Resumo— O ambiente atual, com a ampla automatização dos processos industriais, modificou profundamente a gestão das empresas. Neste contexto, a inovação aparece como fator chave do sucesso ou insucesso dos empreendimentos empresariais. A inovação tecnológica torna-se cada dia mais importante no processo de desenvolvimento. A tecnologia é o motor da inovação industrial e passa a ser o diferencial competitivo no mercado. Ela se origina a partir de uma atividade de concepção que leva em conta simultaneamente os problemas que uma empresa necessita resolver, os procedimentos existentes e os conhecimentos científicos passíveis de serem utilizados na solução do problema. Este projeto foi definido formalmente a fim de contribuir, junto aos alunos, o desenvolvimento do raciocínio e da lógica, favorecer a interdisciplinaridade, instauração do planejamento, fomentar a pesquisa, estimular a criatividade e desenvolver o trabalho em equipe por meio de uma abordagem prática de ensino-aprendizagem mediante a utilização da robótica, visando preparar e motivar os alunos para prosseguir nos estudos acadêmicos e na vida profissional dos diversos ramos da engenharia.

I. INTRODUÇÃO

A utilização da tecnologia na solução de problemas da empresa necessita da aplicação sistemática de conhecimentos científicos, técnicos e de gestão destinados a melhorar as atividades associadas aos objetivos operacionais e estratégicos da empresa. Esse processo exige profissionais qualificados que dominem um conjunto específico de métodos e técnicas que permitem explorar a variável tecnológica no desenvolvimento da empresa, ou seja, que dominem o processo de gestão da tecnologia.

Neste sentido foi criado o Grupo de Pesquisa em Automação Industrial e Robótica Móvel (GP-AIROM), no ano de 2012, com o intuito de promover à pesquisas e a realização de extensão, nas áreas de Automação Industrial e Robótica, junto a comunidade a qual o CEFET/MG, Unidade Varginha, está inserida.

Este projeto visa despertar o interesse na participação da Competição Brasileira de Robótica (CBR), em sua modalidade Corrida de Robô Humanoides (HRR - Humanoid Robot Racing), categoria IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) algo inédito na Unidade Varginha, do

Paulo Henrique Cruz Pereira é professor do Departamento de

Mecatrônica (DMCVG), do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, CEFET-MG, Unidade Varginha, Varginha, MG, Brasil (fone: 35-3690-4231; fax: 35-3690-4200; e-mail: paulovga@varginha.cefetmg.br).

Anna Paula Maldonado Pereira, aluna do curso de Engenharia de Produção, modalidade presencial, do Centro Universitário do Sul de Minas, UNIS, Varginha, MG, Brasil (e-mail: annapaulamaldonado@hotmail.com).

Cristhian Allan Silva é aluno do curso de Ciência da Computação, do Centro Universitário do Sul de Minas, UNIS, Varginha, MG, Brasil (e-mail: Cristhian_allan2010@hotmail.com).

CEFET/MG, o que por si só gera um grande interesse dos alunos devido a tratar-se de robôs humanoides.

Neste sentido tem-se, como objetivos gerais:

• Despertar o interesse dos estudantes diretamente envolvidos com o projeto para área da pesquisa e engenharia;

• Proporcionar condições e desafios para que os mesmos possam iniciar suas atividades em áreas correlatas a de seus cursos; e

• Aprender a dar soluções de problemas de maneira criativa, rápida, flexível, robusta de forma a satisfazer as necessidades impostas.

