UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS – UNICAMP

CENTRO SUPERIOR DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA - CESET

PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

Título do Projeto: Integração de dispositivos robóticos a sistemas de apoio ao aprendizado

utilizando a plataforma Arduino.

Aluno: Julio Cesar Bortholotto (RA: 081816)

Orientador: Prof. Dr. Marcos Augusto Francisco Borges (CESET)

Co-orientador: Dr. João Vilhete Viegas d’Abreu (NIED)

Resumo

Muito se tem estudado sobre o uso de robótica no aprendizado. Paralelamente, existem vários trabalhos de desenvolvimento de sistemas computacionais de apoio ao aprendizado. Este projeto tem como objetivo avaliar qual o impacto da integração de robótica a sistemas computacionais para aprendizado. Será que a visualização física de conceitos trabalhados usualmente apenas em interfaces gráficas computacionais por sistemas de apoio ao aprendizado aumenta o entendimento do assunto pelos aprendizes? Quais as vantagens e desvantagens da integração dessas duas realidades? Este projeto busca analisar essas perguntas, a partir de uma abordagem prática, que consiste na realização de movimentos concomitantes de um dispositivo robótico externo em função de uma determinada ação na tela do computador em sistemas de apoio ao aprendizado previamente existentes.

1. Revisão do plano inicial

Muito se tem estudado sobre o uso de robótica no aprendizado. Os próprios orientadores deste projeto já realizaram vários projetos envolvendo essa realidade. A grande maioria apresenta resultados bastante favoráveis.

Paralelamente, existem vários trabalhos de desenvolvimento de sistemas computacionais de apoio ao aprendizado. O grupo de pesquisas DAFE do NIED (DAFE, 2009), do qual são membros o orientador e o co-orientador deste trabalho, já desenvolveu inúmeros exemplos de sistemas com esse objetivo.

A utilização da Robótica como forma de se enriquecer o ambiente de aprendizagem nas mais diferentes áreas de conhecimento tem se constituído em um recurso bastante utilizado em todos os níveis de ensino (CHELLA, 2002). Este projeto tem como objetivo avaliar qual o impacto da integração de robótica a sistemas computacionais para apoio ao aprendizado previamente existentes. Este projeto não almeja estudar sistemas especificamente construídos para trabalhar com robótica. A meta é avaliar qual o impacto nos aprendizes de se oferecer em sistemas de apoio ao aprendizado, além da interface gráfica, uma visualização física do que está sendo trabalhado no sistema.

Em trabalhos anteriores, os autores avaliaram o uso do framework GoGo Board, uma arquitetura aberta e de baixo custo, em projetos de robótica pedagógica. Embora os resultados

relacionados à aprendizagem tenham sido positivos, as placas apresentaram muitos problemas físicos ao longo do uso, o que mostrou que o framework pode ser pouco robusto para este tipo de aplicação. Conforme Ramos et al. (2007), a plataforma Arduino (2009) também é aberta e apresenta custo similar. Este projeto também visou estudar a viabilidade do uso desta plataforma para este fim.

Os resultados deste projeto foram o estudo da plataforma Arduino e a avaliação das vantagens potenciais que o uso de robótica associada a sistemas de apoio ao aprendizado pode trazer.

A seção 2 discute brevemente a placa Arduino e as seções 3 e 4 os sistemas computacionais de apoio ao aprendizado que foram utilizados ao longo do projeto. A seção 5 resume a dinâmica conduzida.

1.1. Cronograma e Metas Semestrais

Atividades Desenvolvidas:

- As metas a serem atingidas no primeiro semestre são:

a) Avaliação de placas Arduino;

b) Estudo da integração entre a placa Arduino e programas sendo executados em computador;

- As metas a serem atingidas no segundo semestre são:

c) Construção de célula do Jogo da Fábrica;

d) Construção do Mundo do Robô (versão robótica);

e) Condução das dinâmicas.

2. Avaliação das placas Arduino

A Arduino é uma placa que pode se conectar a vários outros dispositivos, com a qual se pode aplicar ações ou ler informações deles. Utilizando comandos pré-configurados na Arduino, ela passa a ser um centro de controle capaz de manipular diversos tipos de aplicações.

A seguir será apresentado como é a Arduino, alguns comandos básicos de manipulação dos dispositivos, e como podemos programá-la a partir de um computador convencional.

Figura 1: A

A A

Neste proj(2”x2,7”) efonte de en

Outcapacidadeespaços resuso dessescusto e masendo utiliz

A Pesta energiexterna. Se(Fig. 1 – It

A Areiniciar a seguida e rnão há necdo código

As provindos

Arduino Die

Arduino poseto estudame um cabo cnergia para a

tros modeloe de memórstritos. Tod

s recursos aaior disponzada.

Placa necessia é fornecie a placa nãtem 2) ligad

Arduino posplaca. Quanreiniciando

cessidade deautomaticam

entradas Ade sensores

ecimila. Ene

ssui vários mmos o modeconector USalimentar a

os da Arduria para os avia, no pro

adicionais ennibilidade n

sita de 5V pida através

ão está ligadda à tomada

ssui um botndo algum a execução

e fazer uplomente.

