Visão Computacional e Machine Learning

Avaliação dos sensores para medição de distância

Introdução

Esse estudo se baseia na escolha do sensor mais eficiente para a utilização no projeto Challenge 2020 do grupo Owl (Coruja do inglês) para a solução à empresa Cabot. O que procuramos oferecer aqui é um sistema autônomo para a medição de volume dos silos no qual são armazenados os negros de fumo (material em que a Cabot trabalha em cima).

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Negro de fumo

A definição do Negro de fumo pode ser entendida como um composto de partícula esférica obtido da combustão incompleta ou decomposição térmica de hidrocarbonetos líquidos ou gasosos, sendo geralmente considerado como carbono puro por constituir-se de 90% a 99% de carbono elementar, além de oxigênio e hidrogênio em menores proporções.

Equipe

Todos da equipe são alunos de Engenharia Mecatrônica do centro universitário FIAP (Faculdade de Informática e Administração Paulista). Este projeto está sendo ministrado e coordenado pelo Prof. Dr. Marcos Crivelaro (Prof. da FIAP).

·         Gustavo Yamashita

·         Giulia Bussmann

·         Guilherme Cunha

·         João Victor Martins

·         Gustavo Maedo

Ferramentas utilizadas para a pesquisa

1.  Placa embarcada Arduino (para teste dos sensores).
2. Plataforma TinkerCad (Site onde é possível fazer simulações com o arduino).
3. Ferramenta de busca “Google Acadêmico” para as pesquisas.
4. Sensor Ultrassônico modelo HC-SR04

Objetivo

A Cabot possui um espaço já bem estruturado, no qual cada peça ou maquinário já está alocado em um limite previamente analisado pelos engenheiros e arquitetos da empresa, seria muito trabalhoso e custoso a mudança de posição ou até mesmo a modificação de sua estrutura. Isso demonstra que a solução que for pensada deve ser maleável com as dimensões que já estão definidas pelo arranjo do local.

Figura 1 Silos da Cabot, https://www.cabotcorp.com.br/company/worldwide-locations/south-america/brazil-maua

Testes com sensores e modelos matemáticos

 Teste 1 - 1 sensor ultrassônico

O primeiro teste será tentar resolver esse problema utilizando apenas um sensor ultrassônico modelo hc-sr04. Para medir a distância de algum objeto ou obstáculo utilizando esse sensor, é necessário calcular a velocidade do som multiplicado pelo tempo de resposta da onda levando em consideração o ângulo de reflexão.

Imagem do Autor, funcionamento do sensor no "silo"

Descobrindo a distância do negro de fumo em relação a tampa, é possível saber sua altura em relação ao fundo do silo e com essa informação calcular o volume.

Segue em baixo um vídeo demonstrando as leituras que o sensor faz da altura da "areia", demonstrando que o cálculo do volume pode ser prejudicado.

Desta maneira fica impossível calcular o volume de areia apenas medindo a altura da própria, isso porque como mostrado no vídeo, a mesma quantidade de areia pode indicar alturas diferentes dependendo de sua formação dentro do recipiente.

Teste 2 - Força elástica x Peso

O segundo teste se baseia na interação de duas principais forças, a força peso e a força elástica. O conceito está em utilizar um braço com um recipiente em uma força elástica constante impedindo que o mesmo desça ou caia, a ideia é ao despejar o negro de fumo no recipiente, gerar um peso e então o peso vencer a força elástica fazendo o recipiente se inclinar e despejar o negro de fumo no silo, todo este processo pode ser usado para calcular o volume tendo em mente o movimento do recipiente com o braço. Para medir o volume, o braço funcionará como um interruptor de um circuito (quando fechado o cronometro para, quando aberto o cronometro roda), quando não há peso algum, o  braço se mantém levantado por conta da força elástica, mantendo o circuito fechado, ao receber o negro de fumo o braço desce e abre o circuito.

Esse método porém não funcionou, pois uma força muito importante foi esquecida