Robô Alpinista

http://www.arnerobotics.com.br/eletronica/robotica/alpinista.htm Robô Alpinista A versão com STEP 2K O Robô Alpinista é um robô "mais que diferente", pois não utiliza rodas, "pernas", esteiras, e outras para sua locomoção. Ele usa as garras e a articulação do seu "corpo". A parte mecânica é extremamente simples e foi desenvolvida com material de sucata (.. veja as fotos!). Ele pode percorrer um cabo na vertical ou na horizontal. A velocidade de deslocamento não é grande, mas vê-lo em "ação" é muito interessante. Clique para ampliar A versão com STEP 1 Robô Alpinista "escalando" Todo o controle é feito através de um PC com LOGO, http://www.nied.unicamp.br, ou outro programa qualquer e um BASIC STEP 2K (http://www.tato.ind.br). Eu desenvolvi duas versões: uma com o BASIC STEP 1 e outra com o BASIC STEP 2K, sendo esta última a que apresentou os melhores resultados e, portanto, a que será aqui comentada. COMO O ROBÔ SE MOVIMENTA Os movimentos do Robô Alpinista são muito diferentes dos considerados “normais” para um robô. Na maioria dos casos aplicam-se rodas, esteiras ou até mesmo “pernas”. Porém para estas aplicações, estaria me referindo a robôs cujo deslocamento seria feito no chão. A proposta do robô alpinista é um pouco diferente e, eu diría até um tanto inusitada. Para se locomover o robô necessita de um cabo, seja na vertical ou na horizontal e precisa ainda estar “fora do chão”, ou seja, deve estar “nas alturas” (mas nem tanto). Ele utiliza duas garras (uma superior e outra inferior) e uma “junta” central para executar quatro movimentos básicos: agarrar, soltar, dobrar e esticar. A seqüência com que estes movimentos são executados em cada parte do robô (garra superior e inferior ou junta) determinará a direção em que o mesmo seguirá. As garras e a junta são na verdade, servos de aeromodelo. Com estes consegue-se boas alavancas com excelente precisão. Na figura abaixo mostro a seqüência dos movimentos necessários para que o robô realize um “passo”. Primeiro o robô é demonstrado “esticado” e com as duas garras fechadas, segurando o cabo. Este é o estado de descanso do robô. A seguir é mostrado a garra inferior aberta e a junta esticada. Depois mostro o robô com sua junta dobrada e a garra inferior aberta. Neste momento o robô avança alguns poucos centímetros na direção da garra superior. Em seguida o robô é demonstrado com a junta dobrada, mas com a garra inferior fechada. Neste momento ele busca apoio para executar o movimento de esticar. Depois o robô abre a garra superior (ainda dobrado) e em seguida o robô estica sua junta (garra superior aberta). Assim ele avança mais alguns centímetros em direção da garra superior. Agora o robô precisa fechar a garra superior. Desta maneira ele retornou ao estado inicial. Como pode-se observar a velocidade do robô não é alta. Para que o robô retorne um “passo”, ou seja, avance na direção da garra inferior a seqüência deve ser invertida. Na tabela abaixo mostro uma analise da seqüência necessária para mover o robô em ambos os sentidos: Tabela - Seqüência de movimentos Mover em direção da garra superior Mover em direção da garra inferior 1º - abrir a garra inferior 2º - dobrar a junta 3º - fechar a garra inferior 4º - abrir a garra superior 5º - esticar a junta 6º - fechar a garra superior 1º - abrir a garra superior 2º - dobrar a junta 3º - fechar a garra superior 4º - abrir a garra inferior 5º - esticar a junta 6º - fechar a garra inferior Como pode ser percebido pela tabela acima, de acordo com o sentido desejado devemos inverter apenas o abrir e fechar das garras. O “dobrar” e “esticar” da junta é feito sempre na mesma ordem. CIRCUITO Na figura abaixo mostro o circuito elétrico do nosso robô. Ele é muito simples, pois utiliza um microcontrolador “Embedded” BASIC STEP 2K, da Tato Equipamentos Eletrônicos (http://www.tato.ind.br), 3 servos de aeromodelo, um CI MAX232 e alguns capacitores. O microcontrolador “Embedded” BASIC STEP 2K realiza todo o controle do robô. É ele quem faz a interface entre os servos e o PC (LOGO). O componente MAX232 é um drive para “casar” os níveis de tensão da porta RS-232 do PC com os níveis TTL do BASIC STEP 2K (o BS2k tem drive RS-232 na placa, mas preferi não usá-lo). Os capacitores são componentes complementares do MAX232 e alguns deles podem parecer em principio