RAPTOR-B: Robô de resgate para a identificação de vítimas em um ambiente de destroços para a CBR - Rescue Maze.

Adler Teixeira Ferro Pereira¹, Hugo Santos Dias², Esdrás Alves dos Santos³, Igor Macedo Neves 4, Víctor Lucas Rosada Canesin 5, Carlos Teixeira Brandão Dutra6

Abstract — This article contains information about the

construction of an automated robot to participate on the Rescue Maze(Rescue B) competition of CBR-2018[1] (Competição Brasileira de Robótica). The robot uses an open-source platform, Arduino, assome sensors and motors that intend to simulate dangerous and complicated tasks to human beings in an environment to rescue victims. ¹ Adler Teixeira Ferro Pereira é graduado em Engenharia de Computação e professor, orientador e instrutor de Robótica Educacional no Colégio Nossa Senhora de Fátima (e-mail:adler.tfp@gmail.com) ² Hugo Santos Dias Hugo Santos Dias é o Coordenador do Núcleo de Robótica educacional do Colégio Nossa Senhora de Fátima. Colaborador (e-mail:hs_dias@yahoo.com.br) ³Esdrás Alves dos Santos é aluno do 1ºano do Ensino Médio do Colégio Nossa Senhora de Fátima. Orientando (email:esdrinhas.as@gmail.com) 4 Igor Macedo Neves é aluno do 1º ano do Ensino Médio do Colégio Nossa Senhora de Fátima. Orientando (email:igormn11@hotmail.com) 5 Víctor Lucas Rosada Canesin é aluno do 1º ano do Ensino Médio do Colégio Nossa Senhora de Fátima. Orientando (email:vlcanesin@gmail.com) 6 Carlos Teixeira Brandão Dutra é aluno do 1ºano do Ensino Médio do Colégio Nossa Senhora de Fátima. Orientando (email:carlostbdutra@gmail.com)

I. INTRODUÇÃO

Tratando-se de ambientes onde ocorreram desastres, os seres humanos, na maioria das vezes, não devem arriscar-se por estarem expostos a outras situações de perigo. Neste contexto, acontece a competição de Robôs de Resgate (Rescue Maze), onde ocorre uma pequena simulação destes ambientes reais. A prova consiste em uma arena com paredes que estão dispostas na forma de um labirinto que deve ser percorrido pelo robô. Nestas paredes são colocadas “vítimas” aquecidas a uma temperatura semelhante à do corpo humano, sendo necessária a identificação das mesmas pelo robô. Todo o trabalho realizado pelo robô deve ser feito de forma autônoma.

II. PROPÓSITO

O objetivo deste trabalho é construir o robô Raptor, do Colégio Nossa Senhora de Fátima – Sacramentinas[2], para participar da modalidade Rescue-Maze na Competição Latino Americana de Robótica – LARC/CBR 2018 que será realizada na cidade de João Pessoa-PB.

III. DESENVOLVIMENTO

O robô foi desenvolvido usando uma plataforma de hardware e software open source, o Arduino, e o uso de vários tipos de componentes eletrônicos (sensores e atuadores). A equipe escolheu o Arduino por possuir uma IDE (ambiente de desenvolvimento integrado) de fácil manipulação por meio da linguagem C/C++. O Colégio Nossa Senhora de Fátima – Sacramentinas trabalha com o Arduino em suas aulas de robótica desde 2009 em conjunto com vários conceitos de eletrônica, mecânica e programação.

A. Estrutura física Para a estrutura física do robô, a equipe optou por adotar

a mesma utilizada nos anos de 2016 e 2017, porém com algumas alterações, como uma passagem para os kits no meio do robô. O mesmo possui 4 rodas Mecanum[3], e sua estrutura foi construída de MDF (Fibra de Média Densidade), pois além de ser leve e possuir baixo custo, o MDF é bem resistente.

Imagem 1: Protótipo da armação física do robô

B. Locomoção e atuação A equipe decidiu preservar a estrutura da locomoção do

robô. Utilizou-se 4 motores DC com caixas de redução[4] e encoder[5], ligados a duas pontes Hs[6], a fim de fornecer mais corrente para os tais.

O robô utiliza rodas Mecanum[3] para facilitar na movimentação e na precisão do robô no labirinto.

Além disso, foram utilizados alguns componentes, como LEDs, buzzers e um LCD para a sinalização das vítimas.

Imagem 2: Exemplo de disposição das rodas mecanum

C. Controladores

O robô usa um Arduino Due[7] para controle e movimentação e um Arduino Nano[8] para leitura dos sensores de temperatura.

Imagem 3: Comunicação serial realizada entre os Arduinos

D. Sensores ● Infravermelho[9]:

A equipe optou por utilizar oito sensores infravermelhos de modo que os mesmos fiquem alinhados nas extremidades do robô, para identificação das paredes com precisão.

Imagem 4: Sensor de distância infravermelho

● Temperatura[10]: Existem vários tipos de sensores de temperatura,

mas a maioria precisa estar em contato com o objeto a ser mensurado. Porém, o sensor infravermelho consegue medir a temperatura dos objetos sem estar diretamente em contato com o objeto, mantendo assim, a velocidade do robô.

