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Projeto: Robô Autônomo Seguidor de Linha

Este documento detalha os objetivos, entregas, metodologia e recursos essenciais para o projeto de desenvolvimento e competição de um robô seguidor de linha, culminando na documentação e publicação dos resultados.

Enunciado do Problema

Este projeto propõe o desenvolvimento, construção e documentação de um robô seguidor de linha com potencial aplicação industrial. A etapa inicial envolve a prototipagem em escala reduzida, empregando a plataforma Arduino. Para validação conceitual, o protótipo será avaliado em um ambiente competitivo. Adicionalmente, será produzida documentação abrangente, incluindo um artigo científico e um guia detalhado, ambos de acesso público e disponíveis online. O hardware e o software a serem utilizados deverão ser de domínio público, de natureza livre e de código aberto.

Justificativa

  • Relevância Acadêmica e Popularidade: a robótica, notadamente o segmento de robôs seguidores de linha, demonstra significativa relevância acadêmica e popularidade, sendo um tema recorrente em eventos como RoboCup, FIRA Brasil, Torneio Sesi de Robótica, FreeBots, Arena Robótica, RoboFEI, IronCup, e em diversas instituições de ensino superior (e.g., UFABC, UFSJ, Poli/USP, IFPR, UFES).
  • Desenvolvimento de Competências: o projeto fomenta o desenvolvimento de habilidades essenciais, tais como trabalho em equipe e integração de conhecimentos multidisciplinares.
  • Introdução a Conceitos de Inteligência Artificial (IA):
    • Tomada de decisão
    • Reconhecimento de padrões (pista/linha)
    • Algoritmos de controle inteligente
    • Fundamentação para aprendizado de máquina avançado
  • Aplicações Práticas e Relevância no Mercado:
    • Logística e transporte
    • Manufatura automatizada
    • Robótica de serviços (e.g., robôs aspiradores, veículos autônomos)
    • Exploração e resgate
  • Impacto Social: a robótica educacional constitui uma ferramenta transformadora, estimulando o raciocínio lógico, a criatividade e a autonomia, notadamente em contextos de vulnerabilidade social.

Objetivos

  • Contexto acadêmico: analisar a relevância do tema na área de estudo e sua conexão com os objetivos do curso, promovendo o aprofundamento de conhecimentos estratégicos.
  • Fundamentação teórica: aplicar conceitos teóricos fundamentais à prática, demonstrando como o projeto impulsiona a inovação e o desenvolvimento técnico.
  • Soluções tecnológicas: desenvolver soluções para problemas específicos por meio de aplicações tecnológicas, gerando benefícios tangíveis para os stakeholders.
  • Impacto e resultados: apresentar os resultados alcançados, as habilidades desenvolvidas durante o processo e a contribuição do projeto para soluções inovadoras e eficientes.

Entregas

  • Condução da competição de robô seguidor de linha.
  • Documentação completa do projeto, abrangendo:
    • Código-fonte
    • Projeto de hardware (esquemáticos, layouts, modelos 3D)
    • Registro visual (fotografias e vídeos da evolução e resultados)
  • Publicação de Artigo Científico em periódicos ou anais de eventos, como:
  • Disponibilização online do código, hardware e documentação completa no GitHub.
  • Apresentação do trabalho em seminários internos ou eventos acadêmicos.
  • Elaboração de portfólio acadêmico.
  • O trabalho final deve ser reproduzível e integralmente documentado.

Competição

A competição será conduzida presencialmente, com as seguintes datas e locais estabelecidos para o segundo semestre de 2025:

  • Disputa final: 03 de Novembro de 2025
  • Horário: 19:00h
  • Local: saguão principal (entrada do prédio)

Para a execução adequada da competição de robô seguidor de linha, os discentes organizadores serão responsáveis por prover a infraestrutura e a gestão do evento, além de estabelecer as regras:

Infraestrutura do Evento

  • Montagem e manutenção da pista oficial da competição.
  • Disponibilização de espaço adequado (pista, boxes, área para público).
  • Provisão de pontos de energia (se aplicável).

Gestão do Evento

  • Processo de inscrição e check-in das equipes.
  • Inspeção técnica dos robôs.
  • Cronometragem e apuração de resultados.
  • Organização das rodadas/provas.
  • Definição de juízes/fiscais.
  • Preparação de troféu para os vencedores.

Comunicação e Suporte Durante o Evento

  • Chamada das equipes.
  • Suporte e esclarecimento de dúvidas.
  • Comunicação de resultados e avisos.

