O  Robô#27 foi o primeiro robô a ser construído na Universidade do Algarve. Com esta iniciativa pretende-se que o ramo da robótica seja abordados em novos projectos.

A construção do Robo#27 passa  por varias etapas desde a selecção dos principais componentes até ao software responsável pelo controlo, passando pela implementação eléctrica de todo o robô.

 

Placa Microcontroladora

A placa Microcontroladora escolhida foi a M68EVB912B32 com o micro HC12 da Motorola.

Figura nº1: Placa  M68EVB912B32

 

Esta placa tem as seguintes características:

·        CPU de 16 bits

·         “Bus” multiplexado

·        Memória

-        Flash EEPROM 32 Kbyte com bloco de 2Kbyte protegido para arranque

-        EEPROM com 768 byte

-        RAM interna de 1 Kbyte

·        Conversor A/D de 8 canais 10 bits

·        “Timer” de 8 canais

·        Saídas PWM (4 saídas de 8 bits ou 2 de 16 bits)

·        Interfaces série

 

Possui ainda como Hardware:

·        Entrada para alimentação (3 a 5Vdc)

·        Interface RS-232

·        Conectores para entrada e saída de debug (BDM)

·        Acesso a todos os 80 pinos do Microcontrolador

·        Entrada de tensão para programação da flash (VPP=11.7V).

·        Jumpers de selecção

·        Botão de reset

 

Para mais informações consultar o site:

http://www.mcu.motsps.com/documentation/index.html

 

Motores

Para o nosso robô acabamos por escolher os motores da MAXON representados na figura nº2 com as seguintes características:

·        Potência do motor: Pm=4.5W

·        Tensão do motor: V=24V

·        Corrente de arranque: Is=797mA

·        Corrente sem carga: Io=8mA

·        Eficiência máxima: =82%

·        Encoder de 500 posições

·        Caixa redutora1:80                                                                          

 

 

Figura nº2: Motor DC

Para mais informações consultar o site:

http://maxonmotorusa.com/

 

Baterias

A bateria escolhida tem que fornecer corrente suficiente para alimentar todos os sistemas e tem que ser recarregável. Assim a nossa escolha caiu sobre as baterias de ácido - chumbo, uma das quais representada na figura nº3 com as seguintes características:

Figura nº3:Bateria Recarregavel

 

Sensores

Os sensores são parte importante de qualquer robô, pois são eles os responsáveis por retirar informações do mundo que o rodeia. Existem vários tipos de sensores, e cada um se adapta a uma função especifica. No nosso caso estamos interessados em sensores de proximidade.

O sensor escolhido foi o Sharp GP2D12 IR, representado na figura nº4, com as seguintes características:

·        Tensão de saída analógica proporcional à distância

·        Capacidade de detectar objectos desde 10 a 80 cm

·        Pouca influência da textura e cor dos objectos

·        Não necessita de circuitos externos

·        Utiliza PSD ( Position Sensitive Detector).             

Figura nº4:Sensor de proximidade

 

A figura nº5 demostra a forma como deve ser feito o interface eléctrico ao sensor.

Figura nº5: Interface Eléctrico

 

Este sensor não é mais do que um emissor e um receptor de infra- vermelhos que utiliza a técnica de triangulação para fazer as suas medições  como ilustrada a figura nº6.

Se a luz infra-vermelha for reflectida num objecto ela é devolvida para o sensor formando assim um triângulo formado pelo emissor, ponto de reflexão e o detector. Os ângulos deste triângulo variam conforme a distância do objecto. A distância do objecto pode então ser calculada a partir do ângulo formado.

 

Figura nº6:Técnica de triangulação utilizada pelo sensor

 

Assim a resposta do sensor irá variar com a distância a que o objecto se encontra.

Idealmente a resposta do sensor seria a representada na figura nº7:

 

Figura nº7:Tipo de resposta do sensor

 

Para mais informações consultar o site:

http://www.acroname.com/robotics/parts/R48-IR12.html

 

Chassi

O acrílico foi o tipo de material escolhido para o chassi devido à sua robustez, facilidade de manuseamento, leveza e ser isolante eléctrico.

Construiu-se uma caixa com as dimensões de 22cm x 22cm x 10cm, onde na parte posterior estão colocadas duas rodas motrizes que fazem mover o robô, na parte da frente está colocada uma roda de apoio que se move em todas as direcções. Na figura nº8 podemos observar todos esses aspectos.

