Fundamentos de Robótica e Mecatrônica (MEC001)

20/05/13

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Fundamentos de Robótica e Mecatrônica Meca trônica (MEC001) (MEC001)

ELETRÔNICA Artigos A rtigos Banco de circuitos Circuitos Simulados Simulad os Como Funciona Dicas de PIC Eletrônica etrônica Paranormal Idéias, Id éias, Dicas e Inf . Inf . Instrumentação In strumentação

Detalhes Escrito por Newton C Braga A finalida finalida de des te artigo é introduzir ao leitor as base s da robótica, m ecatrônica e inteligência artificial, descrevendo também os modos s egundo os quais podem os realizar projetos projetos a partir de blocos blocos básicos , circuitos circuitos e kits. Com o conhecimento do modo de funcionamento de robôs, sis temas automáticos , m aquinas inteligentes, o leitor pode criar seus próprios sis temas funcionais para diversas diversas finalidades finalidades.. Essas finalidades incluem o próprio uso, a apresentação em feiras, como base para cursos de tre inamento ou educação tecnológica tecnológica ou sim plesmente para exercício exer cício de sua imaginação. Este artigo é escrito com base nos nossos livros Eletrônica Para Mecatrônica , Robotics, Ro botics, Mechatronics and Artificial Inteligence , Mecha Mechatronics tronics for the for the Evil Genius , Bionics for the Evil Genius e Mechatronics Sourcebook .

Microcontrolador es es Mundo das Válvulas Válvu las

Robótica, Mecatrônica, Biônica e Inteligência Artificial Artificia l

Novos Com Componentes ponentes

Na verdade quando falamos de robótica, mecatrônica, biônica e inteli gência artificial artificial é preciso situar muito bem todas estas ciências, pois elas tê m tanto semelhanças semelhança s como diferenças. diferen ças. O que ocorre, é que ao tratar de qualquer uma delas, logo nos vêm à mente o conce ito de “criaturas “criatu ras artificiais” ou “criaturas digitais”. Na ver verdade, dade, quando falamos de m ecatrônic ecatrônica, a, além dos robôs i ncluímos nesta ne sta categoria as a s automações, máquinas que nada tem de aparência de criaturas, mas que realiz realizam am tarefas automáticas que lhes parece indicar alguma inteligência. Por outro lado quando falamos de biônica, vamos para outro lado em que as criaturas humanas interagem de um a forma mais íntima com mecanismos e até têm partes de seus corpos substituídas por mecanismos.

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Em s eu livro “Digital People” (Gente (Gente Digital), Sidney Perkowitz Perkowitz faz uma separação m uito firme das diver diversas sas categorias de dispositivos ou seres que se enquadram nestes grupos. Assim, partindo de automatismos sim ples até homens biônicos ou cy cyborgs borgs temos a seguinte separação que res ulta em diferentes graus para a artificialidade dos mecanismos ou ser es, es, se assim podemos falar, lembrando que já existe o conceito de vida artificial.

CURSOS TECNOLASS Qualidade da energia 9 e 10 de Maio/2013 Termografia Nível 3 13 a 17 de Maiol/2013 Alinhamento de máquinas máquin as rotativas 21 e 22 de Maio/2013 Termografia Nível 1 27 a 29 de Maio/2013

HOME EXPERT HOME EXPERT EXPERT 201 3: Certificação para integradores de sistemas residenciais