Segurança do Evento

  • Garantia da segurança da área da competição.
  • Elaboração de plano básico de primeiros socorros.

Documentação do Evento

  • Registro fotográfico/videográfico da competição.
  • Publicação e divulgação do material em plataformas como YouTube e no site do projeto.

Plano de Contingência do Evento

  • Identificação de potenciais problemas e definição de procedimentos de mitigação.

Premiação

  • 1º lugar: 40 horas complementares e certificado de mérito
  • 2º lugar: 30 horas complementares
  • 3º lugar: 20 horas complementares
  • Demais: 10 horas complementares

Exemplos de Competições

A pesquisa sobre diversas competições nacionais e internacionais pode fornecer insights e diretrizes para as regras. Alguns exemplos incluem:

Lista de Materiais (Bill of Materials - BOM)

Para a reprodução do robô, a seguinte lista de materiais (BOM) detalha os componentes essenciais, incluindo especificações e, quando aplicável, sugestões de fornecedores e custos estimados. Esta seção visa facilitar a aquisição e montagem do hardware.

  • Microcontrolador: Arduino Uno R3
    • Quantidade: 1
    • Fornecedor Sugerido: FilipeFlop
    • Custo Estimado: R$ 80,00
  • Driver de Motor: L298N
    • Quantidade: 1
    • Fornecedor Sugerido: Robocore
    • Custo Estimado: R$ 35,00
  • Sensores Infravermelhos: Módulo TCRT5000 (5 vias)
    • Quantidade: 1
    • Fornecedor Sugerido: Eletrogate
    • Custo Estimado: R$ 45,00
  • Motores DC com Caixa de Redução: Motor DC 3-6V com caixa de redução (tipo N20)
    • Quantidade: 2
    • Fornecedor Sugerido: Casa da Robótica
    • Custo Estimado: R$ 25,00 (cada)
  • Rodas: Rodas de borracha para robótica (compatíveis com motor N20)
    • Quantidade: 2
    • Fornecedor Sugerido: Robocore
    • Custo Estimado: R$ 10,00 (cada)
  • Roda Boba: Roda boba metálica
    • Quantidade: 1
    • Fornecedor Sugerido: FilipeFlop
    • Custo Estimado: R$ 15,00
  • Chassi: Acrílico cortado a laser (design personalizado)
    • Quantidade: 1
    • Fornecedor Sugerido: [Serviço de corte a laser local]
    • Custo Estimado: R$ 50,00
  • Bateria: Suporte para 4 pilhas AA com conector P4
    • Quantidade: 1
    • Fornecedor Sugerido: Eletrogate
    • Custo Estimado: R$ 8,00
  • Fios Jumper: Kit de fios jumper macho-macho e macho-fêmea
    • Quantidade: 1 kit
    • Fornecedor Sugerido: [Qualquer loja de eletrônicos]
    • Custo Estimado: R$ 20,00

Arquivos de Projeto de Hardware

Os arquivos de projeto de hardware, incluindo esquemáticos eletrônicos, layouts de placa de circuito impresso (PCB) e modelos 3D do chassi, são disponibilizados para facilitar a replicação e modificação do robô. Recomenda-se o uso de software de código aberto para visualização e edição desses arquivos.

  • Esquemáticos e Layouts de PCB: (Localização: hardware/schematics/)
  • Modelos 3D do Chassi: (Localização: hardware/3d_models/)

Arquitetura de Software

A arquitetura de software do robô seguidor de linha é modular, visando clareza, manutenibilidade e extensibilidade. O código-fonte é desenvolvido em C++ para a plataforma Arduino IDE e é organizado em funções e bibliotecas que abstraem as interações com os sensores e atuadores. Os principais módulos incluem:

  • Módulo de Leitura de Sensores: Responsável por adquirir os dados dos sensores infravermelhos, convertendo os sinais analógicos em informações digitais sobre a posição da linha.
  • Módulo de Controle de Motores: Gerencia a velocidade e direção dos motores DC com base nas decisões do algoritmo de controle.
  • Algoritmo de Controle: Implementa a lógica principal para seguir a linha. Pode variar de um controle proporcional (P) simples a um controle PID (Proporcional-Integral-Derivativo) mais avançado para maior precisão e suavidade no movimento.
  • Módulo de Comunicação (Opcional): Permite a interação com o robô via serial ou Bluetooth para depuração e ajuste de parâmetros.

Hardware e Software de Código Aberto

  • Todo o hardware, software e documentação devem aderir aos princípios de liberdade, abertura, publicidade, didática, reprodutibilidade e acessibilidade.
  • O hardware pode ser adquirido, mas o software deve ser integralmente desenvolvido pelas equipes.
  • A licença LGPL deve ser utilizada para o software.
  • A licença CC-BY-SA 4.0 deve ser utilizada para a documentação e o hardware.

Metodologia de Projeto

O desenvolvimento do trabalho deve empregar uma metodologia formal de gestão de projetos (e.g., 5W2H), fundamentada em referências como Gestão de Projetos - Livro Online.

Os principais elementos metodológicos a serem elaborados e apresentados incluem:

  • Escopo do Projeto:
    • Definição clara das funcionalidades do robô (requisitos mínimos e bônus).
    • Especificações Técnicas do Robô: pesquisa e seleção de componentes (sensores, microcontrolador, motores, drivers, fonte de energia) e abordagem do algoritmo de controle, com justificativa das escolhas (baseada em projetos existentes e competições online).
    • Regras da Competição: pesquisa e definição do regulamento detalhado (dimensões/peso do robô, características da pista, cronometragem, penalidades - fundamentado em regulamentos existentes). A regra existente pode ser utilizada como base, devendo ser formalizada até a terceira semana de aulas.
    • Definição do Artigo (objetivo, estrutura, público-alvo).
    • Estrutura Analítica do Projeto (EAP) / Work Breakdown Structure (WBS): Detalhamento das tarefas do projeto (robô + artigo).
  • Gerenciamento de Tempo: cronograma com tarefas e marcos. Ferramentas como o GanttProject podem ser utilizadas.
  • Gerenciamento de Recursos: definição da equipe, responsabilidades, lista básica de materiais/equipamentos e plano de aquisição.
  • Gerenciamento da Qualidade: estabelecimento de critérios de sucesso (robô e artigo) e procedimentos de teste.
  • Gerenciamento da Comunicação: Utilização de ferramentas (e.g., Discord).
  • Gerenciamento de Riscos: identificação preliminar de riscos e elaboração de Plano de Contingência.
  • Gerenciamento das Aquisições (básico): planejamento para a obtenção de materiais.

Relação com a Disciplina

É imperativo que o projeto evidencie sua conexão com a disciplina, visando tornar o aprendizado mais significativo e contextualizado. Exemplos incluem:

  • A programação do robô demanda o desenvolvimento de algoritmos e a aplicação de estruturas de controle, como condicionais (if/else) e laços de repetição (for/while).
  • Aquisição de proficiência em linguagens de programação como C/C++, Arduino IDE, Python, entre outras.
  • O processamento dos dados dos sensores pode envolver o uso de arrays, listas ou outras estruturas de dados.

Cronograma Sugerido

Um projeto de robótica pode ser segmentado em diversas fases ao longo de um semestre ou ano. A seguir, um cronograma exemplificativo baseado em um projeto real:

  • Mês 1: Fundamentação

    • Pesquisa sobre montagem de robôs.
    • Pesquisa sobre noções de componentes elétricos e plataforma Arduino.
    • Organização das equipes e espaços de trabalho.
    • Pesquisa sobre programação em C/C++ e para Arduino.
    • Aprofundamento em lógica de programação.

  • Mês 2: Preparação para Competições

    • Análise de regulamentos e inscrições para torneios (e.g., OBR, FLL, TRIF, TBR).
    • Desenvolvimento do protótipo do robô.
    • Treinamento intensivo, incluindo atividades em fins de semana.

  • Mês 3: Projeto e Inovação

    • Desenvolvimento de um projeto de inovação (comum em torneios como o FLL).
    • Sessões de brainstorming e dinâmicas para estimular a criatividade e o trabalho em equipe.
    • Construção do protótipo final e estabelecimento de metas.

  • Mês 4: Eventos e Finalização

    • Realização de um torneio interno para testes.
    • Participação em eventos e competições externas.
    • Apresentação dos resultados e projetos finais.