Analógicas s, botões, ch

2

1

ergia(1 e 2)

modelos de elo ArduinoSB para complaca.

ino são capcomandos,

ojeto em quncontrado n

no mercado

para seu fundo cabo U

da ao compu, ou a qualq

tão Reset (Fdeles é ativo do código

oad novame

(Fig. 1– Itehaves, poten

, Reset(3 e

placas, como Diecimilamunicação

pazes de coou até são

ue essa placanos demais

e cumpre

ncionamentoUSB (Fig. 1utador, pod

quer outra fo

Fig. 1 – Itemvado a placao desde o inente do com

em 5) servnciômetros,

4

4), Pinos A

m quantidada, que compcom o com

ontrolar maio menores pa está sendomodelos. Otodos os re

o. Quando e1 – Item 1)de ser alimenonte, pilhas

m 3) e um pa se desliganício. Nesta

mputador, a p

vem usualmetc.

4

nalógicos(5

des de portapõe uma pl

mputador, qu

is dispositivpara se adeqo utilizada, nO modelo Dequisitos do

ela está con, não necesntada atravéou baterias

pino Reset a completama ação nenhplaca já liga

mente para r

5) e Pinos D

as e tamanholaca de 5cmue também

vos, ou posquar a aplicnão se faz n

Diecimila teo projeto n

nectada ao cssitando deés de uma fs, que a forn

(Fig. 1 – Itmente, relighum códigoa e começa

recebimento

3

5

6

Digitais(6).

os variados.m x 6,85cmserve como

ssuem maiscações comnecessário oem o menorna qual está

omputador, uma fontefonte de 5Vneça 5V.

em 4), paraando-se em

o é perdido,a execução

o de dados

. m o

s m o r á

, e

V

a m

, o

s

As consideradque podem

A A

uma linguagrandes difCOM em q

Tab

portas Digdas digitais,mos figurativ

Arduino poagem baseaficuldades pque a placa

bela 1: Princ

gitais (Fig. pois seus vamente im

ssui um amada em C/Cpara se confestá conect

cipais coma

1– Item 6)valores varaginar como

Figura 2: S

mbiente própC++. O ambfigurar e usada, e fazer

andos.

) podem serriam apenas

mo Ligado ou

Software Ar

prio (Fig. 2biente oferesar: basta cor o upload d

r usadas tans em High u Desligado

rduino 0015

2) para a suce vários ex

onfigurar qudo código.

nto pra ente Low (5V

o.

ua programaxemplos pr

ual o modelo

trada como V/0V respec

ação, o quaráticos e não da Arduin

saída. Sãoctivamente),

al manipulao apresentano e a porta

o ,

a a a

Fig Na

programaçArduino. NLed acende

Na conter o nu13. A funçligada, e saparece napapel de Oled.

A pexecutadoscomandos o led, e repetidame

A A

serial, com“Software mesma env

1. in2. 3. vo4. { 5. 6. } 7. 8. 9. vo10. { 11. 12. 13. 14. 15. }

gura 3: Exem

tabela 1 ção da ArduNeste códiger e apagar

linha 1 coumero 13, ação “setup()serve para

a linha 5, quOUTPUT qu

principal fus repetidamcontidos deaguardar m

ente, o led f

Figura 4

Arduino podmo será apr

Arduino 0viando carac

nt ledPin

oid setup

pinMode

oid loop(

digital delay(1 digital delay(1

mplo de Pro

são exibiduino. Na figugo pode se valternadam

ontém a deca qual será u)” contido nse colocar

ue está idenue significa

unção é o mente enquan

entro da funmais um mficará acend

: Monitor S

de interagirresentado n015” pode cteres, e vis

Car

Ca

n = 13;

p()

e(ledPin

()

lWrite(l1000); lWrite(l1000);

ograma da A

dos alguns ura 3 é exibver alguns

mente.

claração de usada para ina linha 3

r funções dtificando qusaída, pois

“loop()”, nnto a Arduinção loop, omomento.

dendo e apag

Serial

r com o comno item 1.2

se testar osualizando o

racteres rec

aracteres a

n, OUTPUT

ledPin, H

ledPin, L

Arduino

comandosbido um exedos coman

uma variávdentificar qserá execut

de inicializaue o pino 1s será enviad

na linha 9, ino estiver los quais irãoPortanto q

gando altern

mputador ou2. E atravésos comandoos caractere

cebidos aqu

a enviar.

