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Com o seu robô montado e a parte eletrônica funcionando corretamente, é hora de lhe dar sua funcionalidade. A funcionalidade é o “Quem sou eu?” e o “O que estou fazendo aqui? “de um robô. São perguntas existenciais que só você poderá responder.

No caso de um robô móvel, sua atividade favorita é se deslocar. E nada melhor do que deslocar-se autonomamente para cumprir suas próprias tarefas. Para que o robô possa mover-se de forma autônoma, precisa ser capaz de detectar o ambiente ao redor, mais precisamente os obstáculos, e conseguir desviar-se deles.

Material

  • Robô móvel Rovy
  • 4 x TTGM
  • DC Motor Driver (aqui usamos um Arduino Mega prototyping shield e 2 pontes H SN754410)
  • Bateria de 7.4V
  • Sensor de distância HC-SR04 (ou GP2Y0A21 ou outro)
  • Arduino Mega

Estrutura

Neste projeto utilizamos o robô móvel Rovy, mas esta solução pode ser aplicada a qualquer tipo de robô móvel.

robot autonome rovy pouvant détecter et éviter les obstacles

Hardware

  • Microcontrolador

A placa deve ter entradas e saídas suficientes para controlar duas pontes H. Aqui usamos um Arduino Mega, mas um UNO bastaria.

  • Driver

Para controlar a velocidade e a direção de um motor CC, é comum utilizar pontes H como a SN754410.

  • HC-SR04

Sensor de distância a ultrassom para detecção de obstáculos

Esquema de montagem

schéma de câblage du robot autonome rovy avec arduino mega et capteur de distance à ultrasons

Princípio do algoritmo

Este robô dispõe de um sensor de distância fixo na parte dianteira. A estratégia para desvio de obstáculos é bem simples, pois não exige muita informação além da presença ou não de obstáculos. Para acrescentar alguns dados, vamos fazer o robô olhar para esquerda e direita ao encontrar um obstáculo e determinar qual lado está mais desimpedido. Isto equivale a ter o sensor montado num servomotor que varre da esquerda para a direita (mas sem o servomotor, vejam só).

Para descrever os movimentos do robô e organizar a arquitetura do código, vamos criar uma máquina de estados. Isto permite determinar claramente uma sequência de ações em função dos acontecimentos. No nosso caso, o robô seguirá uma sequência de estados que vai lhe permitir evitar obstáculos (ou não). Uma maneira simples de programar isto no Arduino é usando o switch…case.

Outra ferramenta que utilizamos neste algoritmo é a biblioteca Timer.h, que permite sequenciar ações. No nosso caso, queremos que o sensor seja lido apenas a cada 100 m.

Software

O programa a ser implementado no Arduino pode ser dividido em etapas simples: ler a medida do sensor, selecionar um estado do robô em função do valor da medida e controlar os motores de acordo com o estado selecionado.

Ler o valor do sensor de distância

Para ler o sensor de forma contínua sem perturbar o funcionamento do robô, usaremos a biblioteca Timer.h, que permite lançar uma função a intervalos fixos de tempo. O funcionamento desta biblioteca é semelhante ao exemplo BlinkWithoutDelay, que usa a função millis().

Para clareza de leitura, usamos a biblioteca HC-SR04.h. Criamos uma função de leitura que colocamos no temporizador. Para chamar a função, basta escrever sensorTimer->Update(); em vez de readSensor();

//Bibliotheque
#include <SR04.h>
#include "Timer.h"

// Sensor definition
#define TRIG_PIN 3
#define ECHO_PIN 2
SR04 sr04 = SR04(ECHO_PIN,TRIG_PIN);
long dist,leftVal,rightVal;

Timer *sensorTimer = new Timer(100);

void setup(){
  sensorTimer->setOnTimer(&readSensor);
  sensorTimer->Start();
}

void loop(){
  sensorTimer->Update();
}

void readSensor() {
   dist=sr04.Distance();
   Serial.print(dist);
   Serial.println("cm");
   if(dist<40){
    if (sensorState==OBS_NO) sensorState=OBS_OK;
   }else if(dist>80){
    sensorState=OBS_NO; 
   }
}