Divisão de Responsabilidades

  • Desenvolvimento Web: criação e manutenção do website da equipe.
  • Banco de Dados: desenvolvimento e gestão de um banco de dados para peças, custos, datas, fotografias, vídeos, etc.
  • Redes: estabelecimento da infraestrutura de comunicação entre dispositivos (celular, microcontrolador, robô).
  • Programadores: desenvolvimento do código do robô, utilizando linguagens como C/C++, Arduino IDE, entre outras.
  • Construtores: responsáveis pela montagem física do robô, incluindo estrutura, motores, sensores, etc.
  • Designers: responsáveis pelo design do robô, considerando a otimização para o desafio (com documentação pertinente).
  • Estrategistas: análise do regulamento e definição das estratégias para a competição.
  • Documentadores: registro do processo de desenvolvimento, elaboração de relatórios, captação de imagens (fotografias e vídeos), redação, e divulgação em plataformas como o site e YouTube.
  • Integração/Organização: participação na integração de componentes, organização geral do projeto, e apoio na captação de imagens.

Diário de Bordo do Projeto

  • Recomenda-se a manutenção de um diário de bordo detalhado.
  • É fundamental registrar todas as atividades.
  • Sugere-se dedicar 30 minutos diários para o registro.
  • A postergação do registro pode resultar na perda de informações.
  • A documentação escrita é essencial, não se limitando ao registro mental.
  • Registrar: quem, como, onde, por que, para que, e dúvidas.
  • Considerar o uso de plataformas para o diário.

Registro da Evolução do Projeto

O registro contínuo da evolução do projeto é fundamental para a documentação final. Recomenda-se designar um responsável pela consistência do registro.

  • Métodos de Registro: anotações diárias, fotografias (progresso, testes), vídeos (funcionamento, demonstrações).
  • O registro detalhado subsidia a elaboração do relatório final e as apresentações em seminários.
  • A evolução do projeto deverá ser publicada online (usar os modelos: Fab Academy 2024, Fab Academy 2023).

Publicação Acadêmica

A publicação dos resultados do trabalho é de suma importância. A qualidade da documentação e das referências é crucial.

  • Seguir as diretrizes do 28º EAC. Para o 2º Semestre, uma publicação ocorrerá no EAC, e outra no Zenodo.
  • O formato de publicação deve seguir o modelo do Encontro de Atividades Científicas (EAC).
  • Todas as fontes consultadas devem ser devidamente referenciadas (Guia FURB).
  • Todas as figuras, tabelas e imagens devem possuir indicação da fonte (Guia ESPM).
  • Aspectos Éticos: é imprescindível o rigor ético em relação a direitos autorais e plágio. A citação correta das fontes é obrigatória. A coautoria com docentes que acompanharam o projeto deve ser considerada, se apropriado (consultar professores e coordenador).

Portfólio Acadêmico

O portfólio constitui parte integrante do projeto da disciplina, sendo individual para cada participante. É uma ferramenta essencial para o início da carreira profissional, contribuindo para a visibilidade, reconhecimento e construção de confiança no trabalho desenvolvido, além de diferenciar o profissional no mercado e ampliar suas oportunidades. Facilita a avaliação e análise das competências, proporcionando uma visão clara das conquistas. Um portfólio bem elaborado reflete a dedicação e a paixão pela área de atuação, funcionando como uma vitrine da marca pessoal.

Estrutura do Portfólio Online

  • O portfólio deve incluir uma Página Principal (Landing Page / Home Page).
  • Funciona como um "índice" ou resumo executivo dos trabalhos.
  • Deve ser concisa, objetiva, visualmente atraente e com design limpo.
  • Utilizar frases sucintas e múltiplos links para direcionar o visitante.
  • Criar subpáginas dedicadas para detalhes de cada projeto.
  • As descrições dos projetos devem ser resumidas, claras, lógicas e focadas na metodologia/pesquisa.
  • Hospedar código/arquivos externos (e.g., GitHub) e incluir links diretos.
  • Solicitar feedback a docentes e colegas para identificar oportunidades de aprimoramento.
  • O portfólio serve como um "índice" que conterá os endereços do website do projeto, canal do YouTube, DOI do artigo, entre outros.

Identificação da Equipe e Domínio

  • Definir em conjunto o nome da equipe.
  • Criar uma conta no GitHub com o nome da equipe (e.g., http://www.github.com/melancia).
  • Criar um repositório denominado melancia.github.io e configurar o GitHub Pages.
  • O site do projeto estará acessível em http://melancia.github.io.

Uso de Ferramentas de Inteligência Artificial (IA) no Projeto

Ferramentas de IA Generativa (e.g., Gemini, Copilot) podem ser utilizadas como auxílio, desde que o uso seja ético, responsável e transparente.

