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arduíno, ciclo PDCA, linguagem C++, thinkercad
Tipologia: Trabalhos
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Engenharia de Controle e Automação
Disciplina: Introdução à Engenharia – 1º Semestre Docente: Prof. Celso Farnese Alunos: Almir da Silva SJ 3011216 Artur Santos SJ Eliseu Schmidt SJ Estefania de Souza SJ Gustavo Amaral SJ Kauan da Silva SJ
São José dos Campos Julho, 2021
Arduino
Arduino é uma plataforma de prototipagem fácil e de hardware livre. Foi criado com o intuito de ser uma ferramenta de preço acessível e grande utilidade para que estudantes sem grande experiência em eletrônica ou programação criassem seus projetos.^1
Sua simplicidade e aplicabilidade permite desenvolver projetos que podem atuar nas fábricas ou controlar a sua própria casa. Além disso, ele é amplamente utilizado em aulas experimentais de eletrônica e Universidades, a fim de realizar projetos simples e sem grandes custos.
O conceito de ser um hardware livre e open source significa que o circuito e o design do Arduino estão disponíveis online e de graça para que qualquer um possa criar sua própria placa, criando maior flexibilidade e customização para os projetos.
Devido a essa grande flexibilidade e customização, surgiram diversos modelos diferentes de Arduino especializados em funções diferentes, os principais e mais utilizados são:
DUE: Melhor Arduino para rodar programas grandes LEONARDO: Melhor Arduino para integração com o computador LILYPAD: Melhor Arduino para projetos wearables MEGA: Melhor Arduino para Makers avançados MINI: Melhor Arduino para instalações semi-permanentes NANO: Melhor Arduino para protoboards e projetos portáteis UNO: Melhor Arduino para iniciantes
O Arduino é baseado nas linguagens C/C++ e na plataforma Wiring. Isso permite a criação de projetos mais flexíveis em questão de programação e o uso de diversos módulos e componentes eletrônicos que podem se comunicar facilmente com as placas. O sistema de programação que é utilizado em projetos com arduino é chamado IDE (Ambiente de Desenvolvimento Integrado).
Braço robótico
Um braço robótico é constituído pelo braço e pulso; o braço consiste em peças denominadas elos unidas por juntas de movimento relativo, sendo que acionadores são acoplados para realizar os movimentos individuais, onde são dotados de capacidades sensoriais e instruídos por um sistema de controle.^2
Além disso, o braço é fixado a uma base numa extremidade e fixado ao punho na outra; o punho consiste de uma série de juntas próximas, o que permite ao punho realizar os movimentos necessários para sua tarefa designada. Na extremidade do punho existe um órgão terminal, normalmente uma garra ou outra ferramenta para realizar a tarefa designada.
Existem 6 principais tipos de juntas, juntas rotativas (ou rotacional), prismáticas (ou lineares), cilíndricas, esféricas, parafuso e planares. Suas funcionalidades são:
Junta rotacional: É capaz de girar em torno de um eixo de rotação. Giram como uma cadeira giratória, abrem e fecham como uma dobradiça.
Na área de saúde (Figura 3): Com o desenvolvimento da tecnologia, braços biônicos estão se tornando cada vez mais acessíveis para a população portadora de necessidades especiais. Por exemplo, é possível encontrar protótipos ativados através do cérebro por um valor mais acessível que há uma década atrás.
A resposta a estímulos cerebrais é muito eficiente, o que permite pessoas segurarem desde objetos pequenos e delicados, como ovos, a coisas mais pesadas e maciças.
Projetos técnico-acadêmicos (Figura 4): Outra principal utilidade, mas não menos importante, é proporcionar que estudantes da área de tecnologia e eletrônica possam construir seus próprios projetos e ter a chance de criar algo do zero.
Durante seus cursos, os estudantes tem a oportunidade de treinar os processos envolvidos na montagem e programação dos protótipos.
O objetivo do projeto é construir um braço robótico integrado à um Arduíno, de modo que, o braço possa transportar pequenos objetos em movimentos de subida e descida, frente e atrás, rotação e pinçada, controlados por 04 micro servos motores.
A metodologia utilizada neste projeto é baseada nos princípios de Gestão da qualidade, onde os processos são gerenciados em cada uma de suas etapas. Para controlar este gerenciamento foi utilizado o Ciclo PDCA, conforme descrito na figura 5.
