Neste artigo, utilizamos o kit RS55 da Modelix para montarmos um robô que tem o seu controle de direção através de sensores de luz, e uma garra que é acionada eletronicamente
Apresentamos um jeito didático e interessante de montarmos um robô que tenha um controle de direção e uma garra acionada eletronicamente. Depois de uma pesquisa, encontramos esse kit RS55 da Modelix. Dentro da caixa estão diversas peças, ferramentas, componentes eletrônicos, dois CDs, uma placa com o Arduíno e um protoboard.
O Arduíno (placa de controle) que acompanha o kit será utilizado em projetos que montaremos nas próximas edições, uma vez que sua programação requer um pouco mais de prática.
Neste primeiro contato com o Modelix, iremos usar um projeto mais básico com mecânica não muito complexa e acionado por componentes passivos.
Montando o carrinho
O RS55 da Modelix vem com um CD com diversos vídeos e arquivos que auxiliam o montador na sua jornada. A montagem não é difícil, mas necessita de atenção.
Como descrever a montagem cujas instruções já estão inclusas não é nenhuma vantagem para quem vai adquiri-lo, resolvemos fazer algumas modificações, uma vez que isso é possível, para que o leitor possa ver outras formas de utilizar as diversas peças que compõem o kit, tomando o cuidado de não usar nada que não esteja incluído no mesmo.
O que impulsiona nosso carrinho são dois motores, cada um ligado a uma roda de patins, bem resistentes e pesadas por sinal, e por este motivo é importante que as mesmas estejam servindo de contrapeso à garra que fica na parte dianteira.
Uma boa distribuição de peso é fundamental para o veículo não se desequilibrar. Notem que o chassis forma um quadrado na parte traseira onde estão presas as rodas. É essencial que os parafusos sejam bem apertados para que as mesmas não se soltem com a trepidação.
Dois tubos na forma de hastes foram colocados na base acima das rodas traseiras do veículo para instalarmos, em uma posição mais alta, os sensores de luz. Isso foi feito para tornar mais cômodo para quem irá “dirigir”, e também porquê os sensores de luz precisam estar voltados para baixo para evitar a luz do sol ou de lâmpadas.
A parte do veículo que sofre menos vibração é a do eixo onde as rodas estão fixadas, portanto as plaquinhas com os componentes serão presas perto delas. Adicionamos uma caixa invertida para apoiarmos as pilhas, e por mais que a vibração venha a movimentá-las, elas serão paradas pelos parafusos de fixação (figura 1).
A roda dianteira serve mais de apoio do que como uma roda de direção em si, pois quem dita a direção do veículo são as rodas traseiras, porém para que esta roda não seja um problema de atrito para o carrinho, ela deve ser móvel, mas resistente o suficiente para aguentar o peso, o atrito e o movimento que irá sofrer.
Como é possível ver na foto, a roda dianteira é composta por três rodinhas de plástico comum, um eixo preso por pequenas borrachas e duas peças que reforçam seu ponto central, onde usamos uma contra porca para assegurar a firmeza do conjunto, que deixa o eixo livre para a movimentação das rodinhas (figura 2).
Circuito acionador do motor de movimento
O kit Modelix é composto por módulos de Sensores de Luz, Relés, HUBs e centralizadores separados para que o usuário possa ter a maleabilidade de criar o que imaginar. Estas placas possuem conectores de saídas e de entradas que são interligados por meio de fios que também estão inclusos no kit (figura 3).
A montagem sugerida pelo fabricante é bem simples e não é preciso conhecer a fundo Eletrônica para montá-la. O sistema é simples: um sensor de luz que aciona um relé e este aciona os motores que colocam o carrinho em movimento. O que propomos aqui é utilizar dois sensores de luz, com dois relés para acionarmos os dois motores de forma independente.
No esquema da figura 4 temos o diagrama elétrico do acionador.
A chave S1 liga e desliga todo o circuito e os sensores de luz devem ter a sua sensibilidade ajustada pelo invólucro preto que envolve o LDR. Quanto maior o invólucro, menor é a sensibilidade do LDR à luz externa. Os dois transistores empregados são Darlingtons, e por este motivo tendem a esquentar, de modo que é importante colocarmos um radiador de calor em cada um deles. Felizmente, o próprio kit nos oferece alternativas para isto, como vemos na foto (figura 5).