Estratégia de desvio

Dependendo do estado do sensor e do robô, escolhemos o procedimento a ser seguido. Se não houver obstáculos, avançamos. Se houver, ativamos o procedimento de desvio:

  • recuar;
  • olhar para a direita (virar à direita) e salvar o valor do sensor;
  • depois à esquerda (virar à esquerda) e salvar o valor do sensor;
  • Dependendo do valor do sensor de cada lado, seguir para a esquerda ou para a direita até que um novo obstáculo seja detectado.
void autonomousMode(){
   switch (sensorState){
     case OBS_NO:
       GoForward(Power);
       break;
     case OBS_OK:
       GoBackward(Power);
       sensorState=OBS_SEARCH_RIGHT;
       delay(200);
       break;
     case OBS_SEARCH_RIGHT:
       TurnRight(Power);
       sensorState=OBS_SEARCH_LEFT;
       delay(300);
       sensorTimer->Update();
       rightVal=dist;
       break;
     case OBS_SEARCH_LEFT:
       TurnLeft(Power);
       sensorState=OBS_ESCAPE;
       delay(2*300);
       sensorTimer->Update();
       leftVal=dist;
       break;
     case OBS_ESCAPE:
       if(leftVal-rightVal>=5){
         sensorState=OBS_ESC_LEFT;
       }else{
         sensorState=OBS_ESC_RIGHT;
       }
       break;
     case OBS_ESC_LEFT:
       TurnLeft(Power);
       delay(200);
       break;
     case OBS_ESC_RIGHT:
       TurnRight(Power);
       delay(200);
       break;
     default: //SFAULT
       MotorStop();
       break;
   } 
}

Funções de deslocamento do robô

Veja aqui como conduzir um motor CC.

void movementEnable(){
digitalWrite(enableBridge1,HIGH); 
digitalWrite(enableBridge2,HIGH);
digitalWrite(enableBridge3,HIGH);
digitalWrite(enableBridge4,HIGH);
}
void movementDisable(){
digitalWrite(enableBridge1,LOW); 
digitalWrite(enableBridge2,LOW);
digitalWrite(enableBridge3,LOW);
digitalWrite(enableBridge4,LOW);
}
void GoForward(int Power){
analogWrite(MotorForward1,Power);
analogWrite(MotorReverse1,0);
analogWrite(MotorForward2,Power);
analogWrite(MotorReverse2,0);
analogWrite(MotorForward3,Power);
analogWrite(MotorReverse3,0);
analogWrite(MotorForward4,Power);
analogWrite(MotorReverse4,0);
}
void GoBackward(int Power){
analogWrite(MotorForward1,0);
analogWrite(MotorReverse1,Power);
analogWrite(MotorForward2,0);
analogWrite(MotorReverse2,Power);
analogWrite(MotorForward3,0);
analogWrite(MotorReverse3,Power);
analogWrite(MotorForward4,0);
analogWrite(MotorReverse4,Power);
}
void TurnRight(int Power){
analogWrite(MotorForward1,Power);
analogWrite(MotorReverse1,0);
analogWrite(MotorForward2,0);
analogWrite(MotorReverse2,Power);
analogWrite(MotorForward3,Power);
analogWrite(MotorReverse3,0);
analogWrite(MotorForward4,0);
analogWrite(MotorReverse4,Power);
}
void TurnLeft(int Power){
analogWrite(MotorForward1,0);
analogWrite(MotorReverse1,Power);
analogWrite(MotorForward2,Power);
analogWrite(MotorReverse2,0);
analogWrite(MotorForward3,0);
analogWrite(MotorReverse3,Power);
analogWrite(MotorForward4,Power);
analogWrite(MotorReverse4,0);
}
void Stop(){
analogWrite(MotorForward1,0);
analogWrite(MotorReverse1,0);
analogWrite(MotorForward2,0);
analogWrite(MotorReverse2,0);
analogWrite(MotorForward3,0);
analogWrite(MotorReverse3,0);
analogWrite(MotorForward4,0);
analogWrite(MotorReverse4,0);
movementDisable();
}

