Até o presente momento, apresentamos vários projetos e ideias sobre micro robôs; alguns dotados com microcontroladores dedicados ao controle destes. Este projeto difere dos anteriores, pois utiliza um PC como "cérebro" sem o uso de microcontroladores complementares. A montagem é simples e emprega material plástico. Nele, o leitor aprenderá a usar motores de passo e um novo material: caixas plásticas.
Nota: este artigo saiu nua Mecatrônica Fácil de 2003
O ADR-2 (Andarilho 2) é um robô controla-do pelo PC, através do software LOGO do Nied de Campinas (http:// www.nied.campinas.br – ativo na época da publicação do artigo). Sua simplicidade é grande, pois seu circuito eletrônico não conta com microcontroladores, apenas com "dríver's" para seus dois motores de passo. Na figura 1 temos o circuito elétrico do ADR-2. Ele é composto por dois "driver's" de potência ULN2003, alguns resistores e dois motores de passo tipo "mini".
Um motor de passo funciona de forma diferente de um motor CC comum. Ele necessita que suas bobinas sejam "ligadas" e "desligadas" de maneira que o motor possa girar "passo-a-passo". A velocidade com que essas bobinas serão "chaveadas" determinará a velocidade do motor, e a sequência do "chaveamento" o sentido de sua rotação.
Para saber quais os fios corretos para o uso dos motores de passo, a figura 2 ilustra um deles, com a disposição de suas bobinas e a resistência medida entre estas. A terminação tem sempre maior resistência em relação ao medido com o "fio central" (que recebe a alimentação). As terminações 1 e 2 não possuem ligação com as terminações 3 e 4. São bobinas independentes. O leitor, de posse de um multímetro na escala de resistências, deverá medir a resistência da bobina do motor para encontrar a configuração dos fios de seu motor para uma perfeita ligação ao circuito. Veja a figura 2.
Podemos perceber que as bobinas são "ligadas" ou "desligadas" de maneira a produzir uma sequência lógica. Na tabela 1, onde lemos "1" devemos entender como bobina "ligada" (12 volts), e onde lemos "0" entendemos como bobina "desligada" (0 volts). A tabela demonstra a sequência para um sentido (1 - 4), e para girar em sentido contrário, a sequência de leitura da tabela deverá ser invertida (4 - 1).
Atenção
É aconselhável que o leitor que se proponha a montar o ADR-2 adquira os motores de passo antes das caixas (corpo). São eles que irão dimensionar o tamanho exato do seu ADR-2. Os motores de passo utilizados em nosso protótipo têm as seguintes dimensões: 40 mm de largura por 21 mm de profundidade, com eixo de 2 mm de espessura.
Motores de passo são facilmente encontrados em "sucatões eletrônicos", lojas de eletrônica e em casas de manutenção de computadores, já que estas também fazem a manutenção de impressoras.
Caso o leitor não consiga encontrar motores nas medidas indicadas, deverá adotar um novo tamanho para o "corpo" do ADR-2, de acordo com os motores adquiridos. O comércio especializado possui várias soluções em caixas plásticas com tamanhos e padrões varia dos nos mesmos moldes utilizados em nosso protótipo, que poderão ser facilmente adaptados ao seu projeto. Neste caso, é interessante o leitor levar o motor até a loja para eventuais medidas.
Um outro ponto importante é que, com a lógica adotada, podemos controlar um motor de passo com apenas "2 fios", em vez de quatro como demonstrado na tabela. Assim, é possível controlar até 4 motores através da porta paralela. Os "drive's" adotados permitem também compatibilizar os 5 volts (nível TTL) da porta paralela do PC aos 12 volts necessários a um motor de passo comum.
MONTAGEM ELETRÔNICA
O circuito de controle do ADR-2 foi desenvolvido utilizando uma placa do tipo universal. É recomendável o uso de suporte para os CIs. Solde primeiro os soquetes e resistores. Tenha cuidado ao soldar os transistores, pois são delicados. Na figura 3 o leitor poderá ver a disposição dos componentes na placa.
Solde os fios de controle entre a placa e o DB09. Use a figura 1 (do circuito elétrico) como referência. Os motores serão ligados à placa posteriormente e será interessante dotá-los de conectores. Muitos motores já são fornecidos com conector para "barra de pinos". Caso nenhum conector seja fornecido, o leitor poderá improvisar um. Uma dica é utilizar soquetes de Cl na placa para a ligação dos motores, e "barra de pinos" na fiação dos motores. A conexão será fácil e substituirá outros tipos de conectores mais caros.
Os LEDs (efeito visual) foram montados em uma pequena placa universal para facilitar o alojamento da mesma na "cabeça" do robô. Esta placa será ligada à placa de controle com o uso de fios.
Verifique atentamente todas as ligações com um multímetro ou mesmo "testador de continuidade".