Já como objetivos específicos se têm:

• Possibilitar a participação ativa dos estudantes;

• Possibilitar a experimentação real;

• Exercitar na prática as habilidades que os estudantes devem desenvolver para atuarem como técnico ou engenheiros;

• Ser compatível com o nível de conhecimento prévio dos estudantes, os adquiridos ao longo do curso (anos anteriores) e com suas histórias de vida;

• A abordagem deve criar a motivação em três instâncias: para o projeto em si, para o curso e para a profissão;

• Despertar a curiosidade para a pesquisa científica e tecnológica por meio da possibilidade de publicação de artigos científicos e participação em eventos de natureza científica como simpósios, congressos e competições;

• Proporcionar a interação entre os estudantes do projeto com relação a convivência e trabalho em equipe para solução dos problemas;

• Desenvolver os conhecimentos fundamentados em sala de aula e trazidos para a realidade mediante desafios que envolvem um projeto;

• Provocar o desafio da autoaprendizagem, em que o orientador atua somente como um “consultor” orientando como os estudantes poderão encontrar possíveis soluções para o seus problemas no projeto; e

• Permitir a participação em competições de Robótica, no âmbito local, regional e nacional.

Corrida de Robôs Humanoides – HRR IEEE

Paulo Henrique Cruz Pereira, Anna Paula Maldonado Pereira, e Cristhian Allan Silva.

II. METODOLOGIA

Neste projeto a metodologia de trabalho a ser utilizada está fundamentada na Teoria de Aprendizagem Construcionismo que tem sua origem com o trabalho desenvolvido por cientistas do MIT, liderados por Seymour Papert.

Uma estratégia de aprendizagem eficaz consiste no desenvolvimento de projetos em grupo. Os projetos devem ser suficientemente abertos para permitirem abordagens diferentes e ao mesmo tempo restritos o suficiente para permitir que diferentes abordagens sejam comparadas (Papert, 2008). A ideia defendida por Papert aqui é a de que não são as regras de resolução que resolvem o problema; é pensar sobre o problema que promove a aprendizagem. Além disto, a discussão de um problema com outra pessoa também contribui para promover a aprendizagem.

Na visão construcionista, não existe um “método de ensino”, porque isto pressupõe transmissão de conhecimentos e, “quando o conhecimento é distribuído em minúsculos pedaços, não se pode fazer nada, exceto memorizá-lo na sala de aula e escrevê-lo no teste” (Papert, 2008). Papert critica assim a concepção tradicional da escola, que considera a inteligência como inerente ao ser humano, desnecessária e até impossível de ser desenvolvida. Ao contrário disto, ele afirma que só quando o conhecimento está integrado num contexto de uso pode-se ativá-lo e, ao corrigir sucessivamente as falhas de compreensão, realmente adquiri-lo.

O professor, dentro da teoria construcionista, tem um papel não apenas técnico de promover a aprendizagem, planejando e coordenando as atividades desenvolvidas na forma de projeto pelos alunos, mas também de ser um construtor do seu próprio conhecimento pedagógico. Isto só pode ocorrer, segundo Papert, se o professor também estiver envolvido sintonicamente com a atividade de aprendizagem em questão. Assim como Piaget afirmou que brincar é o trabalho das crianças, Papert relata que é preciso desenvolver a ideia de que o trabalho deve ser o “brinquedo” (divertido e prazeroso) dos adultos.

Para participação na Competição Brasileira de Robótica (CBR), em sua modalidade de Corrida de Robôs Humanoides -- IEEE HRR, utiliza-se-á um robô humanoide, modelo Bioloid, Figura 1 e Tabela 1.

O Bioloid tem a possibilidade de construção de vários tipos de robôs, inclusive robô humanoide bípede, possuindo vários sensores incluindo giroscópio, DMS (Distance Measurement Sensor), infra vermelho (Infra Red - IR), capacidade de controle remoto via IR e ZigBee, controlador principal ARM Cortex de 32bits, programação em C e software de ambiente 3D gráfico de construção do robô e sua programação. A fim de possibilitar a compreensão nas áreas de eletrônica, mecânica e programação este robô é fornecido totalmente desmontado, devendo os estudantes realizarem sua montagem correta.

Figura 1. Robô humanoide construído com o Kit Bioloid.

TABELA 1. INFORMAÇÕES DO ROBÔ.

