Esse braço robótico, desenvolvido pela 2° turma do curso de Sistemas Embarcados da Fatec de Jundiaí, foi apresentado como um desafio à classe, sendo uma continuação do projeto da sala anterior, uma esteira seletora.
O dispositivo em questão foi adquirido no mercado e compõe-se basicamente de uma estrutura em acrílico para a parte mecânica e uma outra eletromecânica relativa aos quatro servomotores (base, altura, avanço e garra). O seu único objetivo é ilustrar, de forma bastante prática, o funcionamento de um equipamento em escala industrial, com nível de complexidade muito próximo no tocante à sua funcionalidade.
Para o desenvolvimento do braço, foram necessários dois microcontroladores, o NodeMCU ESP32 e o ATMega328P (microcontrolador do Arduino UNO) utilizando o prototocolo de comunicação I²C entre eles, utilizando a linguagem C++ para os microcontroladores, e HTML, JavaScript e CSS para interface de controle do robô.
- Obs: Esse repositório contém duas branchs. A branch main (branch atual) contém o código para o funcionamento do braço robótico sozinho. A segunda branch serial_esteira contém o código e as adaptações necessárias para funcionar com uma segunda parte do nosso projeto, uma Esteira Seletora. Para melhor entendimento do projeto, sugerimos que leia primeiramente a descrição dessa branch, e depois ler a outra. Clique aqui para ser abrir a branch Serial Esteira
Segue um vídeo do nosso projeto para melhor entendimento:
Clique aqui se preferir ver no youtube
Como mencionado anteriormente, o projeto usa quatro servomotores. O modelo utilizado foi o MICRO SERVO TOWERPRO 9G SG90 que possui 3 fios, sendo eles para alimentação (fio vermelho), GND (fio marrom) e para PWM (fio laranja). Pode ser alimentado com tensões entre 3,0 à 7,2V. No nosso projeto, utilizamos uma fonte externa, juntamente ao ATMega328P, que envia os sinais PWM para operar os motores.
O microcontrolador ATMega328P é o microcontrolador presente no Arduino UNO. Porém, no nosso projeto, utilizamos somente o ATMega. Mas, o arduino também pode ser utilizado no lugar dele.
O positivo da fonte deve ser conectado aos cabos vermelho dos servos e o negativo aos cabos marrons dos servos e ao negativo do ATMega328P.
No ATMega328p/Arduino:
- No pino 11(porta digital 6 do arduino): o PWM do servo da garra;
- No pino 15(porta digital 9 do arduino): o PWM do servo da base;
- No pino 16(porta digital 10 do arduino): o PWM do servo da ângulo do braço;
- No pino 17(porta digital 11 do arduino): o PWM do servo da avanço do braço;
- No pino 8 ou 22(qualquer GND do Arduino): jumper com o negativo da fonte externa, e no negativo do ESP32;
- No pino 28(porta analógica A5 do arduino): o SCL do I²C;
- No pino 27(porta analógica A4 do arduino): o SDA do I²C.
No nosso projeto, o esquema elétrico é o seguinte:
No ESP32, as ligações são feitas da seguinte forma:
- No Pino 22: SCL do I²C;
- No Pino 21: SDA do I²C;
- No GND: conectado ao GND do ATMega328P(pino 8 ou 22).
Se o código for utilizado em um arduino, basta acessar a diretório "/codigos/Arduino" e fazer o upload do arquivo nele. Para ele não é necessário instalar nenhuma biblioteca externa ao Arduino.
Senão, será necessário instalar o breadboard-avr atráves da seguinte página, e seguir os passos que estão nela para fazer o microcontrolador funcionar separadamente:
Para o código funcionar corretamente, são necessárias três bibliotecas que não são instaladas ao configurar o board manager do ESP32.