 

Figura nº.8:Perspectiva geral

                                                                                             

Para a sustentação dos circuitos electrónicos e dos sensores construímos uma plataforma circular com 40cm de diâmetro como se pode ver na figura nº9.

Figura nº9:Perspectiva geral

 

A conjugação desta plataforma com a caixa que suporta os motores as baterias, formam o núcleo duro do robô.

 

Rodas

Para além das duas rodas principais representadas na figura nº10 com (10 cm de diâmetro) directamente inseridas no eixo dos respectivos motores, existe ainda uma roda livre representada na figura nº11 colocada na frente do robô com a função de equilibrar a estrutura.

                 

                                          

       Figura nº10: Roda motriz                                                                               Figura nº11: Roda livre

 

Componentes electrónicos importantes

Os componentes electrónicos que de certa forma foram sujeitos a uma selecção tem a haver com o controlo do robô, eles são: o driver, responsável pela potência fornecida aos motores e o controlador, responsável por todo o controlo efectuado (posição e velocidade).

Assim os componentes seleccionados foram:

·        L293B e LMD18200T

·        HCTL-1100

Electrónica

A parte electrónica divide-se em três partes (tantas quanto as placas), isto porque temos uma placa microcontroladora que será o cerne no robô, uma placa sensorial responsável pela aquisição de dados do meio ambiente através dos sensores GP2D12 e uma placa de potência onde é executado todo o controlo motriz.

 

Figura nº12: Interface entre as três placas

 

 

Placa Sensorial

A parte sensorial consiste num multiplexador de oito canais e os oito sensores GP2D12, desta forma necessitamos somente de uma entrada AD da placa microcontroladora para adquirir o estado de todos os sensores.

A placa sensorial também suporta também todo o circuito referente à expansão de memória. Esta forma permite-nos uma maior condensação de placas, uma vez que os componentes necessários para a parte sensorial são mínimos.

Assim desta forma e com um interface em “torre” entre a placa sensorial e a placa microcontroladora, obtemos uma optimização de espaço.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura nº13: Placa Sensorial

 

Placa de Potência

Esta placa é significativamente mais complexa, uma vez que esta placa é responsável por toda a alimentação do Robo#27 (24V e 5V), por todo o controlo motriz e também pelo driver de potência dos motores.

Como já foi dito esta placa permite o controlo motriz e alimenta os motores através dos seus drivers. O controlo motriz pode ser feito directamente através da placa microcontroladora, utilizando sinais PWM, ou pode ser feita através do integrado HCTL-1100, o qual nos permite efectuar controlo de velocidade e de posição.

Os drivers de potência podem também ser escolhidos entre os integrados L293B e LMD18200. A principal diferença ente eles é a potência fornecida aos motores, daí a inclusão dos dois circuitos permitindo que mediante a função a desempenhar assim possamos escolher entre um integrado que fornece menos potência logo consome menos recursos (L293B) e um integrado mais potente mas também mais “guloso” (LMD18200).

Como cada motor necessita de um sinal de PWM (responsável pela velocidade) e um sinal de controlo de direcção, temos as seguintes hipóteses de funcionamento para cada motor, como se pode ver pela figura nº14.

Figura nº 14:  Interligação entre a placa microcontroladora e o motor

 

Desta forma dependendo da função a desempenhar temos uma vasta escolha para o controlo motriz e de potência do robô.

 

 

Figura nº15 – Placa de potência

 

Software

Chegou a hora de introduzir “inteligência” no robô ou seja, como se trata de um sistema autónomo ele terá de tomar decisões mediante dados que ele próprio adquire.

É através da programação que iremos controlar todos os sinais que por sua vez controlam a electrónica adjacente ao Robo#27.

Esta programação pode ser feita directamente na placa microcontroladora , sendo então todo o processamento executado nela, ou então, podemos dividir tarefas e acoplar um PC ao robô, libertando assim o processamento no micro.

 

Figura nº 16:  Filosofia Mestre / Escravo

 

Desta forma estamos a utilizar uma filosofia de mestre / escravo onde as decisões se tomam a um nível superior (PC) e as acções são executadas pela micro mediante as decisões tomadas.

 

Perspectiva geral do robô construído:

 

 

Projecto Desenvolvido por:

            Adilia Almeida – adiliaalmeida@net.sapo.pt

            Luis Tomás      - luistomas@net.sapo.pt