T);

HIGH);

LOW);

s principaisemplo de umdos básicos

vel numéricque o led qutado apenasação, como3 (identificdo através d

que contémligada. Este o ligar o ledquando o mnadamente.

u outros diss do “Mon

os colocadoes recebidos

ui.

s que podem código us que serão

ca rotulada ue será usados uma vez, o por exemado pela vadeste pino e

m todos osexemplo co

d, aguardar umétodo “lo

positivos atitor Serial”s na Ardui

s por ela.

em ser utiusado para c

usados par

a “ledPin” qdo estará liga

quando a Amplo “pinMariável “ledPenergia para

s comandosontém o coum momenoop()” for

través da co” (Fig. 4) pino interagi

ilizados naconfigurar ara fazer um

que passa aado ao pinoArduino for

Mode()” quePin”) terá oa acender o

s que serãonjunto de 4

nto, desligarexecutado

omunicaçãopresente noindo com a

a a

m

a o r e o o

o 4 r o

o o a

A placa Arduino tem a capacidade de controlar Servo Motores. Os Servos Motores são motores de precisão, que não giram continuamente em alta velocidade igual aos motores popularmente conhecidos, pois possuem um ângulo de rotação de 180 graus. A vantagem de usá-los é que são precisos, posicionando exatamente no ângulo que desejar entre 0 e 180 graus.

2.1. Integração entre Arduino e programas

Para que seja implementada uma integração entre a Arduino e um programa sendo executado em um computador, o primeiro passo é configurar a Arduino para trabalhar na mesma velocidade de comunicação (“baud”) que o programa no computador. É importante que ambos estejam configurados igualmente.

No “Serial Monitor” do compilador da Arduino é possível testar a comunicação serial enviando e recebendo dados. Neste “Serial Monitor” é possível alterar o baud apenas pressionando os botões disponíveis na própria janela. Para testar a comunicação entre outros programas do computador e a Arduino foi desenvolvida uma classe em C++, mas alterar o baud apresenta um pouco mais de dificuldade. Com análises realizadas neste código em C++ encontramos que o valor usado é “9600”: portanto adotamos este como padrão para a configuração da Arduino, utilizando o comando Serial.begin(9600); dentro da rotina “setup”.

Uma vez que o “baud” está configurado, deve-se identificar a porta COM correta, a qual o computador nomeou como sendo a porta em que a Arduino está conectada.

A função disponível para a transmissão a partir da Arduino é Serial.print(“”). O funcionamento da comunicação via serial é basicamente transmissão de caracteres individuais. Por exemplo, caso pretenda-se transmitir a palavra “Teste” utiliza-se Serial.print(“Teste”), porem a placa enviará letra por letra “T”, “e”, “s”, “t” e “e”. A transmissão de Serial.print(“Te”) e depois Serial.print(“ste”), terá como resultado o mesmo que o envio da palavra “Teste” para o computador que está recebendo as letras.

A parte mais complexa é o recebimento desses caracteres avulsos. Para que não haja necessidade de completo sincronismo (ou seja, no instante em que um dispositivo está enviando uma mensagem o outro dispositivo já está recebendo), existe um buffer, onde todos os caracteres recebidos são armazenados em uma fila, dando assim a liberdade ao programador de interpretá-los do modo que desejar.

Na programação da Arduino, cada vez que a função Serial.read() é chamada, é retirado o próximo caractere da fila do buffer. Como normalmente uma mensagem não consiste em apenas um caractere, mas sim em uma sequência de caracteres, é necessário identificar a sequência enviada correta para poder interpretá-la. A manipulação em um só comando de uma sequência de caracteres (conhecida como String), ainda não existe na programação da Arduino. Desta forma, é necessário o uso de um vetor de caracteres para compor a mensagem.

O objetivo deste projeto é a interação da Arduino com alguns jogos do computador. Dado este objetivo, adotou-se que o computador é quem vai processar todas as informações, indicando a Arduino seus próximos passos. Desta forma a Arduino deverá receber comandos do computador através da comunicação serial, e executar o que foi pedido.

Foi criado um protocolo de comunicação genérico, para o controle de todo e qualquer dispositivo que esteja conectado a quaisquer pinos da Arduino.

O pem seguidatipo de info

Os sendo norm

Porserão modiacender oPosteriorm“00010100

Foidiferenciarnão fosse n

Os estarmos userial. Podfigura 5, a

Fig

Est

que for nec

Outpara quandresponsabipara a Ardconfirmaçãacabou de terminou. N

Fig

protocolo coa seus respeormação.

valores usamalmente 0

r exemplo, nificados. Ads Leds no

mente, deve0000000x25

i utilizada ar mais facilmnumero, foi

pinos 1 e 2utilizando ademos verifseguir.

gura 5: Esqu

te método pcessária de p

tro importado enviar eilizar por cuduino, a Ardão de suces

enviar suaNeste caso a

gura 6: Repr

onsiste em eectivos valo

ados para acpara deslig

na placa exdota-se “0” s pinos 4 em ser env55x255;”.

a letra “x” mente os coescolhido a

2 são os pina comunicaçficar que os

uemático de

possibilita qpinos simul

ante fator pae receber duidar da lógduino resposso. E para

a mensagemadotou-se o

resentação d

enviar para ores. Desta f

cender um ado e 255 p

istem 14 pipara sem me o 6, de

viados os

entre os noonjuntos dea letra x ape

nos que podção através s pinos 1 e

uma mensa

que em umaltaneamente

ara uma bodados. Partgica geral, aonde devolva que ambo

m, adota-se o “;” (ponto

do fluxo de

a placa priforma em p

Led, são ospara ligado n

inos, então pmodificaçõeeve-se envi

2 valores

ovos valoree números, oenas por que

dem ser utilda USB, e2 não são

agem.