Para o programa funcionar corretamente, instale o board manager do ESP32 e as bibliotecas que estão abaixo:
- esp32-arduino
- AsyncTCP
- ESPAsyncWebServer
- WebSocketsServer (essa é instalável pelo próprio gerenciador de bibliotecas do Arduino, e pode ser encontrada com o seguinte nome: WebSockets by Markus Sattler)
Para o processo de configuração inicial do ESP32, é necessário um plugin(esp32-fs), que permite que se suba arquivos à memória flash do ESP32, que nesse projeto são necessários para o funcionamento da interface Web.
Para salvar os arquivos da página de login na memória do ESP, é necessário clicar no botão ESP32 Sketch Data Upload, em "ferramentas", na interface do Arduino. Feito isso, para se conectar ao servidor web criado pelo ESP, basta se conectar ao seu WIFI, que podem ter nome e senhas alterados no próprio código(nas linhas 9 e 10). Para se conectar ao servidor, basta escrever 192.168.4.1 no seu navegador de escolha e assim a seguinte página deve se carregar:
- Observação: o navegador, às vezes, tentará se conectar ao website usando HTTPS, e não funcionará. Neste caso, mude a url para forçar a conexão usando HTTP.
Nesse projeto, apesar de implementarmos a página de login, ela não foi configurada para ser acessada com determinada senha e login. Sendo assim, basta preencher os campos com qualquer coisa que o site deixará vocẽ prosseguir à tela que está no item abaixo.
A fim de se aproximar de uma aplicação real da indústria, além da facilitar a configuração do braço robótico, foi desenvolvido uma aplicação Web, se utilizando das linguagens como HTML, CSS e JavaScript para a criação de um site para configuração dos movimentos que o dispositivo irá realizar para transporte da peça do ponto A ao B.
Dessa maneira o operador responsável pelo manuseio do braço poderá escolher os ângulos de movimentação da base, avanço, altura e garra do braço, para os respectivos passos que o dispositivo irá fazer em cada posição, tendo a função de escolha do número de passos máximos que serão configurados. Uma vez configurado os movimentos, o braço pode entrar em modo automático.
Vale ressaltar que para que haja a configuração efetiva entre o operador para o braço, o microcontrolador ESP32 é o responsável pela comunicação entre a aplicação web e os dados que serão passados para o braço robótico, por apresentar wifi integrado, pode criar um Acess Point e lidar com com conexões de uma forma relativamente parecida com o que um servidor faria.
- Observação: É recomendado que na primeira vez que se iniciar o site, clicar em "reset" e em "save", para que as posições sejam salvas e evite problemas em uso futuro
Acima o "estado da conexão" e o "modo de funcionamento", indicam respectivamente o estado do websocket(que é necessário para comunicação com o ESP32) e o modo de funcionamento atual, que pode ser "Run" e "Program".
Abaixo, são possíveis configurar os passos.
Ao final da tela, os botões no final da tela desempenham as seguintes funções:
- Run: coloca o robo em modo automático, onde ele executará os passos configurados pelo operador anteriormente;
- Program: coloca o robo em modo de configuração;
- Save: Salva as posições do robô, fazendo com que mesmo se o robô perca completamente a alimentação, ele lembre do que foi salvo;
- Reset: Volta os valores do passo atual para os valores centrais;
- Restart: Volta todos os valores de todos os passos aos valores centrais.
Todas as funções que estiverem ocorrendo no braço robótico, idependente do modo de operação, serão posssíveis de viazualizar a partir de um sistema supervisório, que é responsável pelo monitoramento em tempo real. A transmissão de dados ocorre pelo protocolo de comunicação RS232, através da porta serial do ESP32. O Software usado no nosso caso é o Elipse E3.
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Observação: a variável "bool b"(linha 24), no código do ESP32 tem que ser "false" para os dados serem transmitidos ao Elipse E3.
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Além disso, a variável "P1/N1/B1", do RS232(Domínio/Objetos de Servidor/Drivers e OPC/RS232) deve ser alterada à porta "COM" que o esp está usando no seu computador.
Depois de tudo isso, a tela deve se aparecer com algo parecido abaixo:
