Instance-based representation

A localização do veículo, não sendo um ponto crucial nesta dissertação, apresenta um ponto válido na verificação do funcionamento do GPS. O veículo percorreu dois circuitos distintos a diferentes velocidades de forma a validar a informação do GPS. Os resultados relativos à longitude e latitude dos percursos encontram-se na Figura3.20.

(a) Circuito em oval

(b) Circuito mais longo

Para uma validação mais eficaz importaram-se os dados para um programa denominado "Google Earth Pro". Assim, é possível, de forma gráfica, compreender o percurso realizado pelo veículo. Os diversos pontos visíveis, tanto na Figura3.21acomo na Figura3.21b, corresponde a cada ciclo de atualização que o programa realiza e guarda as variáveis no microSD.

(a) Circuito em oval

(b) Circuito mais longo

Figura 3.21: Circuitos realizados para teste das coordenadas GPS usando o programa "Google Earth Pro".

É evidente que as voltas ensaiadas em cada percurso não tiveram necessariamente o mesmo trajeto e tal encontra-se evidenciado de forma gráfica na Figura3.21.

3.4.2 Velocidade do Veículo

De forma a compreender a relação entre o duty-cycle aplicado aos controladores de propul- são e a velocidade atingida pelo veículo, realizou-se um conjunto de testes aumentando gradu- almente o valor do duty-cyle.

3.4 Resultados Experimentais Obtidos 61

O controlador de propulsão apresenta o mesmo princípio de funcionamento de um motor do tipo servo, retratado anteriormente na Figura 3.4. Na teoria, para valores de impulso de duty-cycleentre 1.5ms e 2ms o veículo movimenta-se para a frente. Contudo, constatou-se que apenas havia movimento quando aplicado um sinal com um duty-cyle superior a 1.56ms. Uma vez que não se pretende velocidades elevadas, devido à segurança, realizaram-se três testes com diferentes duty-cyle e verificou-se a velocidade lida pelo GPS. Os resultados encontram-se na Figura3.22.

Figura 3.22: Relação entre o duty-cycle de comando dos controladores de propulsão e a veloci- dade lida pelo GPS.

Analisando os dados da Figura3.22, constata-se que uma pequena variação do duty-cyle, na ordem dos 0.04ms, infere uma diferença de velocidade de aproximadamente igual a 2ms−1. Este, é sem duvida, a grande adversidade dos motores usados, pois exibem uma elevada densidade de potência para um veículo muito frágil e leve, o que produz uma grande sensibilidade do controlador de propulsão.

3.4.3 Teste do IMU

A validação dos resultados adquiridos pelo IMU, foi executada de uma forma pouco rigo- rosa, providenciando o yaw rate e a aceleração longitudinal do veículo, uma vez que não existiu outros dados de forma a realizar uma comparação dos valores obtidos. O ensaio do yaw rate foi realizado com o veículo a descrever um percurso circular, fixando a direção num determinado ângulo. Espera-se um sinal praticamente constante em torno de um valor, devido ao ângulo de curvatura da direção do veículo. O resultado do ensaio encontra-se na Figura3.23.

Figura 3.23: Variação do yaw rate num percurso circular.

Observando a Figura3.23, verifica-se que a grandeza medida apresenta uma oscilação em torno de um dado valor, valor esse que se definiu através de uma reta. Como referido, esperava- se um sinal constante em torno de um valor, mas tal não ocorreu devido ao veículo não ter descrito de uma forma trajetória circular perfeita. Deste modo, é possível validar o resultado obtido.

Relativamente à aceleração longitudinal, esta manifesta-se mais notoriamente quando ocorre alguma mudança de velocidade, ou seja, quando o veículo acelera ou trava. De forma a com- preender tal grandeza, definiram-se dois estados num determinado percurso do veículo: quando o utilizador inicia a marcha do veículo e quando o utilizador envia um comando de paragem do mesmo. O ensaio foi executado com o veículo a percorrer um trajeto em linha reta com um duty-cyclefixo de comando dos propulsores. A Figura3.24demonstra o resultado obtido.

Figura 3.24: Relação entre a velocidade e a aceleração longitudinal com dois períodos: a) ace- leração , b) travagem.

3.5 Conclusão 63

Num período de aceleração, período a) da Figura3.24, há um acentuar do valor da acelera- ção longitudinal, ou seja, há um aumento da aceleração no sentido do movimento do veículo. Por outro lado, quando ocorre uma travagem, período b) da Figura3.24, há um atenuação da aceleração no sentido negativo, uma vez que um impulso contrário ao movimento é enviado para comando dos propulsores.

3.5

Conclusão

A conceção estrutural do protótipo demonstrou ser um desafio interessante. A exploração de uma plataforma física rígida, sem perda de valências primordiais de um veículo à escala real é, sem dúvida, o cerne de todo o projeto. Desta forma, a instalação dos mais diversos componentes foi pensada de forma cuidada com o objetivo de obter o melhor comportamento possível do veículo.

Devido à disposição cuidadosa dos componentes, conclui-se que as baterias, por terem um peso considerável, ficavam localizadas nas extremidades do veículo, enquanto que os controla- dores ficavam dispostos no centro do veículo.

