ˆ PARA MODALIDADE DANCA, PROJETO DE ROBO ¸ CBR 2013 Amanda Barreto Faria Casoni Fernandes∗, Bruna Ianaconi Fusco∗, Gabriel Villela Noriega de Queiroz∗, Gabriela Yin Chen∗, Hugo Leite Serrano de Mendon¸ ca∗, Iggor ∗ ∗ ˆa Consolaro∗, Victor Francis Numata Mathews , Juliana Iskarlaty Silva , Let´ıcia Corre ∗ Hugo Barreto Faria Casoni Fernandes , Vladson Henrique Ribeiro Marinho∗ ∗
Laborat´ orio de Rob´ otica Comphaus S˜ ao Paulo, SP, Rep´ ublica Federativa do Brasil Emails:
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[email protected], Abstract— The Project of our group, Dance Squad, in the dance category consists in a technology innovation, because we are bringing new equipments to the competitions in Brazil, two humanoid robots Bioloid Premium type A (Robotis, n.d.). We decided to use those to find a new way to dance in the competition. Using a famous song (Gun-hyung, n.d.), we would like to transmit all of the great potential that robotic has. We expect our audience to watch and enjoy our dance presentation with robots. Keywords—
dance, humanoid, robotics, technology.
Resumo— O projeto do nosso grupo, Dance Squad, na modalidade dan¸ca, consiste em uma inova¸ca ˜o tecnol´ ogica, pois h´ a a utiliza¸ca ˜o de um novo recurso em competi¸c˜ oes no Brasil: dois robˆ os humanoides Bioloid Premium type A (Robotis, n.d.). Decidimos utiliz´ a-los porque queremos executar novas performances na competi¸ca ˜o. Fazendo o uso de uma m´ usica famosa (Gun-hyung, n.d.), queremos promover a rob´ otica para todos os tipos de p´ ublico, pois esperamos que todos aproveitem uma apresenta¸c˜ ao de dan¸ca com robˆ os. Palavras-chave—
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dan¸ca, humanoide, rob´ otica, tecnologia.
Introdu¸ c˜ ao
O projeto de estudo de robˆ os humanoides direcionado para execu¸c˜ ao de coreografias foi iniciado no final de junho de 2013, com prop´ osito de desenvolver conhecimentos t´ıpicos para a dinˆ amica de robˆ os b´ıpedes e, tamb´em, criar uma apresenta¸c˜ao da equipe no V Torneio Juvenil de Rob´ otica, em S˜ ao Paulo (n.d.) com a finalidade de difundir esse trabalho. Desse que foi o primeiro contato da equipe com o robˆ o humanoide, resultou uma coreografia completa de Gangnam Style, do cantor sulcoreano Psy. A coreografia executada granjeou o primeiro lugar nessa competi¸c˜ ao. Durante o evento, ao executarmos a apresenta¸c˜ ao p´ ublica, notamos que um trecho da sequˆencia apresentava intensa ressonˆ ancia de vibra¸c˜ao, com a qual tivemos a oportunidade de estudar o fenˆ omeno e reduzir a sua intensidade ao aplicamos um modelo de pˆendulo composto. Essa experiˆencia oriunda da competi¸c˜ ao refor¸cou o nosso interesse em programa¸c˜ ao, montagem e, principalmente, dan¸ca para robˆ os. Para a CBR decidimos ampliar o projeto. De pronto, t´ınhamos a pretens˜ ao de melhorar os passos do robˆ o, acrescentando-lhes expressividade, incluir cen´ ario e evitar eventuais quedas, atrav´es de um melhor ajuste na programa¸c˜ ao e do emprego de meios para reduzir a ressonˆ ancia de vibra¸c˜ao. Com o desenrolar do projeto, os objetivos an-
tes estabelecidos foram atingidos e expandiram-se, tornando-se algo maior e complexo: 1. Adicionamos um novo robˆo `a proposta. 2. Adicionamos novos membros `a equipe para podermos adicionar processos de produ¸c˜ ao em paralelo. 3. Desenvolvemos, a partir da nova composi¸c˜ ao da equipe, um novo cen´ario com mecanismos robotizados controlados por ardu´ıno. 4. Na coreografia, inclu´ımos um outro robˆo dotado de uma cˆamera acoplada, baseado na plataforma LEGO. Por´em, essas adi¸c˜oes `a proposta levaram ao surgimento de certos desafios, entre eles: 1. A comunica¸c˜ao entre os robˆos humanoides; 2. O emprego dos sensores para que o programa instalado no robˆo reconhecesse a eventual queda e devolvesse o robˆo para a sua posi¸c˜ ao original; 3. A intera¸c˜ao entre robˆos de plataformas distintas; 4. A intera¸c˜ao entre os robˆos e o cen´ario. Acrescente-se a todos esses desafios o trabalho de equipes dispostas em regi˜oes geogr´aficas distintas, operando interligadas por uma plataforma
moodle (?), aproveitando-nos da experiˆencia realizada pela equipe Ctrl Alt Del, em proposta de integra¸c˜ ao semelhante quando de sua participa¸c˜ao da Competi¸c˜ ao Brasileira de Rob´ otica, em 2011. A primeira etapa de nossos trabalhos congregou todos os esfor¸cos nos processos de integra¸c˜ao das pessoas, dos robˆ os e dos agentes da coreografia ao cen´ ario. Atrav´es da an´ alise cautelosa e minunciosa dos problemas enfrentados, encontramos solu¸co˜es efetivas que auxiliaram no desenrolar do projeto. Exaustivos testes e pesquisas foram feitos com intuito de garantir a confiabilidade aceit´ avel para uma coreografia em que convivem humanos e robˆ os. O objetivo maior de nosso projeto ´e difundir o conhecimento obtido com a nossa experiˆencia nele para todos aqueles que se interessem pela rob´ otica. de leigos a especialistas. e de amantes das areas de exatas a todos os que se apaixonam pela ´ performance do corpo humano.
