Introdução à Engenharia Elétrica com Desafios Práticos Usando Kits Lego
1. •EEE071 – Introdução à Engenharia Elétrica
•Prof. Fernando Passold
Versão 03/2011
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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”).
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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)
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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
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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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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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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
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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.
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25. Descrição do Kit:
2) Processamento: bloco RCX
– Software: o que dá “inteligência” ao sistema.
?
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26. Descrição do Kit:
3) Saídas: portas A, B e C
– Motores, lâmpadas, tocar música, etc.
?
Portas de
Saída
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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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50. Programação Modo “Inventor”:
Parte do: “Se solto...”
Blocos de
decisão, de
teste de
uma
Parte do: “Se
condição
pressionado...” (“IF..THEN.
.ELSE”):
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51. Programação Modo “Inventor”:
Blocos de
decisão,
de teste de
uma
condição
(“IF..THEN
Parte do: “Se solto...” ..ELSE”):
Parte do: “Se
pressionado...”
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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)
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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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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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