Material usado pelos alunos do curso de Introdução à Engenharia Elétrica, Universidade de Passo Fundo, linha de Mecatrônica (até 2013/1).

1. •EEE071 – Introdução à Engenharia Elétrica
•Prof. Fernando Passold
Versão 03/2011
1

2. Metodologia
As atividades estão focados em pequenos projetos
(ou desafios) que retratam o dia a dia real de um
engenheiro eletricista.
As atividades são tanto práticas quanto teóricas (do
ponto de vista de embasamento e inserção de cada
uma das disciplinas do curso).
Enfoque principal:
ensino através de projetos:
“Hands on Experience”).
6

3. Avaliação
Média aritmética das avaliações realizadas em separado
por cada um dos professores (áreas diferentes) que
ministram a disciplina:
åN 1 + N 2 +… N n
Média = n
n
Atenção: SEM EXAME! (Aprovação com MS>=5,0)
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4. Condições de execução das
Atividades
Divisão dos alunos em 4 equipes.
Divisão baseada em laços de amizade.
Trabalhos/Atividades espaçados no tempo
(Agendados: com prazos pré-determinados e fixos!)
Idéia: forçar que se conheçam, trabalho em equipe,
trabalho organizado, com prazos (imita ambiente
industrial)
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5. “Desafios” usando Lego/ROBOLAB...
Propostos pequenos problemas da área de automação
que podem ser resolvidos usando como ferramenta de
implementação:
Kits Lego MindStorms RCX (código 9793)
11

6. Kit Lego MindStorms RCX (código 9793)
12

7. Exemplos de
Atividades
Realizadas:
 Página WEB área Mecatrônica (Prof. Passsold):
http://usuarios.upf.br/~fpassold/LEGO/Intro_Eng_Eletrica_-
_Mecatronica/Welcome.html ou simplesmente:
vitoria.upf.br/~fpassold/LEGO
13

8. Usando Lego para resolver problemas...
Exemplos:
14

9. Exemplos:
15

10. O Kit Lego MindStorms RCX
Principais
componentes:
Bloco de controle RCX
(Robotics Control
eXplorer) – o “cérebro”
do sistema;
2 motores c/redução;
2 sensores de toque;
2 sensor de luz;
1 lâmpada.
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11. Pequenos Desafios: “Problemas”
• 1º) AVG p/andar numa pista circular:
• Autônomos!
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12. Soluções Possíveis (tração):
• A) Estrutura de triciclo: B) Diferencial:
yc Pára-choques
Roda giratória
1 com propulsor Roda livre Roda +
motor 1
2
xc
Centro
geométrico
Roda +
motor 2
Roda livre
Pára-choques
y x
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13. Tração Diferencial:
B) Diferencial:
Pára-choques
Roda livre Roda +
motor 1
Roda
+
Encoder
Centro
geométrico
Roda +
motor 2
Roda livre
Pára-choques
Física Vetorial
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14. Soluções Possíveis (tração):
Outras formas de tração:
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15. Soluções já existentes:
“Stamp Bug” Exemplo: Modelagem da
tração:
StampBug:
http://www.din.uem.br/ia/robotica/stampbug.htm
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16. Sensores usados:
Internos: de movimentação do robô (juntas do robô).
Externos: para localização do robô (medidas de distâncias).
Exteroceptivos
Propioceptivos
Codificadores Câmera (sensor CCD) +
Encoder + Sensor de
Angulares medidor laser
proximidade
(encoders)
Posição do Posição de
Elemento Mapa 3D
Um objeto
terminal
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17. Modelagem Matemática:
Leis para manter o
sistema sob controle: Variáveis de controle (atuadores):
- v1 e v2 (potência/velocidades dos motores)
y0
Variáveis controladas:
- v (velocidade linear) e w (velocidade angular)
- Cinemática permite deduzir próxima posição
do robô (veículo):
yR
Calculado Desejado
Cinemática
xR x0
Inversa
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18. Modelagem Matemática
Leis para manter o
sistema sob controle: Problema de controle:
- Que v1 e v2 adotar ?
y0 Para fazer robô seguir com uma certa
velocidade linear (por. ex.: v = 20 cm/s) e
certa velocidade angular (por exemplo:
w = 15 rad/s).
yR
Notar que quando
1. ; anda reto
2. ; gira sobre eixo
3. ; descreve curva
xR x0
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19. Modelagem Matemática
Leis para manter o
sistema sob controle:
y0
yR
Notar que quando
1. ; anda reto
2. ; gira sobre eixo
3. ; descreve curva
xR x0
30