  • IA como suporte, não substituição: útil para brainstorming, sugestões de código/texto, revisão gramatical e resumos (sempre com verificação). Não substitui o pensamento crítico e a análise humana.
  • Verificação crítica essencial: nunca confiar cegamente. A IA pode gerar informações incorretas ("alucinações"). Todas as informações devem ser verificadas com fontes confiáveis e o conhecimento do usuário.
  • Plágio e originalidade: o conteúdo gerado por IA não é de autoria do usuário. A cópia direta constitui plágio. Utilizar a IA para ideias, mas a criação e redação finais devem ser originais.
  • Transparência e citação: declarar explicitamente o uso de IA (quais ferramentas, para qual finalidade). Referenciar a IA utilizada (a própria ferramenta pode auxiliar nesta citação).
  • Uso ético: empregar a IA para auxiliar no aprendizado, com transparência e respeito aos direitos autorais.
  • Ferramentas de detecção: instituições acadêmicas utilizam ferramentas para identificar conteúdo gerado por IA e plágio.

Testes e Validação

A validação do desempenho do robô é realizada através de uma série de testes sistemáticos, garantindo a conformidade com os requisitos de projeto e a otimização do comportamento em pista.

  • Testes de Unidade: verificação individual de componentes (sensores, motores) para assegurar seu funcionamento adequado.
  • Testes de Integração: avaliação da interação entre os módulos de hardware e software.
  • Testes de Sistema: medição do desempenho global do robô na pista, incluindo:
    • Tempo de Percurso: registro do tempo necessário para completar o circuito.
    • Precisão no Seguimento de Linha: análise da capacidade do robô de manter-se sobre a linha.
    • Robustez: avaliação do desempenho em diferentes condições de iluminação e pequenas variações na pista.

Trabalhos Futuros e Recomendações

Este projeto serve como uma base para futuras pesquisas e desenvolvimentos. As seguintes áreas são sugeridas para trabalhos futuros:

  • Otimização do Algoritmo de Controle: implementação e ajuste fino de algoritmos PID avançados ou técnicas de controle adaptativo para melhorar a velocidade e a precisão.
  • Detecção e Desvio de Obstáculos: integração de sensores adicionais (e.g., ultrassom, infravermelho de distância) para permitir que o robô detecte e desvie de obstáculos na pista.
  • Comunicação Wireless Avançada: desenvolvimento de um sistema de telemetria para monitoramento em tempo real do robô e ajuste de parâmetros via comunicação sem fio.
  • Visão Computacional: utilização de câmeras para reconhecimento de padrões mais complexos na pista ou identificação de objetos.
  • Otimização de Hardware: redução do tamanho e peso do robô, otimização do consumo de energia e exploração de materiais alternativos para o chassi.

Glossário

  • Arduino IDE: ambiente de Desenvolvimento Integrado para a plataforma Arduino.
  • BOM (Bill of Materials): lista de Materiais.
  • CAD (Computer-Aided Design): projeto Assistido por Computador.
  • Chassi: Estrutura física do robô.
  • Driver de Motor: circuito eletrônico que controla a potência e direção dos motores.
  • EAP (Estrutura Analítica do Projeto): decomposição hierárquica do trabalho do projeto.
  • IA (Inteligência Artificial): campo da ciência da computação que desenvolve máquinas capazes de simular a inteligência humana.
  • L298N: circuito integrado com ponte H dupla, comumente usado como driver de motor.
  • Layout: disposição física dos componentes em uma placa de circuito impresso.
  • PCB (Printed Circuit Board): Placa de Circuito Impresso.
  • PID (Proporcional-Integral-Derivativo): tipo de controlador de feedback amplamente utilizado em sistemas de controle.
  • Robô Autônomo: robô capaz de operar sem intervenção humana direta.
  • Robô Seguidor de Linha: robô projetado para seguir uma linha predefinida no chão.
  • TCRT5000: sensor infravermelho de refletância, comumente usado para detecção de linha.
  • WBS (Work Breakdown Structure): Estrutura Analítica do Projeto (EAP).

Recursos Online e Referências

Esta seção consolida links e referências úteis, organizados por categoria:

Exemplos de Projetos de Robôs e de Trabalhos Acadêmicos

Guias, Modelos e Ferramentas para Projeto, Documentação e Publicação

Recursos Técnicos Específicos (Robô Seguidor de Linha)

Tutoriais e referências técnicas focadas no robô:


Last edited: 2025-07-27 11:50:05