É fundamental notar as polaridade das conexões, pois se invertermos qualquer um dos fios, o sistema não funcionará direito, principalmente a conexão dos fios dos motores. Neste caso, se invertermos a polaridade, o motor rodará para trás. É muito comum esta troca ocorrer nos HUBs que servem de ponto de distribuição da energia das pilhas ao sistema.
Utilizamos nesta montagem oito pilhas formato AA, sendo que é possível utilizar apenas quatro, porém, quando as pilhas estiverem fracas, o sistema não irá funcionar adequadamente, pois os motores exigem muita potência, razão pela qual resolvemos colocar quatro pilhas para alimentar o sistema de sensores e relés, e outras quatro para acionar os motores.
Com a trepidação, é comum a porca se soltar do parafuso, principalmente quando a peça sofre uma pressão contrária.
Para que isto não ocorra, colocamos uma segunda porca que exerce uma pressão sobre a primeira, uma girando contra a outra, com isso elas não se soltam tão facilmente.
Um recurso que a contraporca possibilita é a montagem do eixo móvel, onde o parafuso tem que ter uma folga da primeira porca, mas tem que permanecer preso à chapa. desta forma, a segunda porca prende a primeira, impossibilitando-a de se soltar.
A Garra
No kit da Modelix vem um exemplo de uma garra mais elaborada, utilizando duas engrenagens grandes, sendo uma para cada lado da garra.
Embora esta também seja funcional, para aumentar as possibilidades de montagem do leitor iremos neste artigo produzir uma outra garra, um pouco mais simples.
A garra que montamos é no estilo alicate, onde uma chapinha comprida de 10 furos, acrescentada a outra de 10 furos, formam uma haste para uma terceira que curvamos para formar a ponta da garra.
Estas chapinhas formam um “X” preso por um parafuso que o deixa solto, e uma contra porca a segura no lugar. No lado inverso da garra fica a parte que irá pressionar o “X” fechando a mesma. Como observa- mos na figura 6, a haste interna da garra é menor que a externa para servir como alavanca. Como o sistema que fecha a garra está sendo puxado pela caixa de redução, onde a engrenagem é pequena e a sua volta também, a ponta interna do “alicate” da garra tem que ter o tamanho certo para que a engrena- gem vire ¼ de volta e abra ou feche totalmente a garra.
Se a garra fosse presa somente pelo seu eixo, quando ela fechasse, iria continuar curvada e rodar sobre o próprio eixo. Por este motivo, adicionamos uma haste que serve de guia para o cursor que abre e fecha a garra, a qual, por sua vez, é presa ao chassis do carrinho.
Caixa de Redução
No kit não vem nenhuma instrução de como se montar uma caixa de redução, pois as engrenagens são colocadas de maneira diferente. O motivo pelo qual resolvemos montar uma caixa de redução é que poderemos utilizá-la em diversas outras aplicações, que iremos mostrar nas próximas edições.
A caixa de redução consiste em duas engrenagens grandes, duas pequenas e uma média, além de algumas polias. Como o motor gira rapidamente, se colocássemos a garra diretamente sobre um atuador, não teríamos tempo de manipulá-la e ela poderia ser danificada pelo impacto. Então, por isso, devemos reduzir a velocidade transmitida pelo motor e assim aumentar sua força.
Sempre que necessitamos diminuir a rotação final de um motor utilizando engrenagens precisamos ter em mente o seguinte: que a engrenagem menor em contato com a maior dá em média 10 voltas enquanto a maior apenas 1. Com isso, o eixo em que está a engrenagem maior rodará uma vez só depois que a outra rodou 10 vezes.
Agora, imagine colocar uma engrenagem menor no mesmo eixo que esta a maior que rodou apenas 1 volta... Ela irá rodar apenas uma vez. Junte está engrenagem menor a uma outra maior e teremos a primeira engrenagem menor rodando 100 voltas, fazendo que a segunda maior e a terceira menor rodem10 vezes, que faz a quarta engrenagem maior rodar apenas 1 volta, logo, enquanto a primeira engrenagem roda 100 vezes a última ira rodar 1 vez, resultando em uma relação de 100 por 1. Pode parecer muito, mas em um motor que gira em alta velocidade isso é pouco (figura 7).
Como é possível ver na foto, prendemos o motor do lado oposto da primeira engrenagem que está conectada a uma polia para que ambas aproveitem o atrito que o elástico oferece.
