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Tinkercad: Um Simulador Online para Arduino

A plataforma Arduino cativou uma nova geração de pessoas cuja a criatividade não tem limites e que só precisava de uma mãozinha para descobrir as possibilidades de uma área que antes só era tocada por profissionais e estudantes de eletrônica e áreas afins.

Lançado em 2003 esta plataforma nasceu de um projeto que visava criar um ambiente simples para que pessoas fora da área de engenharia pudessem criar projetos com eletrônica digital. O resultado foi um grande sucesso com uma plataforma que só cresce a cada dia com uma comunidade opensource gigante e uma quantidade de bibliotecas e soluções incontáveis.

Apresentamos o TINKERCAD ™

Para facilitar ainda mais a aprendizagem do temos hoje projeto TINKERCAD ™. Mantido atualmente pela AUTODESK ®, a mesma empresa de softwares renomados como AutoCAD, 3DS MAXe Maya, o TINKERCAD ™ surgiu como uma opção para modelagem 3D online que hoje incorpora a possibilidade de criação e simulação de circuitos eletrônicos digitais, incluindo o uso do Arduino UNO.

A plataforma online TINKERCAD ™ é gratuita e para usar basta ter uma conta da AUTODESK ®. Para criar sua conta e acessar todas as possibilidades da plataforma clique neste link e cadastre-se.

Figura 1 – Criação de circuitos no TINKERCAD ™.

Ao se cadastrar e entrar na plataforma você poderá ver uma tela similar a da Figura 1, onde temos um menu lateral esquerdo onde podemos criar os Projetos 3D, Circuits (Circuitos, ainda sem tradução no site) e Lições.

Figura 2 – Novo circuito no TINKERCAD ™.

Ainda na Figura 1 temos o menu Circuits selecionado e vamos a opção Criar novo Circuito. Ao clicar nesta opção um novo circuito é criado em sua biblioteca e você pode adicionar os elementos dispostos em uma lista que aparece no lado direito da tela, como mostra a Figura 2. Podemos observar pela figura que temos uma barra de ferramentas com opções de rotacionar e excluir componentes, exibir o código quando usamos o Arduino e simular e circuito. São diversas possibilidades de componentes desde resistores, diodos e transistores até circuitos integrados com portas lógicas, ponte-h e reguladores de tensão e o famoso 555.

Temos ainda algumas ferramentas de medição como voltímetro, amperímetro e osciloscópio e sensores de distância, temperatura, intensidade luminosa e detecção de presença entre outros.

Quer começar a aprender Arduino?

Então se você é entusiasta, profissional ou entusiasta de eletrônica e não sabe por onde começar estudar sobre Arduino usar o TINKERCAD ™ é uma opção simples e gratuita para experimentar mesmo antes de comprar a placa.

Vídeo 1 – Playlist púbica do curso Introdução à Engenharia com Arduino.

Assista à Playlist pública do curso no Vídeo 1, acima, ou neste link e conheça um pouco mais sobre o TINKERCAD ™.

Se você acredita que também vai precisar de uma mãozinha para não ficar perdido no começo, peço que dê uma olhada no meu curso Introdução à Engenharia com Arduino. É um curso introdutório voltado para quem quer começar a aprender a plataforma Arduino desde o básico, com acesso vitalício e se não estiver gostando do curso pode pedir o valor pago de volta em até 30 dias.

V-REP: Plataforma Virtual para Experimentos com Robôs

Introdução

A robótica amadora tem ganhado cada vez mais notoriedade devido a simplificação dos processos de produção de peças mecânicas, obtenção de módulos sensores e implementação da placa de controle .

A produção de peças mecânicas para este propósito foi alavancada pela popularização das impressoras 3D, que conseguem imprimir, a partir da modelagem tridimensional em computador, peças para montagem de braços robóticos, engrenagens e entre diversas outras possibilidades.

