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Carregado porHenrique Dória
Peixe-Robô IFSP
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
Peixe-Robô IFSP
- 1. Projeto Modelagem, simulação eanálise da dinâmica e cinemática de um peixe robô. “Tucuazul” IFSP – Campus São Paulo Novembro 2015
- 2. Objetivos Geral - Desenvolver umpeixe 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 oceânicaou 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.
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- 8. (Barbera,2011) Controle de altitudeutilizando a barbatana peitoral de um peixe-robô.
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- 13. Movimentos da Cauda Modelagemdo movimento de um peixe real
- 14. Equação Matemática )()(),( 2 21tkxsenxcxctxycorpo 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 realizaçãode curvas Método 1 Método 2 Simulação do movimento (para c2 = 0.5) Fonte: Elaborado pelo
- 17. Métodos para realizaçãode curvas Movimento real de um peixe
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- 19. Roteiro O teste sedeu 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: elaboradopelo autor.
- 21. Na estrutura dopeixe-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 nabarra de testes Fonte: elaborado pelo autor.
- 23. Sistema de aquisiçãode dados dos strain gauges Fonte: elaborado pelo
- 24. Software do Labviewpara DAQ Fonte: elaborado pelo
- 25. Peixe finalmente naágua Fonte: elaborado pelo
- 26. Estrutura completa doEnsaio de Propulsão Fonte: elaborado pelo
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- 29. Ensaio de direçãoe profundidade
- 30. Deslocamento latitudinal • Utilizaçãode 2 servomotores com sensores de pressão nas barbatanas laterais para controle de profundidade. Zhong, 2013
- 31. Bateria Proposta: Utilizar bateriaLi-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 Controlede Profundidade Fonte: elaborado pelo autor.
- 36. Medição de pressãopara sensoriamento
- 37. Estrutura de testes Fonte:elaborado pelo autor.
- 38. Eletrônica Embarcada Fonte: elaboradopelo autor.
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- 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 noensaio de profundidade Fonte: elaborado pelo
- 42. Comunicação Protocolos de 2.4GHz 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 naágua Fonte: elaborado pelo
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- 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.