Braço/mão robótica controlado remotamente através de sensores flexíveis

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Braço/mão robótica controlado remotamente através de sensores flexíveis

Luís Pires e Pedro Dionísio lpires@inete.net INETE - Instituto de Educação Técnica

Por definição a máquina-ferramenta é uma máquina utilizada na fabricação de peças de diversos materiais (metálicas, plásticas, de madeira, entre outros), por meio da movimentação mecânica de um conjunto de ferramentas – robot manipulador. Essa movimentação pode ser realizada de diversas formas: joystick, teclados, botões, consolas ou através de sensores que interpretem os movimentos de um braço e mão humana (no caso deste projeto). A interface de comunicação entre o robot manipulador e o utilizador pode ser com ou sem fios, dependendo dos objetivos. Assim, este projeto, tem como objetivos desafiar os alunos dos cursos de Técnico de Eletrónica, Automação e Comando do INETE [1] no sentido de desenvolverem soluções robóticas que possam ser úteis para, por exemplo, aplicações médicas como cirurgias, contemplando soluções modulares, de baixo custo e promovendo a utilização da impressão 3D para a criação de um braço/mão robótica mais real.

robótica 105, 4.o Trimestre de 2016

robótica

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artigo científico

Este projeto de cariz académico demonstra o desenvolvimento de um robot manipulador (máquina-ferramenta) com a particularidade de ser semelhante a um braço e uma mão do Ser Humano.

1. INTRODUÇÃO Num cenário menos académico e mais industrial um robot manipulador, independentemente da sua potencial aplicação, é mecanicamente concebido para posicionar e orientar no espaço o seu órgão terminal: uma garra ou uma ferramenta. A sua estrutura pode variar mas, normalmente, é possível identificar os seguintes elementos funcionais principais [2]: Manipulador: conjunto de corpos ligados por juntas, formando cadeias cinemáticas que definem uma estrutura mecânica. No manipulador incluem-se

os atuadores que agem sobre a estrutura mecânica, modificando a sua configuração, e a transmissão, que liga os atuadores à estrutura mecânica. Os termos manipulador e robot são muitas vezes usados com a mesma finalidade, embora, formalmente, tal não esteja correto; Sensores: dispositivos usados para recolher e proporcionar ao controlador informação sobre o estado do manipulador e do ambiente. Os sensores internos fornecem informação sobre o estado do manipulador (por exemplo, posição, velocidade ou aceleração). Os sensores externos fornecem informação sobre o ambiente (por exemplo, sensores de força/momento ou câmaras de vídeo para a deteção de obstáculos); Controlador: dispositivo, tipicamente baseado em microcontrolador, que controla o movimento do manipulador. Usa os modelos do manipulador e do ambiente e a informação fornecida pelo operador e pelos sensores, efetua as operações algébricas de cálculo necessárias e envia os sinais de controlo aos atuadores. Poderá ainda efetuar tarefas como o registo de dados em memória e a gestão das comunicações com o operador ou 4 com outros dispositivos que cooperem com o robot na execução da tarefa; Unidade de potência: dispositivo que tem por objetivo proporcionar energia aos atuadores. Num sistema atuado eletricamente trata-se de um conjunto de amplificadores de potência. Interface de comunicação: dispositivo que permite o controlo remoto ou não do robot manipulador, com ou sem fios. O projeto (Figura 1) possui dois diferentes sistemas: fixo e móvel. O sistema fixo é constituído por um braço/mão

criada através de impressão 3D, similar a um braço/mão humana. O sistema móvel é constituído por uma manga e uma luva para o utilizador poder vestir no sentido de poder controlar o braço/ mão robótica. Assim, existem dois Arduinos Mega, cada um com um shield Bluetooth acoplado para assegurar comunicação entre o sistema fixo e o sistema móvel. Um Arduino Mega está inserido na manga e luva (sistema móvel) que trata os dados dos sensores nela colocados e o outro Arduino Mega está inserido no braço/mão robótica que recebe os dados e trata-os para que faça atuar os respetivos atuadores de acordo com os movimentos do utilizador. A comunicação entre ambos os Arduino Mega é feita através da rede Bluetooth. O sistema móvel inclui cinco sensores flexíveis colocados nos dedos de uma luva para que estes interpretem os movimentos dos dedos do utilizador; três acelerómetros, um deles inserido na

Figura 1. Aspeto físico do braço/mão robótica (sistema fixo) e manga/luva (sistema móvel).


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