🤖 Tatu-Bomba

Integrantes do Grupo

Nome	R.A.
André Solano F. R. Maiolini	19.02012-0
Durval Consorti Soranz de Barros Santos	22.01097-0
Leonardo Roberto Amadio	22.01300-8

Vídeo de Apresentação

https://www.youtube.com/watch?v=4js4HJ5Gtuk

Apresentação do Projeto

Este repositório contém todo o software embarcado para o projeto Tatu-Bomba, um Robô de Reconhecimento Tático (inspirado no TTR - Throwable Tactical Robot da Recon Robotics). O objetivo é desenvolver uma plataforma de vigilância móvel capaz de ser controlada remotamente, transmitindo vídeo em tempo real.

🏗️ Arquitetura do Sistema

A arquitetura de software é distribuída em dois processadores principais que trabalham em conjunto para alcançar um desacoplamento entre o controle de alto e baixo nível.

• Raspberry Pi Zero 2 W (Cérebro): Atua como o computador principal de bordo. É responsável pelas tarefas de alta complexidade, como processamento de vídeo, comunicação em rede (Wi-Fi), e a execução da lógica principal do robô.
• ESP32 (Controlador de Tempo Real): Funciona como um microcontrolador auxiliar dedicado. Ele lida com todas as tarefas de tempo real que exigem precisão e baixa latência, como o controle dos motores e a leitura de sensores de alta frequência (encoders e IMU).
• PC / Dashboard (Estação de Controle): Uma interface de operador que se comunica com o robô via Wi-Fi através do protocolo MQTT para enviar comandos e receber o stream de vídeo e a telemetria.

A seguir, tem-se o diagrama de blocos dos componentes eletrônicos utilizados para a construção da plataforma do robô:

O diagrama abaixo ilustra a interação entre os componentes arquiteturais principais do sistema:

graph TD
    subgraph "PC Command Center"
        A[PyQt Dashboard]
        B(MQTT Broker)
        A -- "localhost" <--> B
    end

    subgraph "Robot Platform"
    
		    subgraph H["Raspberry Pi Zero 2W"]
				C["Robot Client (MQTT)"]
				D["Video Server (MJPEG)"]
		    end

			subgraph E["ESP32S NodeMcu"]
		    
				F["UART Task"]
	        	G["Sensor Motor Task"]
	        
		    end 
        
    end

    B -- "Wi-Fi (MQTT)" <--> C
    A -- "Wi-Fi (HTTPS)" <--> D
    C -- "UART (Serial)" <--> F

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📦 Componentes de Software

Este repositório está organizado nos seguintes diretórios principais:

Software/
|
├── esp32_firmware/            # Código do firmware utilizando PlatformIO
│   ├── .pio
│   ├── platformio.ini
|   ├── ...
│   └── README.md              # Explicação da arquitetura e funcionamento
│
├── pc_command_center/         # Código para rodar no computador (acesso)
│   ├── dashboard/             # Dashboard para controle do robô
│   ├── venv/                  # Ambiente virtual Python
|   ├── ...
│   └── README.md              # Explicação para utilização
|
├── rpi_software/              # Código do software rodando na RPi
│   ├── robot_client/          # Ponte de comunicação 
│   ├── video_server/          # Servidor de streaming de vídeo
|   ├── services/              # Configurações serviços 'systemd'
|   ├── config.py              # Configurações gerais dos serviços
|   ├── ...
│   └── README.md              # Explicação da arquitetura e funcionamento
|
├── ...
├── README.md                  # Explicação geral do projeto
└── .gitignore

🧠 Software da Raspberry Pi

O cérebro do robô, escrito em Python. Suas responsabilidades incluem:

• Ponte de Comunicação: Traduz mensagens MQTT do dashboard em comandos seriais para o ESP32 e, inversamente, converte os dados de telemetria do ESP32 em publicações MQTT.
• Streaming de Vídeo: Executa um servidor web que captura o feed da câmera e o transmite em formato MJPEG para o dashboard.
• Gerenciamento de Estado: Mantém o estado de conexão do robô utilizando o mecanismo Last Will do MQTT.

➡️ Clique aqui para acessar o README completo do software da RPi

⚙️ Firmware do ESP32

O controlador de tempo real do robô, escrito em C++/Arduino com FreeRTOS. Suas responsabilidades incluem:

• Controle Preciso dos Motores: Gera sinais PWM para a ponte H a partir dos comandos recebidos.
• Leitura de Sensores: Lê os encoders de roda e a IMU em uma frequência constante e elevada.
• Envio de Telemetria: Agrupa todos os dados dos sensores em um pacote binário e o envia via UART para a Raspberry Pi.

➡️ Clique aqui para acessar o README completo do firmware do ESP32

🎮 Dashboard de Comando no PC

O dashboard roda na máquina do usuário - com uma interface intuitiva, desenvolvida usando PyQt - permitindo a leitura da telemetria e controle de movimentação (além da visualização do vídeo).