Figura 2: Membra da equipe contru´ındo o robˆ o humanoide.
Na etapa 1, usando o RoboPlus Motion, h´ a trˆes maneiras para program´a-lo. 1. Digitar os n´ umeros das posi¸c˜oes dos motores diretamente no computador. (Ver figura 3) 2. Ustilizar uma visualiza¸c˜ao 3D, onde ´e poss´ıvel modificar as poses do robˆo, ainda no computador. (Ver figura 4) 3. Criar as poses com o robˆo no mundo real e ent˜ao salvar a posi¸c˜ao atual dos seus motores para criar os movimentos. (Ver figura 5)
Figura 1: Intera¸c˜ ao entre os robˆ os
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Design T´ ecnico e Constru¸ c˜ ao
Os robˆ os principais, dois humanoides da marca ROBOTIS (figura 1), consistem em 18 motores independentes, que interligados por circuitos, realizam diferentes movimentos semelhantes ao dos humanos. Pode ser montado de diferentes formas, mas por causa da proposta, escolhemos a vers˜ao humanoide (figura 2). Houve tamb´em a cria¸c˜ ao de robˆ os montados com os kits da marca LEGO (n.d.). As pe¸cas de lego criaram robˆ os que se incorporaram a apresenta¸c˜ ao, interagindo com humanos e com os robˆos principais. A montagem Lego constitui-se de trˆes motores, acoplados a uma base triangular, seus membros est˜ ao conectados e s˜ ao controlados pelo NXT e realizam a dinˆ amica da cenografia. 3
Estrat´ egia de Programa¸ c˜ ao
Usa-se software pr´ oprio da Robotis, o RoboPlus, para programar (figura 3) utilizamos duas etapas.
Dessas maneiras, criamos as p´aginas de movimentos, numeradas conforme a necessidade. Tamb´em ´e poss´ıvel mudar o tempo da passagem de um movimento para o outro, a velocidade da execu¸c˜ao dos movimentos, repetir movimentos e colocar pausas. Na etapa 2, com o RoboPlus Task, escrevemos as tarefas do robˆo, onde podemos usar de sensores para a execu¸c˜ao dos movimentos ou a direta execu¸c˜ao dos movimentos das p´aginas do RoboPlus Motion. Ent˜ao baixamos ambas as p´aginas de movimento e tarefas no controlador do robˆo.
Figura 3: RobotPlus Motion: valores manuais para os motores.
Figura 6: Confec¸c˜ao do cen´ario.
Figura 4: RobotPlus Motion: manipula¸c˜ao dos motores em um ambiente virtual 3D.
Figura 7: Poses dos robˆos na coreografia.
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M´ usica
A m´ usica escolhida pelo grupo para a competi¸c˜ao ´e o grande sucesso do cantor sul-coreano PSY, (Gun-hyung, n.d.). Escolhemos esta m´ usica porque ela ´e super atual e envolvente e com certeza mexer´a com o nosso p´ ublico.
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Figura 5: RobotPlus Task : exemplo de programa.
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Design Art´ıstico e Decora¸ c˜ ao
Para a apresenta¸c˜ ao, utilizaremos um cen´ ario que retratar´ a uma festa (figura 7). Recursos como caixas de som, luzes e robˆ os far˜ ao parte do cen´ario. J´ a o figurino tanto de humanos quanto de robˆos ´e inspirado no clipe do Gun-hyung (n.d.) e tem cores fortes, com muito brilho, que combinam com o estilo extravagante da coreografia. Pensamos em um cen´ ario especial e vers´ atil, pois h´ a tamb´em uma preocupa¸c˜ ao na praticidade do mesmo.
Considera¸ c˜ oes Finais
O aprendizado da constru¸c˜ao e da programa¸c˜ao do robˆo humanoide (Robotis, n.d.) requisitou no¸c˜oes de F´ısica, em especial da f´ısica do corpo extenso, que s˜ao fundamentais para o equil´ıbrio do robˆ o durante a sua movimenta¸c˜ao. A interface de programa¸c˜ao desse robˆo ´e bastante diferente das demais, com pouca documenta¸c˜ao em Inglˆes e nenhuma em Portuguˆes: isso nos obrigou a estudar muitas vezes a interface utilizando o m´etodo de tentativa e erro para compreender as suas fun¸c˜oes. A coreografia escolhida ´e bastante complexa em seus movimentos, e muitas vezes tivemos de corrigir pequenos travamentos dos motores dos membros que n˜ao eram percept´ıveis no trecho em particular, apenas not´aveis na sequˆencia completa atrav´es da an´alise do registro da cˆamera de v´ıdeo.
Agradecimentos Os integrantes da equipe agradecem imensamente a Renata Muniz Corrˆea Consolaro, Luis Rog´erio da Silva e Vanessa Ianaconi. Principalmente aos pais pelo apoio, motiva¸c˜ ao e aux´ılio quando foi preciso. Referˆ encias de Rob´ otica, T. J. (n.d.). Torneio juvenil de rob´ otica. URL: http://www.torneiojrobotica.org Gun-hyung, P. Y. (n.d.). Gangnam style. URL: http://www.youtube.com/watch?v= 9bZkp7q19f0 LEGO (n.d.). Pe¸cas da lego. URL: http://www.lego.com/en-us Robotis (n.d.). Robˆ o humanoide. URL: http://www.robotis.com/xe
