Pré-Projecto AREA

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Pré-Projecto AREA

  1. 1. Escola EB 2,3/S Monte da Ola Pré-Projecto do grupo projectoAREA Disciplina de Área de Projecto Professora Carmen Gonçalves Grupo constituídopor: Diogo Sousa nº4 José Neves nº6 Manuel Martins nº7 Marco Afonso nº8 Marlene Castro nº9 Sérgio Castro nº11
  2. 2. Pré-projecto – 1ª versão projectoAREA Ano 2010/2011 2 Índice Apresentação do grupo........................................................................................................2 Resumo ................................................................................................................................3 Objectivos ............................................................................................................................4 Metodologia.........................................................................................................................5 Síntese da Investigação........................................................................................................5 Calendarização.....................................................................................................................8 Produtos Esperados .............................................................................................................9 Recursos Necessários.........................................................................................................10 Bibliografia.........................................................................................................................11 Apresentação do grupo O grupo responsável por este pré-projecto intitula-se “projectoarea” (estilizado projectoAREA) e é constituído pelos elementos referidos na capa do projecto. A escolha do nome do grupo é fruto da vontade de conseguir exprimir em poucos caracteres as ideias-base do projecto: a robótica experimentada pelos alunos e aplicada num protótipo real - o robot. Sendo assim, a solução mais indicada tornou-se construir um acrónimo que contivesse palavras como “robótica” ou “aplicação”. Depois de um “brainstorming”, chegou-se ao resultado final: projectoAREA (em que o acrónimo “AREA” significa: “Automação e Robótica Experimental Aplicada”). As quatro palavras simbolizam bem aquilo que o projecto ambiciona, ao mesmo tempo que o nome forma um trocadilho com o próprio nome da disciplina. Figura 1 – Membros do grupo
  3. 3. Pré-projecto – 1ª versão projectoAREA Ano 2010/2011 3 Resumo A Robótica é uma área científica em grande expansão devido à sua utilidade e variedade de aplicações práticas. Um robot consegue executar tarefas que o Homem não pode ou não quer fazer, com uma eficiência muitas vezes superior. Como tal, a médio- longo prazo, a Robótica perfila-se como uma ciência de importância vital na nossa sociedade e na qual vale a pena investir. Simultaneamente, a abordagem deste tema permite aos alunos aplicar conhecimentos de diversas disciplinas como Física, Química e Matemática, subordinados às áreas de Programação, Electrónica ou Mecânica, por exemplo. Durante a realização do projecto, o grupo vai aumentar os seus conhecimentos sobre robótica, promovendo-os também na comunidade escolar. Além desta divulgação teórica da Robótica, através da investigação e realização de uma palestra ou visita, está ainda planeada uma componente prática: construção do protótipo de um robot. O robot deverá ser capaz de se deslocar num percurso definido pelos participantes na sua demonstração, estando para isso equipado com sensores e programado nesse sentido. No entanto, a sua construção será faseada, passando por diversos graus de complexidade até ao nível final. Esta fase será predominante no projecto visto que o produto final servirá para apresentar à comunidade escolar. Para a construção do robot, o grupo vai estudar quais os componentes necessários e qual a sua configuração, para que o robot cumpra correctamente os objectivos propostos. Vai também proceder à listagem e aquisição de material de sítios de robótica da Internet. Ao estabelecer o contacto com Departamentos de Engenharia de Universidades do norte de Portugal, pretende-se obter a cooperação daqueles sob a forma de conteúdos explicativos (que complementem a investigação) e se possível, sob a forma de componentes a serem emprestados ao grupo. Finalmente, o projectoAREA encontrar-se-á disponível na internet, nas páginas do projecto no facebook.com e blogspot.com, para manter a comunidade escolar a par dos avanços do grupo.
