O documento descreve o desenvolvimento de um peixe robô autônomo chamado Tucuazul com os objetivos de modelar seu comportamento, estudar a relação entre os parâmetros de movimento da cauda e a força de propulsão, e desenvolver sistemas eletrônicos e mecânicos para executar tarefas aquáticas. Desafios técnicos como comunicação, energia, eletrônica embarcada, mecânica e controle são abordados, assim como aplicações potenciais e revisão bibliográfica sobre a fisiologia de

1. Projeto
Modelagem, simulação e análise da dinâmica e cinemática de
um peixe robô.
“Tucuazul”
IFSP – Campus São Paulo
Novembro 2015

2. Objetivos
Geral
- Desenvolver um peixe robô autônomo que mimetize o comportamento
de um peixe real.
Específicos
- Elaborar revisão bibliográfica sobre o tema;
- Estudar a relação entre os parâmetros que definem a movimentação
da calda e a força de propulsão gerada;
- Desenvolver os sistemas eletrônicos e mecânicos que permitam a
execução de tarefas aquáticas;
- Desenvolver o sistema de controle de profundidade.

3. Desafios Técnicos
1 – Comunicação
Transmitir e receber dados sob a água.
2 – Energia
Garantir a operação por um período prolongado (autonomia energética).
3 – Eletrônica embarcada
Embarcar a inteligência no dispositivo.
4 – Mecânica
Projetar e construir a estrutura do sistema (impermeável e flexível).
5 - Controle
Modelagem e controle do sistema para a execução de tarefas.
6 - Integração

4. Aplicações
– Exploração oceânica ou em rios,
– Vigilância,
– Inspeção de destroços,
– Manutenção de plataformas offshore,
– Inspeção ambiental,
– Inspeção de tubulações de óleo,
– Inspeção de dutos de esgoto
– Inspeção de redes de abastecimento de água ou
– Coleta e análise de dados intra-corpóreos.

5. Revisão Bibliográfica

6. Fisiologia dos Peixes

7. Fisiologia dos Peixes
Fonte: Yu,

8. (Barbera,2011)
Controle de altitude utilizando a barbatana
peitoral de um peixe-robô.

9. (Yu,2011)

10. (Zhong, 2013)

11. (Phamduy, 2015)

12. (Phamduy, 2015)

13. Movimentos da Cauda
Modelagem do
movimento de um peixe
real

14. Equação Matemática
)()(),( 2
21 tkxsenxcxctxycorpo ω++=
No trabalho de Yu et al. (2005) é apresentado um
modelo matemático que representa a movimentação
da cauda de um robô carangiforme enquanto este
executa seu movimento na água

15. Posição da Cauda
Fonte: Elaborado pelo

16. Métodos para realização de curvas
 Método 1  Método 2
Simulação do movimento
(para c2 = 0.5)
Fonte: Elaborado pelo

17. Métodos para realização de curvas
Movimento real de um peixe

18. Ensaio de Propulsão

19. Roteiro
O teste se deu basicamente da seguinte forma:
A estrutura foi presa em uma barra engastada com dois strain
gauges, que é um sensor que mede trações e torções gerando
uma resistência variável conforme é tracionado ou torcido.
Foi feita a aquisição dos dados dessa célula de carga e os
dados foram coletados utilizando um programa feito em
ambiente LabView.

20. Tucuazul V1.0
Fonte: elaborado pelo
autor.

21. Na estrutura do peixe-robô, que foi
desenhada no Solidworks e impressa
em uma impressora 3D, foram presos 3
servo-motores. Nesses servos, um
programa, que era executado em
Matlab, simulava o movimento da
cauda de um peixe. A partir daí,
desenvolveu-se uma maneira de enviar
strings a partir do Matlab para um
microcontrolador PIC, que efetuava o
controle dos servos.
Fonte: elaborado pelo
autor.

22. Colagem dos strain-gauges
na barra de testes
Fonte: elaborado pelo
autor.

23. Sistema de aquisição de dados
dos strain gauges
Fonte: elaborado pelo

24. Software do Labview para DAQ
Fonte: elaborado pelo

25. Peixe finalmente na água
Fonte: elaborado pelo

26. Estrutura completa do Ensaio de
Propulsão
Fonte: elaborado pelo

27. Sistema de Aquisição

28. Funcionamento

29. Ensaio de direção e
profundidade

30. Deslocamento latitudinal
• Utilização de 2 servomotores
com sensores de pressão nas
barbatanas laterais para
controle de profundidade.
Zhong, 2013

31. Bateria
Proposta: Utilizar bateria Li-Po
com conectores a prova d’agua,
fixados na estrutura externa do
peixe.

32. Estrutura Externa – Tucuazul v2.0
Fonte: Elaborado pelo

33. Estrutura Externa – Tucuazul v2.0
Fonte: Elaborado pelo

34. Estrutura Externa – Tucuazul v3.0
Fonte: Elaborado pelo

35. Sistema de Controle de
Profundidade
Fonte: elaborado pelo
autor.

36. Medição de pressão para
sensoriamento

37. Estrutura de testes
Fonte: elaborado pelo
autor.

38. Eletrônica Embarcada
Fonte: elaborado pelo autor.

39. Impermeabilização dos
Servo-motores
Fonte: elaborado pelo
autor.

40. Controlador PID
float Kp = 1;
float Ki = 0.1;
float Kd = 0;
double Setpoint, Input, Output, ServoOutput;
PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT);
/* CONFIGURAÇÃO DO PID*/
//leitura valor de pressão do BMP085
Input = bmp.readAltitude(); //leitura de valor da altitude a partir do
BMP085
//setar objeto PID para automatico
//setar os limites do servo para -80 e 80
myPID.SetMode(AUTOMATIC);
myPID.SetOutputLimits(-80,80);
Setpoint = 15; //IMPORTANTE AJUSTAR SET POINT
Input = bmp.readAltitude();
//computa a saída dos servos no
alcance de -80 a 80
myPID.Compute();
ServoOutput=102+Output; // IMPORTANTE AJUSTAR ESSE VALOR
//escreve o valor de saída no servo
Servo4.write(ServoOutput);
Servo5.write(ServoOutput);

41. Resultados obtidos no ensaio
de profundidade
Fonte: elaborado pelo

42. Comunicação
Protocolos de 2.4 GHz não funcionam em
ambientes aquáticos. Sendo assim, as
melhores opções são sistemas que
transmitem os dados em frequências
menores, neste caso, 433MHz

43. Peixe novamente na água
Fonte: elaborado pelo

44. Publicações

45. Propostas para
Trabalhos Futuros
• Aperfeiçoamento dos algoritmos de controle de trajetória do robô;
• Utilização de uma unidade inercial baseada em sensores MEMs
para determinação de atitude do robô;
• Desenvolvimento dos sensores dianteiros do robô para possibilitar
o desvio de obstáculos;
• Estudo sobre o consumo e sobre o sistema de armazenamento de
energia para analisar a autonomia do sistema;
• Criação de um aplicativo para comunicação de dispositivos móveis
para interface com o peixe;
• Acrescentar sensores de pH para medição de acidez da água, assim
como outros tipos de sensores e recursos.