PARCERIAS

Assim , com bas e na se paração feita por aqu ele autor podem os di zer que: Um automatism o ou um dispositivo mecatrônico é um dispos itiv itivo o que se m ove, tem partes eletrônicas e mecânicas, e faz isso s ob condições que são fix fixadas adas para ele e não por ele. Essa última frase deixa claro que o dispositivo não tem vont vontade ade própria. Por outro lado, um um robô é um dispos itiv itivo o autônomo ou s emi-autônomo fabricado para funcionar funcionar de modo semelhante a um a entidade viva. viva. Esse dis positivo inclui partes partes mecânicas, eletrônicas, programas, e tudo mais necessário para que ele alcance sua finalidade. Neste caso, podemos ter os robôs humanóides , que imitam na aparência os seres humanos, e os não humanóides, com formatos que se adaptam às suas finalidades. Temos a seguir os andróides que são dispositivos feitos para se assemelhar a seres humanos e a se comportar como seres humanos. A própria palavra palavra andróide vem vem do grego s ignificando “igual ao homem”. Passam os agora ao Cyborg ou organismo cibernético onde o homem biônico é o melhor exemplo.Trata-se exemplo.Trata-se de um a criatura criatur a que possui partes dos seres vivos vivos e partes eletrônicas - mecânicas. Em muitos cas os, estas partes eletrônicas e mecânicas visam subs tituir partes vivas vivas que foram foram danificadas ou que não operam mais num s er vivo. Evidentemente, a parte viva que tem por principal componente o cérebro, comanda as demais... Em todas estas categorias encontramos variações e mesmo modificações que as tornam membros de grupos intermediários ou totalmente novos. novos. Nesta s eção de noss o site vamos ter artigos que incluem todas estas categorias, incluindo projetos projetos práticos. No entanto, para começar vamos tratar inicialmente dos elem entos mais simples que estão no grupo dos dispositivos mecatrônicos e dos robôs, que sem dúvidas são os membros mais atraentes. atraent es. O texto texto que dam os a seguir vem do nos so livro Eletrônic Eletrônica a Para Mecatrônica, Mecatrônica, com adaptações.

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MECATRÔNICA

Um pouco de história Os termos Robótica, Mecatrônic Mecatrônica, a, Biônica e Inteligência Artif Artificial icial se tornaram muito populares nos últimos anos , apesar das definições serem ainda um pouco controvertidas. controvertidas. A idéia de máquinas que poss am trabalhar para os humanos, nos liv livrando rando de trabalhos desagradáveis ou perigosos, ou s eja, escravos escravos ou em pregados eletrônicos que não fazem fazem greves ou pedem aum ento de salários, tem s ido explorada explorada intensamente em filmes e liv livros ros de ficção científica. Podemos citar autores como Hugo Gernsback, Isaac Asimov. Arthur Arthur Clarke, além de cineas tas como Stev Steve e Spielberg, George George Lucas e mutos outros que exploraram exploraram intensam ente esse tema.

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Em particular, para os leitores que gostam de eletrônica e dominam o inglês s ugerimos as histórias de Hugo Gernsback que se encontram no site http://www.magazineart.org/publishers/gernsback.html . Na figura abaixo, a revista Radio Craft número 1, de julho de 1929, da qual Hugo Gernsback era editor.

COLABORADORES Perfil

Para chegar às origens da robótica, devemos viajar ao pas sado, até a antiga Grécia, onde as prim eiras es tátuas móveis foram construídas. Já no primeiro século antes de cristo, Hero de Alexandria fez experimentos com pássaros mecânicos. Em torno de 270 antes de Cristo, temos notícias de um engenheiro grego que construiu relógios de água com figuras móveis. Bem m ais tarde, no ano 770 da noss a era, o relojoeiro Suíço Pierre Jacquet-Droz criou três bonecas m ecânicas que podiam tocar um órgão, desenhar figuras s imples e escrever. Outro nome, de nos sa era, que não pode s er esquecido é o de Nicola Tesla que construiu um subm arino rádio controlado.

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O submarino radiocontrolado de Tesla (1898)

