Guia introdutório a robótica, Manuais, Projetos, Pesquisas de Matérias técnicas

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Introdução à

Robótica

Guia Almanaque - Robótica

Você tem em suas mãos um dos Guias Almanaque da Modelix.

Este Guia é um suporte para que você possa desenvolver projetos

de Robótica utilizando os conceitos e aprendizados contidos neste

Almanaque. Com este Guia, você aprende base de ciência, física e

os principais conceitos dos temas padrões para se criar um projeto de

robótica.

Este Almanaque serve ainda como suporte para exercícios básicos

contidos em nosso material, aonde você utiliza a base contida aqui,

para poder desenvolver seu projeto e como aprendizado de eletrônica,

robótica e mecatrônica.

Bom aprendizado.

Índice

O Que é Robótica 3

5

5

8

10

11

13

14

2º) Módulo: Atuadores

Divisões da Robótica

3º) Módulo: Sensores

1º Módulo: Mecânica

4º) Módulo: Lógica

5º) Comunicações sem fio

6º) Processadores e Microcontroladores

De origem tcheca “robota”, que significa trabalho forçado, o robô tem a função de realizar todas as funções que o homem considera pesadas, repetitivas ou precisa agilizar. Com o passar do tempo o robô vem adqui- rindo maior uso e maior aperfeiçoamento. Quando falamos em robô, as- sociam aos “robôs” dos filmes que simulam exatamente seres humanos através de Inteligência Artificial, porém infelizmente a robótica ainda não alcançou níveis tão avançados, mas com os novos desenvolvimentos e novas tecnologias, é possível perceber que estamos próximo deste acon- tecimento.

Pensando na criação da Inteligência Artificial, escritor Issac Asimov no seu romance “I, Robot”, criou as três regras da robótica. As leis são:

• 1ª Lei: Um robô não pode fazer mal a um ser humano e nem, por omis- são, permitir que algum mal lhe aconteça.
• 2ª Lei: Um robô deve obedecer às ordens dos seres humanos, exceto quando estas contrariarem a Primeira lei.
• 3ª Lei: Um robô deve proteger a sua integridade física, desde que, com isso, não contrarie a 1ª e a 2ª Leis.

Atualmente, temos exemplo de robôs altamente desenvolvidos que estão ajudando os humanos para descobertas e aperfeiçoamento científicos. Exemplo disso é a o robô So- journer que foi enviado para Marte com a missão de desbravar e pesquisar mais sobre o Planeta Vermelho, robôs submarinos que exploram o fundo no mar em lugares que jamais os seres humanos poderiam alcan- çar, robôs desarmadores de bombas evitando que coloque em risco a vida de seres humanos e robôs cirurgiões para cirurgias de alta precisão.

Como é possível perceber, a robótica está presente cada dia mais em nos- sas vidas, favorecendo o surgimento de outras modalidades de robótica. Um exemplo é a Robótica como hobby, onde se constrói um pequeno robô e faz ele andar obedecendo às ordens lógicas podendo ser providas tam- bém por controle remoto ou controle do computador. Outra modalidade que vem se aprimorando é a Robótica educacional visando através da robótica, proporcionar a alunos de todas as idades desde o ensino médio até o ensino superior, aprendizagem ou aprimoramento das leis da Física, utilização e desenvolvimento do raciocínio lógico e da criatividade. Além de tudo isso, proporcionando diversão a todos, facilitando o aprendizado e armazenamento futuro das informações obtidas na aula de robótica.

O primeiro modulo é a Mecânica que tem extrema importância, pois é a área responsável pelo conjunto estrutural e pelo conjunto de movimento, ou seja, através da mecânica é possível fazer que o robô tenha esqueleto e seja capaz assim de movimentar. Para melhor explicamos, dividiremos o modulo da mecânica em dois sub módulos:

Na mecânica estrutural iremos ver diversos elementos que compõem a estrutura física do robô, devido a complexidade e variedade, podemos no- vamente dividir em dois tipos estruturais.

Para que possamos entender melhor a robótica e como ela funciona, ire- mos dividir em grandes áreas (Módulos), onde conseguiremos através delas aprender melhor e mais afundo sobre esta área tão complexa e fascinante.

Em cada módulo, iremos aprender sua funcionalidade na robótica e seus principais componentes que podem estar presentes no seu kit de robótica Modelix que possivelmente estar sendo utilizando para construção de seu robô.

Divisões da Robótica

1º)Modulo: Mecânica

A) Estrutural

b) Dinâmica

ALERTA:

A estrutura dinâmica é a estrutura do robô responsável pela transmissão de movimento gerado por alguns atuadores sempre utilizando a estrutura estática para sua fixação. Ou seja, utilizamos a dinâmica para fazer que o robô se movimente, transferindo, por exemplo, a energia do motor para o braço do robô. Se como no corpo humano, a estrutura estática é o esqueleto os ossos do corpo humano. A estrutura dinâmica seria exatamente os músculos do corpo humano. No seu kit de Robótica Modelix é possível encontrar algumas das seguintes estruturas dinamícas

Diferente do que pensam, o MOTOR não faz parte da mecânica estrutural dinâmica, na verdade, ele é um ATUADOR.

• Polias
• Engrenagens
• Rodas
• Girabrequim
• Buchas
• Adaptadores
• Eixos

A) Rotacionais

B) Movimento

2º) Módulo: Atuadores

Na parte de mecânica de movimento utilizaremos diversas leis na Física para que o robô possa se movimentar e transformar energia como desejar para que o movimento seja executado do melhor método possível

A primeira delas e a mais importante é a Lei de Newton que diz que na na- tureza que vivemos, nada se cria, tudo se transforma, por exemplo, temos a energia elétrica que pelo motor se transforma em energia cinética (ener- gia de movimento), que faz girar a polia transformando a energia cinética em energia rotacional, transferindo energia através da correia para a outra polia que enrola o cabo de aço do elevador fazendo que ele suba, transfor- mando em energia rotacional em energia potencial (energia de altura).