a única mee.

oa comunicatindo do pradotou-se quvendo os vaos os ladosum caractee vírgula).

dados entre

meiramentepoucos cara

s valores anna força má

primeirames e “1” paraiar o segui respectivo

es, para queo “x” poderestão visual

izados paraestes pinos

mais repre

nsagem sej

ação é estabrincipio queue sempre aalores dos ss da comunere especial

e os diferent

e quais pinocteres, pode

nalógicos, qáxima.

nte tem quea modificaçinte comanos aos 2

e as funçõeria ser um cl.

a a comunicficam reser

esentados n

a possível

belecer algue será o coapós algumsensores alinicação saibl que simbo

tes processo

os seriam memos mand

que variam

e se enviar ções. Desta ndo 000101pinos: por

es da Arduicaractere qu

cação serialrvados à co

no exemplo

atualizar a

uma regra omputador

m envio do ci presentes, bam quandoliza que a

os envolven

modificados,dar qualquer

de 0 a 255,

quais pinosforma, para100000000,r exemplo,

ino possamualquer que

. Apesar deomunicação

contido na

quantidade

de controleque irá se

computadorou alguma

do cada ummensagem

ndo a DLL.

, r

,

s a , ,

m e

e o a

e

e e r a

m m

A ccarregado compatívelem Delphiutilizada na

As modificaçõ

Comde algum ocomandos ação que desligando

NesArduino fu

3. Constr

A mcélula espe

Fig

comunicaçãna placa, el com os jogi, estes códa maioria d

tarefas de ões nos outr

mo mostra outro softwaque o softwa Arduino

o motores e

ste mesma runcionam pa

rução de cé

meta foi coecífica do Jo

gura 7: Softw

ão é feita ene no compugos “Jogo d

digos em C+as linguage

comunicaçros software

a representare, e se enware carreg

deve execsensores, e

representaçãara ambos o

élula do Jog

onstruir comogo da Fábr

ware do Jog

ntre a Arduinutador foi uda Fábrica” ++ foram cns.

ção ficam es.

ação na figuncarrega de gado na Ardcutar. A Arinformando

ão, podemoos programa

go da Fábri

m robótica urica.

go da Fábric

no e o Comutilizado cóe “Mundo R

compilados

restritas à

gura 6, a DLfazer o produino entenrduino trabo a leitura d

os observar as, “Jogo da

ica

uma célula,

ca

mputador, utódigos em Robô” que em uma D

DLL, não

LL se encarocessamentonde, e vai ebalha apenados sensores

que a mesma Fabrica” e

que repita

tilizando-se C++. Para foram previ

DLL, que p

sendo nec

rega de reco da lógica enviando esas executans, sem neces

ma DLL e o e “Mundo R

o que está

do código que este s

iamente despode ser inc

cessário faz

ceber algunsdesejada co

stes comandndo ordens,ssidade de “

mesmo códRobô”.

á acontecend

da Arduinoistema sejasenvolvidoscorporada e

zer grandes

s comandosonverter emdos de cada, ligando e“pensar”.

digo da

do em uma

o a s e

s

s m a e

a

No uma máquprodução dpara a áreasão transfe

Figura

A c

estão os pconseguiráprojeto vissimule todo

O eonde a bolrepresenta aguardará maquina (Fcanaleta deonde aguarservirá de m

Figura

1

Software duina. O objedas máquina de Processeridas da áre

a 8: Esquem

construção produtos quá visualizar sa construiro o jogo

esquemáticolinha repres

a matéria na canaletaFig. 8 – Itee matéria prrdará até qumatéria prim

a 9: Bolinha

2

1

do Jogo da etivo é confnas é repressado. A quaea de Proces

mático do mó

do módulo e estão sene entender

r apenas um

o da Fig. 8 enta o prodprima sen

a (Fig. 8 – em 3) faça rima (Fig. 8ue este prodma.

a usada (1) e

2

Fábrica (Fifigurar a fábsentada por antidade trassado para a

ódulo da fáb

para o jogndo produzi

melhor o qma célula, p

representaduto sendo pndo recebid

Item 2) quo serviço q

8 – Item 2) eduto seja tra

e comparaçã

3

2

ig. 7), cada brica para qbolinhas s

ansportada ea área de ma

brica.

o da fábricidos a cadaque se passapara que em

um dos móproduzido nda para serue represenque é repree jogar na cansportado (

ão com uma

participantque atinja osendo transfentre um jogatéria prima

a visa dema instante da na linha dm um traba

ódulos da lina fábrica. Ar utilizada

nta um estoesentado cocanaleta de p(Fig. 8 – Ite

a bola de gu

4

e é responso melhor deferidas da ágador e outra do jogador

onstrar fisicde tempo. Dde produçãoalho futuro,

inha de prodA primeira neste módque de matm a ação dprodutos proem 5) para o

ude (2)

sável pela pesempenho área de Maro, em que

or seguinte.

camente emDesta formao de uma fá, com a rep

dução de uação (Fig.