A palavra Robot foi criada em 1921 pelo e scritor Teheco slo vaco Karel Kapec (Encontramo s s eu nom e também grafado como Capec) no seu livro “R.U.R. – Rassum ’s Universal Robots”. Ness e livro, ele descreve criaturas mecanizadas que podiam fazer todas as coisas que um hom em pode. Robô é a palavra checa que significa “trabalhador”. A partir de então, a palavra pass ou a s er usada para indicar seres mecânicos que podem fazer trabalhos semelhantes aos humanos. A imagem popular de u m robô no rmalm ente mos tra uma criatura co m form as e m odos que lem bram os sere s humanos. Os robôs humanóides normalmente possuem braços, pernas e uma cabeça pensante e até mesmo podem expressar “emoções”. No entanto, para os engenheiros e projetistas que trabalham com robôs, a imagem é um pouco diferente. A idéia básica de u m robô prá tico é subs tituir os hum anos em tarefas repetitivas, perigo sas ou cans ativas. No nosso m undo atual, essas tarefas estão principalmente ligadas à manufatura de objetos numa linha de produção, o que significa que a primeira idéia de robôs práticos es tá justamente associada à indústria. Os robôs industriais são justamente os primeiros “seres” reais dessa categoria que entraram no nosso mundo como máquinas operantes, fabricando coisas. Carros, equipamentos eletrônicos e eletrodomésticos são exemplos de coisas fabricadas por máquinas automáticas ou robôs, em s ubstituição aos trabalhadores hum anos numa linha de produção. Um ponto interessante a ser observado é que os robôs industriais, na maioria dos cas os, não têm qualquer semelhança com um ser humano, Esses dis positivos não poss uem pernas nem uma cabeça mas muitos braços que são projetados para as tarefas que devem realizar. Não há qualquer necess idade de fabricá-los com a aparência de um ser humano. É claro que a idéia de robôs com aparência humana ou humanóides para outras tarefas, como o trabalho em residências, ou no próprio trato com humanos não desapareceu. A partir dessa s idéi as, a as soci ação de dis pos itivos eletrônicos com m ecanis mos leva a máquin as que p odem realizar uma grande quantidade de tarefas automaticamente. Surge então um a nova ciência denominada Mecatrônica (mecânica + eletrônica). Encontramos nos dicionários e livros técnicos diversas definições para a m ecatrônica. No entanto, a idéia básica é a “integração sinergística da mecânica, eletrônica e tecnologia da computação para produzir produtos ou s istemas avançados”. Podemos dizer que a Mecatrônica é uma subdivisão da Cibernética. Se levarmos em conta que a mecatrônica e robótica podem ser colocadas em blocos paralelos quando estudamos seus circuitos e duas aplicações, elas têm muito em comum . Ass im, analisando o currículo de muitos cursos de m ecatrônica, vemos que eles basicamente tratam da construção de robôs. Da mes ma forma, quando analisamos os currículos de cursos de robótica, vemos que sua finalidade é a construção de dispositivos que integram a mecânica com a eletrônica! Outro assunto relacionado com ess es es tudos é a Inteligência Artificial. Os projetos modernos de robôs e dispositivos m ecatrônicos incluem algum grau de inteligência. A questão, entretanto, é qual é o critério que devemos usar para definir inteligência, ness e caso e com o determinar que grau de inteligência existe numa máquina. Diversas são as abordagens utilizadas para resolver esse problem a. Por exemplo, o m atemático Britânico, Alan Turing, criou um teste m uito interessante para saber se um a máquina é ou não inteligente. Ele propôs o us o de uma pess oa para testar a máquina. Homem e máquina s ão interconectados através de alguma es pécie de modem de tal forma que a pess oa não saiba o que está do outro lado da linha. Através des se arranjo, eles podem trocar mensagens, conduzindo uma conversação. Se a máquina puder m anter a conversação bem o suficiente para que a pess oa do outro não possa ter certeza se es tá falando com um hum ano ou uma m áquina, então a máquina pode s er considerada inteligente. O “teste de Turing” é hoje um parâm etro muito usado para se avaliar se um sis tema é ou não inteligente.

Foto - Alan Turing


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Fundamentos de Robótica e Mecatrônica (MEC001) Hoje em dia quando s e pensa em robótica, mecatrônica ou inteligência artificial, diversos itens comuns devem ser considerados. Os projetos nesses campos têm diversas semelhanças, a partir do instante em que todos usam eletrônica e mecânica. (Veja que não estamos considerando o uso de blocos hidráulicos ou pneumáticos por enquanto em nossa s eção, mas é algo que deve ser considerado mais adiante). Isso significa que os mesmos blocos básicos podem ser usados em diversos projetos. Os modos como os blocos s ão organizados é o único fator que determina o que a máquina vai fazer. No próximo item veremos como blocos podem ser usados em projetos práticos.

A Estrutura dos Projetos Mecatrônicos e Robóticos Nosso ponto de partida é justamente a idéia de que os dispositivos mecatrônicos e robóticos combinam eletrônica e mecânica e são criados para realizar tarefas normalmente executadas por pes soas. Partindo dess a idéia básica, vamos separar quais são as funções que os blocos devem realizar para se tornarem práticos. Na figura abaixo temos a estrutura geral desses blocos.

O número e tipo de blocos que devem ser us ados num projeto específico é determinado apenas pelo que o projetista deseja que s eu equipamento faça. Um braço fixo ou um elevador, por exemplo, não precisam de pernas. Uma cabeça com olhos eletrônicos não precisa de braços e ass im por diante. Os principais blocos que podemos usar nos projetos são dados no item seguinte.