invertidos, mas não estão. As ligações estão corretas. Eles são dispostos de maneira gerar a partir dos 5V tensões +10V e –10V compatíveis com as portas seriais (RS-232) dos PC’s. MONTAGEM MECÂNICA A montagem mecânica não requer materiais específicos ou difíceis de se encontrar. Na figura abaixo você tem uma visão das peças utilizadas na montagem mecânica. Mais uma vez utilizei materiais alternativos, facilmente encontrados em nas gavetas das bancadas da maioria dos hobistas/estudantes da área. São parafusos pequenos, pequenos pedaços de placa de circuito impresso, um pedaço de plástico com 3 mm de espessura, arame de aço com 2 mm de diâmetro, uma chapa para computadores (aquelas utilizadas para fechar as aberturas deixadas por uma placa retirada), dois pedaços de mangueira de silicone, e mais alguns outros. Na figura abaixo mostro o lay-out do robô com as medidas das peças para facilitar a montagem. A figura abaixo mostra o “braço da junção”, feito com uma chapa muito conhecida e utilizada em computadores. eu acho que você com certeza têm uma em sua bancada e caso não a tenha, relaxe. É possível consegui-lá em oficinas de manutenção de computadores, por um custo muito pequeno (muitas vezes até, sem custo algum). Na figura abaixo é possível observar os suportes externos para o cabo. A função destas peças é impedir que o cabo “escape” das garras, quando estas se abrem. Desenvolvi as mesmas com dois pedaços de placa de circuito impresso virgem de 20 x 20 mm e dois pedaços de arame de 2mm de diâmetro dobrados em forma de “U” soldados as placas. Para unir os servos da garra inferior com o servo da junção, formando o conjunto “inferior” do robô, utilizei um pequeno pedaço de plástico com 15 x 20 mm e 3mm de espessura. PROGRAMAÇÃO Para controlar o Robô Alpinista foram necessários dois programas: um para o microcontrolador (ALPINISTA.BAS) e outro para o PC (ALPINISTA.LGO). O programa ALPINISTA.LGO (computador) funciona da seguinte maneira: A função principal “Robô” monta a tela com os botões (comandos validos), conforme a figura abaixo. Ao “clicar” em um dos botões, o programa envia uma string de comando valida via porta serial RS-232 para o BASIC STEP 2K. Após o envio da string o programa aguarda um byte de retorno, que confirma o recebimento do comando. São três os comandos possíveis na tela; Subir, descer e parar. A figura abaixo mostra o fluxograma deste programa. Na tabela abaixo inseri os movimentos e a string referente a este no protocolo de comunicação. O envio correto das strings permite realizar o movimento do robô. Tabela - Movimentos e strings referentes Comandos Válidos (em formato ASCII) Efeito String (em formato ASCII) 1 Abre garra inferior AL11 2 Fecha garra inferior AL12 3 Abre garra superior AL13 4 Fecha garra superior AL14 5 Estica articulação AL15 6 Dobra articulação AL16 O funcionamento do programa ALPINISTA.BAS é bem simples. Ele inicia as variáveis necessárias e configura o BASIC STEP 2K. As interrupções do mesmo precisam estar ligadas, pois a função “SERVO” utiliza um dos “TIMER’s” do microcontrolador. A comunicação serial também utiliza uma interrupção, pois a mesma é feita via hardware. Com o uso do BASCOM, o BASIC STEP 2K pode realizar a comunicação RS-232 por dois modos distintos: por hardware, feita através de pinos específicos (PD0 e PD1), e por software, feita através de qualquer pino. Após iniciar o “ambiente”, o BASIC STEP 2K aguarda uma string de comando, faz a analise da mesma e se valida executa o comando solicitado, mudando a posição de um dos servos, dependendo do comando recebido. Após a alteração da posição dos servos, omicrocontrolador envia um byte para avisar o programa no PC que o comando foi recebido. Com isso tem-se um sincronismo entre recepção e transmissão. Na figura abaixo é mostrado o fluxograma para o programa ALPINISTA.BAS. DOWNLOADS: - Esquema elétrico - Código fonte para BS 2k (BASCOM) - Código fonte para PC (Super Logo) Este projeto foi publicado, com minha autorização, na Revista Mecatrônica Fácil nº 12 de Setembro/Outubro de 2003. Especificações: - Cérebro - BASIC STEP 2K (ou BS1) - Motores - 3 servos "standart" Futaba. - Sensores - nenhum - Alimentação- 5 V - Chassi - material de sucata - Programa - Basic BASCOM-AVR (Step 2K) ou TBasic (Step 1)

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