Do outro lado da caixa de redução temos a engrenagem média, que fica do lado de fora da caixa e está conectada no mesmo eixo da quarta engrenagem. Nesta engrenagem média podemos conectar qualquer haste pelos seus furos, ou ainda substituí-la por um polia.
Circuito acionador da garra
Para a montagem do circuito que aciona a garra do nosso projeto, utilizamos o que o kit nos oferece: uma matriz de contato, onde temos junto a ele uma placa do Arduíno, um relé DC 5 V, fios, duas chaves liga/desliga e pinos de conexão.
O acionamento da garra deve ser feito invertendo-se a polaridade de alimentação do motor, para que a mesma abra e feche. Seria comum montar na matriz de contatos uma ponte H, porém o kit vem com apenas 2 diodos. Portanto, teremos que utilizar um relé para fazermos esta inversão. Caso o leitor queira montar a ponte H para controlar a direção do motor, será necessário obter mais 2 diodos 1N4007 que não estão inclusos no kit para executar a montagem.
Conforme o esquema da figura 8, a chave S1 ativa o relé K1 deixando-o fechado. Com a chave S1 desligada, o relé se abre, fazendo com que a polaridade que alimenta o motor mude de sentido, porém o circuito que aciona o motor só é fechado quando pressionamos a chave s2.
Para acionarmos a garra temos que, em primeiro lugar, acionar a chave S1 e depois acionar a chave S2, que irá fechar todo o circuito e girar o motor em uma direção. Quando a garra chegar ao final, pare de pressionar as duas chaves. Depois, para girar o motor na posição inversa, é só apertar a chave S2, pois o relé estará aberto e assim com o circuito inverso da situação anterior.
O circuito acionador da garra é alimentado por quatro pilhas de 1,5 V. Podem ser utilizadas as pilhas do sistema de locomoção, porém o consumo será maior e a autonomia reduzida.
Sistema de alimentação
O kit oferece dois portapilhas, sendo que cada um suporta quatro pilhas AA de 1,5 V, que, somadas, totalizam 6 V e podem, através da utilização de uma ponte, aumentar a carga para 12 V usando as duas ligações. Porém, é importante ver que os relés trabalham em 5 V.
Como a carga é pequena para o tamanho do projeto, o consumo é muito alto e as pilhas se esgotam rapidamente.
Para aumentar a autonomia do sistema, indicamos a utilização de pilhas grandes ou de fontes que forneçam 5 V. As fontes são mais recomendadas porque geram uma amperagem maior, garantindo mais força para os motores.
Dicas importantes
Como em toda montagem, é comum encontrarmos diversas barreiras. Eu costumo dizer que se um projeto funcionar de primeira, sem apresentar nenhum problema, retorne e reveja todos os itens porque isso não é normal.
Um dos principais problemas encontrados na nossa montagem foi a falta de aperto de alguns parafusos, com a movimentação e trepidação as porcas se soltam, por isso tenha em mãos as ferramentas para pressionar os parafusos sempre que for necessário. Outro problema, é que, quando o projeto vai tomando forma, ficará cada vez mais difícil colocar aquele parafuso específico naquele canto onde ele precisa ficar e que é impossível parafusar, neste caso pare e pense em uma outra forma de se fazer o ajuste.
Na parte eletrônica poderá acontecer também dos relés saírem disparando, ou os motores não funcionarem, ou simplesmente girarem no sentido inverso. Neste caso, reveja a fiação, pois polaridade inversa, como mencionamos acima, cria este efeito. Um conselho que dou é testar os itens separadamente, uma vez que isso ajuda a entender o funcionamento de cada componente. Monte um sensor com um relé e observe se dispara, depois adicione o motor e veja se funciona, dando certo junte ao outro sistema.
Conclusão
O kit da Modelix deixa o usuário que irá fazer a montagem com uma liberdade de alteração do projeto original muito grande, desenvolvendo a criatividade e aumentando o aprendizado de quem monta. Esta é a graça de trabalhar com robótica: saber o que dá certo e o que não funciona tão bem assim.
Isso ficará na mente de quem queimou neurônios tentando fazer aquele determinado robô funcionar, valendo-se mais da prática do que da teoria aprendida na escola. Claro que quanto mais você lembrar sobre as teorias ensinadas nas aulas de Física, mais fácil será aplicar soluções criativas nos seus projetos.