➡️ Clique aqui para acessar o README completo do dashboard

✨ Funcionalidades Principais

• ✅ Controle Remoto via Wi-Fi: Movimentação confiável através de uma interface de controle.
• ✅ Streaming de Vídeo em Tempo Real: Transmissão de vídeo de baixa latência da câmera do robô para o operador.
• ✅ Telemetria Completa: Envio de dados vitais como tensão da bateria e dados de odometria (encoders e IMU) para o dashboard.
• ⏳ Modo Sentinela (Futuro): Utilizar IA para detectar e rastrear alvos de forma autônoma.
• ⏳ Patrulha por Waypoints (Futuro): Executar rotas pré-definidas de forma autônoma com base na odometria.

Requisitos do Sistema

🧩 Tabela de Requisitos Funcionais

Os requisitos funcionais descrevem o que o sistema deve fazer.

ID	Requisito	Prioridade	Critério de Aceitação
RF01	O sistema deve permitir o controle de movimento do robô (frente, trás, rotação) através da interface no dashboard.	Obrigatório	O robô responde aos comandos de movimento do joystick virtual com um atraso perceptível inferior a 500 ms.
RF02	O sistema deve transmitir vídeo em tempo real da câmera do robô para o dashboard do operador.	Obrigatório	O feed de vídeo é exibido no dashboard, cumprindo os critérios de performance definidos em RNF01.
RF03	O robô deve ser ativado e desativado fisicamente através de um pino removível.	Opcional	Com o pino removido, os motores não respondem a nenhum comando. Ao reinserir o pino, a operação é restaurada.
RF04	O robô deve enviar dados de telemetria (nível da bateria em volts e status da conexão) para o dashboard.	Obrigatório	Os valores de tensão elétrica e o status “online/offline” são exibidos corretamente no dashboard.
RF05	O sistema deve detectar a presença de ameaças no campo de visão da câmera usando um modelo de visão computacional.	Opcional	O sistema desenha uma caixa delimitadora (bounding box) em torno da ameaça detectada no feed de vídeo em tempo real.
RF06	O robô deve ser capaz de executar uma sequência de movimentos pré-definida (modo patrulha).	Opcional	O robô executa com sucesso uma sequência (ex: “frente 1 m, girar 90°, frente 1 m”) carregada de um arquivo de configuração.

⚙️ Tabela de Requisitos Não Funcionais

Os requisitos não funcionais descrevem como o sistema deve operar, definindo suas qualidades.

ID	Requisito	Prioridade
RNF01	O streaming de vídeo deve ter uma taxa de atualização de no mínimo 30 FPS e uma latência ponta-a-ponta inferior a 500 ms.	Obrigatório
RNF02	A bateria deve fornecer uma autonomia de operação de no mínimo 30 minutos em condições de uso moderado.	Obrigatório
RNF03	A comunicação Wi-Fi deve ser estável em um raio de no mínimo 20 metros em ambiente interno.	Obrigatório
RNF04	A interface de controle deve permitir que um novo operador execute tarefas básicas rapidamente.	Obrigatório
RNF05	O software deve ser modular, com baixo acoplamento entre os componentes de comunicação, controle e interface.	Obrigatório
RNF06	O sistema deve ser tolerante a falhas de comunicação, descartando mensagens corrompidas ou malformadas sem travar.	Obrigatório
RNF07	O robô deve entrar em modo de segurança (parar os motores) se a comunicação com o operador for perdida por um tempo pré-determinado.	Obrigatório
RNF08	O peso total do robô montado, incluindo a bateria, deve ser inferior a 1 kg.	Opcional

💸 Estimativa de Custo Detalhada do Robô

Categoria	Componente	Qtd.	Preço Unitário (R$)	Subtotal (R$)
Eletrônica Principal	Raspberry Pi Zero 2W	1	R$ 250,00	R$ 250,00
	Pi Camera (Compatível 5MP)	1	R$ 47,00	R$ 47,00
	Cabo Adaptador Câmera Raspberry Pi	1	R$ 15,00	R$ 15,00
	Cartão MicroSD 32GB	1	R$ 35,10	R$ 35,10
	ESP32S NodeMCU (ESP-12)	1	R$ 47,90	R$ 47,90
	IMU MPU6050 (Módulo)	1	R$ 16,05	R$ 16,05
Potência e Atuadores	Bateria Li-Ion 3S (11.1V)	1	R$ 0,00	R$ 0,00
	Conversor DC-DC Step-down 5V	1	R$ 18,90	R$ 18,90
	Ponte H TB6612FNG (Módulo)	1	R$ 30,00	R$ 30,00
	Motor DC (150 RPM c/ Eng. Metal)	2	R$ 28,49	R$ 56,98
	Distribuidor de Energia (PDB/Bornes)	1	R$ 15,00	R$ 15,00
Sensores	Encoder (LM393 - Módulo c/ Disco)	2	R$ 11,00	R$ 22,00
Chassi (Estrutura)	1kg Filamento ABS (Cinza)	1	R$ 110,00	R$ 110,00
	Tubo PVC 100mm (40cm)	1	R$ 12,00	R$ 12,00
	Tampas PVC 100mm	2	R$ 7,00	R$ 14,00
Mecânica (Miscelânea)	Fuso dupla rosca M8 (com castanha)¹	1	R$ 12,00	R$ 12,00
	Rolamentos 608zz	4	R$ 2,50	R$ 10,00
	Parafusos, Porcas, Fios (Diversos)	1	R$ 25,00	R$ 25,00
			Total Estimado:	R$ 736,93

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