Grupo 2 - Marvin

Luis Guilherme Clementino, Gustavo Cavalieri, Lucas Mattos e Gustavo Teixeira Gomes.

Introdução

Neste primeiro trabalho foi proposto a criação de um manipulador robótico, feito com o kit lego fornecido na disciplina.

Principais decisões tomadas

• Construir um manipulador com duas juntas: Revolução (na base) e Prismática (no braço).
• Construir uma caixa de redução da base (aproximadamente 243:1) e um pequeno sistema de redução para o braço.

Desafios Encontrados

• Handy board #2 defeituosa → Não conseguia rodar ambos os motores juntos sem corrente DC proveniente da tomada.
• Trancos e instabilidade na junta de revolução.
• Braço retrátil suficientemente grande e leve para segurar a caneta.
• Instabilidade nos testes.

Fotos e Videos do experimento e do desenvolvimento

Video das etapas de desenvolvimento

Galeria de Fotos

Introdução

Neste segundo trabalho foi proposto a criação de um robô móvel capaz de desenhar trajetos predeterminados como uma linha, um quadrado ou um triângulo. O robô também deveria ser capaz de realizar multitarefas como acender leds, tocar musica e se locomover.

Principais decisões tomadas

• Construir um robô móvel de três rodas sendo duas delas motorizadas e uma direcional.
• Utilizar rodas menores para proporcionar maior estabilidade e controle.
• Implementar a estrutura da caneta de forma leve e eficiente.
• Não utilzar correias ou eixos de rotação para implementar reduções.
• Proporcionar ao robô uma certa velocidade fazendo pequenas reduções nas rodas motorizadas.
• Determinar experimentalmente a velocidade e a rotação do robô dada uma certa potência dos motores, sendo assim possível determinar o tempo de funcionamento para o desenho das figuras geométricas. (Fator de Rotação e Translação)

Desafios Encontrados

• Configurar as ações dos LED's na Handy Board.
• Encontrar a altura ideal da caneta e sua estrutura.
• Comportamento diferente dos motores.
• Encontrar o fator de translação e rotação do robô.

Análise Experimental

Visando avaliar o impacto do comportamento diferente dos motores foi proposta uma avaliação experimental para o movimento de translação e rotação.

• Erro de translação: Acionar os motores simultaneamente por um tempo constante, ao final medir a distância percorrida. Devem ser utilizados os seguintes valores de potência: P = 20%, 40%, 60%, 80% e 100%.

Para cada potência do motor foram executados 5 (cinco) testes. O gráfico abaixo apresenta a média da distância percorrida pelo robô para cada valor de potência. A barra de erro nos mostra os menores e maiores valores respectivamente.

• Erro de translação: Acionar os motores simultaneamento e por um tempo constante, ao final medir a distância percorrida. Devem ser utilizados os seguintes valores de potência: P = 20%, 40%, 60%, 80% e 100%.

Fotos e Videos do experimento e do desenvolvimento

Galeria de Fotos

Videos:

Teste de rotação com sobrepeso

Introdução

Neste segundo trabalho foi proposto a adição de sensores ao robô móvel criado no trabalho prático 2 para que ele fosse capaz de realizar as seguintes tarefas:

• Line Following: Seguir uma linha demarcada através do uso de um sensor óptico-reflexivo.
• Indentificação de cores de blocos: Um bloco colorido seria colocado na frente do robô e ele seria capaz de indentificar a cor do bloco.

Desafios Encontrados

• Montagem de um sensor óptico-reflexivo (Emissor e receptor) → Compra de um sensor pronto.
• Line following com o sensor óptico-reflexivo posicionado próximo ao eixo do robô
• Diferenciar os blocos através dos dados coletados pelo sensor LDR
• Incerteza dos dados do sensor LDR.

Principais decisões tomadas

• Construção de uma estrutura para segurar os leds e o sensor LDR.
• Montagem de um circuito para o sensor óptico-reflexivo.
• Posicionamento do sensor óptico-reflexivo a frente do robô
• Identificação dos blocos através da calibragem do robô com a luz ambiente.

Análise Experimental

Visando avaliar o comportamento dos sensores foi proposta uma avaliação experimental. Em cada um dos testes um bloco foi colocado a frente do robô, sua distância foi variada e o valor recebido pelo sensor foi captado.

No primeiro teste o bloco amarelo foi colocado a frente do robô, sua distância foi variada e os resultados foram colocados no gráfico abaixo:

O mesmo foi feito para o bloco vermelho:

Ligando ambos os motores durante a medição do bloco amarelo para um distância de 3mm temos o gráfico:

Média: 200 | Desvio Padrão: 0.0

Podemos notar que a medição do sensor não foi influenciada pelo funcionamento dos motores.

Finalmente testamos variar a distância de um bloco vermelho durante a medição do sensor. Como esperado, a variação do sensor é evidente a mendida que o bloco é aproximado ou afastado do robô.

Podemos notar que as variações do sensor durante as medições são quase imperceptíveis, exceto quando algum fator externo é alterado como: luz ambiente ou distância do objeto.

