Micromouse: Um robô solucionador de labirinto

Breve Histórico

Em 1977, o então editor chefe da revista IEEE Spectrum, Donald Christiansen, desafiou seus leitores a projetarem e construírem um robô solucionador de labirinto, denominado de “micromouse”. O micromouse teria a sua própria memória e lógica autossuficiente, o qual deveria navegar e solucionar um labirinto (mantido em segredo até a hora da corrida). Cada robô tinha uma oportunidade para sondar o labirinto na corrida de teste, aprender com seus erros, e, assim, melhorar o seu tempo na corrida final.

De acordo com Christiansen (2014), a micromouse mania se espalhou e estima-se que agora mais de 100 competições são realizadas anualmente. Muitos destes eventos são patrocinados por universidades e pela IEEE. No ano de 2014 foi realizado a 28ª edição deste tipo de competição organizada pela Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), além de marcar o 35º ano consecutivo da competição All-Japan Micromouse Robot, realizada pela New Technology Foundation (NTF).

Em 2015, a partir do desafio proposto na disciplina de robótica com os mesmos objetivos deste estilo de competição, eu e meus amigos do Laboratório de Automação, Sistemas Eletrônicos e Controle (LASEC) da Universidade Federal de Uberlândia (UFU) começamos a nos mobilizar para realizar a primeira competição do gênero aqui no Brasil, o Desafio Maze Escape 2015. Com isso, criei na época a comunidade Micromouse Brasil onde posto tutoriais, códigos de exemplo e notícias do meio.

Conceitos Básicos

– O robô: A característica principal do robô competidor é que ele deve ser totalmente autônomo, ou seja, seu processamento e controle são embarcados em uma estrutura mecânica composta por chassi e motores movidos comumente por energia elétrica. Elementos principais: chassi (normalmente a própria PCB), rodas, motores de passo ou motores DC + encoders, sensores de parede (recomendável infravermelho), bateria e microcontrolador.

Os Melhores Treinamentos sobre Sistemas embarcados e IoT

Cursos com professores qualificados para acelerar sua carreira e projetos

MATRÍCULE-SE AGORA

– O labirinto/maze: Um maze oficial da classe classic é composto de quadrados unitários de 18 x 18 cm, formando uma matriz de 16 x 16 destes quadrados. As passagens entre as paredes são de 16,8 cm. A altura das paredes é 5 cm e sua espessura é 1,2 cm. O piso é preto fosco, os lados das paredes são brancos, e a parte superior das paredes é vermelha.

– O objetivo: O micromouse deve resolver o maze no menor tempo. Inicialmente o robô não conhece o maze e são realizadas uma série de corridas consecutivas (normalmente de 3 a 6) para que ele possa mapear o maze e otimizar o tempo a cada corrida. Estes procedimentos devem ser realizados de maneira totalmente autônoma e é permitido ao operador apenas realizar o procedimento de partida do robô. As únicas informações que são disponibilizadas previamente são: tamanho do maze, local de partida e local de chegada.

Algoritmo de exemplo

O fluxograma a seguir apresenta uma lógica de funcionamento do micromouse para um maze de 16 x 16 (com a meta no centro). Algumas considerações:

• Considerando o posicionamento dos sensores como o da Figura 1, a leitura das paredes deve ser realizada na fronteira da célula (ao passar de uma célula para outra) e não quando o robô estiver no centro da mesma;
• A matriz de distâncias depende do algoritmo de busca utilizado e contém a contagem de células (movimentos) a partir da célula atual até a meta;
• A tomada de decisão também depende do algoritmo de busca. Exemplo do algoritmo da regra da mão direita (ou seguidor de parede direita): parede esqueda = presente; parede frontal = ausente; parede direita = ausente. Decisão = virar para direita;
• A atualização da posição atual e orientação atual é com base na posição anterior, na orientação anterior e no movimento realizado. Por exemplo, posição anterior = (linha = 1, coluna = 0), orientado para o norte e movimento de virar para direita. Posição atual = (linha = 1, coluna = 1) e orientação atual = leste.

Projeções da categoria aqui no Brasil

Sou um dos co-fundadores da startup Ioton Technology e criamos um programa para difundir e evoluir a robótica no Brasil por meio de competições em escolas técnicas/profissionalizantes e universidades. Uma das categorias que estamos iniciando é justamente a micromouse e as instituições terão a oportunidade de realizar o evento em parceria conosco.

Atualmente estamos organizando um piloto do programa com o LASEC/UFU para dar continuidade com o Desafio Maze Escape 2016 (previsto para ocorrer no final de setembro).

Vídeo de um micromouse em funcionamento

Referências

CHRISTIANSEN, Donald. The Amazing MicroMouse Contest: How a geeky contest of robotic mice in mazes became an international phenomenon. 23 abr. 2014. Disponível em: <https://spectrum.ieee.org/consumer-electronics/gadgets/the-amazing-micromouse-contest>. Acesso em: 26 mai. 2016.

Micromouse. In: WIKIPÉDIA: a enciclopédia livre. Wikimedia, 2014. Disponível em: <https://en.wikipedia.org/wiki/Micromouse>. Acesso em: 26 mai. 2016.

Comunidade Micromouse Brasil: https://kleberufu.wix.com/micromousebrasil

Laboratório de Automação, Sistemas Eletrônicos e Controle: https://www.lasec.feelt.ufu.br/

Programa IOTON-Robótica: https://ioton.cc/programa-ioton-robotica/