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
ATLAS
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:
ATLAS
ATLAS
- 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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ATLAS
- 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
ATLAS
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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
ATLAS
OBRIGADO