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Trajetórias de deslocamento suave aplicadas a motores de passo de um robô cartesiano controlado por Arduino
Juliano dos Santos, Delair Bavaresco

Última alteração: 11-02-2020

Resumo


Uma problemática evidenciada em nossa instituição diz respeito a obtenção de dados relativos ao acompanhamento da fermentação alcóolica de vinho, para análise em pesquisas da área da Enologia. Nessas observações, no decorrer do processo de fermentação, é necessário realizar mensurações periódicas da massa de falcons (recipientes de 50mL). Com isso, é possível acompanhar a fermentação por meio da perda de massa devido à liberação de CO2 como subproduto da degradação da glicose, transformando-se em etanol. O principal empecilho encontrado na realização das observações é a pesagem manual dos falcons, sendo que, na maioria das pesquisas desenvolvidas, são utilizadas 120 amostras. Para obtenção dos dados precisos e consistentes, as observações devem ser feitas, no mínimo três vezes ao dia, por um período de até quatorze dias. Diante disso está em fase de testes um robô cartesiano projetado para automatizar a pesagens dos falcons durante o período de observação. No entanto, nos processos de automatização, um dos problemas clássicos dos mecanismos de realização de tarefas autônomas diz respeito à precisão do posicionamento e seguimento de trajetória. Para aprimoramento desses sistemas, em relação a essa problemática, uma estratégia eficiente é a definição e implementação de trajetórias de suavização de movimentos, sobretudo no arranque e no final do movimento dos atuadores. Com a implementação de trajetórias de deslocamento suave, além de minimizar erros de posicionamento e seguimento de trajetórias, é possível reduzir desgastes dos componentes dinâmicos dos mecanismos. Desse modo, este trabalho apresenta resultados da implementação computacional e testes experimentais de uma metodologia de obtenção de trajetórias de deslocamento suave para motores de passo utilizados em um robô cartesiano acionado e controlado por Arduino. A pesquisa em curso, adapta, para motores de passo Nema 17, uma metodologia já testada para Micro Servo Motores, com resultados satisfatórios. A metodologia utiliza-se de trajetórias polinomiais baseadas na geração do histórico temporal da posição para que o mecanismo realize um movimento desejado no espaço cartesiano. Esse deslocamento é determinado através das condições iniciais e finais de posicionamento e velocidade nula nos extremos. A trajetória, deve ser factível, computacionalmente tratável, suficientemente suave e respeitando qualquer limite dado nas velocidades e posicionamento entre os pontos de deslocamento do mecanismo. O mecanismo no qual a metodologia foi testada é um robô cartesiano acionado e controlado por meio da plataforma de Prototipagem Eletrônica Arduino, a qual e possibilita a utilização simultânea de diversos sensores e atuadores, permitindo controle total de suas ações. Os resultados obtidos com a implementação de trajetórias polinomiais de deslocamento suave permitem mobilidade suave dos recipientes que contém o mosto em fermentação sem alterar suas características. Além disso, possibilitam precisão no posicionamento dos falcons tanto na balança quanto na posição de descanso. Os resultados dessa pesquisa estão vinculada às ações do projeto LaPEC - Laboratório de Prototipagem para Ensino de Ciências e evidenciam possibilidades de construção de mecanismos de realização de tarefas autônomas com precisão e suavidade, utilizando-se de controladores de baixo custo e com potencial de inovação tecnológica a partir de pesquisas acadêmicas.



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