MONTAGEM MECÂNICA
O "corpo" do ADR-2 foi montado com caixas plásticas, facilmente encontradas no mercado especializado. Na figura 4 podemos ver o robô desmontado, demonstrando as caixas e a configuração adotada. Para o "corpo" escolhemos 2 caixas "Patola PB201" para a parte principal do "corpo" e 2 caixas "CF 070" para a proteção da roda e redução. A "cabeça" foi montada com uma caixa para painéis de largura igual ao corpo do robô. Utilizamos também duas rodas de aeromodelo com 2 polegadas de diâmetro e uma pequena roda para "bequilha" de aeromodelo. Outras duas pequenas rodas foram usadas para realizar a "redução" do ADR-2, que pode ser vista na figura 5.
Corpo Base
Para esta montagem utilizamos 2 caixas tipo "Patola PB201". Na figura 6 o leitor tem uma visão das furações e cortes realizados nas tampas (suportes para o motor e roda) para fixação dos motores. Lembre-se que em um dos lados o "lay-out” deverá ser invertido em 180° para que as posições fiquem corretas em relação ao eixo das rodas.
Essas "tampas" merecem uma maior atenção por parte do leitor. Em um dos cantos deve ser inserido um parafuso, com (preferencialmente) o mesmo diâmetro interno do furo central da roda a ser utilizada. O furo maior na tampa deve ter seu diâmetro maior que o da pequena roda a ser utilizada como redução. O "corte" na tampa servirá para ajustar a pressão do motor sobre a roda. Todas estas operações podem ser feitas com uma pequena furadeira e estiletes. Aconselhamos ao leitor que não possui experiência com furadeiras e objetos cortantes, que peça ajuda a alguém mais capacitado a fim de evitar acidentes.
A furação para segurar o motor foi feita levando em consideração os pinos para parafusos da tampa da caixa CF070, que servirá para cobertura da roda (figuras 7 e 8) e o tamanho dos motores de passo utilizados em nosso protótipo.
As "bases" das caixas (figura 9) deverão ser unidas através de parafusos (figura 10) e será necessário fazer um "chanfro" nelas para facilitar a passagem dos fios dos motores para o circuito de controle (figura 11).
Com as tampas PB201 devidamente preparadas, passe o parafuso por dentro da tampa (o motor ficará preso pelo lado de dentro da tampa e a roda presa pelo lado de fora da mesma) e fixe-o com auxílio de uma porca na mesma medida. O uso de arruelas pode ajudar no acabamento e aperto. Passe a roda no parafuso. Para segurar a roda não utilize outra porca. A porca poderia "girar" devido ao movimento da roda, apertando-a e impedindo seu livre movimento. Um pequeno pedaço de borracha, atarraxado sob pressão no parafuso terá um melhor efeito (figura 12).
Fixe as pequenas rodas aos eixos dos motores com o uso de cola cianocrilato (Super Bonder). Alguns motores têm seus eixos mais "grossos" e o uso destas pequenas rodas é dispensável. Na figura 13 temos a foto do motor, rodas de tração e redução utilizadas em nosso protótipo.
Parafuse o motor pelo lado interno da tampa PB201. A tampa CF070 deve ser colocada pelo lado externo (figura 14) em relação à tampa da PB201.
Esta operação deverá ser feita duas vezes para os dois lados do robô. A roda deve atuar livremente em relação à tampa de proteção CF070. Não se esqueça de que a pequena roda instalada no eixo do motor deverá fazer pressão sob a roda de tração do robô. Esta pressão, porém, não deve ser muito grande, pois impediria o giro do motor ou aquecê-lo-ia demais durante a operação. Regule para que se obtenha uma pressão pequena, suficiente para que o motor gire a roda. Mais tarde, após o robô estar montado, o leitor poderá realizar novos ajustes.
Cabeça
Para a "cabeça" do ADR-2 utilizamos uma caixa de painel, com frente em acrílico translúcido vermelho, porém o leitor poderá usar qualquer outra, ou até mesmo desenvolver uma. Ela servirá para abrigar os LEDs que realizaram um efeito "pisca-pisca" de acordo com o dado passado pelo PC e ajudará no acabamento visual do nosso robô.
Insira a placa com os LEDs na "caixa-cabeça" (figura 15). Fixe-a com "cola quente", fita adesiva ou mesmo parafusos. Os fios de ligação com a placa de controle devem ser retirados pela parte traseira da caixa (figura 16). Para fixar a "cabeça" ao corpo, utilize parafusos colocados pela parte interna do corpo (figura 17), fita dupla face ou mesmo "cola quente". Feche o conjunto (figura 18).
Caixa de controle
A caixa de controle foi montada com as duas bases que sobraram das caixas CF070. Uma foi utilizada como parte inferior (base) e a outra como parte superior (tampa). A base inferior deverá sofrer alguns "cortes", que poderão ser feitos com auxílio de furadeiras e estiletes.
Lembrando novamente que, caso o leitor não tenha experiência com furadeiras e estiletes, deverá pedir a ajuda de alguém capacitado para isso. Os cortes podem ser vistos na figura 19.
