AFINAL, O QUE É A ROBÓTICA?

No início do trabalho foi apresentada uma definição de robot. É uma definição formal, hermética, muito associada à componente mecânica e ao controlo de movimento.
Mas afinal, o que é um robot? Afinal, o que é a robótica?
A robótica é uma ciência multidisciplinar que aglutina muitas outras áreas científicas. Funciona como o cimento que liga vários blocos que concorrem para que os robots operem correctamente. Esses blocos são a Física, a Matemática, a Mecânica, a Teoria do Controlo, a Electrónica, a Energia, os Computadores, o Processamento de Sinal, a Visão por Computador, as Comunicações, a Inteligência Artificial, a Biologia, as Neurociências e muitas outras áreas científicas aqui não explicitamente indicadas.

CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO DE SENSORES

Sensibilidade

É definida como a razão entre a taxa de mudança dos valores de saída pela mudança dos valores de entrada.

Linearidade
É a medida da constância da taxa de saída com relação à entrada. Um sensor é dito linear se a variação da entrada for constante com a variação da saída, ou seja se a relação entre ambos for dada por uma função linear.

Faixa
É a medida da diferença entre o valor mínimo e o valor máximo medido.

Tempo de resposta
É o tempo decorrido para que uma mudança nas entradas seja percebida como uma mudança estável na saída. Em alguns sensores a saída oscila por um certo tempo antes de alcançar um valor estável. O tempo de resposta é medido desde o inicio da mudança na entrada até a estabilização da saída.

Precisão
É a medida da diferença entre os valores medidos e reais.

Repetibilidade
É a medida da diferença entre duas medidas sucessivas sob as mesmas condições. Sensores podem ter alta repetibilidade, mas pouca precisão.

Diferença entre repetibilidade e acurácia

Resolução
Mede o número de medidas de valores diferentes possíveis dentro de uma faixa de mínimo e máximo.

Tipo de Saída
A saída de um sensor pode ser dada de várias formas, por exemplo, através de:
movimento mecânico;
tensão;
corrente;
pressão;
nível hidráulico,intensidade luminosa;

A ESCOLHA DO SENSOR

Na escolha dos sensores, deve-se levar em conta as seguintes considerações:

Campo de Visão: Deve ser amplo o bastante e com suficiente profundidade para adequar-se `a sua aplicação.
Range Capability: (Capacidade Alcance) O alcance mínimo de detecção, bem como o alcance máximo efectivo devem ser adequados ao uso pretendido do sensor.
Acurácia e Resolução: Devem estar de acordo com as necessidades da tarefa dada.
Habilidade para detectar todos os objectos no ambiente: Várias condições ambientes podem interferir e acrescentar ruído às informações captadas pelos sensores. Os mesmos devem ser capazes de minimizar tais interferências.
Operação em Tempo-Real: O sensor deve ser capaz de fornecer dados em tempo real a velocidades que sejam compatíveis com a velocidade da sua plataforma receptora (robô móvel, veículo - robô, etc.)
Dados Concisos e de fácil interpretação: O formato de saída de um sensor deve ser realístico do ponto de vista dos requisitos de processamento, visando reduzir ao máximo o pré-processamento da informação fornecida pelo sensor.
Redundância: O sistema sensor deve sofrer uma degradação lenta e suave, e não ficar totalmente incapacitado devido à perda de um elemento sensor. Uma capacidade multimodal seria desejável para assegurar a detecção de todos os alvos, bem como para aumentar o nível de confiança da sua saída.
Simplicidade: O sistema deve ser de baixo custo e modular, para facilitar a manutenção e permitir actualizações evolucionárias, portanto, não deve estar restrito `a um tipo de hardware específico.
Consumo de Força: O consumo de força deve ser mínimo, para poder ser mantida uma boa relação com os recursos limitados a bordo de robôs móveis e veículos - robôs.
Tamanho: O peso e o tamanho devem ser o menor possível, de acordo com os objectivos pretendidos para o veículo ou robô.

SENSORES

Definição:

Um sensor é um dispositivo que mede o valor de uma grandeza física, como por exemplo a temperatura, a velocidade, a distância, a pressão. Os robots que trabalham inseridos em ambientes reais, estáticos ou dinâmicos, estão dotados de sensores que lhes permitem adquirir informação sobre o modo como interactuam com o mundo em que operam e sobre o seu próprio estado interno. (http://users.isr.ist.utl.pt/~mir/pub/sensores.pdf). Sensores são dispositivos projectados para quantificar ou detectar parâmetros especificados por meio de elementos transdutores (são elementos que têm a função de converter uma dada magnitude física em outra).

