PROGRAMA DE EXTENSÃO

1. PROGRAMA DE EXTENSÃO CURSO DE EXTENSÃO Formação continuada correlacionando disciplinas do ensino médio com aplicação prática nas engenharias PROENGEM: Programa Interação das Engenharias com o Ensino Médio

2. Hardware ou Interfaces Eletrônicas Profª Dr Rosane Falate Profª Dr Maria Salete Marcon Gomes Vaz

3. Software e Hardware • PrimeiroEncontro • Software • Lógicasouinstruçõesordenadasadequadamenteparaseremexecutadosemumamáquina digital e fazer a estamáquinainteragir com o outrasmáquinas e usuários • Encontro de Hoje • Hardware • Arranjoeletrônico com ouseminteligência e necessáriopara a compatibilizarossinais entre sistemas • Interface liga de maneiraadequada um sistemaemoutro

4. Robôs Talvez uma das mais admiradas invenções humanas…

5. Introdução • Os robôs estão na mente humana desde que começamos a construir coisas • Delegar esforços físicos ou trabalhos “chatos” para os robôs • Substitui o homem em tarefas envolvendo condições desagradáveis • calor, ruído, gases tóxicos, esforço físico extremo e trabalhos monótonos e repetitivos

6. Robôs: Definição • Manipulador projetado para ser controlado por um computador ou aparelho similar • Movimentos • Monitorados e realizados por um controlador sob a supervisão de um computador que roda um programa • Sensores e atuadores • Geram informação para o controlador e computador para que o robô haja como se quer no meio • Hardware  interligação • Transformar a informação do sensor para o controlador (supervisão) • Transformar a informação do controlador para o atuador (realização)

7. Multidisciplinaridade A Multidisciplinaridade da Robótica • Resolver um problema de Robótica usa • Mecânica • Elétrica e Eletrônica • Ciência da Computação • Biologia • Matemática e muitas outras disciplinas

8. A Matemática e a Física nas Interfaces Eletrônicas

9. O que precisa para o robô executar uma tarefa? Cinemática Direta Cinemática Inversa Cinemática da Velocidade Dinâmica da Posição Controle da Posição Controle da Força Retífica

10. Uma Tarefa Matemática • Robô com 2 movimentos de translação e 1 rotação • Mover o manipulador de A (Home) para B • Em B, ele deve seguir o contorno da superfície até C • Velocidade constante • Mantendo força F, normal a superfície Física Física Física

11. Finalidades das junções Biologia • 3 primeiras articulações • Posicionam órgão terminal do manipulador • Movimento de translação • 3 últimas articulações • Orientam o órgão • Movimento de rotação Biologia

12. Movimentação e Deslocamento de Robôs • Rotações ao redor dos eixos cartesianos. Rotação efetuada ao redor do eixo x, y ou z. Pode-se efetuar 3 rotações nos eixos cartesianos, sem haver 2 rotações seguidas no mesmo eixo. Matemática

13. Translações de coordenadas. Vetor r0 representa a posição do ponto P. Vetor s0a posição origem do sistema Q. Matemática

14. Cinemática 1 • Descrição das posições em relação a um mesmo sistema de coordenadas fixo • Ferramenta (rebolo), pontos A e B, superfície S Matemática • Robô precisa saber sua posição em cada instante • Sensores localizados nas juntas • Medem ângulos 1 e 2 Física Descrição da posição das posições da ferramenta em termos destes ângulos • (x,y)  1 e 2 Matemática ponto no espaço, trigonometria...

15. Cinemática 2 • Dadas as coordenadas das juntas 1 e 2 • Determinar (x,y), posição da ferramenta • Base • Sistema da base • Sistema fixo de coordenadas O0x0y0 • São referidos todos os objetos e o manipulador

16. Cinemática 3 • Orientação da ferramenta com relação ao um ponto base • Projeção dos eixos x2y2 em x0y0 • i2 projetado em i0 • cos (1 + 2) Matemática ponto no espaço, trigonometria...

17. Cálculo de OrientaçãoMatriz de Orientação ou Matriz de Rotação • Projeção dos eixos x2y2 em x0y0 • Forma matricial (matriz de rotação) Matemática

18. Cinemática 4 • Comando de robôs • Aplicar força para movimentar • Quer posição x e y • Obter 1 e 2 nas juntas Física Matemática ponto no espaço, trigonometria...

19. Análise do ProblemaCinemática Inversa • Lei dos Cossenos • Mas • Dividindo as equações anteriores • +/- (cotovelo acima/abaixo)

20. Cinemática da Velocidade • Seguir o contorno S com velocidade especificada • Relação entre a velocidade do manipulador e as velocidades das juntas • Derivando as equações de x e y Física Matemática

21. Como quero  a partir de F • Determinar as velocidades das juntas a partir das velocidades do manipulador (x,y) • Matriz inversa • Solução de sistemas de equações

22. Dinâmica • Quantidade de força (ou torque) que deve ser aplicada para gerar movimento • Dinâmica das juntas • Dinâmica dos atuadores • Dinâmica da transmissão • As duas últimas • Produzem e transmitem as forças e torques necessários ao movimento Física Física Matemática

23. Unidade De Controle • Recebe as informações dos sensores e aciona os motores elétricos que produzem o movimento • Diferentes técnicas de controlar o robô • Movimentos do robô • Trajetória ponto a ponto • Trajetória contínua

24. Multidisciplinaridade Eletrônica – O Controlador • Determina as excitações necessárias a serem dadas aos atuadores das juntas • Órgão terminal siga uma determinada trajetória • Simultaneamente, rejeite distúrbios originários de efeitos dinâmicos não modelados • Atrito e ruídos • Utiliza • Estratégias/Programas para isto

