Aula 1 - Introdução

Introdução ao Plano de Trabalho

• Apresentação do plano de trabalho da disciplina, incluindo contexto e objetivos até o fim do semestre.

• Relação com o projeto pedagógico do curso enviado ao MEC para a operação da faculdade.

• Importância da robótica e automação em diversas áreas do mercado de trabalho.

Conteúdos Abordados

• Estudo de conceitos básicos de robótica, história, tipos de robôs e sistemas automatizados.

• Análise de cinemática e dinâmica, representação de coordenadas e controle de trajetória.

• Capacitação dos alunos na integração entre hardware e software em sistemas automatizados.

Objetivos Específicos da Disciplina

• Desenvolvimento da compreensão dos conceitos básicos relacionados à robótica.

• Capacitação na análise cinemática e dinâmica para entender o movimento dos robôs.

• Domínio sobre sensores e atuadores essenciais para a realização do movimento.

Habilidades Práticas

• Proporcionar habilidades práticas na seleção e utilização de sensores em sistemas automatizados.

• Enfoque em medição de distância, posição, velocidade, aceleração e motores elétricos.

• Importância da disciplina de eletricidade para microcontroladores no contexto prático.

Metodologia das Aulas

• Aulas expositivas com apresentação do conteúdo seguido por discussões interativas.

• Atividades dirigidas que incluem pesquisa, exposições e trabalhos práticos.

Competências em Sistemas de Computação

• As competências esperadas incluem planejar, especificar, projetar, implementar e testar sistemas de computação.

• É necessário conhecimento teórico para gerenciar projetos e desenvolver sistemas embarcados.

• Análise e seleção de plataformas adequadas para sistemas embarcados de tempo real são essenciais.

Componentes e Robótica

• A robótica envolve o uso de componentes eletrônicos como Arduino para desenvolvimento prático.

• Sugestão de adquirir kits básicos de microcontroladores para experimentação em casa.

• Movimento é fundamental na robótica; motores contínuos são uma opção a considerar.

Avaliação e Provas

• Avaliação será feita através de provas teóricas com questões múltipla escolha e dissertativas.

• O foco maior será em provas devido à facilidade atual em realizar trabalhos automatizados.

• Expectativa que as provas sejam justas; feedback dos alunos sobre a dificuldade é bem-vindo.

Trabalho Prático e Cronograma

• Um trabalho prático simples será realizado, exigindo conhecimentos adquiridos ao longo do semestre.

• Atividades dirigidas podem ser consideradas dependendo da complexidade do conteúdo abordado.

• O cronograma inclui conceitos históricos e componentes do robô nas aulas futuras.

Provas e Flexibilidade no Cronograma

• Provas serão comunicadas com antecedência; ajustes no cronograma poderão ocorrer conforme necessidade.

Cronograma do Semestre

• O trabalho é planejado com uma margem de uma semana, visando adaptar ao semestre.

• A ordem dos tópicos pode mudar, mas o importante é cobrir o cronograma prometido.

• A primeira parte do curso será teórica, com exercícios para revisão.

Conteúdo Teórico e Prático

• Dinâmica é complexa e requer conhecimentos de cálculo avançado.

• O foco não será em cálculos detalhados de dinâmica, mas sim na aplicação prática.

• Prova prevista para 31/3; mudanças serão comunicadas previamente.

Teoria de Controle e Automação

• Em abril, inicia-se a teoria de controle automático aplicada à robótica.

• Várias arquiteturas de controle serão abordadas durante o semestre.

• Navegação robótica envolve planejamento e representação computacional de mapas.

Trabalho Final e Avaliações

• Haverá avaliações teóricas e práticas ao longo do semestre.

• O trabalho final envolverá a construção de um robô simples utilizando Arduino.

• Regras para a construção do robô serão discutidas nas aulas.

Datas Importantes

• Prova substitutiva marcada para 30/06; último dia de aula em 07/07.

• Data da prova substitutiva reservada devido a possíveis compromissos acadêmicos.

Organização do JOIA

• Discussão sobre a participação na organização do evento JOIA em março.

Introdução à Organização do Curso

• Conversar com o coordenador sobre a organização do evento e informar se serão liberados.

• Pedir informações duas ou três semanas antes, preferencialmente após o Carnaval.

• Bibliografia disponível na plataforma "minha biblioteca" e livros recomendados.

Livros Recomendados para Robótica

• Dois principais livros de robótica são boas referências, apesar de algumas limitações.

• Aulas baseadas em livros da bibliografia, que devem ser lidos para melhor compreensão.

• Terceiro livro mencionado como complementar, mas os dois principais são essenciais.

Conteúdos da Disciplina de Automação e Robótica

• Disciplina envolve algoritmos, estrutura de dados e programação física.

• Importância da arquitetura de computadores para trabalhar com sensores e atuadores.

• Introdução ao conceito de robótica desde máquinas mecânicas até autômatos.

Definição de Robô: Regras Fundamentais

• Um robô deve existir no mundo físico; exemplo dado sobre bots virtuais não serem robôs.

• Necessidade de sensar e agir no ambiente físico; um robô deve interagir fisicamente.

Autonomia e Propósito dos Robôs

• Robôs precisam operar autonomamente sem intervenção humana constante.

• Exemplo da estação meteorológica que monitora, mas não age no ambiente físico.

Robótica e Autonomia

• A robótica deve ter um propósito; sem isso, não é considerada robô, mas enfeite.

• Robôs atuam de forma autônoma, ou seja, não são controlados por humanos constantemente.