Figura 5. Clico PDCA
A seguir veremos a descrição de cada etapa do Ciclo PDCA utilizado neste projeto.^3
Planejar o trabalho a ser realizado por meio de um plano de ação com garantia da qualidade.
Reunião da equipe
A primeira reunião da equipe ocorreu de forma virtual com todos os membros da equipe. Nesta reunião foi apresentado o vídeo de referência para o projeto^1 e realizado diagnóstico com nivelamento dos membros da equipe de acordo com nível de conhecimento de cada um. Neste mesmo dia foram definidos ainda, as etapas e responsabilidades individuais os custos e o cronograma do projeto.
Vídeo de referência para o projeto
O braço mecânico objetivo do projeto foi inspirado no vídeo apresentado no canal de conteúdo “Manual do Mundo”, que oferece produtos e conteúdos criativos promovendo experiências únicas de entretenimento e aprendizagem do mundo físico e do mundo digital. O vídeo em questão explorou todos os detalhes na construção do braço robótico, desde a montagem até programação autônoma do protótipo.^4
Cronograma
DATAS TAREFAS
Primeira Reunião – on-line (Vídeo de referência para o projeto; Diagnóstico e Nivelamento da equipe; Definição das etapas e responsabilidades; Definição de custos e Cronograma).
31/05/2021 a 02 /07/2021 Compra dos componentes.
03/07/2021 Segunda Reunião braço em MDF).^ –^ presencial (Programação em Linguagem C++; Montagem do
03/07/2021 a 16 /07/2021 Produção do Relatório. 17/07/2021 Entrega do Relatório. 09/07/2021 Terceira Reuniãocom arduino uno, potenciômetros e protoboard)^ –^ presencial (Simulação no Thinkercad; Montagem do hardware 10/07/2021 a 22/07/2021 Testes do Protótipo e Gerenciamento dos Erros. 19 /07/2021 a 23/07/
Produção de slides. 23/07/2021 Ações corretivas e Finalização do Protótipo. 24/07/2021 Apresentação oral. Tabela 3.
2 EXECUTAR
Realizar o trabalho planejado de acordo com o plano de ação.
Programação em Linguagem C++
Simulação no Thinkercad
Para otimizar a elaboração do braço robótico, a equipe optou por utilizar o programa de modelagem online Tinkercad, que é uma ferramenta de design de modelos 3D em CAD e também de simulação de circuitos elétricos analógicos e digitais, desenvolvida pela Autodesk. Este processo diminuiu os erros e consequentemente o tempo de montagem do hardware uma vez que o funcionamento do circuito pode ser verificado previamente no modelo digital.
Figura 8. Simulação do circuito no Thinkercad.
Atuar corretivamente sobre a diferença identificada, padronização e conclusão do plano.
Testes do protótipo, Erros nos processos, Gerenciamento dos erros e Ações corretivas
Com o circuito montado e o protótipo pronto, iniciamos os testes de movimento dos micro servos que foram distribuídos da seguinte forma:
Motor 1 - movimento de rotação Motor 2 - movimento de subida e descida Motor 3 - movimento para frente e atrás Motor 4 - movimento da garra
Durante o primeiro teste do protótipo o braço robótico não correspondeu ao que era esperado, pois realizou os movimentos de forma brusca e desordenada. Este fato ocorreu porque todos os servo motores estavam ajustados com amplitude de 0° a 180°, não refletindo o movimento a ser realizado. Houve a necessidade de ajustar o código fonte associado a cada servo motor de forma independente um do outro, verificando e aplicando a amplitude necessária a cada um dos movimento.
Finalização do protótipo
Após todos os testes e ajustes realizados no protótipo, considera-se que o objetivo do projeto foi alcançado com sucesso, onde o braço mecânico realizou todos os movimentos planejados. Um
demonstrativo do funcionamento do braço mecânico foi registrado em vídeo pela equipe do projeto e apresentada na aula de Introdução a Engenharia do dia 24/07/2021.
Figura 9. Protótipo Finalizado.
Consideramos profícuo o conhecimento adquirido durante o desenvolvimento deste projeto, especialmente no que tange as habilidades técnico-científicas de controle e automação e a troca positiva entre os participantes que da equipe, que possuíam diferentes tipos de habilidades, conhecimento e experiência. Projetos desta natureza também proporcionam aos estudantes ingressantes do curso de Engenharia a oportunidade de conhecer novas ferramentas e plataformas virtuais que facilitarão o processo de trabalho ao longo de todo o curso.
