistor, a corrente que 
atravessa e o valor da sua resistência. Esta relação é chamada lei de Ohm. Ela 
diz que se um resistor de valor R é ligado a uma tensão V, sua corrente I é dada 
pela equação da figura abaixo. 
 
Equação 1 – Equação da Lei de Ohm 
 
 
Foram utilizados resistores de 220 Ohm para a execução do robô modalidade 
sumô proposto no relatório. 
 
3.3 Programação 
Para a criação do programa, foi feito um embasamento em Linguagem C original 
do Arduíno, sendo um programa de fácil acesso e de fácil instalação gratuita de 
um software livre e facilmente encontrado no site oficial do Arduíno. Foi 
elaborado uma programação (baseado em Wiring1) e o meio de 
desenvolvimento pode ser encontrado em Processing. Os projetos podem ser 
autônomos ou embarcados como também podem trocar informações através de 
comunicação serial entre micro controlador ou com computadores. 
 
 
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De acordo com a programação, segue abaixo legenda com as siglas utilizadas 
para cada componente: 
 Os sensores de linha denominados SLF1 e SLF2 foram posicionados nas 
portas 3 e A0 respectivamente; 
 Para o sensor ultrassônico ECHO, o mesmo foi posicionado na porta 10; 
 Para o sensor ultrassônico TRIG, o mesmo foi posicionado na porta 11; 
 Motores M1, M2, M3 e M4 com saídas na ponte H foram posicionados nas 
portas 8, 9, 6 e 7 respectivamente; 
 Os LEDs denominados LED1, LED2 e LED3 foram posicionados nas 
portas 13, 12 e 5 respectivamente. 
 
Através das sequências lógicas da programação, foi possível determinar 
comandos em que o robô pudesse executar seguindo um raciocínio de acordo 
com o objetivo da luta modalidade sumô. Este raciocínio que o robô deve seguir 
pode ser verificado no fluxograma abaixo. 
 
Fluxograma 1 – Esboço do raciocínio seguido pelo robô através da programação 
 
 
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A programação detalhada para o funcionamento do robô pode ser observada 
através das figuras ilustradas abaixo. 
 
 
 
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Foram instalados 3 LEDs no robô: 1 LED de cor verde, 1 LED de cor amarela e 
1 LED de cor vermelha. A intenção da instalação destes LEDs foi simular um 
aviso de alerta através das cores de acordo com a proximidade que o oponente 
pudesse estar localizado. 
Na programação do robô, o LED verde acenderá em uma condição em que o 
oponente se encontre posicionado em uma distância maior que 30cm e menor 
que 70cm, indicando que ainda existe um espaço considerável entre eles. 
O LED amarelo acenderá, ainda com o verde aceso, em uma condição em que 
o oponente se encontre posicionado em uma distância maior que 10cm e menor 
que 30cm, indicandoque o oponente está se aproximando. 
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O LED vermelho acenderá, ainda com o amarelo e o verde acesos, em uma 
condição em que o oponente se encontre em uma distância maior que 0cm e 
menor que 10cm. 
Quando o oponente se encontrar em uma distância menor que 10cm, todas os 
LEDs ficarão acesos. 
 
4. MONTAGEM DO ROBÔ 
O robô PDAC foi montado seguindo todos os padrões e regras da competição, 
conforme imagens abaixo. 
Figura 14 – Robô PDAC montado parte superior 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 15 – Robô PDAC montado parte superior 
 
 
 
Figura 16 – Robô PDAC montado parte inferior 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 17 – Carroceria do Robô PDAC 
 
 
 
 
 
Figura 18 – Montagem final do Robô PDAC 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. CONCLUSÃO 
Com o objetivo principal de desenvolver, montar e programar um robô autônomo 
de competição modalidade sumô, este trabalho apresentou resultados 
satisfatórios e confiáveis. 
Os conceitos e teorias utilizadas no robô foram estudados em semestres 
anteriores e no semestre corrente, sendo todos aplicados da melhor forma para 
eficiência no desenvolvimento do projeto. Através deste projeto, foi possível 
observar a grande importância que robôs autônomos possuem, principalmente 
na atualidade. 
Neste relatório consta a exemplificação, de forma mais objetiva, de todos os 
componentes utilizados, bem como os processos e passos executados para 
construção do robô autônomo, e todos resultados obtidos. O robô PDAC 
obedeceu às regras da competição assim como todas as exigências propostas 
no trabalho, possuindo dimensões de 20x20cm, não ultrapassando o peso de 
3kg, e contendo 3 sensores, sendo eles 2 sensores de linha e 1 sensor 
ultrassônico. Sendo assim, o robô PDAC possui todas as exigências para que 
possa participar de forma eficiente na competição.