ATLAS Dep. de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro ATLAS Robot móvel para competição no ROBOTICA 2003 Realizado por: José Luís Silva José Miguel.

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1 ATLAS Dep. de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro ATLAS Robot móvel para competição no ROBOTICA 2003 Realizado por: José Luís Silva José Miguel Gomes Orientado por: Prof. Dr. Vitor Santos

2 ATLAS O objectivo principal é o desenvolvimento de um robot móvel para competir na classe de Universidades e Institutos politécnicos do Festival Nacional de Robótica – ROBOTICA2003. A tarefa principal é a de seguir um percurso em forma de estrada com diversas perturbações como cruzamento, passadeira, semáforos, ou túnel. Objectivos:

3 ATLAS - Dimensões e geometria da pista; - Visão artificial; - Obstáculos a ultrapassar: Regulamento: Passadeira Semáforos Linhas da pista Túnel Parque de estacionamento

4 ATLAS -Concepção; -Estrutura e componentes mecânicos; -Percepção; -Controlo. Problemas principais:

5 ATLAS Sistema de tracção e direcção comum: - Direcção e tracção realizada por dois motores (diferença de vel. angulares) - Maior manobrabilidade - Possibilidade de girar 360º sobre si próprio - Maior limitação na distribuição do peso (momentos de inercia). Sistemas de tracção e direcção: Motor 1 Motor 2 Roda livre

6 ATLAS - Obriga à utilização dos motores de tracção e direcção no mesmo eixo. - Solução abandonada face aos nossos objectivos ao nível concepcional. Motor de tracção Motor de direcção - Sistema de tracção e direcção na mesma roda:

7 ATLAS - Mecanicamente mais complexo - Obriga ao uso de um diferencial mecânico - É uma ideia inovadora neste tipo de concurso - Mais aliciante devido ao desafio imposto - A direcção é feita à frente - Permite uma distribuição de peso mais flexível - Sistema de tracção e direcção independentes: Diferencial mecânico Direcção

8 - Forma (circular, ovalada, quadrada, hexagonal); - Estética (beleza); - Dimensões físicas do robot (largura da pista e momentos resultantes); - Centro de massa (abaixamento em relação ao solo). Geometria e design do robot: ATLAS

9 - Madeira (pisos); - Alumínio com ligações soldadas (estrutura); - Material compósito (casquilhos e calços); - Aço (suportes do diferencial); - Zinco, nylon e acrílico (suportes). Tipos de materiais utilizados e estrutura:

10 ATLAS - prioridade de localização do diferencial; - minimização do espaço disponível; - localização do centro de massa. Disposição dos componentes:

11 Componentes e acessórios: ATLAS - Fonte de alimentação ATX AC/DC; - Power inverter DC/AC; - Botão de emergência.

12 ATLAS O motor da direcção é um motor passo-a-passo: - Disponibilidade imediata do material. - Facilidade no controlo do deslocamento angular, tanto em malha aberta como em malha fechada. - A direcção é executada por um sistema de correia/roda dentada com uma relação de 1:2. Na questão da escolha do motor de tracção foi feito um estudo prévio para estimar a potência e binário necessários. Escolha dos motores: Como inputs temos (valores previstos): - Massa =30Kg - Vel. Max = 2m.s -1 - Aceleração = 1m.s -2 - rodas tracção = 160mm

13 ATLAS Determinamos o número de rotações por minuto à saída: Sistema de forças aplicadas ao robot: Determinação do binário e potência necessária: Com base nestes resultados, o motor escolhido foi o MAXON RE40: - Potência debitada (150W a 7580r.p.m.) - Binário do motor (181mN.m) - Caixa redutora 1:15 (redução total=1:30)

14 ATLAS SENSORES: Percepção: - Webcam

15 - Sensor da passadeira - Sensor de passagem no túnel - Sensores dos semáforos SENSORES: ATLAS

16 - Suportes ESPELHOS CONCORRENTES: - Sistema de afinação - Perspectiva das imagens obtidas - Alargamento do ângulo de visão

17 Controlo: ATLAS CONTROLO DA DIRECÇÃO: - Motor passo-a-passo - Transmissão 1:2 - Servostepper - Potenciómetro

18 CONTROLO DA TRACÇÃO: - Motor Maxon RE40 (150W) - Transmissão - Servocontrolador ATLAS

19 ALGORITMOS DE NAVEGAÇÃO: - Aquisição da imagem - Divisão da imagem ao meio - Análise das duas imagens - Cálculo do Vref

20 Sistema de Processamento e Interface: ATLAS - Celeron a 700MHz - 448 MB de memória RAM - Labpc+ - Microsoft Windows 2000 Pro - MatLab 6.1 + VFM

21 Participação no Festival: ATLAS - 1ª Ronda – 3º Lugar com 98 s; - 2ª Ronda – 7º Lugar com 546 s; - 3ª Ronda – 3º Lugar com 238 s; - Classificação final – 4º Lugar com 882 s. RESULTADOS OBTIDOS:

22 VIDEO 1 ATLAS

23 VIDEO 2 ATLAS

24 VIDEO 3 ATLAS

25 Nova abordagem de Navegação: ATLAS - Nova colocação da webcam - Alargamento do campo de visão - Sistema preditivo - Cálculo da trajectória

26 Conclusões e Elementos Mais Marcantes: ATLAS - No global, a solução construtiva mostrou-se até ao momento apropriada aos objectivos iniciais. - Limitações na percepção e software associado. - Os espelhos concorrentes permitiram maior campo de visão. - O diferencial mecânico só apresentou até ao momento dois inconvenientes: o peso e as folgas. ELEMENTOS MAIS MARCANTES - Estrutura em alumínio soldado - Uso de diferencial mecânico - Unidade robusta de controlo de direcção (servostepper) - Sistema de percepção baseado em espelhos concorrentes

27 Agradecimentos: - Prof. Dr. Vítor Santos - Eng. António Festas - A todos os nossos colegas ATLAS - Eng. Ricardo Jorge

28 ATLAS OBRIGADO