A parte eletrônica, que foi um gargalo durante décadas, foi suavizada com uso da plataforma Arduino (2015) pelos projetistas. A demanda por módulos de sensores e outros circuitos fáceis de utilizar fomentou um mercado que se restringia a circuitos para hobbistas, que ainda eram complexos para a maioria das pessoas. Com o mercado produzindo módulos de fácil utilização que praticamente não necessita de soldagem, aproximou pessoas da plataforma Arduino, mesmo não sendo de áreas como eletrônica ou computação. A plataforma Arduino conta com uma comunidade que cresce cada vez mais. É possível encontrar na web uma infinidade de referências para a utilização do Arduino e dos módulos que podem ser acoplados à placa de prototipação.

Apesar da se ter facilitado a construção de soluções amadoras, ainda é relativamente caro desenvolver um projeto de um robô do zero. O processo deve passar por muitos experimentos e protótipos até chegar no projeto final. O que muitos destes hobbistas, ou mesmo profissionais, não sabem é que é possível utilizar programas para simulação para que seu projeto seja refinado antes de “botar a mão na massa” na construção física do robô. O objetivo deste artigo é apresentar um simulador que tem o propósito de criar e/ou utilizar plataformas robóticas já existentes no mercado e academia e que proporcionam um ambiente computacional simples e flexível.

Robôs no V-REP

Figura 1 – Diversos robôs disponíveis no V-REP.

V-REP: Virtual Robot Experimentation Platform

Existem diversos simuladores robóticos capazes de proporcionar um ambiente para a criação e/ou utilização de modelos computacionais de robôs. Estou focando no V-REP (do inglês, Virtual Robot Experimentation Platform) (COPPELIA ROBOTICS, 2015) porque tenho mais afinidade e por dispor de uma versão gratuita para fins educacionais . A Figura 1 mostra alguns dos robôs disponíveis no V-REP

O V-REP foi desenvolvido para a criação e simulação de robôs para diversas aplicações, tanto móveis quanto estáticos, de solo, aéreos ou aquáticos. Diversos modelos de robôs amplamente utilizados já estão disponíveis no V-REP para utilização, como o e-Puck e Kilobot. Nele também é possível desenvolver seus próprios robôs e os cenários para a simulação.

Figura 2 – Simulador V-REP, versão educacional.

Na Figura 2 é apresentada a interface do V-REP, onde se observa sua composição: a Cena é onde os elementos 3D são inseridos; a Hierarquia é onde se pode verificar todos os elementos que fazem parte da Cena; na área de Modelos é possível navegar e selecionar todos os elementos disponíveis pelo simulador e adicioná-los à Cena. Além dessas três áreas principais existe barra de ferramentas principal, que fica na parte superior logo abaixo do menu, e a barra de ferramentas secundária, que fica na lateral esquerda do V-REP.

O V-REP contém três tipos de motores de simulação de física para a execução de cálculos e simulação de elementos de maneira realística. Estes motores de simulação proporcionam os mais complexos comportamentos no ambiente de simulação que vão desde a criação de robôs seguidores de linha até robôs estacionários capazes simular o processo de soldagem e corte de materiais. Além disso, o V-REP permite a definição de características dos elementos como atrito, massa, momento de inércia etc. Essas características proporcionam a criação de ambientes de simulação realistas capazes de apresentar problemas iguais ou semelhantes, aos que ocorrem no funcionamento do robô real.

O simulador em questão também possibilita a criação de sólidos primitivos como: plano, disco, cubo, esfera e cilindro, com dimensões configuráveis de acordo com a necessidade. O Vídeo 1 (SILVA, 2015a) mostra um experimento de atrito no plano inclinado utilizando o V-REP.

Vídeo 1 – Atrito no plano inclinado no V-REP.

Outro ponto importante é a possibilidade de importar elementos 3D criados em outras ferramentas como o FreeCAD (2015), uma vez que a capacidade do V-REP de criar novos modelos é limitada. Os formatos suportados para importação são OBJ, DXF, 3DS, STL e CSV.