Fotos e Videos do experimento e do desenvolvimento

Galeria de fotos:

Videos:

Introdução

No quarto trabalho prático da disciplina foram propostas adaptações ao robô com o objetivo de familiarizar-se com técnicas básicas de controle, e o desenvolvimento de odometria básica.

Principais decisões tomadas

• Alterar a estrutura de engrenagens do robô visando obter mais estabilidade e controle.
• Construção de uma caixa de câmbio para guardar as engrenagens.
• Alterar a posição dos LED's frontais para facilitar a identificação dos blocos.
• Adicionar um sensor óptico-reflexivo para identificação de objetos presentes a frente do robô.
• Adicionar dois sensores óptico-reflexivo em ambos os lados do robô para a detecção de paredes.
• Montagem de dois sensores break-beam para a implementação da odometria básica do robô.
• Utilizar uma das pequenas engrenagens de lego junto ao sensor break-beam para medir a odometria.
• Montar um sensor LDR diferencial utilizando filtros polarizados para identificar o lado do campo que o robô se encontra.

Desafios Encontrados

• Construir uma estrutura de redução que garantisse um bom centro de gravidade e estabilidade. Essa questão foi intensamente testada na esperança de o robê ser capaz de subir a rampa que deve ser introduzida na competição final.
• Regular o sensor óptico-reflexivo dianteiro para encontrar a distância ideal de detecção de objetos.
• Regular a odometria de forma correta de tal forma a permitar o robô andar em linha reta.
• Encontrar o breaker ideal para se utilizar junto ao sensor break-beam.

Fotos e Videos do experimento e do desenvolvimento

https://flic.kr/s/aHsjY3Dqu1

Introdução

O objetivo da competição final da disciplina foi utilizar todos os conhecimentos adquiridos durante o semestre para criar um robô de resgate.

Sensores

• Dois sensores óptico-reflexivo, sendo um para identificar a presença de cubos na boca do Marvin e o outro para fazer o controle do mecanismo de chute.
• Uma combinação de um LED RGB de 4 pinos, com um LDR 7mm, para a identificação de cor.
• Um LDR diferencial que foi utilizado para localização do robô.
• Dois sensores break-beam para a implementação da odometria - Shaft Encoding.
• O sensor que identificava a presença de cubos também foi utilizado para identificar a luz de partida.

Estratégias

O Marvin #5 tinha como principal estratégia “chutar” apenas as pistas relevantes, presentes no campo de competição, para dentro de seu compartimento. Após ter pistas suficiente o Marvin retornaria a base para ganhar os pontos.

Estrutura

Toda a estrutura do robô foi planejada para apanhar o máximo de pistas possível através da frente do robo. Os cubos entrariam por uma parede angular (45º), o que os direcionaria para o corredor de detecção. Nesse corredor estava posicionado o sensor óptico-reflexivo que identificava as pistas relevantes e acionava o mecanismo de chute. Os cubos eram então empurrados para o compartimento interno do robô, o que permitia que o Marvin caminhasse com eles pelo campo e os trouxesse até a área de resgate.

Devido ao posicionamento estratégico do sensor óptico-reflexivo, as pistas falsas (cubos pretos) eram todos ignorados pelo robô. Dessa maneira não foi necessário utilizar o mecanismo de detecção de cores.

A competição

No início o Marvin #5 estava precisando de alguns ajustes finais. O primeiro turno de partidas foi um tanto quanto marcado por azar e incertezas. Várias vezes o Marvin foi capaz de se locomover pelo campo e chutar blocos para dentro, porém ele acabou bloqueado por outros competidores, paredes, rampa e pelo mecanismo de chute. Felizmente a equipe não foi penalizada nenhuma vez mas também não conseguiu marcar pontos.

No intervalo foram feitas algumas alterações que permitiram um resultado brilhante no segundo turno. Em uma das partidas o Marvin #5 conseguiu coletar dois blocos verdes e um vermelho e trazer-los pra base, o que garantiu a liderança da primeira fase para o robô futebolístico.

Na final o Marvin ganhava a competição até os acrécimos do segundo tempo, quando após errar 7 chutes seguidos de pistas importantes acabou trazendo um bloco preto para a base. O bloco não foi empurrado para dentro do robô, mas foi empurrado até a base devido ao mecanismo que permitia que blocos ficassem agarrados na parte de frente do Marvin.

Foi uma derrota frustrante porque o Marvin #5 vinha ganhando a final e os adversários pouco fizeram.

Desafios Encontrados

• Utilizar peças de LEGO encaixadas em angulo. Dessa maneira as peças acabam não se encaixando corretamente o que dificulta muito a distribuição de altura do robô.
• Montar a estrutura de redução dos motores para as rodas. Devido a limitação de espaço as engrenagens foram colocadas de tal maneira que as vezes escapavam umas das outras. Foi necessário uma reformulação completa dessa estrutura através do uso de correias (ver fotos do desenvolvimento).
• Implementar a odometria do robô utilizando Shaft Enconding. A variação de potência dos motores em valores muito baixos se mostrou um enorme problema já que uma pequena variação nao permitia o robô andar reto.

Fotos do desenvolvimento

Videos