• Teleoperados são dispositivos controlados por humanos, como robôs médicos que realizam cirurgias.

História do Conceito de Robô

• O termo "robô" foi usado pela primeira vez em 1921, muito tempo após a Revolução Industrial.

• O conceito original de robô era mais relacionado a servos ou escravos do que aos robôs modernos.

• A ideia de robôs eletromecânicos surgiu com o filme "Metrópolis", anos depois da peça teatral inicial.

Desenvolvimentos na Robótica

• O livro "Eu Robô" de Isaac Asimov popularizou a ideia moderna de robôs nos anos 50.

• Asimov também criou o termo "robótica", referindo-se ao estudo dos robôs.

• As leis da robótica foram formuladas por Asimov e influenciaram normas posteriores.

Leis da Robótica

• Primeira lei: um robô não pode prejudicar seres humanos nem permitir que sejam prejudicados.

• Segunda lei: um robô deve obedecer ordens humanas, exceto se violar a primeira lei.

• Terceira lei: um robô deve proteger sua própria existência desde que não conflite com as duas primeiras leis.

Primeiro Robô Reconhecido

• O primeiro robô reconhecido foi criado por Grey Walter e é conhecido como tartaruga.

Introdução às Tartarugas de Grey Walter

• As tartarugas de Grey Walter são robôs eletromecânicos sensíveis à luz, chamados Elmer.

• O robô tinha duas formas de reação: uma que especulava e outra que procurava.

• Utilizava um sensor fotoelétrico para detectar luminosidade, diferente do LDR.

Estrutura e Funcionamento dos Robôs

• Os robôs possuíam três motores e rodas, com um motor em cada roda.

• Eram circuitos eletrônicos valvulados, sem transistores disponíveis na época.

• A lógica dos primeiros computadores era baseada em válvulas, ocupando muito espaço.

Comportamento Reativo dos Robôs

• O comportamento reativo envolvia procurar luz ou fugir dela.

• Os robôs desviavam de obstáculos usando sensores de colisão automatizados.

• A robótica foi pouco explorada até os anos 90 devido à falta de computação desenvolvida.

Desafios da Manufatura nos Anos 50

• Produtos eram projetados e fabricados manualmente antes da simulação computadorizada.

• Fabricar um carro ou moto exigia testes manuais extensivos para garantir qualidade.

• O conceito "Time to Market" refere-se ao tempo necessário para desenvolver e lançar produtos.

Evolução da Robótica e Computação

• A popularização dos robôs industriais começou nos anos 80 na América do Norte.

• Nos anos 90, a simulação computadorizada facilitou o design e manufatura de robôs.

Evolução do Custo de Robôs e Trabalho

• Nos EUA, o custo com robôs aumentou ao longo dos anos, mas os robôs se tornaram mais baratos e fáceis de produzir.

• O custo do trabalho humano está aumentando, tornando a contratação cada vez mais cara.

• O custo bruto dos robôs diminuiu, enquanto sua eficiência aumentou significativamente.

Comparação entre Custo de Trabalho e Robótica

• Durante os anos 90, o custo do trabalho subiu enquanto o custo dos robôs caiu drasticamente.

• A viabilidade econômica da robótica depende do retorno sobre investimento em comparação ao trabalho humano.

• Japão foi pioneiro na adoção de robôs; a União Europeia também viu um aumento significativo no uso.

Aplicações de Robótica na Indústria

• Em 2000, 78% dos robôs nos EUA eram usados para solda ou manipulação; hoje há uma diversidade maior nas aplicações.

• Avanços em robótica incluem vídeos impressionantes da Boston Dynamics mostrando capacidades avançadas.

• Sensores são essenciais para que os robôs naveguem e realizem tarefas complexas.

Robótica Autônoma e Doméstica

• Carros autônomos representam uma aplicação sofisticada da robótica moderna.

• Robôs domésticos como aspiradores estão se tornando acessíveis ao consumidor final.

• A tecnologia por trás desses dispositivos é complexa e envolve inteligência artificial para navegação.

Desafios na Implementação da Robótica

• O carro autônomo enfrenta desafios computacionais significativos devido à necessidade de processamento de imagens em tempo real.

• A interação entre inteligência artificial e robótica é crucial para melhorar as aplicações práticas.

Impressora 3D é um robô?

• A impressora 3D não é considerada um robô, pois atua de forma não autônoma, seguindo comandos para impressão.

• Possui sensores simples, como o de temperatura, mas não opera com código sofisticado como um robô.

• É classificada como um dispositivo de automação fixa, diferente de máquinas programáveis mais complexas.

O que envolve a pesquisa em robótica?

• A pesquisa em robótica abrange engenharia mecânica e física para estudar dinâmicas e movimentos.

• Matemática é uma ferramenta essencial para modelar movimentos e descrever ações na robótica.

• Engenharia elétrica é crucial para integrar sensores e atuadores no sistema.

Teleoperados vs Robôs

• Exemplos de teleoperados incluem máquinas médicas operadas por humanos durante cirurgias.

• Drones também são considerados teleoperados; outros exemplos incluem robôs usados em situações perigosas, como Fukushima.

• Termostatos e micro-ondas têm funções automatizadas, mas não são classificados como robôs devido à sua simplicidade.

Definição de Robô Autônomo

• Um termostato controla a temperatura automaticamente, mas carece da complexidade necessária para ser considerado um robô.

• Máquinas simples têm certa autonomia, mas não são programáveis ou interativas com o ambiente físico.

Sistemas Autônomos Virtuais

• Programas virtuais que buscam dados online (como crawlers) não são considerados robôs por serem imateriais.