Dimensões Altura:

397 mm Peso:

1,7kg Pernas:

185 mm Eixos:

16 (DOF) Material:

Plástico Processador:

CM-530 / ARM Cortex

Sensores Internos STM32F103RE Nome/Tipo Função / Descrição Motores:

Giroscópio Para controlar o balanço Dynamixel Distância (DMS)

Detectar obstáculos à frente AX-12 Bateria:

Encoder Para controlar os ângulos dos Li-Po; 11,1V; braços e pernas 1000mA

As etapas do projeto foram definidas da seguinte maneira:

• Atividade 1 - Aquisição e preparação do material necessário. Nesta etapa foram realizadas as especificações e aquisições de todo material necessário ao projeto, bem como a preparação e seleção do material de contrapartida da instituição, reservas de salas e infra-estrutura a serem utilizadas;

• Atividade 2 - Seleção dos estudantes. Etapa em que forão selecionados os estudantes bolsista para participarem deste projeto, podendo ser de cursos de engenharia ou computação;

• Atividade 3 – Estudos iniciais e nivelamento - Robô de Resgate (Rover) e Humanoide. Nesta fase o professor orientou a todos os bolsistas quais os assuntos que deverão ser abordados em seus estudos de nivelamento. Atividade na qual os estudantes realizam um estudo bibliográfico sobre os assuntos a serem abordados neste projeto, bem como pesquisas de cunho do benchmarketing;

• Atividade 4 – Organização de dados e implementação dos modelos de simulação (CBR). Nesta etapa o professor deverá apresentar os robôs Bioloid e NAO, bem como realizar um minicurso de métodos construtivos utilizando-se o robô Bioloid. Também deverá realizar um minicurso sobre a linguagem de programação C e o ambiente de programação dos robôs;

• Atividade 5 – Simulação, teste e análise de resultados (CBR). Nesta etapa o professor atuará principalmente como “consultor”, orientando e fazendo análises sob diferentes condições construtivas e programação do robô humanoide. Os resultados da simulação serão avaliados, discutidos e validados. Esta atividade consiste basicamente na construção e programação do robô que irá participar da Competição Brasileira de Robótica (CBR), modalidade Corrida de Robôs Humanoides, IEEE HRR, fase nacional. Bem como participações em feiras e simpósios locais e regionais para divulgação do trabalho realizado;

• Atividade 6 – Participação na Competição Brasileira de Robótica (CBR). É a fase do período de participação na Competição Brasileira de Robótica (CBR), fase nacional, modalidade Corrida de Robôs Humanoides -- IEEE HRR; e

• Atividade 7 - Relatório Final e publicação de artigo. Produção de um relatório descrevendo métodos, resultados obtidos, conclusões e recomendações para trabalhos futuros. Também poderá ser realizada uma produção de artigo científico a ser apresentada em congressos, seminários e ou jornadas científicas.

III. GESTÃO DO PROJETO

A estruturação da metodologia, já descrita anteriormente, tem por objetivo criar sintonicidade e facilitar a assimilação e acomodação.

A fase de exploração do tema focaliza a atenção dos estudantes para o projeto a ser desenvolvido criando a motivação e o envolvimento necessário. A fase de desafio é importante para estabelecer a conexão entre o problema atual e os conhecimentos e estratégias adquiridos anteriormente.

A experimentação real possibilita aos estudantes agir diretamente sobre os objetos e abstrair suas propriedades físicas. Este processo é chamado de abstração empírica. Na fase de solução do desafio, as concepções pré-existentes e as descobertas derivadas da ação direta sobre os objetos são combinadas visando a resolução do problema. Esta fase também irá fornecer os elementos cognitivos necessários para criar generalizações e reestruturações do conhecimento. O processo que permite estas generalizações é chamado de abstração reflexiva, e irá ser utilizado pelos estudantes na fase de reelaboração do conhecimento para construir representações formais do conhecimento.