dulo da fábatéria primade retirar a rontos (Fig. o próximo m

5

3

produção depossível. A

atéria Primaas bolinhas

m que etapaa o usuárioábrica. Esteplicação, se

uma fábrica,8 – Item 1)brica, ondea, até que a

bolinha da8 – Item 4)

módulo que

e A a s

a o e e

, ) e a a ) e

A baço fazem bicicletaria

Figura

A c

construída obras civiscanaleta (Fpedestal (FItem 4). Dprojetadas

As direita, poiao lado dapróxima ca

Figura

O sproduzir opequena cdeslizando

bolinha (Figm parte de u

a.

a 10: Canale

canaleta (Futilizando

s. O perfil dFig. 10 – ItFig. 10 – IteDe forma apara se inte

bolinhas peis a mesma a máquina analeta.

a 11: Servo

servo motoro produto. Acavidade (Fo da canaleta

g. 9) utilizaum rolamen

eta completa

Fig. 10 – Itum perfil

de alumíniotem 1) foi

em 2), o braa ter uma egrarem ape

ercorrerão atem um lig(Fig. 8 – I

motor

r (Fig. 11 – A roda (Fig

Fig. 11 – Ita. Quando o

3

ada possui dnto de bicic

a (1), Pedes

tem 1) repde alumínio é possívelprojetada c

aço de supormontagem

enas com en

a canaleta (Fgeiro declivetens 3 e 5)

Item 1) é o g. 11 – Itetem 3) como servo girar

2

diâmetro decleta (Fig. 9

stal (2), Bra

presentada no em “L”,de se enco

com 3 itensrte da canalmais simp

ncaixes, sem

Fig. 10 – Ite. Ao final ), aguardan

que fará o em 2) que m espaço pr a roda, lev

3

2

e aproximad9 – Item 3)

aço de supor

no esquemánormalmenntrar em lojs (Fig. 10 –leta (Fig. 10ples e maism a necessid

tem 1) sempda canaleta

ndo a mesm

papel da mserá movimpara conter vará a bolin

1

4

damente 6m) encontrad

rte (3), Cana

ático (Fig. nte utilizadojas de mate– Itens 2, 30 – Item 3) s flexível, tdade de cola

pre do senti, as bolinha

ma transport

aquina da fmentada pel

uma bolinha para a pr

4

mm. Estas bdo facilmen

aleta (4).

8 – Itens o como canerial de con3 e 4), sende a canaletatodas as pas ou parafu

ido da esquas irão formtar uma a u

fábrica respolo servo, conha, que seróxima cana

1

bolinhas dente em uma

2 e 4) fointoneira emnstruções. Ado eles uma (Fig. 10 –eças foram

usos.

uerda para amar uma filauma para a

onsável porontem umae encaixaráaleta.

e a

i m A m –

m

a a a

r a á

A pinternas coforam utili

Figura

A p

Entre as dipedestal (Fpor uma roesta combi

primeira veortadas danzados 2 ped

a 12: Mini s

primeira veriferenças, esFig. 12 – Iteoda de isopinação é me

Figura

ersão da rodo forma àdestais (Fig.

servo motor

rsão da maqste último éem 2) para

por, com umenor, mais le

13: Módulo

oda foi conà pequena c. 10 – Item

quina, foi sué mais baratservir de ap

m revestimeeve e com u

o do Jogo da

3

nstruída comcavidade pa2) iguais ao

ubstituída pto e é mais fpoio. A primento lateral um visual m

a Fábrica em

1

m quatro cara carregaro da canalet

or um servofácil de manmeira versãde um pape

mais agradáv

m sua versã

camadas der a bolinha.a.

o motor mennusear neceão da roda telão fino (Fvel.

ão final.

2

e papelão, . Para servi

enor (Fig. 12essitando detambém foi Fig. 12 – Ite

sendo as 2ir de apoio,

2 – Item 1).e apenas um

substituídaem 3), pois

2 ,

. m a s

A cvisualizado

As ela se encada Fábrica

Umque não estencontradofunções. Poseja possív

4. Constr

A mRobô.

Figbolas na bo

No

representadlocomoverrestrição dvermelhas

Parseu robô programaç

O uavance até

construção do na Figura

funções lógarregue de s

apenas info

ma dificuldatão mais pre

o meios de rortanto, no

vel finalizar

rução da cé

meta foi con

gura 14: Umolsa do robô

Software ddo na Figur neste “mude não pod(Fig. 14 – I

ra fazer comdiretament

ção feita par

usuário podé o próxim

do módulo d13.

gicas para a e comunicaorme quand

de encontraesentes nas recompilar oultimo mêsa integraçã

élula do Mu

nstruir um

m exemplo ô)

do Mundo dura 14 por undo” apender andar nItem 3). O r

m que isto ae no códigra o robô est

de utilizar cmo cruzamen

do Jogo da F

movimentaar com a plado o faze-lo.

ada é que o versões atu

o Jogo, para deste proje

ão do módul

undo do Ro

modulo rob

do Mundo

do Robô o uum triangu

nas andandonas direçõerobô pode ta

aconteça, o ugo fonte dtá correta.