Controle O controle é o “cérebro” ou “inteligência) de qualquer projeto mecatrônico ou robótico. Todas as partes devem ser controladas por circuitos eletrônicos capazes de realizar as s eguintes funções bás icas:

a)Controle de Posição Braços com garras ou outros tipos de dispos itivos manipuladores precisam ter controles precisos que os coloquem na posição correta para executarem uma tarefa. O movimento de uma cabeça com olhos ou s ensores deve ser controlada por um bloco específico.

b)Controle Cinemático Qualquer projeto que tenha partes m óveis precisa desta espécie de controle. A velocidade com que qualquer parte se m ove precisa s er determinada com precisão e controlada por circuitos apropriados. Nes te tipo de bloco incluímos os circuitos que controlam a velocidade de deslocamento de um robô.

c)Controle Dinâmico Muitas partes de um robô ou dispos itivo mecatrônico trabalham com forças que precisam ser controladas de modo preciso durante sua operação. Quando a garra de um robô manipula um objeto é preciso ter alguma espécie de controle que determina a força que ele exerça para segurar mas não quebrar o objeto manipulado. Um desafio para qualquer projetista de um robô ou braço manipulador é fazê-lo pegar ovos e transportá-los de um lugar para outro sem quebrar!

d)Controle Adaptativo Este tipo de controle é necess ário quando uma função de um robô ou dispos itivo mecatrônico deve mudar durante a execução de um a tarefa. Um exemplo diss o é a m udança de força que uma garra deve exercer ao comprim ir uma mola. Outro exemplo é a m udança do torque de um motor de um robô de modo que ele m antenha sua velocidade constante ao subir uma ram pa ou quando tenta mover um objeto pesado.

e)Controle Externo Os controles externos são usados quando um operador humano é usado para comandar as tarefas de um robô ou um braço mecatrônico. Neste caso, o humano é o “cérebro” que faz uso de sensores para controlar as operações do robô.

Para transferir os com andos de um robô ou dispositivo mecatrônico, um operador pode us ar uma grande quantidade de “interfaces”. Podemos usar links por rádio, fios, infravermelho ou m esm o através da voz. Os projetos modernos podem incluir circuitos reconhecedores de voz capazes de identificar comandos diretamente falados por um operador. Neste ponto, é importante considerar o grau de inteligência que deve existir num robô. Os controles complexos podem dar a um observador a falsa impress ão de que o robô é “inteligente”. No entanto, um bloco de controle que inclua muitas funções não é um bloco inteligente. É considerada “inteligência” se o robô pode tomar decisões baseadas num a entrada a partir de seus próprios s ensores ou de um operador que emprega um bloco específico de entrada de dados.


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Fundamentos de Robótica e Mecatrônica (MEC001) Atuadores Os robôs e dis positivos mecatrônicos devem ter alguma forma de manipular objetos ou realizar alguma forma de ação no mundo exterior. Existem bas icamente as seguintes formas de atuadores usados nos projetos práticos:

Movimento Os robôs podem s e mover de um lugar para outro usando pernas, rodas ou esteiras. As pernas podem s er movimentas pelo us o de s olenóides, motores, SMAs(*), etc.

(*) SMAs ou Shape Memory Alloys - Ligas com Memória de Form a - são materiais que, através de um processo deno min ado transforma ção ma rtensítica voltam a um a forma prede termin ada quand o aquecido . Quando uma SMA está fria (abaixo da temperatura de transformação, ela pode ser deformada facilmente e levada a um novo formato. Quando o material é aquecido acima da temperatura de transformação, altera-se a estrutura cristalina e ele volta ao formato original. Mais adiante, neste mesmo livro veremos como usar as SMAs dando circuitos de controle.

Manipulação Os robôs e outros dispos itivos m ecatrônicos não têm m ãos. Eles usam garras para manipular os objetos. As garras são controladas por circuitos eletrônicos. Os movimentos das garras podem s er obtidos através de motores, solenóides, SMAs etc. Na figura abaixo mos tramos alguns tipos de m ecanismos usados em garras.

A manipulaçã o também pode s er obtida pelo u so de di spo sitivos es pecialm ente projetado s para um a determi nada tarefa, como ocorre com os robôs industriais. As partes são então projetadas de acordo com a operação a s er realizada, uma chave de fendas em lugar de garras para colocar parafusos, etc.