  4. 4. Pré-projecto – 1ª versão projectoAREA Ano 2010/2011 4 Objectivos  Explorar o mundo da robótica – aprofundar os conhecimentos sobre esta área que conjuga diversas ciências, com uma vasta aplicação prática. Pretende-se que no final do ano, os membros do grupo tenham bases teóricas sobre robótica e sejam capazes de aplicar saberes em situações problema ou futuros projectos de engenharia;  Dar a conhecer à comunidade escolar uma área com potencial tecnológico e económico: além da investigação realizada pelo próprio grupo, pretende-se também transmitir alguns desses conhecimentos aos alunos e a todos os interessados. Ao desvendar o mundo da robótica à escola, espera-se que os alunos descubram uma possível via profissional ou, pelo menos, área de interesse. A comunicação com a comunidade escolar fazer-se-á através da Internet (facebook e blog do grupo) bem como na própria escola, durante a Semana da Ciência ou em quaisquer actividades que se realizem. Na Semana da Ciência, o grupo vai preparar uma apresentação didáctica sobre robótica, onde tenciona expor o protótipo que vai ser construído;  Adquirir competências nas áreas da física, programação e electrónica: ao realizar a pesquisa sustentada e a investigação dos procedimentos necessários, pretende-se que os alunos juntem novos conhecimentos àqueles que possuem das aulas leccionadas desde o início do Ensino Secundário, demonstrando dessa forma o carácter interdisciplinar de Área de Projecto. Espera-se também que as competências obtidas venham a ser úteis no prosseguimento de estudos ao nível da universidade. Mais especificamente, alguns membros do grupo vão iniciar aprendizagem de uma linguagem de programação simples que lhes permita configurar o robot correctamente;  Construir um protótipo de um robot – sendo o principal produto esperado do projecto, o grupo pretende levar a cabo a planificação e construção de um robot, que possibilite a aplicação dos conhecimentos de electrónica e programação que o grupo vai pesquisar, bem como demonstrar os princípios teóricos investigados, nas apresentações a realizar posteriormente.
  5. 5. Pré-projecto – 1ª versão projectoAREA Ano 2010/2011 5 Metodologia Para a investigação dos procedimentos de construção de um robot, o grupo vai apoiar-se na pesquisa com recolha bibliográfica na internet. Sendo o tema de investigação uma área tecnológica relacionada com informática, a melhor fonte de conhecimentos é, sem dúvida, a rede. Além da pesquisa de tutoriais em diversos sites, o grupo tenciona recorrer principalmente a uma comunidade portuguesa pioneira na área da divulgação de robótica a nível nacional: o fórum LusoRobótica (acessível em http://lusorobotica.com). Simultaneamente, o grupo vai contactar através de correio electrónico algumas universidades do norte de Portugal, a fim de averiguar a sua disponibilidade para a realização de palestras na escola ou visitas do grupo à universidade, bem como o empréstimo de componentes electrónicos (a serem devolvidos no final do ano) ou conteúdos audiovisuais para serem trabalhados pelos membros do grupo. Síntese da Investigação Robótica A Robótica é a ciência ou engenharia que se relaciona com a construção e optimização de robots. Nas palavras de Tiago Rodrigues, fundador da comunidade online LusoRobótica, “A robótica é uma das ciências mais desafiantes. A perfeita fusão harmoniosa entre um sem fim número de ciências faz da robótica um excelente desafio, que nos convida a imergir neste grandioso mundo da tecnologia, e utilizar a construção de robots como uma forma única de explorar todas as ideias que nos surgem no dia-a-dia.” [1] Robot Um robot é uma máquina programada para cumprir uma certa tarefa. As características que definem um robot são a presença de sensores (que fornecem inputs, ou seja, informações das variáveis do meio), de um microcontrolador (que corre funções predefinidas com base naqueles inputs, gerando outputs) e de actuadores (componentes como motores, luzes, ecrãs, que exprimem os outputs, sob a forma de resultados concretos). Esta definição abarca muitos objectos do nosso dia-a-dia que nem consideramos como robots: por exemplo, máquinas de lavar a roupa ou máquinas de produção industrial. Por outro lado, deixa outros objectos de fora como os carrinhos telecomandados que cujos inputs são inteiramente fornecidos pelo ser humano e não por sensores. Na prática, um robot realiza autonomamente uma série de acções predefinidas com vista a resolver um determinado problema.