comandos pnto da mal

Fábrica foi

ação das boaca e contro.

software douais deste ma que seja aeto, estaremlo.

obô

bótico que r

do Robô (

usuário é caulo preto (o em cima es de ondeambém peg

usuário escdo software

para o robô lha azul na

concluída c

linhas foramla-la, neces

o Jogo da Fámesmo compadicionado a

mos em busc

repita o que

(com 4 par

apaz de cria(Fig. 14 –

da malha e existem par e soltar b

reve as linhe e compi

andar para a direção q

1

com sucesso

m adicionadsitando que

ábrica utilizpilador. Atéa DLL e suaa destes com

e está acon

edes, duas

ar comandoItem 1). Oazul (Fig.

paredes, repbolinhas (Fig

has de códigla-o novam

frente, queque estiver

2

o. Ele pode

das na DLLe o software

za alguns coé o momentoas chamadasmponentes,

ntecendo no

bolas no c

os para guiaO robô é c

14 – Item presentada g. 14 – Item

go dos movmente, para

e fará com apontando

4

2

3

ser

, para que e do Jogo

omponenteso não foi s de para que

Mundo do

chão e duas

ar um robô,apaz de se2), com apor linhas

m 4).

vimentos doa ver se a

que o robô(caso haja

o

s

, e a s

o a

ô a

espaço), oumesmo loc

Fig

Foidesenhada passando p

Parprojeto do para 2 serv

Fig

Os a girar ape16 – Item forma giraposição megraus ele continuam

u girar a escal.

gura 15: Cha

i criado um nesta mes

por cima da

ra a construmesmo lab

vos motores

gura 16: Serv

servos motnas 180 gra1) e uma tr

ando continediana e desgirará contente para a

12

squerda, que

assi do robô

robô capaz

sma superfímalha.

ução do chaboratório. O, e alguns fu

vo Motor d

tores aqui uaus, como prava limitadnuamente. Assa forma ptinuamente direita, ou u

1

e fará com

ô.

z de se locoície, a part

assi (Fig. 1O chassi é cfuros, que fo

esmontado.

utilizados fopadrão. Remdora (Fig. 16Assim, paraodemos conpara a esq

um sinal igu

que o robô

omover em utir de senso

5) do robôomposto de

oram utiliza

.

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Já a lógica de girar a esquerda é um pouco mais complexa, pois de alguma forma os sensores devem identificar quando terminaram o giro. Para isso tomou-se a analise de estados aos quais os sensores passarão até chegar ao estado final de giro.

Inicialmente foi projetado um algoritmo em que 2 sensores ficam girando simetricamente sobre o eixo cruzamento das linhas guia (malha), notando-se cada estado em que é detectado que saiu de cima da linha e em seguida encontrou a outra linha. Entretanto está logica não mostrou eficiência pois exigia uma grande precisão no movimento do robô e na detecção dos sensores, que por estarem muito próximos ao cruzamento, acabavam por se perder nos estados.

Um segundo algoritmo foi desenvolvido, desta vez tomando como ponto de partida os 2 sensores ao redor da linha um pouco a frente do cruzamento. Desta maneira ao giro do robô, ambos os sensores passarão pelo mesmo trajeto, assim longe do cruzamento facilita a detecção dos estados. Porem não foi o suficiente para que o robô girasse perfeitamente. Mais detalhes sobre os algoritmos estão em anexo no documento.

Problemas encontrados: Durante o desenvolvimento, notou-se por mais que façamos correções, devido ao tamanho

do robô, atraso e variações em seus movimentos, as curvas não saem todas como esperado. Se considerarmos o ponto de partida exato como demonstrado nos algoritmos, eles normalmente funcionam, entretanto entre a execução de um e outro o estado final sofre variações e estas causam falhas de estados nos algoritmos seguintes.

Integração: Após o módulo construído, a integração com o software do Mundo Robô foi efetuada com

sucesso. A partir dos estudos feitos no início do projeto, o código desenvolvido para a Arduino esta apto a suprir todas as necessidades atuais de troca de informação entre o módulo e o computador, em paralelo com a DLL desenvolvida em C++ para o computador. As funções específicas para o funcionamento integrado com o Mundo Robô, como “Andar para Frente” e “Girar para Esquerda” de acordo com os algoritmos já apresentados, foram adicionados apenas na DLL, tomando controle sobre todo o processo.

No Software do Mundo Robô foi adicionado a DLL desenvolvida, e algumas chamadas de funções, dentro das funções onde o Robô andaria virtualmente, dessa forma enquanto o Robô virtual anda na tela, o jogo informa à DLL para fazer com que o robô físico ande para frente também, e a mesma se encarrega de controlar os motores e fazer as leituras dos sensores de acordo com as lógicas desenvolvidas, apenas informando passo a passo as ações que a Arduino deve executar.

A única mudança visível ao usuário do software do Mundo Robô, é que ao iniciar o software, uma mensagem é exibida na tela, informando se o módulo foi conectado ou não com sucesso ao computador. Dessa forma o Software funciona com ou sem a placa igualmente.

