IC: Aprimoramento do Protótipo SciCoBot - Robô Móvel Modular para Pesquisas de Robótica Cooperativa Baseado em ROS2.

Discentes: Guilherme Spinola Ramôa e Natanael Magalhães L. de Sousa

Orientador: Prof. Dr. Daniel Costa Ramos

Título: Aprimoramento do protótipo SciCoBot - Robô móvel modular para pesquisas de robótica cooperativa baseado em ROS2.

---

A pesquisa Aprimoramento do protótipo SciCoBot - Robô móvel modular para pesquisas de robótica cooperativa baseado em ROS2 foi realizada pelos alunos Guilherme Spinola Ramôa e Natanael Magalhães L. de Sousa e sua realização faz parte do sucessivo desenvolvimento e documentação da plataforma SciCoBot, que é um projeto de robô móvel de baixo custo, desenvolvido e projetado para ser colaborativo, modular e expansível, utilizando tecnologias como ROS2, Arduino nano e Raspberry Pi. 

Materiais e métodos

Para o desenvolvimento e estudo do projeto foram utilizados um Arduino nano, um Raspberry Pi, dois motores DC com caixa de redução, base com rodas, uma ponte H e alguns demais componentes que foram utilizados no novo SciCoBot e que contribuíram para diminuir em quase 50% no custo em comparação ao seu antecessor.

Figura 1 - Componentes utilizados na montagem do novo SciCoBot.

Os componentes mencionados foram selecionados por oferecerem diversas vantagens para o desenvolvimento do projeto, como baixo custo, facilidade de instalação e uso, versatilidade, autonomia, conectividade eficiente, poder computacional adequado, além de ampla disponibilidade de materiais de estudo. Esses itens são amplamente utilizados no laboratório de robótica, o que contribui para a criação de uma plataforma padronizada, de montagem simples e acessível a iniciantes. Além disso, sua vasta documentação disponível online ajuda a reduzir custos de manutenção e facilita a resolução de problemas técnicos.

O método de desenvolvimento do robô foi feito a partir das seguintes etapas:

1. Estudo acerca da versão inicial do projeto, para verificar possíveis pontos de melhoria e simplificação para uma nova versão do robô, além de se ter um panorama geral do projeto;

2. Execução da parte de software, como a instalação e configuração do Ubuntu, do ROS, do Raspberry e do Arduino;

3. Construção da parte de hardware, conectando os componentes e montando na base;

4. Com o robô devidamente montado e em funcionamento, seguiu-se para a atualização da documentação do SciCoBot, com o propósito de facilitar sua replicação e consequente prosseguimento no desenvolvimento de outras versões.

Desenvolvimento

Durante todo o período de pesquisa, cada etapa apresentada na primeira versão do projeto foi devidamente refeita e ajustada, com a intenção de melhorar suas funcionalidades e resolver possíveis dificuldades na execução do projeto. Como resultado desse processo, o projeto teve uma evolução significativa comparada com a sua primeira versão.

A nova versão do SciCoBot possui uma estrutura bastante semelhante à mostrada na Figura 2. Além disso, pode ser facilmente comparada à versão anterior, diferenciando-se principalmente pelo uso de um Arduino Nano como controlador dos motores e o emprego de comunicação seria ao invés da micropoROS. O projeto manteve o Raspberry Pi, agora rodando uma variante mais atual do ambiente ROS 2, a variante Humble Hawksbill e utilizou também de uma conexão wifi/ethernet para a comunicabilidade entre duas máquinas na rede, o que proporciona uma interação fluida entre os diferentes níveis da estrutura.

Figura 2 - Componentes utilizados na montagem do novo SciCoBot.

Na Figura 3, pode-se contemplar um esquema que demonstra a montagem dos elementos manipulados. Para isso, foram usados dois discos de acrílico, projetados especialmente para esse tipo de aplicação, uma vez que apenas uma peça não seria suficiente para comportar todas as peças escolhidas.

Figura 3 – Montagem do SciCoBot.

Figura 4, encontra-se uma ilustração original dos autores de como alocou-se os elementos na plataforma para propiciar o entendimento em recriações futuras.

Figura 4 – Montagem do SciCoBot.

Com base nos fundamentos adquiridos a partir das pesquisas sobre cada componente e nos fundamentos de decodificação em Python e C++, relacionados à comunicação serial no ROS, foram criadas bibliotecas fundamentadas em códigos previamente disponíveis no GitHub. 

Com um script criado para o controle do robô, foram gerados dois repositórios no GitHub, o serial_motor_demo e Scicobot_2ino. O primeiro contém o código para controle e atividade do robô e da interface, além das instruções para instalação e compilação. O segundo repositório é dedicado ao código de controle dos motores, acompanhado de um manual gradativo voltado para fins educativos.

Para facilitar o trabalho das próximas gerações, foi criado o “Guia SciCoBot 2024”, um material instrutivo cogitado para futuras reproduções e possíveis aprimoramentos, que serão disponibilizados no repositório oficial do projeto.

Resultados

Na Figura 5 é apresentado o resultado das pesquisas e desenvolvimentos realizados ao longo do projeto. A imagem destaca o novo SciCoBot, concebido e projetado na Universidade Federal de Uberlândia, Campus Patos de Minas. Esse robô é o produto final do uso do guia ilustrado, criado especialmente para iniciantes no âmbito de robótica cooperativa.

Figura 5 – Montagem do SciCoBot.

Com o robô montado fisicamente, foram realizados testes utilizando pacotes ROS2 no Raspberry Pi em execuções concomitantes com os códigos no Arduino.

Para enriquecer o projeto, foi produzido um compêndio ilustrado voltado para iniciantes em robótica, com ênfase naqueles menos familiarizados com a área e nos alunos que estão começando nas disciplinas de circuitos elétricos. O manual inclui exemplos variados, abrangendo desde os principais comandos para a produção de estruturas no ROS 2 até os comandos mais básicos no Linux.  

Dito isso, o conceito de fabricar um robô cooperativo barato, utilizando materiais eletrônicos comuns à disposição no laboratório, voltado para o público interno da universidade e aplicado em pesquisas, foi realizado sem grandes dificuldades. Foram aproveitados ideias, projetos e estruturas já existentes para desenvolver o SciCoBot, o que resultou em uma maior diversidade de fontes de pesquisa e, consequentemente, uma melhoria significativa em confrontação com o modelo anterior. Com isso, a nova plataforma se tornou mais didática, oferecendo uma interface gráfica e visualização mais claras para orientar cada etapa do processo.

Conclusões

O principal objetivo desta pesquisa foi desenvolver um robô didático e barato, voltado especialmente para pesquisadores e alunos interessados em robótica no campus Patos de Minas, da UFU. Cada item do circuito foi testado tanto de forma isolada quanto em união com os demais, o que proporcionou maior segurança no sucesso da pesquisa.

Ao comparar o SciCoBot com outras plataformas analisadas, fica evidente a superioridade do robô cooperativo da UFU, campus Patos de Minas. Um de seus principais diferenciais é a documentação, que possui uma didática significativamente mais clara, totalmente traduzida e redigida de forma acessível, de aluno para aluno, abordando equipamentos e conceitos importantes.