A PCB foi alocada na parte superior do protótipo de forma a não haver interferências com qualquer outro dispositivo. A sua localização permite um melhor acesso por parte do utilizador aquando da necessidade de programação, bem como o acesso a dados recolhidos pelo datalog- ger. A sua fixação à estrutura do veículo foi realizada através de 6 eixos de metal.

Os testes realizados permitiram compreender a dinâmica do veículo e a grande densidade de potência que os motores apresentam. Da mesma forma, pode-se validar o programa de aquisição e processamento das grandezas do IMU e do GPS. A grande dificuldade dos ensaios realizados prende-se com controlo do veículo por parte do utilizador com a devida segurança. Foi necessá- rio limitar o ângulo de viragem da direção de modo a evitar desvios muito acentuados.

Os resultados obtidos tanto do sensor IMU como GPS permite-nos inferir que os mesmos são satisfatórios. A dificuldade em afirmar a veracidade dos dados prende-se com a não existentes de dados de comparação de outros dispositivos, contudo foram efetuados testes que permitiram compreender se os sensores se encontravam a funcionar corretamente. Os dados obtidos das coordenadas GPS apresentam informação relevante para compreender o percurso executado pelo veículo e perceber se alguma irregularidade do pavimento (relva) afetou o percurso.

Finalizada a construção e realizados alguns ensaios, foi possível entender o comportamento do veículo. Apesar da existência de alguma fragilidade do sistema de direção, o veículo apre- sentou um comportamento muito eficiente permitindo a execução de alguma manobras de forma muito suave. O resultado final do protótipo pode ser visualizado na Figura3.25.

Capítulo 4

Parametrização do Protótipo

A parametrização do protótipo representa um ponto vital na compreensão dinâmica do veí- culo. A inclusão da totalidade do hardware bem como a disposição do mesmo tornou, possível a realização de ensaios experimentais para a determinação de algumas grandezas do modelo. Desta forma, o capítulo encontra-se dividido em três secções. Numa fase inicial, será determi- nado o centro de massa do modelo e as suas respetivas medidas, visando o que foi estudado no capitulo2. Seguidamente, é estudado o movimento da roda num plano inclinado com o objetivo de determinar o momento de inércia da mesma. Por fim, é executada a caraterização dos motores brushlesspara uma melhor compreensão do binário aplicado a cada roda.

4.1

Centro de Massa

O centro de massa do veículo é o ponto infinitesimal onde podem ser expressas todas as forças do sistema [4]. A sua localização influencia o comportamento do veículo nas mais diver- sas manobras, uma vez que quanto mais baixa for a sua localização, maior aderência o veículo apresenta em relação ao solo.

O centro de massa é caraterizado pela transferência de massa, isto é, se o veículo se encontrar a deslocar a uma velocidade constante e em movimento retilíneo, o seu centro de massa é estável; por outro lado, se acelerar, travar ou realizar uma mudança de direção, este ponto infinitesimal altera a sua localização.

Com o propósito de obter a posição do centro de massa e visando o que foi estudado an- teriormente (Capítulo2), procedeu-se a um conjunto de ensaios. Os ensaios experimentais são divididos em dois fases. Na primeira fase é fundamental a determinação das medidas do protó- tipo, e na segunda fase calcular o centro de massa do veículo, com base nos dados obtidos na primeira fase.

4.1.1 Medição do Veículo

A localização do centro de massa está restrita às dimensões do veículo. Deste modo, houve a necessidade de obter algumas variáveis: distância entre eixo traseiro e dianteiro, largura de eixo traseiro e largura do eixo dianteiro.

De seguida, estudou-se como seria possível obter resultados fidedignos. A solução passou pelo bloqueio dos amortecedores. Posto isto, foi necessário planear e realizar uma estrutura em que o veículo pudesse estar posicionado num plano nivelado e que fosse possível realizar me- dições com o menor erro possível. Decidiu-se utilizar a madeira como material para a estrutura devido à sua robustez e à facilidade de manuseamento.

Procedeu-se, assim, à construção da respetiva estrutura e o resultado final encontra-se na Figura4.1. Os apoios da estrutura encontram-se localizados no centro de cada roda, tanto de forma paralela como perpendicular, como se pode visualizar na Figura4.1. Desta forma, pode- se acoplar o dispositivo de medição utilizado.

Figura 4.1: Estrutura para medição das dimensões do veículo.

A medição do veículo tornou-se um desafio devido à dificuldade em conjugar um instru- mento de medição com exatidão suficiente e ao mesmo tempo com um range suficiente. Tendo isto em consideração, decidiu realizar-se a medição através de um laser. Utilizou-se o disposi- tivo, DLE40 Professional, fabricado pela Bosch, que apresenta uma escala de medição entre os 0.05 a 40 metros e uma exatidão de ±1.5mm (AnexoC).

4.1 Centro de Massa 67

Tabela 4.1: Dimensões do veículo.

Valores(m) Distância entre eixos (traseiro e dianteiro) 0.323 Largura do eixo dianteiro 0.351 Largura do eixo traseiro 0.353

Os resultados obtidos (Tabela 4.1) tiveram em consideração a regulação da suspensão e da direção e também a deformação de cada pneu. Salienta-se que a largura do eixo traseiro e dianteiro apresentam praticamente o mesmo valor e, como tal, desprezou-se essa diferença. Partiu-se assim do princípio que o veículo apresenta a mesma largura de eixos.