Classificação:
Do ponto de vista da robótica, os sensores podem ser divididos em duas grandes categorias, de acordo com a sua utilização em um robô. Esta divisão pode ainda ser expandida em diversas subclasses.

Sensores Internos: fornecem informação sobre os parâmetros internos do robot, por exemplo, avaliam o nível de carga das baterias, são usados para medir a posição ou velocidade de uma roda ou o ângulo de uma juntas ou extremidades de um robô manipulador, ou das rodas ou patas de um robô móvel. Potenciómetros, codificadores (encoders na designação anglo-saxónica), taquímetros, sensores inerciais (incluindo acelerómetros, giroscópios, inclinómetros e bússolas), são exemplos de sensores internos. (http://users.isr.ist.utl.pt/~mir/pub/sensores.pdf)

Sensores Externos: São utilizados para monitorar o próprio robô e a sua relação com o mundo exterior, bem como a realização da tarefa que lhe foi destinada. Os sensores externos subdividem-se ainda em, sensores de contacto, sensores de proximidade, sensores de força e de momento, visão, sensores de distância, laser, sensores de ultra-som ou de infravermelhos e sensores químicos.
(http://users.isr.ist.utl.pt/~mir/pub/sensores.pdf), (http://www.citi.pt/educacao_final/trab_final_inteligencia_artificial/sensores.html)

Sensores de Proximidade:
Servem para indicar ao robô se ele está próximo de algum objecto do mundo. Este conceito de proximidade geralmente está relacionado à algum intervalo de distância especificado. São divididos em:

Sensores tácteis (ou de contacto) são geralmente empregados em veículos guiados automaticamente (Automated Guided Vehicle - AVGs) e em robôs móveis para fornecer uma indicação de colisão de último recurso com obstruções em torno do robô. O processo de detecção deste tipo de sensor envolve contacto físico directo entre o sensor e o objecto de interesse.
Do ponto de vista da robótica móvel, estes esquemas sensores podem ser divididos em três grupos principais:

Sensores tácteis ou antenas: Consistem, geralmente, de hastes de metal ligadas a terminais de chaves de contacto. Podem ser divididos em duas categorias:
- Sensores passivos: que são geralmente fixos.
- Sensores activos: que geralmente implementam alguma estratégia mecânica de busca para tornar a orientação mais efectiva. Este processo assemelha-se muito ao movimento das antenas de um insecto.

Amortecedores tácteis: Consistem, geralmente, de uma placa de metal presa por uma por uma ponta e curvada para fora na outra, formando um amortecedor protector na frente do veículo. Esta placa está restrita a um único grau de liberdade de movimento, e quando ela sofre pressão externa provoca a activação de alguma chave de contacto.

Arrays de superfície distribuídos: São a nova tendência na construção de sensores tácteis. São arranjos complexos de sensores, como objectivo de fornecer o perfil do objecto em contacto com o array sensor. Além do perfil bidimensional do objecto, este array também é capaz de fornecer alguma quantificação da magnitude da força do contacto.

Sensores de Proximidade não contacto: São utilizados para determinar a presença de objectos próximos. Foram desenvolvidos para estender a faixa sensitiva além daquela permitida pelos sensores de contacto. A sua principal vantagem é evitar o contacto directo entre o robô e os objectos circundantes. Costumam ser classificados, de acordo com as suas propriedades específicas que são usadas para disparar a acção, nas seguintes categorias:
Magnéticos
Indutivos
Ultrasónicos
Microondas

Segundo a Funcionalidade

Ao agruparmos os robôs segundo sua funcionalidade, percebemos quatro grupos: robôs industriais, robôs de serviço, robôs de campo e robôs pessoais. Contudo, há uma sobreposição entre os três primeiros devido a diferença dos ambientes onde actuam e a necessidade de maior autonomia.

Robôs Industriais - São os robôs utilizados em linhas de produção. Estes robôs recebem tarefas determinadas a priori na forma de uma sequência explícita e acções e executam este programa automaticamente. O ambiente é completamente estruturado e ajustado para a execução da tarefa. Neste ambiente, o robô tem conhecimento exacto da sua posição e da posição dos objectos. Em geral, robôs móveis industriais são plataformas móveis utilizadas para tarefas pesadas, como transporte de materiais e produtos finais em sistemas de manufactura. Esses robôs são denominados AGVs (Automated Guided Vehicles) e são programados para seguir linhas desenhadas no chão.

Robôs de Serviço Industrial - Este tipo de robô possui as características de um robô de serviço, porém actua em um ambiente completamente estruturado.