  6. 6. Pré-projecto – 1ª versão projectoAREA Ano 2010/2011 6 Figura 3 – Placa Arduino Sensores Um sensor é um dispositivo que mede o valor de uma grandeza física, como por exemplo, a temperatura, a velocidade, a distância, a pressão ou até a cor de objectos próximos. Os robots que trabalham inseridos em ambientes reais, estáticos ou dinâmicos, estão equipados com sensores que lhes permitem adquirir informação sobre o modo como interagem com o mundo em que operam e sobre o seu próprio estado interno. Em suma, a utilização de sensores permite que um robot possa interagir com o ambiente que o rodeia de uma forma flexível. São os “sentidos” do robot. No nosso caso, iremos inserir sensores de luminosidade, que façam com que o robot seja capaz de detectar a linha que segue e a partir dessa informação, efectuar o seu movimento. Microcontrolador O microcontrolador trata-se de um circuito integrado e programável, que é basicamente um microcomputador. Como os microcomputadores, é constituído por um microprocessador, uma memória e dispositivos de entrada e saída. Com base nas informações recebidas através dos sensores (dispositivos de entrada), o microcontrolador decide como é que o robot vai reagir e transmite essa informação a motores, luzes ou outros dispositivos de saída. Numa analogia ao corpo humano, o microcontrolador é o “cérebro”. Porém, para poder tomar as decisões, o microcontrolador precisa de estar programado. A programação é feita em computador numa linguagem própria e transmitida ao microcontrolador por uma ligação USB. O microcontrolador apenas delibera situações para as quais está programado, caso contrário nada faz. Um dos microcontroladores mais utilizados é o Arduino, principalmente devido à facilidade de aprendizagem que apresenta. É nessa plataforma que o grupo vai começar a trabalhar. Figura 2 – Sensor de distância
  7. 7. Pré-projecto – 1ª versão projectoAREA Ano 2010/2011 7 Rodas e motor O movimento do robot será efectuado através de duas rodas e dois motores numa configuração diferencial. Este tipo de configuração é o mecanismo mais simples para a deslocação do robot. Nesta configuração cada roda está ligada independentemente a um motor. Assim, é possível alterar tanto a direcção como a velocidade do movimento do robot, através da conjugação do movimento individual de cada roda. Isto permite ao robot três tipos de movimento: andar para a frente, andar para trás e rodar sobre si. As informações sobre a acção de cada roda são definidas pelo microcontrolador, que fornece sinais eléctricos aos motores. Estes sinais eléctricos necessitam de ser ampliados, pelo que é utilizada uma ponte H. A ponte H aumenta a tensão fornecida aos motores, que os faz funcionar. A estabilidade é assegurada através de uma roda livre (terceiro apoio). Figura 4 – Duas rodas e motores em configuração diferencial
  8. 8. Pré-projecto – 1ª versão projectoAREA Ano 2010/2011 8 Calendarização O cronograma em cima representa a calendarização provisória. Salientam- -se três tarefas, destacadas com um sublinhado, que se consideram as principais em cada período. Esta calendarização pode ainda vir a sofrer alterações nomeadamente na realização de actividades pelo grupo como palestras ou visitas cuja marcação depende de factores externos ao grupo.