No segundo modulo, iremos aprender sobre os atuadores, que são os componentes que consomem energia elétrica da fonte ou das pilhas para realizar uma ação. Os atuadores são fixados sempre na estrutura estática do robô. Para melhor diferenciar, podemos classificar os atuadores em dois gru- pos:

Os rotacionais são os atuadores que através de energia elétrica geram ou fornecem ação em movimentos que possuam rotação e torque. Os atuadores, normalmente, atuam diretamente nas estruturas dinâmicas, para que a energia possa ser transmitida. Comparando com o corpo humano, os atuadores seriam o pulmão e o estomago, pois através da energia dos alimentos e oxigênio é possível manter o corpo funcionando e se movimentando. No robô, os atuadores utilizam a energia elétrica provida das pilhas e transformam em energia cinética (energia de movimento).

• Sensor de Luz (LDR)
• Presença
• Fim de Curso
• Sensor de Imã
• Sensor de Nível

No terceiro modulo, iremos aprender sobre os diversos tipos de sensores e suas inúmeras funções. Na robótica, os sensores são de extrema importância, pois são respon- sáveis por transformar todas as informações no ambiente que cerca o robô em informações digitais. Para efeito de comparação, os sensores no corpo humano seriam, por exemplo, os olhos, que interpretam a visão e através de sinais elétricos transmitem ao cérebro, ou também o ouvido, que capta os ruídos e inter- preta em sinais elétricos para o cérebro. Esta comunicação ocorre por sinais através de cabos elétricos que entram no microcontrolador. Estes sinais podem ser gerados de dois modos.

O sinal digital ocorre através de uma lógica Borleana ou lógica Binária (Sim ou Não, Verdadeiro ou Falso, 1 ou 0), ou seja, ele envia um sinal para o microcontrolador dizendo se é Sim (Verdadeiro, 1) ou Não (Falso, 0). No kit Modelix, poderá ser encontrado alguns dos seguintes sensores:

3º) Módulo: Sensores

A) Sinal digital

B) Analógico

4º) Módulo: Lógica

A) Lógica das Ligações

Sensores analógicos são sensores que ao invés de transmitir sinal binário (1 ou 0), transmite uma medida que é verificada pela tensão de corrente (“voltagem”) que chega no microcontrolador, deste modo podemos verifi- car, por exemplo, intensidades diferentes de luz. No kit Modelix, podemos encontrar algum dos seguintes sensores.

O Quarto módulo que iremos aprofundar é a Lógica, o conceito essencial para a robótica. Sem lógica não há robótica, pois é responsável pelo con- trole de todo o robô, ou seja, pela ativação dos atuadores através do sinal dos sensores. Como no corpo humano o cérebro que distribui e toma decisões, a lógica é no robô que toma as decisões e distribuí os comandos com base na pro- gramação ou no sinal dos sensores. Na lógica da Robótica, é possível dividir em dois tipos de lógica.

A lógicas das ligações constitui no ato de que o robô tome determinadas decisões sem precisar da utilização de programação ou intervenção hu- mana, decidindo através de seus sensores e chaves, utilizando o relé por exemplo. Para exemplificar, iremos utilizar o robô seguidor de linha, que através do rele faz a roda do carrinho virar para o outro lado utilizando uma inversão de polaridade do motor, ou um exemplo mais simples onde o robô somente liga se a chave estiver fechada. Para realizar Lógica das Ligações, podem-se utilizar diversos elementos elétricos e mecânicos. No seu kit Modelix, poderá encontrar alguns dos seguintes componentes.

• Intensidade de Luz
• Intensidade de Calor
• Distância
• Intensidade Sonora
• Sensor de cor

Neste condigo de programação, SE o sensor de presença for ativado (Fica com sinal 1), o LED ascende. (Recebe o sinal 1) SENÃO o sensor não for ativado (Fica com sinal 0), o LED fica apagado (Recebe o sinal 0).

No quinto módulo, iremos aprender sobre as possibilidades de conexões sem fio existentes. Estas conexões podem ocorrer entre o computador e o microcontrolador e também entre o controle remoto e o robô ou o micro- controlador. A comunicação sem fio é um fator diferencial na robótica quando levamos em consideração que podemos estabelecer contato com o robô sem pre- cisar estar perto. Atualmente este tipo de comunicação esta presente no nosso dia a dia, por exemplo, nos rádio dos carros, nas redes de Internet sem fio e também na comunicação entre aparelhos celulares. Para que aconteça está comunicação é possível utilizar três tipos pos- síveis de tecnologia que são:

• Radio Freqüência (MC 21)
• Wi-Fi
• Bluetooth

5º) Comunicações sem fio

No sexto módulo, verificaremos que os processadores e microcontrola- dores são na robótica o elemento que favoreceu a evolução acelera- da da robótica. Ou seja, foi através deles que a robótica conseguiu evoluir nos últimos tempos.

Sua importância é proveniente de seu sistema que recebe todas as informações dos sensores, das lógi- cas e através de processamento toma decisões e envia sinais para o funcionamento dos atuadores como desejado, “criando vida” ao robô.

Devido sua complexidade e abrangência, na robótica podemos utilizar to- dos ou apenas alguns seu elementos para construir um robô, tudo de- pende do que deseja, sempre se lembrando que se visa construir o robô com o mínimo de componentes. Para clarificar esta idéia, iremos demonstrar algumas das possibilidades de aplicação na robótica. Desde o mais simples ao mais complexo

6º) Processadores e Microcontroladores

Aplicações na robótica