BRES: modelagem, simulação e construção de um braço robótico SCARA para ensino de cinemática

Abstract

Este trabalho aborda a importância da robótica, especialmente no contexto do ensino de cinemática em engenharia mecatrônica, e propõe o desenvolvimento de um braço robótico educacional chamado BRES (Braço Robótico Educacional SCARA). O objetivo é criar um dispositivo que permita aos alunos aplicar conceitos de cinemática em um ambiente prático, usando o ROS2 (Robot Operating System 2). A crescente relevância da robótica tanto na indústria quanto na academia, justifica a inclusão de disciplinas específicas no curso de engenharia mecatrônica e do desenvolvimento de materiais didáticos para apoiar o ensino nestas disciplinas. O trabalho foi desenvolvido de forma a incluir a modelagem CAD do protótipo, o desenvolvimento da cinemática, a criação do diagrama elétrico/eletrônico usando o Raspberry Pi 4, e a integração com o ambiente ROS2 para simulação e controle. O trabalho também aborda a pesquisa pré-TCC realizada para orientar o desenvolvimento do BRES, com referências a outros projetos educacionais similares. A apresentação dos resultados inclui testes de medição do protótipo, destacando a capacidade do BRES de reproduzir posições específicas e discutindo as limitações encontradas, como imprecisões devido ao material utilizado na impressão 3D. Por fim, ressalta-se a importância da melhoria contínua do BRES, indicando a possibilidade de aprimorar a precisão do dispositivo, superar limitações, desenvolver com complexidade tanto a parte de cinemática voltada ao ensino quanto a interface com o aluno, abrindo espaço para ampliar o uso do dispositivo para outras pesquisas em diferentes áreas.

This work addresses the importance of robotics, especially in the context of teaching kinematics in mechatronics engineering, and proposes the development of an educational robotic arm called BRES (Educational SCARA Robotic Arm). The aim is to create a device that allows students to apply kinematics concepts in a practical environment, using ROS2 (Robot Operating System 2). The increasing relevance of robotics in both industry and academia justifies the inclusion of specific disciplines in the mechatronics engineering curriculum and the development of educational materials to support teaching in these disciplines. The work was developed to include CAD modeling of the prototype, kinematics development, creation of the electrical/electronic diagram using Raspberry Pi 4, and integration with the ROS2 environment for simulation and control. The work also addresses pre-thesis research conducted to guide the development of BRES, with references to other similar educational projects. The presentation of results includes prototype measurement tests, highlighting BRES's ability to reproduce specific positions and discussing limitations encountered, such as inaccuracies due to the material used in 3D printing. Finally, the importance of continuous improvement of BRES is emphasized, indicating the possibility of enhancing the device's precision, overcoming limitations, developing both the teaching-oriented kinematics part and the interface with the student with complexity, opening up space to expand the device's use for further research in different areas.