  9. 9. Pré-projecto – 1ª versão projectoAREA Ano 2010/2011 9 Produtos Esperados  Protótipo do robot: O propósito do robot será conseguir cumprir um percurso traçado por linhas, revelando um certo grau de autonomia. Por exemplo, face à reorganização das linhas pelas pessoas que assistam à demonstração do robot (marcadas em folhas de papel, por exemplo), espera-se que ele continue a ser capaz de seguir o seu percurso eficientemente. Para ser capaz de realizar essa tarefa, o robot estará equipado com sensores de luminosidade, que permitem reconhecer a linha, e rodas que lhe permitam mover-se em qualquer direcção. O número e o tipo de sensores e rodas vai ser alvo de um estudo para determinar a solução mais eficiente. Como é óbvio, o robot terá um microcontrolador programado para gerir a sua acção em função dos dados que recolhe. A construção do robot será feita por fases de crescente grau de complexidade. Mediante o cumprimento dos objectivos estabelecidos, o grupo pode tentar desenvolver ainda mais o robot, passando ao movimento livre, sem auxílio de linhas, por exemplo;  Blog com conteúdos actualizados: O grupo tenciona manter constantemente actualizado um blog com informações sobre os avanços do projecto ou outros aspectos relevantes. O principal objectivo do blog não será compilar a informação teórica registada, mas sim divulgar conteúdos mais interactivos possíveis como imagens, vídeos ou reportagens, de forma a manter a comunidade escolar entusiasmada com o projecto. Ficarão registados os momentos mais marcantes do projecto como as palestras ou visitas que o grupo realize (sob a forma de reportagem) ou ainda conteúdos extra sob robótica disponibilizados pelas universidades contactadas, por exemplo. O blog encontra-se já disponível em http://projecto-area.blogspot.com.  Demonstração da Semana da Ciência Durante a Semana da Ciência, o grupo vai ter um espaço próprio onde tenciona expor os conhecimentos adquiridos durante a recolha de informações e, principalmente, expor o protótipo que vai construir. Para a demonstração do robot em funcionamento, ou seja, o robot a seguir a linha, o grupo vai preparar uma superfície plana e horizontal (uma mesa, o chão, etc.) e várias folhas com traços negros (com diferentes declives ou formatos) que possam ser conjugados livremente pelos alunos na construção de um percurso, transmitindo desta forma um carácter de interactividade à apresentação.
  10. 10. Pré-projecto – 1ª versão projectoAREA Ano 2010/2011 10  Relatório do projecto final Como está previsto na planificação geral, o grupo vai elaborar um relatório de projecto final. Recursos Necessários  Sensor de luminosidade;  Um microcontrolador Arduino;  2 rodas e 2 motores de tensão contínua;  Uma ponte H;  Uma bateria recarregável;  Suporte estrutural do robot  Ferramentas de mecânica e electrónica;  Outro material a designar (sensores adicionais, por exemplo). Estimativa de custos: 60€ numa fase inicial. O cumprimento dos objectivos antes do previsto pode provocar um aumento dos custos na aquisição de novo material para desenvolver ainda mais a actividade robótica.
  11. 11. Pré-projecto – 1ª versão projectoAREA Ano 2010/2011 11 Bibliografia [1] RODRIGUES, Tiago; fórum “Lusorobótica” (utilizador TigPT) acessível em http://lusorobotica.com. Visitado na semana de 25 a 31 de Outubro de 2010. OLIVEIRA, Hélder; (2007), Análise do Desempenho e da Dinâmica de Robôs Omnidireccionais de Três e Quatro Rodas (dissertação de mestrado da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto), Porto. Acessível em http://www.inescporto.pt/~hfpo/thesis/Oliveira_MSc_2008 . Restantes sítios consultados entre os dias de 25 de Outubro e 3 de Novembro: http://en.wikipedia.org/wiki/Robot http://lusorobotica.com/index.php?topic=262.0 http://lusorobotica.com/index.php?topic=1067.0 http://lusorobotica.com/index.php/topic,1215.0.html http://lusorobotica.com/index.php/topic,23.0.html http://users.isr.ist.utl.pt/~mir/pub/sensores.pdf http://www.citi.pt/educacao_final/trab_final_inteligencia_artificial/sensores.html

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