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Considerações Sobre o Uso de Sensores (MEC134)

O kit ALFA da PNCA conta com boa variedade de sensores que podem ser usados em muitos projetos. No entanto, para usar corretamente sensores num projeto robótico e assim ter a certeza de que ele faça o que esperamos deles precisamos ter em mente algumas propriedades dos sensores. No artigo deste mês abordando os recursos do Kit ALFA trataremos de alguns cuidados que devem ser tomados com o uso de sensores, especificamente os sensores de contato.

Os sensores de contato nada mais são do que interruptores que são acionados por uma ação externa, uma força, por exemplo, que ocorre quando um robô encontra um obstáculo. Na figura 1 temos o sensor de contatos que é fornecido aos pares no Kit ALFA.

 

Sensor de contato do Kit ALFA
Sensor de contato do Kit ALFA

 

Podemos comparar este sensor as "antenas' de um inseto ou aos bigodes de um gato. Os insetos e o gato, além de outros animais que possuem bigodes os usam como sensores para perceber a presença de objetos ou obstáculos quando se locomovem em condições de baixa visibilidade.

 

 Os bigodes dos gatos são sensores de contato
Os bigodes dos gatos são sensores de contato

 

Num robô ou veículo mecatrônico autônomo usamos os sensores de contato exatamente como o gato usa seus bigodes: para sensoriar obstáculos, quando ele não tem outros tipos de sensores para esta finalidade. Na figura 3 temos um robô do kit ALFA usando este recurso.

 

 No robô da foto os sensores detectam obstáculos.
No robô da foto os sensores detectam obstáculos.

 

Entendendo os Sensores de Contato

Os sensores de contato nada mais são do que interruptores que fecham seus contatos quando acionados, e como os interruptores comuns apresentam certos comportamentos que precisam ser bem entendidos quando os utilizamos num circuito. Não levar em conta esses comportamentos pode significar problemas para um projeto. Vamos analisar alguns deles.

 

a) Velocidade de resposta

Um sensor de contato comum, como os usados em robôs possuem uma haste que se movimenta até os contatos elétricos internos encostem um no outro e com isso a corrente possa ser estabelecida.

Pelo formato deste sensor, conforme podemos ver na figura 4, o contato não se faz no instante em que a haste toca o obstáculo, mas algum tempo depois, pois ela deve se movimentar num certo percurso até que o contato seja estabelecido.

 

 Percurso da haste para que o sensor seja acionado.
Percurso da haste para que o sensor seja acionado.

 

Assim, usando um sensor deste tipo num robô não podemos esperar que ele responda a um comando de mudar de direção no instante exato em que a haste toca num obstáculo. ´

Há um certo tempo a ser considerado antes que a ordem dada pelo circuito com o sensor chegue aos motores. Esse comportamento deve ser considerado, por exemplo, num robô que se desloque numa velocidade elevada ou ainda que possua uma grande inércia.

Assim, um dos cuidados a serem tomados no uso de um sensor deste tipo está no ajuste do tamanho da haste ou no seu posicionamento de modo a dar tempo do comando ser executado antes do veículo ou robô colidir com o obstáculo ou mesmo ser derrubado por ele. No robô do Kit ALFA o posicionamento do sensor bem à frente garante justamente esse tipo de comportamento, conforme mostra a figura 5.

 

 Posicionamento do sensor no robô de modo a ter o acionamento no momento certo.
Posicionamento do sensor no robô de modo a ter o acionamento no momento certo.

 

Tudo isso significa que no seu projeto deve ser considerada a velocidade com o sensor responde a uma ação e a encaminha ao circuito de controle (unidade de controle).

Sugestão: que tal desenvolver um "gato robótico" que se orienta exclusivamente pelos seus bigodes.

 

b) Repique

Este é um fenômeno que ocorre com os interruptores em geral, relés e também sensores que fazem uso de contatos, como os que estamos escrevendo.

O que ocorre é que quando um interruptor fecha, demora um certo tempo para que o contato perfeito seja estabelecido. Durante o curto intervalo de tempo em que os contatos estabilizem sua posição, ocorre uma oscilação que gera variações na corrente conduzida, conforme mostra a figura 6.

 

 O repique de um sensor.
O repique de um sensor.

 

Isso significa que dependendo do circuito a ser acionado, as oscilações que ocorrem no acionamento podem ser interpretadas como uma sequência de acionamentos. Por exemplo, num circuito contador, pode haver uma contagem errônea de pulsos, conforme mostra a figura 7.

 

 Efeito do repique num circuito de contagem de pulsos.
Efeito do repique num circuito de contagem de pulsos.

 

Para evitar o efeito dos repiques devem ser usados circuitos apropriados quando a aplicação o exigir. No kit ALFA a unidade de controle tem recursos para trabalhar com os sinais dos sensores sem a necessidade desses circuitos na maioria das aplicações.

 

c) Capacidade de corrente

Normalmente os sensores de contato são usados para fornecer um sinal de pequena intensidade para um circuito de controle. No kit ALFA, a corrente vai para um microcontrolador e, portanto é da ordem de poucos miliampères.

No entanto, podem existir aplicações em que o sensor controla diretamente um motor ou ainda um dispositivo de alta corrente. Neste caso, é preciso que o sensor seja capaz de controlar esta corrente.

Microswitches e reedswitches, por exemplo são sensores de baixa corrente não suportando mais do que algumas centenas de miliampères no circuito controlado.

Quando o sensor tem baixa capacidade de corrente deve ser usado um circuito amplificador, como o mostrado na figura 8.

 

 Circuito para sensor.
Circuito para sensor.

 

Neste circuito o sensor X1 fornece um sinal para o comando de uma etapa de maior potência.

 

d) Resistência de contato

Finalmente, devemos considerar um fator importante que em algumas aplicações pode comprometer o bom funcionamento do circuito.

Um sensor ideal tem uma resistência em aberto infinita e quando fecha seus contatos, deve ter uma resistência nula.

No entanto, quando um sensor de contato fecha seus contatos, a resistência entre os contatos não é zero, mas sim muito próxima desse valor, normalmente expressa em milésimos de ohm (?) o miliohm (m?).

Mesmo sendo um valor muito baixo, podem existir aplicações em que essa pequena resistência seja importante. Ao usar um sensor em que esta especificação é crítica, esteja atento para seu valor.

 

Conclusão

O sensor de contato do Kit ALFA foi projetado para atender aos projetos básicos que podem ser realizados com esse kit, mas mesmo assim, o projetista que está tentando fazer algo mais crítico deve estar atento às suas características.

Tempos de acionamento, repiques, capacidade de corrente são alguns pontos para os quais devemos estar atentos.

 

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