25. Unidade De Controle

26. Controle da Força Retífica • Contorno S com força normal constante contra a superfície a ser retificada • Força não pode ser muito pequena • Posicionamento da retífica ineficiente • Força não pode ser muito grande • Danos tanto na obra como na ferramenta • Enfoques • Estratégias matemáticas/programação

27. Tomada de decisões • Lógica Fuzzy • Desenvolvida por Zadeh em 1965 • Conhecimento incerto e impreciso • Descreve o comportamento de sistemas de difícil análise matemática • Raciocínio com base em premissas parciais ou imprecisas • Variáveis lingüísticas de valor expresso qualitativamente e quantitativamente • Exemplos: “muito”, “pouco”, “não muito”, “mais ou menos”

28. Controladores Fuzzy • Regras lógicas no algoritmo de controle • Descrever em uma rotina • Experiência humana • Intuição • Heurística para controlar um processo • Utilizados em: • Sistemas não-lineares • Onde a incerteza se faz presente de maneira intrínseca

29. Quadro 1 – Conteúdos estruturantes para o ensino de Física

30. Quadro 2 – Conteúdos estruturantes para o ensino de Matemática

31. Quadro 3 – Tópicos relacionados à Engenharia de Computação com bases nos conteúdos estruturantes para o ensino de Física

32. Quadro 4 – Tópicos relacionados à Engenharia de Computação com bases nos conteúdos estruturantes para o ensino de Matemática

33. Time de Futebol de Robôs • ROBOFEI - Projeto elaborado pela FEI em 2004 • Movimentação e Estratégia dos jogadores: • Movimento em 8 direções • Andar reto e giro no seu próprio eixo

34. Duas condições • Bola atrás do jogador • Bola na frente do jogador • Em termos computacionais • Eixo x (bola) está mais próximo ou mais distante com relação ao gol adversário do que o jogador • Multiplicadores: 1(direita) e -1(esquerda) • Escolha de uma direção, elimina as outras • Se perto da parede superior, elimina-se a direção 0 • Se muito perto da parede superior, as direções 7, 0 e 1são eliminadas • Ângulos entre robô e os demais pontos serão as 8 direções • Se a distância entre pontos for pequena, a direção é eliminada

35. Robô atrás da bola • Elimina-se a direção relativa ao ponto do robô até a bola, senão o jogador irá chutar contra o gol • O sistema decide por qual lado do campo o robô irá voltar, eliminando direções do lado oposto • Bola na frente • Determina-se um ponto anterior a bola para o robô se posicionar (ponto de chute) • Ponto usado para traçar a direção do robô para o gol

36. Dois robôs atrás da bola • Decidir quem irá até a posição Ponto de Chute • Verifica-se se ambos podem ir • Se podem, o robô mais próximo vai para o chute • O robô que não foi na bola, irá para o quadrante diagonal anterior, com o campo dividido em 9 quadrantes • Se ponto de chute estiver no quadrante do meio do campo, então este robô irá para um quadrante anterior esquerdo ou direito ao ponto de chute (robô próximo ao eventual rebote de bola)

37. Dois robôs atrás da bola • Se chegou no ponto de chute, o robô deverá chutar a bola, e se direcionar para o centro da bola com velocidade máxima • Cada robô pode ter pelo menos uma direção escolhida e então é escolhida a menor • Se não tiver nenhuma o robô deve ficar parado • Bola se encontra no canto e o ponte de chute não pode ser definido dentro do campo. • Ponte de chute será o ponto da bola, chutando a bola para a parede.

38. Estratégia do Goleiro • Trajetória prevista para a bola • Mesmo esquema de direção dos demais jogadores • Ponto de defesa • Se não existe, o goleiro deverá voltar ao ponto central do gol e ficar virado 90 graus • Determinado se a se a trajetória da bola apontar para o gol, • É o ponto de intersecção da trajetória com uma linha imaginaria que corta o meio da área do goleiro • O cálculo da trajetória da bola, com base na posição atual e anterior da bola, é realizado até 3 rebatidas elásticas da bola nas laterais do campo • Bola perto do goleiro, ele irá virar para bola e chutar • Bola dentro da área, o ponto de defesa é exatamente o ponto da bola, o robô deve retirar a bola da área o mais rápido possível • Caso a trajetória da bola não chegar próximo ao gol, o goleiro deve voltar ao ponto central e em 90º

39. Implementação • Funções • Calcular ângulos, distâncias e direção entre dois pontos. • Direção é decidida pela proximidade do ângulo (aproximadamente 45º) em relação a outra • Erro de pouco mais de 20 graus ao transformar um ângulo em uma das 8 direções definidas • O controle aplicado define virar, andar ou parar o robô após cada ação • Controle simples para calcular distâncias

40. Referências • SATOMI, R. K.; PEREIRA , V. F.; ANGELO JUNIOR, J. A. G.; MARTINS, M. F.; VALEZIN, R.; TONIDANDEL, F., BIANCHI, R. A.C; Robofei: Equipe de Robôs da FEI de 2004; disponível em: http://www.iis.ee.ic.ac.uk/~murilo/papers/martins05tdp.pdf. • CARRARA, V.; Apostila de Robótica; disponível em: http://www.fbpsistemas.com.br/Arquivos/Apostila%20de%20Robotica.pdf. • BAUMKARTEN, R.; ZANDER, D.; ROCHA, R.; Lógica Fuzzy; 2006; disponível em: http://www.inf.unisinos.br/~cazella/dss/200601/lf.pdf

41. OBRIGADO! rfalate@uepg.br salete@uepg.br foltran@uepg.br