20. Sistema de Controle
Caminho desejado
Manter o sistema
sob controle:
Envolve “fechar o
laço” (fechar a
malha), isto é, usar
Caminho realizado
um sensor(es) para Erros de odometria
confirmar a posição
do robô.
Senão…
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21. Um problema de Controle:
Seguir uma pista já demarcada:
v
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22. Problema de Controle:
Seguir uma pista já demarcada:
Solução:
Usar 2 sensores de luz.
Caso 3
Caso 1 Caso 2
v
Desvio p/esquerda,
voltar p/direita
Ok
Desvio p/direita,
voltar p/esquerda
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23. Descrição do Kit:
3 partes principais
(decompondo o bloco RCX):
1) Entradas: portas 1, 2 e 3
Sensores (toque, luz);
2) Processamento: ?
Software rodando: o que dá “inteligência”
ao sistema.
3) Saídas: portas A, B e C
Motores, lâmpadas, tocar música, etc.
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24. Portas de
Descrição do Kit: Entrada
1) Entradas: portas 1, 2 e 3
– Sensores:
?
a) Toque.
b) De Luz.
35

25. Descrição do Kit:
2) Processamento: bloco RCX
– Software: o que dá “inteligência” ao sistema.
?
36

26. Descrição do Kit:
3) Saídas: portas A, B e C
– Motores, lâmpadas, tocar música, etc.
?
Portas de
Saída
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27. Programação do Kit:
Linguagem gráfica baseada em ícones: “ROBOLAB”
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28. Programação
Modos “Pilot” e “Inventor”:
Seleciona
r um
destes
39

29. Tutorial -> Modo “Pilot”:
• Exemplo:
Note a seqüência
(fluxo) do
programa:
• Girar motor A (para
esquerda, potência
5), acender Lâmpada B e o
motor C (para a
direita, potência 3) por 6
segundos. Depois, Inverter a
direção dos motores A e
C, mantendo a lâmpada
acesa, até que o sensor de
toque (porta 1) se mova para
dentro (seja pressionado).
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30. Programação Modo “Inventor”:
Barra de Ferramentas
41

31. Programação Modo “Inventor”:
Início e Fim do
Início Fim programa
42

32. Programação Modo “Inventor”:
Funções
disponíveis:
43

33. Programação Modo “Inventor”:
?
F1
44

34. Programação Modo “Inventor”:
Parada de
motores
45

35. Programação Modo “Inventor”:
Comando dos
motores
46

36. Programação Modo “Inventor”:
Portas de Entrada
Usar “Modificadores” Portas de Saída
Potência do motor
47

37. Programação Modo “Inventor”:
Ex.: Sensor de toque:
Estado
(aguarda toque ou
Sensor de
aguarda que se libere o
toque
toque)
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38. Programação Modo “Inventor”:
Estado
Sensor de
luz
49

39. Programação Modo “Inventor”:
Lâmpadas
Lâmpadas
Containers: variáveis (ou
memórias para guardar valores)
50

40. Programação Modo “Inventor”:
Temporizadores
51

41. Programação Modo “Inventor”:
Programação de Notas musicais...
melodias...
52

42. Programação Modo “Inventor”:
Estruturas de decisão e
Repetição
(IF’s, WHILE’s, FOR’s)
53

43. Programação Modo “Inventor”:
Entradas
(Sensores)
Saídas
(Motores)
54

44. Programação Modo “Inventor”:
55

45. Programação Modo “Inventor”:
• Laços de Repetição (Perpétuos):
• Looping perpétuos:
Pular
56

46. Programação Modo “Inventor”:
• Laços de Repetição (Perpétuos):
Pular
57

47. Programação Modo “Inventor”:
• Laços de Repetição (Perpétuos) – Erro Comum:
ERRO
58

48. Programação Modo “Inventor”:
Laço de Repetição (limitado, controlado)
Bloco Repetido 3x
59

49. Programação Modo “Inventor”:
Laço de Repetição (limitado,
controlado)
60

50. Programação Modo “Inventor”:
Parte do: “Se solto...”
Blocos de
decisão, de
teste de
uma
Parte do: “Se
condição
pressionado...” (“IF..THEN.
.ELSE”):
61

51. Programação Modo “Inventor”:
Blocos de
decisão,
de teste de
uma
condição
(“IF..THEN
Parte do: “Se solto...” ..ELSE”):
Parte do: “Se
pressionado...”
62

52. Programação Modo “Inventor”
Laço de
repetição
Exemplo de Bloco de (perpétuo)
Decisão (Comparação)
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53. Programação Modo “Inventor”:
Execução de rotinas “multitarefa”:
Multitarefa: 2 rotinas rodando ao mesmo tempo!
64