Cada projeto criado no V-REP inicia com uma Cena, como mostra a Figura 2. Observe que assim que o projeto é iniciado a Cena contém alguns elementos básicos como as luzes, as câmeras e o piso, que é o único elemento visual inserido na Cena quando criamos um novo projeto. Este piso aparece na Figura 2 como um plano quadrado com textura quadriculada e com 5 metros de lado. Cada quadrado na textura deste plano mede 0,5 metro de lado. Vale salientar que a origem do sistema coordenado é no centro deste plano e assim, a partir do centro, as coordenadas x e y estão no intervalo [-2,5, 2,5]. O tamanho e texturas deste plano são configuráveis no ambiente do V-REP. Além do piso, a Figura 2 também mostra um robô, o ProtoSwarBot, que eu desenvolvi enquanto estudava o V-REP.

No desenvolvimento do ProtoSwarBot foi possível verificar que há diversos tipos de sensores no V-REP. O ProtoSwarBot conta com sonar, acelerômetro, giroscópio e transceiver. Foram adicionados dois motores, um em cada roda, que não são objetos visuais mas fazem parte da mecânica funcional do simulador. É possível controlar o ProtoSwarBot aumentando o torque no motor via programação.

A linguagem de controle do V-REP é a Lua, uma linguagem de script muito simples. A biblioteca do V-REP é vasta e proporciona o controle de todos os elementos via programação. Permite ainda a criação de interface de controle em formato de janelas com botões e campos de entrada e apresentação de dados. O Vídeo 2 (SILVA, 2015b) mostra um exemplo de controle painel de controle interativo para tratar de coordenadas cartesianas e polares no V-REP.

Vídeo 2 – Coordenada polares e cartesianas com controle interativo.

O Vídeo 3 (SILVA, 2015c) mostra o ProtoSwarBot funcionando em modo “desvio de obstáculos”. É uma implementação rudimentar para fins expositivos apenas.

Vídeo 3 – Simulação do ProtoSwarBot – detecção de obstáculos.

Considerações Finais e Trabalhos Futuros

 Neste artigo foi apresentado uma ferramenta de simulação para robôs. É possível verificar que, com o auxilio do V-REP o esforço da construção de um robô, seja ele móvel ou estacionário, pode ser amenizado realizando simulações. É possível construir seu próprio robô e criar cenários experimentais para testar as funcionalidades desejadas e como elas se comportam.

Apesar da proposta de robótica o simulador não se limita a isto. É possível criar outros tipos de simulações como testes de algoritmos de comunicação e a criação de artefatos para aulas de diversas disciplinas como matemática, física e química.

Apesar da documentação disponível no site do V-REP, ainda é escasso o material disponível na web se comparado a outras plataformas de desenvolvimento. É preciso criar mais conteúdos apresentando a ferramenta e seus diversos aspectos de forma mais explicativa, sobre tudo o uso da linguagem Lua, por meio de artigos e vídeos.

Referências

Arduino. Disponível em: <http://www.arduino.cc/>. Acesso em: 24/07/2015.

COPPELIA ROBOTICS. V-REP. Disponível em: <http://www.coppeliarobotics.com/>. Acesso em: 01/05/2015.

FREECAD. FreeCAD: An Open Source parametric 3D CAD modeler. Disponível em: <http://www.freecadweb.org/>. Acesso em: 01/05/2015.

SILVA, R. T. DA. Atrito no Plano Inclinado. Disponível em: <https://youtu.be/Rw8Pjlp_qN8>. Acesso em: 4/5/2015a.

SILVA, R. T. DA. Coordenadas Polares e Cartesianas. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=bWGb2k6yatw>. Acesso em: 5/5/2015b.

SILVA, R. T. DA. Simulação do ProtoSwarBot – detecção de obstáculos. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=_LHL_mZ4VGo>. Acesso em: 23/07/2015c.