Entre os instrumentos a serem utilizados para observar os resultados, se podem citar a observação direta do comportamento dos estudantes na realização do projeto, a

análise da documentação escrita, a aplicação de questionários, e a realização de entrevistas informais. Nas atividades práticas, também os protótipos foram considerados para análise dos resultados. Os instrumentos foram selecionados levando-se em conta que a classe de fenômenos da aprendizagem a ser observada não é facilmente avaliada em termos quantitativos. Em outras palavras, os instrumentos utilizados permitem detectar um nível qualitativo de consecução das aprendizagens desejadas, sem efetivamente medi-las no sentido quantitativo.

Por observação direta, entende-se, neste projeto, a técnica de coletar informações sobre um dado fenômeno diretamente no contexto em que o mesmo ocorre, tendo-se como base teórica a obra de Minayo, 2001, em que se aplica nos casos que tenham os fatores a serem observados são numerosos, complexos e não admitem medidas quantitativas.

A análise de relatórios permite verificar um amplo espectro de fatores tais como a organização das ideias, o conteúdo, a lógica do raciocínio, a clareza, o domínio dos conceitos, a criatividade, o senso crítico, a capacidade de expressão, entre outros, conforme foi possível compreender (Santana, 1999).

As entrevistas informais, bem como os questionários escritos, tem por objetivo a coleta de informações objetivas e subjetivas, sendo estas últimas relacionadas aos valores, atitudes e percepções do entrevistado.

Por fim, são realizadas reuniões semanais, em datas e horários a serem definidos mensalmente pela equipe do projeto, para se verificar o andamento dos trabalhos, dirimirem dúvidas que possam ter surgidas ao longo dos trabalhos, orientação para os próximos passos, bem como apresentação de caminhos a serem tomados para que se encontrem as possíveis soluções dos problemas que se apresentaram ao longo do trabalho.

IV. RESULTADOS E IMPACTOS ESPERADOS

Ao final do projeto os estudantes deverão ter criado uma maquete de um robô humanoide e com movimentação autônoma ou ter os conhecimentos necessários para programação e adaptação do robô NAO. Em ambos os casos a finalidade é a participação na Competição Brasileira de Robótica, modalidade IEEE HRR em que se deverá observar as regras das competição conforme disponível em <http://www.cbrobotica.org/?page\_id$=$91$\&$lang$=$pt>.

Outra meta a ser atingida é a publicação de um artigo referenciando-se ao trabalho desenvolvido neste projeto em um seminário, congresso ou jornada científica.

Não se pode deixar de destacar a meta principal desde projeto que consiste na permanência dos estudantes no curso e a continuidade dos estudos em um curso correlato ao projeto (mecânica, controle, automação, elétrica e computação).

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao Centro Federal de Educação

Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), ao Centro Universitário do Sul de Minas (UNIS), ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e à Fundação de Amparo a Pesquisa de Minas Gerais (FAPEMIG), pelo apoio na realização e publicação de mais este trabalho.

REFERENCIAS

[1] S. Papert, “A Máquina das Crianças: repensando a escola na era da informática”, Porto Alegre: Artmed, 2008, p. 216.

[2] M. C. Minayo, “Pesquisa Social: teoria, método e criatividade”, 18a ed., Petrópolis: Vozes, 2001.

[3] I. M. Santana, “Por que avaliar? Como avaliar? critérios e instrumentos”, Petrópolis: Vozes, 1999.

[4] Delors, Jacques et al., “Educação um tesouro a descobrir”, Brasilia: UNESCO, 2010.

[5] W. A. Bazzo, L. T. V. Pereira e I. V. Linsingen, “Educação Tecnológica: enfoques para o ensino de engenharia”, Florianóplis: UFSC, 2000.

[6] P. H. C. Pereira, “Robótica Pedagógica: uma aplicação em sala”, Três Corações, MG: UNINCOR, 2004.

[7] J. Souza e R. Royer, “Implantação de um sistema AGV - Veículo Guiado Automaticamente um estudo de caso,” em A Gestão dos Processos de Produção e as Parcerias Globais para o Desenvolvimento Sustentável dos Sistemas Produtivos, Salvador, 2013.