5. Dinâmicas de Aprendizado Com Usuários

Para a avaliação dos módulos foi proposto a execução de dinâmicas. Como o módulo do

Jogo da Fábrica não pôde ser completamente integrado ao software, em um primeiro momento foi conduzida uma dinâmica com o módulo do Mundo do Robô.

A dinâmica foi efetuada no dia 18/junho/2010, porém devido a grande frequência de provas da faculdade e de baixa frequência dos alunos neste período, a dinâmica foi efetuada com um grupo reduzido de alunos. A avaliação heurística participativa (AHP) (Muller et al, 1998) é uma técnica de inspeção participativa derivada da avaliação heurística (AH) de Nielsen (Nielsen e Mack, 1994). Esta avaliação teve como objetivo analisar a reação dos alunos com a integração da robótica ao software do Mundo do Robô.

Para a apresentação da Dinâmica, os algoritmos foram todos modificados para girar e andar apenas de acordo com um determinado tempo, em vista que não estava apto a seguir perfeitamente a malha desenhada em uma superfície.

Essas avaliações seguiram um questionário pré-impresso, e um roteiro pré-defino (anexo ao documento). Durante a dinâmica o aluno foi instruído dos comandos básicos para manipular o Robô, e lhe foi dado alguns desafios para andar com o robô, até um ponto especifico do “mundo” onde foi colocada uma bolinha virtual. Inicialmente o aluno testou os comandos apenas visualizando o resultado virtual no computador. Em seguida foi conectado o módulo robótico que instantaneamente tiveram uma surpresa agradável ao ver que ele se movimentava de acordo com seus comandos.

Após vencidos alguns desafios proposto pelo orientador da dinâmica, foi lhes entregue um pequeno questionário para conhecer um pouco do perfil dos alunos.

1Você sabe programar?                                                                                     ( )Sim ( )Não ( )Orientado Objeto ( ) Delphi

2É facil visualizar o funcionamento dos códigos implementados? ( )Muito difícil ( )Difícil ( )Intermediário ( )Fácil ( )Muito fácil

3Já está Familiarizado com programação?                                                 ( )Sim ( )Não

4Teve algum problema ao utilizar o Mundo Robô?                               ( )Sim ( )Não

5Recomendaria para quem esta começando?                                         ( )Sim ( )Não

6Você já mexeu com robótica?                                                                      ( )Sim ( )Não

7 Sugestões de melhorias/Observações do Usuário.

Questionário de Avaliação

Tabela 2. Questionário usado na condução da Avaliação Heurística Participativa

Algumas das sugestões dos participantes da dinâmica demonstraram que executando as

ações repetitivamente torna um pouco cansativo pelo fato do robô levar mais tempo para se locomover do que o robô virtual. Entretanto para que o robô fosse mais preciso em seus movimentos deveria ser ainda mais lento.

Outro ponto observado é que como o robô só gira para a esquerda (por motivos didáticos) os fios de energia e USB acabam se torcendo. Uma melhoria futura seria a utilização de uma bateria para fornecimento de energia e uma comunicação serial sem fio. Alunos afirmaram que se fosse possível analisar o percurso do robô seguindo uma malha física, facilitaria muito a o entendimento da programação dos códigos de movimentação a serem desenvolvidos.

6. Desafios Encontrados

Durante a fase de pesquisa do projeto, alguns desafios foram encontrados. Dentre eles podemos citar:

6.1. Material

Um dos objetivos desse projeto era demonstrar que, com materiais de baixo custo, era possível desenvolver uma estrutura robótica para auxiliar no Jogo da Fábrica. E de fato esse foi um dos desafios do projeto. Foram feitos testes com diversos tipos de materiais provenientes de reciclagem, mas os mesmos não apresentaram um resultado positivo para a montagem da canaleta. Posto isso, foi adquirido o perfil de alumínio em L por ter um baixo custo, que atendeu todos os requisitos para a criação da estrutura dos módulos robóticos. Em outras partes da montagem, foram usados isopor, reaproveitado de caixas de componentes eletrônicos, e as bolinhas foram doadas por uma biciletaria, mantendo assim o caráter de baixo custo do projeto.

6.2. Comunicação Serial

Para que o projeto funcionasse de um modo satisfatório, uma das partes mais importantes era a comunicação serial entre computador e placa Arduino. Foi difícil sincronizar os dois periféricos para que eles trabalhassem juntos de forma adequada. Mas esse foi um desafio superado. Por meio das pesquisas e testes executados na placa Arduino, foi possível chegar a um patamar de sincronismo que atendesse por completo as expectativas.

7. Outras informações

Desempenho Acadêmico do bolsista Durante este primeiro período de trabalhos e pesquisas, o aluno teve um aproveitamento acadêmico extremamente satisfatório, mantendo seu coeficiente de rendimento acima da média da sua turma e ocupando o segundo lugar dentre sessenta e quatro alunos.

8. Trabalhos futuros

Em uma continuação a este projeto, pode ser desenvolvido novas versões do módulo do robô para que supere os desafios encontrados e apontados neste projeto.