Código completo

//Bibliotheque
#include <SR04.h>
#include "Timer.h"
// Sensor definition
#define TRIG_PIN 3
#define ECHO_PIN 2
SR04 sr04 = SR04(ECHO_PIN,TRIG_PIN);
long dist,leftVal,rightVal;
enum sState{
SFAULT,
OBS_NO,
OBS_OK,
OBS_SEARCH_LEFT,
OBS_SEARCH_RIGHT,
OBS_ESCAPE,
OBS_ESC_LEFT,
OBS_ESC_RIGHT
};
int sensorState=OBS_NO;
// Motors definition
const int enableBridge1 = 22;
const int enableBridge2 = 23;
const int enableBridge3 = 24;
const int enableBridge4 = 25;
const int MotorForward1 = 11;
const int MotorReverse1 = 10;
const int MotorForward2 = 8;
const int MotorReverse2 = 9;
const int MotorForward3 = 7;
const int MotorReverse3 = 6;
const int MotorForward4 = 4;
const int MotorReverse4 = 5;
// Variables
int Power = 80; //Motor velocity
Timer *sensorTimer = new Timer(100);
/******************************************************************\
* PRIVATE FUNCTION: setup
*
* PARAMETERS:
* ~ void
*
* RETURN:
* ~ void
*
* DESCRIPTIONS:
* Initiate inputs/outputs
*
\******************************************************************/
void setup(){
//pinMode(Pin, INPUT/OUTPUT);
pinMode(MotorForward1,OUTPUT);
pinMode(MotorReverse1,OUTPUT);
pinMode(MotorForward2,OUTPUT);
pinMode(MotorReverse2,OUTPUT); 
pinMode(MotorForward3,OUTPUT);
pinMode(MotorReverse3,OUTPUT);
pinMode(MotorForward4,OUTPUT);
pinMode(MotorReverse4,OUTPUT);
pinMode(enableBridge1,OUTPUT);
pinMode(enableBridge2,OUTPUT);
pinMode(enableBridge3,OUTPUT);
pinMode(enableBridge4,OUTPUT);
sensorTimer->setOnTimer(&readSensor);
sensorTimer->Start();
delay(500);
}
/******************************************************************\
* PRIVATE FUNCTION: loop
*
* PARAMETERS:
* ~ void
*
* RETURN:
* ~ void
*
* DESCRIPTIONS:
* Main Function of the code 
\******************************************************************/
void loop(){
sensorTimer->Update();
autonomousMode();
}
void autonomousMode(){
switch (sensorState){
case OBS_NO:
GoForward(Power);
break;
case OBS_OK:
GoBackward(Power);
sensorState=OBS_SEARCH_RIGHT;
delay(200);
break;
case OBS_SEARCH_RIGHT:
TurnRight(Power);
sensorState=OBS_SEARCH_LEFT;
delay(300);
sensorTimer->Update();
rightVal=dist;
break;
case OBS_SEARCH_LEFT:
TurnLeft(Power);
sensorState=OBS_ESCAPE;
delay(2*300);
sensorTimer->Update();
leftVal=dist;
break;
case OBS_ESCAPE:
if(leftVal-rightVal>=5){
sensorState=OBS_ESC_LEFT;
}else{
sensorState=OBS_ESC_RIGHT;
}
break;
case OBS_ESC_LEFT:
TurnLeft(Power);
delay(200);
break;
case OBS_ESC_RIGHT:
TurnRight(Power);
delay(200);
break;
default: //SFAULT
MotorStop();
break;
} 
}
/******************************************************************\
* PRIVATE FUNCTION: readSensor
*
* PARAMETERS:
* ~ void
*
* RETURN:
* ~ void
*
* DESCRIPTIONS:
*        
\*****************************************************************/
void readSensor() {
dist=sr04.Distance();
Serial.print(dist);
Serial.println("cm");
if(dist<40){
if (sensorState==OBS_NO) sensorState=OBS_OK;
}else if(dist>80){
sensorState=OBS_NO; 
}
}
/******************************************************************\
* PRIVATE FUNCTION: movementEnable
*
* PARAMETERS:
* ~ void
*