54. Programação... (modo de uso)
Apertar “TAB” para modificar
função do cursor!
: Conector
(bobina) Edição(mão) Texto.
Ou:
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55. Exemplos...
Uso do Sensor de toque:
Note: Erro!
Faltou o modificador
para indicar em que
porta o sensor de
toque está
conectado.
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56. Exemplos...
• Parar motores:
Note: O programa
para de rodar mas
os motores
continuam girando!!!
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57. Exemplos...
Qual o problema no diagrama (programa) acima?
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58. Exemplos...
- O que faz o diagrama acima?
69

59. Seguidor de Linha (início)...
70

60. Seguidor de Linha (início)...
71

61. Notas: Uso dos Kits Lego
• SEMPRE TESTAR OS KITS NO SOLO (Para evitar quedas do Bloco
RCX);
• NUNCA MISTURAR PEÇAS ENTRE OS KITS LEGO. Notar que os
principais componentes são numérico. Não é permitida a troca
ou empréstimo de peças com outra equipe!
• MANTER ORGANIZADA A BANCADA DE TRABALHO;
• MANTER ORGANIZADO AS CAIXAS DE COMPONENTES DO KIT LEGO.
Esquecer algum componente do kit no laboratório pode implicar
em MEDIDA DISCIPLINAR! Favor revisar todos os componentes
(sensores, cabos, torre de IR) ao final de cada seção de
trabalho com os kits LEGO
• A não observação de qualquer uma das regras acima pode
implicar em MEDIDA DISCIPLINAR.
• MEDIDA DISCIPLINAR: Suspensão de 24 horas seguidas no uso do
kit (fica registrado no Almoxarifado da Eng. Elétrica)
72

62. Exemplos...
• Usando temporizador + display do LEGO:
O bloco da exposição de RCX, encontrado na caixa de funções: "comunicações RCX“. É uma
boa maneira de ver que dados estão circulando por dentro do RCX. Pode ser usado para
mostrar valores do “container” ou do sensor, e mesmo do temporizador interno do RCX. O
programa acima é para um cronômetro simples. Usa um sensor do toque para disparar e parar
o cronômetro, e outro zerá-lo.
Este programa espera o sensor 1 de toque ser pressionado, então zera o “container” e o
temporizador. Em seguida, um evento é disparado até que um toque ocorra no sensor 1 de
toque. O valor do temporizador é colocado no “container” amarelo e então mostrado no display
do RCX. Os ícones de setas azuis atualizam a tela com valores novos. O modificador "1" no
bloco do display serve para indicar uso de 1 ponto decimal. O RCX continuará a mostrar o valor
do temporizador até que um novo evento seja provocado. Neste caso, a visualizarão no display
parará de ser atualizar. Quando o sensor 2 do toque é pressionado, o display será zerado e o
programa reiniciará.
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63. Exemplos...
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64. Exemplos...
75

65. Exemplo:
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66. Robô 1
Desafi
o 2012
3 minutos Robô 2
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67. 18,5 cm
29 cm
19 cm 19 cm 19 cm
Desafi 29 cm 103 cm
o 2012
29 cm
78
79 cm

68. Simples Desafios:
1. Ligue os motores por 6 segundos e então os pare;
2. Faça os motores darem a ré por 6 segundos;
3. Faça um robô girar à direita (ativando o motor A) por 6
segundos e então desligue o motor C – o que acontecerá?
4. Faça o robô girar à esquerda (ativando o motor C) por 6
segundos e então desligue o motor A;
5. Faça um robô girar sobre seu próprio eixo em direções
opostas por 6 segundos.
Obs: Supor robô com tração diferencial com motores
ligados às portas A e C.
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69. Exemplos...
80

70. 81

71. •Fabricantes de Kits:
Lego MindStorms:
http://mindstorms.lego.com/eng/default
Especificações
.asp:
Robotics Invention System 2.0:
–RCX™ Microcomputer:
•6 AA batteries;
•LCD display;
•3 sensor inputs;
•3 motor outputs;
•Hitachi H8/3297 processor @ 16 Mhz;
•32k ram; Hitachi H8/3297 µcontrolador:
•rom with basic I/O functions • 8 registradores de 16-bits ou 16 registradores de 8-bits;
• High-speed operation:
–CD-ROM Software
• 8- or 16-bit register-register add/subtract: 125 ns (16 MHz;
–USB Infrared Transmitter • 8 x 8-bit multiply: 875 ns (16 MHz);
–718 pieces, including: • 16 ÷ 8-bit divide: 875 ns (16 MHz);
• 1 contador/timmer de 16-bits;
•2 Motors
• 1 A/D de 10-bits;
•2 Touch Sensors • I/O ports:
•1 Light Sensor • 43 input/output lines (16 of which can drive LEDs)
• 8 input-only lines.
• Interrupts:
• Four external interrupt lines: 10,, IRQ0 to IRQ2
• 19 on-chip interrupt sources
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