O Jogo da Fábrica após recompilado com as modificações de integrações com a DLL, pode ser feito uma dinâmica para avaliação de seu impacto no auxilio ao aprendizado. Para que o módulo represente toda uma fábrica, a célula desenvolvida neste projeto pode ser replicada e conectada uma nas outras em série formando uma grande linha de produção.

9. Conclusão

Durante o primeiro semestre o bolsista conseguiu atender a todo o cronograma para ele previsto. A placa foi estudada e vários exemplos de funcionamento foram construídos e testados. Foi desenvolvida uma DLL capaz de controlar as funções da Arduino através da comunicação serial, e possível de se integrar a diversas outras linguagens. Em simultâneo foi desenvolvido um código para a Arduino para que entenda as instruções enviadas pela DLL.

Durante parte do primeiro semestre e o segundo semestre o bolsista construiu 2 módulos robóticos para a integração com os 2 Softwares de apoio ao aprendizado “Jogo da Fábrica” e “Mundo do Robô” respectivamente.

Ao final foi aplicada uma dinâmica para a avaliação do módulo integrado ao “Mundo do Robô”, demonstrando que o módulo tem um grande potencial, e poderá dar continuidade em trabalhos futuros.

Este é um importante projeto que demonstrou grande satisfação na pesquisa do bolsista, a desenvolver novas técnicas para facilitar o aprendizado das pessoas de qualquer nível técnico.

10. Referências Bibliográficas

• Arduino. http://www.arduino.cc/ (último acesso em 14/abril/2009). • Tato. http://www.tato.ind.br/ (último acesso em 14/abril/2009) • BARANAUSKAS, Maria Cecilia Calani, GOMES NETO, N. G., BORGES, M. A. F.

Learning at Work through a Multi-User Synchronous Simulation Game. International Journal Of Continuing Education And Life Long Learning. , v.11, 2001.

• BARANAUSKAS, Maria Cecilia Calani, GOMES NETO, N. G., BORGES, M. A. F. Gaming at work: a learning environment for synchronized manufacturing. Computer Applications In Engineering Education. , v.8, p.162 - 169, 2000.

• Borges, M. A. F. Um processo para análise da interação em sistemas colaborativos mediados por ferramentas computacionais para comunicação textual. Tese de doutorado em Ciência da Computação. Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP, Campinas, Brasil. 2004.

• BORGES, M. A. F. Avaliação de uma metodologia alternativa para aprendizagem de programação In: Workshop de Ensino de Informática (WEI), 2000, Curitiba. Anais do XX Congresso Nacional da Sociedade Brasileira de Computação. Curitiba: Editora Universitária Champagnat, 2000. v.1.

• CHELLA, M. T., Ambiente de Robótica Educacional com Logo In: XXII Congresso da Sociedade Brasileira de Computação - SBC2002, Florianópolis, SC, 2002.

• DAFE. Dinamização da aprendizagem e formação em empresas. Grupo de pesquisas do CNPq. Disponível em http://www.nied.unicamp.br/~dafe .

• Ramos, J.J.G., Neves Jr., O.R., d'ABREU, J. V. V. . Iniciativa para Robótica Pedagógica Aberta e de Baixo Custo para Inclusão Social e Digital no Brasil. In: VIII SBAI - Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente, 2007, Florianópolis. Anais do VIII SBAI - Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente, 2007. v. 01. p. 01-06.

• MULLER, M.J.; MATHESON, L.; PAGE, C.; GALLUP, R. Participatory Heuristic Evaluation. Interactions, september + october, 1998.

• NIELSEN, J.; MACK, R.L. Usability Inspection Methods, Wiley, New York, EUA, 1994, apud Muller et al., 1998.

Fig A ló

está contidonde o robpróximo pase deve and

Entsituações 3que o robôlinha, portasua rota. Oesquerdo.

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ANEXO II ROTEIRO PARA A CONDUÇÃO DA AVALIAÇÃO HEURÍSTICA

PARTICIPATIVA

Roteiro para Experimento de Avaliação da Interface do Sistema Gene

1. Para realizar este experimento, recomenda-se que os aprendizes que efetuarão o teste do sistema Mundo Robô estejam organizados em duplas.

2. Indicar que o teste é do produto e não das pessoas que o farão (testar uma proposta para o uso do Mundo Robô).

3. Indicar que os aprendizes podem desistir a qualquer momento.

4. Apresentar o que está na sala: computador.

5. Fazer uso do “pensamento alto” (sugestões), pois todo pensamento é importante e pode ser usado para melhorias da interface.

6. Explicar que durante o experimento não haverá ajuda e que todas as dúvidas serão sanadas ao final do teste.

7. Explicar o que é o Mundo Robô.

8. Perguntar se existem dúvidas. Iniciar o exercício.

9. Conclusão das observações:

9.1. Explicação dos objetivos da observação;

9.2. Resposta a qualquer questão;

9.3. Discussão de qualquer coisa interessante que foi percebida, pedindo explicações: Utilizar o questionário de avaliação.

10. Avaliar os resultados obtidos.

OBS: Observar o comportamento dos usuários durante a dinâmica e anotar informações relevantes.