Robôs de Serviço - São os robôs móveis utilizados para serviços gerais. O ambiente é estruturado e o robô possui um modelo deste ambiente, que é conhecido previamente, porém possui certa autonomia, pois processa informação sensorial, para actuar em situações imprevistas, como desviar de uma pessoa ou objecto. Estes robôs recebem macro-comandos da tarefa que devem realizar e são utilizados para tarefas de limpeza em geral (pisos, metros, etc.), em sistemas de vigilância e no transporte de materiais leves (correspondências internas, material hospitalar,

Robôs de Serviço de Campo - Estes robôs são robôs de serviço que actuam em ambientes externos que podem ser previamente modelados ou não. Em geral, caso haja um modelo, este é precário e há a necessidade do processamento sensorial para complementar o modelo existente. Estes robôs são utilizados na realização de tarefas agrícolas e para navegação em auto-estradas.

Robôs de Campo - estes robôs trabalham em ambientes não estruturados, pouco conhecidos e geralmente perigosos. As principais actividades destes robôs são: exploração (espacial, de cavernas, vulcões), mineração e limpeza de acidentes nucleares.

Robôs Pessoais - são os robôs vendidos em prateleiras, que não desenvolvem tarefas específicas, mas interagem com os humanos e aprendem a localizar-se no ambiente.

Segundo o Tipo de Controlo

Quando classificados segundo o tipo de controlo, os robôs podem ser separados em três categorias:

Teleoperados - Onde o operador realiza todos os movimentos que o robô deve fazer;
Semi-Autónomos - O operador indica o macro comando a ser executado e o robô o faz sozinho;
Autónomos - O robô realiza a tarefa sozinho, tomando suas próprias decisões baseando-se nos dados obtidos do ambiente

ROBÔ MÓVEL

Um robô móvel é um dispositivo mecânico montado sobre uma base não fixa, que age sob o controle de um sistema computacional, equipado com sensores e actuadores que o permitem interagir com o ambiente.
A interacção com o ambiente dá-se através de ciclos de percepção/acção que consistem em três passos fundamentais:
1) Obtenção de informações acerca do ambiente através dos sensores;
2) Processamento das informações obtidas e selecção de acções que serão executadas;
3) Execução das acções planejadas através do accionamento dos actuadores.
O robô realiza diversos ciclos de percepção, modificando o estado do ambiente em busca da realização da tarefa.

Ciclo de interacção

Classificação
Diversas taxonomias tem sido utilizadas para classificar robôs móveis, contudo, não há, ainda, nenhuma que seja definitiva. De uma forma geral, podemos agrupar os robôs existentes de acordo com três aspectos: anatomia, tipo de controlo e funcionalidade.

Segundo a Anatomia
Quanto a anatomia os robôs podem ser classificados em três grandes grupos :os robôs aéreos, os aquáticos e os terrestres.

Classificação segundo a anatomia

Os robôs aéreos, geralmente são aeromodelos ou LTAs (Lighter-Than-Air) equipados com câmaras de vídeo e utilizados para inspecção de grandes áreas.

Os aquáticos, em geral são plataformas equipadas com propulsores e balões de ar que permitem ao robô permanecer a alguns metros do fundo do mar, porém, podem também possuir patas .

Exemplo de robô aquático

Já os robôs terrestres são os mais populares e podem utilizar três tipos diferentes de actuadores: rodas, esteiras ou pernas.

Robôs com Rodas - estes são os mais simples, pois não necessitam de um hardware tão complexo quanto os robôs com esteiras e pernas, além disso, é fácil transformar brinquedos em robôs. A principal desvantagem no uso de rodas é que, em terrenos irregulares, o desempenho pode não ser satisfatório. Em geral, a roda do robô deve possuir raio igual ou maior aos obstáculos que ele irá transpor .

Exemplo de robô com rodas

Robôs com Esteiras - São mais utilizados em robôs que actuam em ambientes irregulares, como por exemplo com solo fofo e pedras. A grande desvantagem está na dissipação de energia causada pelo movimento de giro da própria esteira e pelas rodas no seu interior.

Exemplo de robô com esteiras

Robôs com Pernas - Este tipo de robô é utilizado em terrenos acidentados, com subidas íngremes, ou em ambientes específicos, como por exemplo, ambientes com escadas. A grande dificuldade deste tipo de robô está no desenvolvimento do projecto para controlo das pernas, que têm, no mínimo, dois graus de liberdade. Há também o factor custo associado a este tipo de projecto, pois cada actuador utiliza pelo menos dois motores.