Imagem 5: Sensor de temperatura infravermelho

● Sensor de Luz[11]:

Para a identificação da área de perigo (quadrante preto) e do checkpoint (quadrante prata). Estes sensor identifica a intensidade da luz refletida em algum objeto.

Imagem 6: Sensor de luz infravermelho

● Encoder[5]:

Para uma melhor movimentação, é necessária utilização de encoders em cada motor para que seja possível a medição da rotação dos mesmos.

Imagem 7: Encoder

● IMU[12]: Para a identificação de rampas ou oscilações na

pista. Esta se encontra na base de cima do robô.

Imagem 8: Unidade de Medida Inercial (IMU)

E. Algoritmo

A lógica presente no código do robô se manteve muito semelhante à anterior. Basicamente, o robô utiliza o algoritmo de Tremaux[13] (ou algoritmo da “mão direita”), onde o mesmo prioriza se locomover à direita, se não para frente e em último caso à esquerda. Ele também tem um controle para saber por onde já passou.

Imagem 9: Algoritmo de Tremaux

Através de seus sensores, o Raptor identifica

rampas, eventuais obstáculos e simultaneamente realiza a leitura dos sensores de temperatura.

Ao percorrer toda a pista (ou identificar todas as vítimas), o Raptor volta a sua casa inicial (ou seu último checkpoint ) através de um código que tem como base os algoritmos de BFS (Breadth First-search, ou busca em largura) e DFS (Depth First-search, ou busca em profundidade )[14].

Imagem 10: Exemplo de BFS, tendo o 1 como ponto inicial

IV. RESULTADOS

A construção do robô, apesar de inicialmente complicada, ocorre dentro do previsto, não estando totalmente completa, pois ainda está em andamento.

Conferiu-se que os sensores infravermelhos foram eficazes na locomoção (no que se afirma aos ajustes na parede sem que haja a necessidade do encontro às mesmas). Portanto, cumpriram bem seu papel de averiguação de medidas, sendo estas mais precisas e rápidas na leitura quando comparado a outros sensores de distância.

Os motores se apresentaram adequadamente, tendo em mente a utilização aglutinada com o encoder, favorecendo a movimentação, já que foi possível a medição da rotação do motor, fazendo com o que o resultado fique mais preciso.

V. CONCLUSÃO

Foi possível perceber que os robôs são muito úteis na realização de diversos tipos de trabalhos (tanto simples, quanto complexos e perigosos para o homem) e o quanto isso favorece na precisão do trabalho realizado. Além disso, o projeto permite visualizar diversos conceitos de eletrônica e de robótica aplicados no robô. As diversas tentativas e erros proporcionam à todos da equipe, de forma individual e coletiva, um crescente aprendizado.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] CBR 2018 (Competição Brasileira de Robótica). Informações disponíveis em: http://www.cbrobotica.org/ [2] Site oficial do Colégio Nossa Senhora de Fátima - Sacramentinas: http://colegiosacramentinas.com.br/ [3] Rodas Mecanum. Informações disponíveis em: https://en.wikipedia.org/wiki/Mecanum_wheel [4] Motores DC. Informações disponíveis em: https://pt.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_de_corrente_cont%C3%ADnua [5] Encoders. Informações disponíveis em: https://en.wikipedia.org/wiki/Encoder [6] Ponte H (H Bridge). Informações disponíveis em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Ponte_H [7] Arduino Due. Informações disponíveis em: https://store.arduino.cc/usa/arduino-due [8] Arduino Nano. Informações disponíveis em: https://store.arduino.cc/usa/arduino-nano [9] Sensor de distância infravermelho. Informações disponíveis em: https://www.pololu.com/product/136 [10] Sensor de temperatura infravermelho. Disponível em: https://www.mouser.com/new/melexis/melexis-MLX90614-infrared-thermometer/ [11] Sensor de luz infravermelho. Informações disponíveis em: https://www.citisystems.com.br/sensores-opticos/ [12] IMU - Unidade de Medida Inercial. Informações disponíveis em: https://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_measurement_unit [13] Algoritmo de Tremaux. Informações disponíveis em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Algoritmo_de_Tremaux [14] Busca em grafos. https://pt.wikipedia.org/wiki/Busca_em_largura (BFS) e https://pt.wikipedia.org/wiki/Busca_em_profundidade

http://www.cbrobotica.org/http://colegiosacramentinas.com.br/https://en.wikipedia.org/wiki/Mecanum_wheelhttps://pt.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_de_corrente_cont%C3%ADnuahttps://pt.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_de_corrente_cont%C3%ADnuahttps://en.wikipedia.org/wiki/Encoderhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Ponte_Hhttps://store.arduino.cc/usa/arduino-duehttps://store.arduino.cc/usa/arduino-nanohttps://www.pololu.com/product/136https://www.mouser.com/new/melexis/melexis-MLX90614-infrared-thermometer/https://www.mouser.com/new/melexis/melexis-MLX90614-infrared-thermometer/https://www.citisystems.com.br/sensores-opticos/https://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_measurement_unithttps://pt.wikipedia.org/wiki/Algoritmo_de_Tremauxhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Busca_em_largurahttps://pt.wikipedia.org/wiki/Busca_em_profundidade