ATLAS

Dep. de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro

ATLASRobot móvel para competição no ROBOTICA 2003

Realizado por:José Luís SilvaJosé Miguel Gomes

Orientado por:Prof. Dr. Vitor Santos

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O objectivo principal é o desenvolvimento de um robot móvel para competir na classe de Universidades e Institutos politécnicos do Festival Nacional de Robótica – ROBOTICA2003.

A tarefa principal é a de seguir um percurso em forma de estrada com diversas perturbações como cruzamento, passadeira, semáforos, ou túnel.

Objectivos:

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- Dimensões e geometria da pista;

- Visão artificial; - Obstáculos a ultrapassar:

Regulamento:

• Passadeira

• Semáforos• Linhas da pista

• Túnel

• Parque de estacionamento

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- Concepção;

- Estrutura e componentes mecânicos;

- Percepção;

- Controlo.

Problemas principais:

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Sistema de tracção e direcção comum: - Direcção e tracção realizada por dois motores (diferença de vel. angulares)

- Maior manobrabilidade - Possibilidade de girar 360º sobre si próprio - Maior limitação na distribuição do peso (momentos de inercia).

Sistemas de tracção e direcção:

Motor 1 Motor 2

Roda livre

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- Obriga à utilização dos motores de tracção e direcção no mesmo eixo.

- Solução abandonada face aos nossos objectivos ao nível concepcional.

Motor de tracção

Motor de direcção

- Sistema de tracção e direcção na mesma roda:

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- Mecanicamente mais complexo - Obriga ao uso de um diferencial mecânico - É uma ideia inovadora neste tipo de concurso - Mais aliciante devido ao desafio imposto - A direcção é feita à frente - Permite uma distribuição de peso mais flexível

- Sistema de tracção e direcção independentes:

Diferencial mecânico

Direcção

- Forma (circular, ovalada, quadrada, hexagonal);

- Estética (beleza);

- Dimensões físicas do robot (largura da pista e momentos resultantes);

- Centro de massa (abaixamento em relação ao solo).

Geometria e design do robot:

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- Madeira (pisos);- Alumínio com ligações soldadas (estrutura);- Material compósito (casquilhos e calços);- Aço (suportes do diferencial);- Zinco, nylon e acrílico (suportes).

Tipos de materiais utilizados e estrutura:

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- prioridade de localização do diferencial;- minimização do espaço disponível;- localização do centro de massa.

mmmi

ximiXc 200

mmmi

yimiYc 231

mmmi

zimiZc 205

Disposição dos componentes:

Componentes e acessórios:

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- Fonte de alimentação ATX AC/DC;

- Power inverter DC/AC;

- Botão de emergência.

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O motor da direcção é um motor passo-a-passo:

- Disponibilidade imediata do material.

- Facilidade no controlo do deslocamento angular, tanto em malha aberta como em malha fechada.

- A direcção é executada por um sistema de correia/roda dentada com uma relação de 1:2.

Na questão da escolha do motor de tracção foi feito um estudo prévio para estimar a potência e binário necessários.

Escolha dos motores:

Como inputs temos (valores previstos):

- Massa =30Kg- Vel. Max = 2m.s-1

- Aceleração = 1m.s-2

- rodas tracção = 160mm

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rpmnxnrnrv 7.2381080.2.2.2.. 3

Determinamos o número de rotações por minuto à saída:

NF

NN

NamF

Ngm

FaFrF

NP

FrFaF 92.88

6.294

..

.

Sistema de forças aplicadas ao robot:

Wattn

MbP

mNxraioFrodaMb

17860

2.144.7

114.7108092.88.)( 3

Determinação do binário e potência necessária:

Com base nestes resultados, o motor escolhido foi o MAXON RE40:

- Potência debitada (150W a 7580r.p.m.)- Binário do motor (181mN.m)- Caixa redutora 1:15 (redução total=1:30)

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SENSORES:

Percepção:

- Webcam

- Sensor da passadeira- Sensor de passagem no túnel- Sensores dos semáforos

SENSORES:

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- Suportes

ESPELHOS CONCORRENTES:

- Sistema de afinação- Perspectiva das

imagens obtidas

- Alargamento do ângulo de visão

Controlo:

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CONTROLO DA DIRECÇÃO:

- Motor passo-a-passo- Transmissão 1:2- Servostepper

- Potenciómetro

CONTROLO DA TRACÇÃO:

- Motor Maxon RE40 (150W)- Transmissão

- Servocontrolador

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ALGORITMOS DE NAVEGAÇÃO:

- Aquisição da imagem- Divisão da imagem ao meio- Análise das duas imagens

- Cálculo do Vref

KdVrefVidealVrealKpVidealVrealVref ii 1)()(

Sistema de Processamento e Interface:

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- Celeron a 700MHz- 448 MB de memória RAM

- Labpc+

- Microsoft Windows 2000 Pro

- MatLab 6.1 + VFM

Participação no Festival:

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- 1ª Ronda – 3º Lugar com 98 s; - 2ª Ronda – 7º Lugar com 546 s; - 3ª Ronda – 3º Lugar com 238 s; - Classificação final – 4º Lugar com 882 s.

RESULTADOS OBTIDOS:

VIDEO 1

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VIDEO 2

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VIDEO 3

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Nova abordagem de Navegação:

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- Nova colocação da webcam

- Alargamento do campo de visão

- Sistema preditivo

- Cálculo da trajectória

Conclusões e Elementos Mais Marcantes:

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- No global, a solução construtiva mostrou-se até ao momento apropriada aos objectivos iniciais.

- Limitações na percepção e software associado.

- Os espelhos concorrentes permitiram maior campo de visão.- O diferencial mecânico só apresentou até ao momento dois inconvenientes: o peso e as folgas.

ELEMENTOS MAIS MARCANTES- Estrutura em alumínio soldado - Uso de diferencial mecânico - Unidade robusta de controlo de direcção (servostepper) - Sistema de percepção baseado em espelhos concorrentes

Agradecimentos:

- Prof. Dr. Vítor Santos

- Eng. António Festas

- A todos os nossos colegas

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- Eng. Ricardo Jorge

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OBRIGADO