O leitor notará que os cortes laterais batem na altura dos chanfros deixados na "base das caixas — corpo". Eles servirão para passar os fios dos motores. A furação no centro da mesma serve para que possamos acessar as travas da tampa da caixa PB201 para uma possível inspeção. Sem essa abertura, seria necessário desparafusar a "base" da caixa de controle para abrir o robô (parte dos motores). Esta opção pode ser levada em conta pelo leitor, e neste caso as furações e cortes centrais seriam desnecessários.
Na outra "metade" (tampa) o leitor precisará instalar um DB09 fêmea. Deverá tomar cuidado para que o DB09 não toque a placa ao se fechar a caixa de controle. Realize todas as "medidas" de posicionamento antes da furação para o DB09. Observe a figura 20.
Parafuse a "base de controle" nas "costas" do robô (figura 21). Os chanfros para passagem dos cabos e acessos às abas de abertura da tampa deverão bater. Faça ajustes com uma lima, se necessário. Feche as tampas PB201, passando os cabos dos motores pelos chanfros previamente abertos (figuras 21 a 23). Ligue os cabos dos motores a placa de controle (figura 24).
Para fechar o conjunto (caixa de controle), o leitor poderá utilizar parafusos, fita adesiva ou mesmo "cola quente". Veja a figura 25.
Roda dianteira
A roda dianteira (ponto de equilíbrio) foi montada com madeira, um pedaço de tubo de latão, arruelas e arame de aço 2 mm. Ela tem giro livre e também pode girar em seu eixo. A figura 26 mostra a mesma montada. Utilize parafusos para fixá-la ao corpo do robô (figura 27). Essa roda poderá, no entanto, ser fixa ou ainda um pedaço de arame de aço rijo. Tudo dependerá exclusivamente do tipo de "piso" em que o ADR-2 será usado.
CABO DE COMUNICAÇÃO
O cabo de comunicação ligará o ADR-2 ao PC através da porta paralela. Para evitar atenuações do sinal, esse cabo não deverá ultrapassar 6 metros de comprimento. Essa medida é mais que suficiente para que o ADR-2 ande livremente por uma sala média.
O leitor poderá utilizar qualquer cabo que possua pelo menos 7 vias internas. Não use cabos rijos e/ou pesados demais. Os tipos “flats” são os melhores, pois têm maior flexibilidade e leveza.
Na figura 28 vemos o esquema elétrico para este cabo. O ADR-2 utiliza uma linha de 12 volts para controle dos motores e uma de 5 volts para auxiliar a lógica de entrada para o controle destes. Note que na "caixa" do DB25 inserimos um plug P2 mono, um 7805 e o capacitor de filtro eletrolítico de 10 µF. Veja esta adaptação na figura 29.
Confira todas as ligações. Lembre-se que este cabo será conectado a seu PC e um erro ou inversão aqui poderá ser fatal.
FONTE DE ALIMENTAÇÃO
Como nosso robô precisa de 12 volts para funcionar, sugerimos na figura 30 o esquema de uma fonte, que poderá ser facilmente montada pelo leitor. Após a montagem, confira todas as ligações e verifique a presença dos 12 volts. Não recomendamos o uso de pilhas para a alimentação do ADR-2. Os motores de passo têm um alto consumo e qualquer pilha utilizada poderia esgotar-se rapidamente.
PROVA E USO
Digite o programa ADR2.LGO no LOGO. Conecte o cabo de comunicação entre o PC e o ADR-2. Execute o programa e ligue a fonte ao cabo. O programa deverá ter a sua tela de controle conforme a figura 31. Os botões controlam a direção que o robô tomará. As barras de rolagem controlam o número de passos que serão enviados para os motores e também sua velocidade.
Ao enviar um determinado comando, aguarde o robô terminar de executá-lo. Se você enviar comandos sucessivos, a lógica de controle poderá trocar os sentidos do seu robô (lembram-se da lógica com apenas dois fios?), e ele parecerá inverter todos os seus comandos. Se isso acontecer, reinicie o programa.
O leitor com experiência na programação do LOGO poderá aumentar o número de passos ou até mesmo criar um programa que faça com que o ADR-2 execute uma trajetória pré-determinada.
IDEIA E USO
O ADR-2 (figura 32), apesar de parecer um robô muito simples, poderá ter inúmeras aplicações e uma delas em feiras de Eletrônica ou Ciências. Como exemplo de demonstração você poderá prender uma caneta ao ADR-2, colocá-lo sobre uma folha de papel e realizar um desenho previamente programado no LOGO. Com certeza, essa demonstração chamará a atenção de todos.
CONCLUSÃO
Neste artigo, transmitimos ao leitor o uso de motores de passo com o PC, para aplicações robóticas. O leitor também aprendeu como utilizar caixas plásticas simples, presentes no mercado eletrônico, em seus projetos. A aplicação de materiais recicláveis e alternativos na "microbótica" é uma realidade e devemos estar atentos ao uso destes. Boa montagem e até a próxima!