* RETURN:
* ~ void
*
* DESCRIPTIONS:
*   Enable motor control   
\*****************************************************************/
void movementEnable(){
digitalWrite(enableBridge1,HIGH); 
digitalWrite(enableBridge2,HIGH);
digitalWrite(enableBridge3,HIGH);
digitalWrite(enableBridge4,HIGH);
}
/******************************************************************\
* PRIVATE FUNCTION: movementDisable
*
* PARAMETERS:
* ~ void
*
* RETURN:
* ~ void
*
* DESCRIPTIONS:
*   Disable motor control   
\*****************************************************************/
void movementDisable(){
digitalWrite(enableBridge1,LOW); 
digitalWrite(enableBridge2,LOW);
digitalWrite(enableBridge3,LOW);
digitalWrite(enableBridge4,LOW);
}
/******************************************************************\
* PRIVATE FUNCTION: GoForward
*
* PARAMETERS:
* ~ int Power motor velocity
*
* RETURN:
* ~ void
*
* DESCRIPTIONS:
*        
\*****************************************************************/
void GoForward(int Power){
analogWrite(MotorForward1,Power);
analogWrite(MotorReverse1,0);
analogWrite(MotorForward2,Power);
analogWrite(MotorReverse2,0);
analogWrite(MotorForward3,Power);
analogWrite(MotorReverse3,0);
analogWrite(MotorForward4,Power);
analogWrite(MotorReverse4,0);
}
/******************************************************************\
* PRIVATE FUNCTION: GoBackward
*
* PARAMETERS:
* ~ int Power motor velocity
*
* RETURN:
* ~ void
*
* DESCRIPTIONS:
*        
\*****************************************************************/
void GoBackward(int Power){
analogWrite(MotorForward1,0);
analogWrite(MotorReverse1,Power);
analogWrite(MotorForward2,0);
analogWrite(MotorReverse2,Power);
analogWrite(MotorForward3,0);
analogWrite(MotorReverse3,Power);
analogWrite(MotorForward4,0);
analogWrite(MotorReverse4,Power);
}
/******************************************************************\
* PRIVATE FUNCTION: TurnRight
*
* PARAMETERS:
* ~ int Power motor velocity
*
* RETURN:
* ~ void
*
* DESCRIPTIONS:
*        
\*****************************************************************/
void TurnRight(int Power){
analogWrite(MotorForward1,Power);
analogWrite(MotorReverse1,0);
analogWrite(MotorForward2,0);
analogWrite(MotorReverse2,Power);
analogWrite(MotorForward3,Power);
analogWrite(MotorReverse3,0);
analogWrite(MotorForward4,0);
analogWrite(MotorReverse4,Power);
}
void TurnLeft(int Power){
analogWrite(MotorForward1,0);
analogWrite(MotorReverse1,Power);
analogWrite(MotorForward2,Power);
analogWrite(MotorReverse2,0);
analogWrite(MotorForward3,0);
analogWrite(MotorReverse3,Power);
analogWrite(MotorForward4,Power);
analogWrite(MotorReverse4,0);
}
void MotorStop(){
analogWrite(MotorForward1,0);
analogWrite(MotorReverse1,0);
analogWrite(MotorForward2,0);
analogWrite(MotorReverse2,0);
analogWrite(MotorForward3,0);
analogWrite(MotorReverse3,0);
analogWrite(MotorForward4,0);
analogWrite(MotorReverse4,0);
movementDisable();
}

Resultado

Se quiser mais informações sobre este projeto, pode nos deixar um comentário ou escrever uma mensagem.

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