Este documento descreve o projeto e desenvolvimento de um robô antropomórfico didático. O objetivo do projeto era aprimorar os conhecimentos dos autores usando hardware e software de baixo custo para permitir que o meio acadêmico se motive a desenvolver novos controles e modelos de robótica. O documento detalha o projeto do robô, incluindo suas dimensões, modelagem cinemática, acionamentos, processamento, interfaces e modos de comando. Testes foram realizados para validar o funcionamento do robô.

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PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE UM ROBÔ
ANTROPOMÓRFICO DIDÁTICO
AUTORES:
RENAN ROGER LOUZADA
MARCOS ANTONIO SILVA VIEIRA
ORIENTADOR:
PROF. MSc. GUSTAVO PERIM COLA

2. Justificativa e Objetivo
Histórico
Robôs Manipuladores
Projeto do Robô manipulador didático
Dimensões
Modelagem Cinemática
Acionamentos
Processamento e Comunicação
Interfaces
Modos de comando
Testes e Resultados
Conclusão

3. JUSTIFICATIVA E OBJETIVO
Realizar um projeto para aprimorar os conhecimentos
utilizando uma aplicação a baixo custo de hardware e
software com acionamentos simplificados que
possibilitem o meio acadêmico a motivação para
desenvolvimentos de novos controles, criação de
novos modelos e aperfeiçoamento no conhecimento
da robótica.

4. HISTÓRICO
• Origem do termo
– Karel Capek
• Definição
– “Um robô pode ser definido como, uma máquina flexível,
multifuncional, reprogramável e com capacidade de interagir com
objetos em seu ambiente”.
• Robôs industriais
– O primeiro robô industrial o Unimate foi instalado em uma linha de
montagem da General Motors no estado de New Jersey , EUA, em
1961 .

5. ROBÔS MANIPULADORES
• Configurações
– Graus de liberdade
• O grau de liberdade, ou Degree of freedom de um robô, é a quantidade
de movimentos possíveis realizados por um manipulador.
– Tipo de juntas
– Classificação

6. ROBÔS MANIPULADORES
• Configurações
– Métodos de programação
– Assembly, C++, ABB - Arla.Rapid, Fanuc- Karel,
IBM - Aml/2, Seiko - Darl4 e etc.

7. DIMENSÕES

8. DIMENSÕES

9. DIMENSÕES

10. MODELAGEM CINEMÁTICA

11. MODELAGEM CINEMÁTICA

12. ACIONAMENTOS

13. ACIONAMENTOS
• Massas dos links
Densidade do acrílico = 1,19 g/cm3
Mgarra = d * V
Mgarra = 1,19 * (14 * 5 * 0,5)
Mgarra = 42g = Aproximadamente 50g
MDE = 50(Mgarra) + 9(Motor) + 150(Carga útil do braço) + 20(Parafusos)
MDE = Aproximadamente 230g
MCD= d * V
MCD = (1,19 * (2 * (23 * 10 * 0,5))) + 9(Motor) + 20(Parafusos) + 65(Motor)
MCD = Aproximadamente 380g
MBC = d * V
MBC = (1,19 * (2 * (22 * 10 * 0,5))) + 130(Dois Motores) + 20(Parafusos)
MBC = Aproximadamente 420g

14. ACIONAMENTOS
• Torques dos motores principais
TB – MDE * (LBC + LCD + Garra) – MCD * (LBC + LCD) – MBC * (LBC) = 0
TB = (0,23 * (12,2 + 18,3 + 15,2) + (0,38 * (12,2 * 18,3)) + (0,42 * 12,2)
TB = 10,51 + 11,59 + 5,12
TB = 27,22 Kg*cm
TC – (MDE * (LCD + Garra)) – (MCD * LCD) = 0
TC = (0,23 * (18,3 + 15,2)) + (0,38 * 18,3) = 0
TC = 7,71 + 6,95
TC = 14,66 Kg*cm

15. PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO

16. • Fonte de alimentação (ATX 500)
– Tabela de consumo de corrente
Quantidade Componente Corrente (Máx) Tensão alimentação
2 Servomotor SG90 0,5A 5V
4 Servomotor MG995 3A 5V
1 JY-MCU 0,5A 5V
1 Display JHD-162A 0,4A 5V
1 Arduino 1A 12V
Consumo máximo 15A
PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO

17. – 1 = GND
– 2 = VCC
– 3 = POT 1
– 4 = D13
– 5 = GND
– 6 = D12
– 7 = Não usado
– 8 = Não usado
– 9 = Não usado
– 10 = Não Usado
– 11 = D8
– 12 = D7
– 13 = D4
– 14 = D2
– 15 = POT 2
– 16 = GND
PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO
• Display (JHD 162A)

18. • Módulo de comunicação (JY-MCU)
– Rx, Tx - Comunicação serial TTL
– Baud rate – 9600 Kbps
– Alimentação 5V
– Perfil serial Bluetooth
– Configuração personalizada
PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO

19. • Controlador (ARDUINO DUEMILANOVE)
– 6 saídas PWM
– RX, TX - Comunicação serial TTL e USB
– 5 entradas analógicas
– 6 entradas digitais
– Alimentação 5 ou 12V
PROCESSAMENTO E COMUNICAÇÃO
• Esquema de ligação
– A0 = Branco Azul
– A1 = Azul
– A2 = Branco Laranja
– A3 = laranja
– A4 = Marron
– A5 = Contato chave Bluetooth
– D0 = TX do modulo JYMCU
– D1 = RX do modulo JYMCU
– D2 = 14 do display
– D3 = Motor da Garra
– D4 = 13 do display
– D5 = Motor Pulso
– D6 = Motor Cotovelo
– D7 = 12 do display
– D8 = 11 do display
– D9 = Motor 2 do Ombro
– D10 = Motor 1 do Ombro
– D11 = Motor Giro Base
– D12 = 6 do display
– D13 = 4 do display

20. INTERFACES

21. • Conector da fonte (4 Pinos)
– 1 = 5V
– 2 e 3 = Comum
– 4 = 12V
INTERFACES
• Chave On/Off
– Corrente do contato 10A
– Arredondada com acabamento
• Potenciômetros de brilho e contraste
– 5 Kohms
– Fixação simples

22. • Conector comum para modos de comando
– Modular RJ-45 fêmea
INTERFACES
• Esquema de ligação
– Verde = VCC
– B. Verde = GND
– B. Azul = A0
– Azul = A1
– B. Laranja = A2
– Laranja = A3
– Marron = A4
– B. Marron = Não usado

23. MODOS DE COMANDO

24. • Controle analógico
– Joystick PS2
– Potenciômetros 5Kohms
– Cabo de par trançado UTP CAT 5E
– Conector RJ45 macho
• Esquema de ligação
– Verde = VCC
– B. Verde = GND
– B. Azul = A0 = Potenciômetro 1 = Garra
– Azul = A1 = Potenciômetro 2 = Giro da garra
– B. Laranja = A2 = Potenciômetro 3 = Cotovelo
– Laranja = A3 = Potenciômetro 4 = Ombro
– Marron = A4 = Potenciômetro 5 = Giro do braço
– B. Marron = Não usado
MODOS DE COMANDO

25. • Teclado
– Comunicação via conexão USB
– Comunicação Wifi
• Configuração dos comandos
– Caracter ‘a’ = Comando de abre garra;
– Caracter ‘q’ = Comando de fecha garra;
– Caracter ‘s’ = Comando de giro anti horário do pulso;
– Caracter ‘w’ = Comando de giro horário do pulso;
– Caracter ‘d’ = Comando de abaixa cotovelo;
– Caracter ‘e’ = Comando de sobe cotovelo;
– Caracter ‘f’ = Comando de abaixa ombro;
– Caracter ‘r’ = Comando de sobe ombro;
– Caracter ‘g’ = Comando de giro anti horário da base;
– Caracter ‘t’ = Comando de giro horário da base.
MODOS DE COMANDO

26. • Celular / Tablet
– Software MicrocontrollerBT
–Comunicação Bluetooth
– Senha 1302
• Configuração dos comandos no software
– Entrada analógica 3 = Comando da Garra
– Entrada analógica 5 = Comando do Pulso
– Entrada analógica 6 = Comando do Cotovelo
– Entrada analógica 9 ou 10 = Comando do Ombro
– Entrada analógica 11 = Comando de giro do Braço
MODOS DE COMANDO

27. • Controle autônomo
– Segue principio de funcionamento do teclado
– Lógica de tratamento segue condições da tabela ASCII
– Inserção de dados conforme sequencia de valores iniciais e em
seguida a sequencia de valores finais das juntas
MODOS DE COMANDO

28. • Exoesqueleto
– Potenciômetros 5Kohms
– Cabo de par trançado UTP CAT 5E
– Conector RJ45 macho
• Configuração dos comandos
– Dedo mínimo = Abre e fecha garra
– Pulso = Giro horário e anti-horário do pulso
– Cotovelo = Elevação e abaixamento do cotovelo
– Flexão e extensão do ombro = Elevação e abaixamento do
ombro
– Pinça digito-digital = Giro horário e anti-horário do
manipulador
MODOS DE COMANDO

29. TESTES E RESULTADOS

30. • Telas do software Microcontroller BT
TESTES E RESULTADOS

31. • Valores da tabela ASCII para controle autônomo
• Via Arduino Monitor
– alt + 7 = 149º
– alt + 21 = 167º
– alt + 32 a 126 = (X=X)
– alt + 169 = 174º
TESTES E RESULTADOS
• Via software X-CTU
– FN + Delete = 3º
– Enter = 13º
– alt + 7 = 149º
– alt + 21 = 167º
– alt + 32 a 126 = (X=X)
– alt + 169 = 174º

32. • Valores máximos dos potenciômetros do Exoesqueleto
• 0 a 1023 = 0 a 5Kohms
– Garra aberta = 60
– Garra fechada = 115
– Pulso aberto = 7
– Pulso Fechado = 120
– Cotovelo aberto = 7
– Cotovelo fechado = 130
– Ombro aberto = 1023
– Ombro fechado = 300
– Ombro giro mínimo = 8
– Ombro giro Maximo = 1023
TESTES E RESULTADOS

33. • Valores do manipulador Spider em repouso
• 0 a 180
– Garra = 180
– Pulso = 100
– Cotovelo = 0
– Ombro1 = 180
– Ombro2 = 180
– Ombro_giro = 100
TESTES E RESULTADOS

34. • Sequência para energizar robô Spider
– 1º Conectar e ligar fonte de alimentação
– 2º Conectar cabo USB
• Para desenergizar seguir a sequencia contrária
TESTES E RESULTADOS
• Caso ocorra desacoplamento do giro do braço
– Posicionar Robô Spider na posição 180º
– Abaixar aba da base onde encontra-se o display
– Realizar reaperto do parafuso central
• Sequência para utilizar comunicação via módulo bluetooth
– 1º Ligar chave na base do robô Spider
– 2º Conectar e ligar fonte de alimentação

35. CONCLUSÃO
• Desenvolvimento de um projeto acadêmico
com resolução de problemas estruturais e
conceituais.
• Desenvolvimento de interfaces de comando
com diferentes aplicações operacionais.
• Aplicabilidade de diferentes softwares com a
interface, elaboração de layout e teste.
OBJETIVO ALCANÇADO!

36. SUGESTÕES FUTURAS
• Comando por visão computacional.
• Comando através de interface gráfica em um
modelo virtual.
• Elaboração de ferramentas para aplicações
semelhantes aos manipuladores industriais.
• Associação do braço robótico as demais
plantas didática existentes na UCL (Esteira).

37. PERGUNTAS
OBRIGADO!