Sensores Os robôs e outros dis positivos mecatrônicos se interam do que ocorre no m undo exterior através de s ensores. Os sensores são de grande importância já que eles podem transmitir informações sobre as posições das diversas partes de um robô ou outro dispos itivo, o tamanho e forma de um objeto que está sendo m anipulado, a presença de obstáculo (se for um robô m óvel), além de m uitas outras informações que dependem apenas da finalidade do projeto. Uma câm era de TV pode ser conectada a um circuito inteligente que permita a um braço reconhecer e selecionar peças que tenham determinada forma e tamanho, selecionando-as numa linha de montagem, conforme mos tra a figura abaixo.

Os sensores mais comuns nos projetos de mecatrônica e robótica são: Luz – LDRs (Light Dependent Resis tors, células CdS ou Foto-Resistores), foto-diodos, foto-transistores e fotocélulas. Pressão – esponja condutora, sensores eletromecânicos, sensores semicondutores. Tempera tura – NTC (Negative Temp erature Coefficient Resistors ), PTC (Posi tive Tempe rature Coefficient Resistors), diodes e transistores. Imagem – CCDs (Charge-Coupled Devices), foto-diodos e foto-transistores e m atrizes] Posição – sensores lineares e rotativos, encoders, sonares, radares e sens ores IR Contacto – m icroswitches, pendulos Proximidade – capacitivos, indutvos ou infravermelhos, efeito hall.

Energia Projetos que tenham dispos itivos eletrônicos e partes m ecânicas móveis precisam de uma fonte de energia elétrica. Se o projeto é um robô autônomo, por exemplo, o ideal é que ele carregue sua própria fonte de energia. Baterias e pilhas podem ser usadas para ess a finalidade. O tamanho e tipo de fonte, neste caso, depende das exigências de energia do projeto e do tempo que ele deve operar sem uma troca ou recarga. Se o equipam ento é fixo, por exemplo um braço robótico ou um elevador, a energia elétrica pode s er proporcionada por uma fonte a partir da rede de energia. Circuitos retificadores, filtros e reguladores fazem parte desse tipo de bloco. É claro que, dependendo do projeto, podemos pens ar em fontes alternativas de energia como painéis solares, motores a com bustão interna, células à combus tível e muito mais .


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Fundamentos de Robótica e Mecatrônica (MEC001) Inteligência Eis um bloco importante que pode ser encontrado em muitos projetos de mecatrônica e robótica. Os blocos de inteligência processam informações que s ão obtidas a partir de sensores ou recebidas de outras fontes externas (computador ou operador humano) tomando decisões a partir delas sobre o que o s istema deve fazer. O bloco de inteligência pode ser sim ples como um comparador neural que percebe a intensidade de um a fonte de luz e faz com que um robô vá em sua direção. Pode também ser muito complexo, envolvendo microprocessadores, redes neurais e outros recursos para tomar decisões de alto nível.

Inteligência por Software Esse tipo de inteligência é obtida a partir de um programa que res ide num com putador, microprocessador ou microcontrolador. O hardware se encarrega de converter as informações obtidas de sens ores para que o programa as process e e tome as decisões que, novamente pelo hardware, resultem nos comandos para a realização das tarefas decididas. Nos programas inteligentes, as decisões podem ser modificadas à medida que novos dados são obtidos dos sensores , o que torna o sistema capaz de “aprender” com a experiência. Essa é um a característica básica dos sistemas denominados inteligentes. Os programas que simulam redes neurais são os preferidos pelos desenvolvedores e pesquisadores de inteligência artificial. Outra ferramenta poderosa para o des envolvimento des ses sis temas é a lógica Fuzzy ou Lógica Difusa. É importante notar que a inteligência por software pode s er localizada no interior do próprio dispos itivo mecatrônico ou robô quando usamos microprocessadores ou m icrocontroladores. Os dispositivos Basic Stamp, Basic Step, Arduino, etc. são recurs os s imp les q ue podem ser us ados p ara se a dicionar al gum gra u de intelige nte à projetos simples. Eles podem ser programados para tomar algumas decisões a partir de “inputs” obtidos de sensores externos de controle. Diversos programas de s imulação de redes neurais existem para o desenvolvedor criar sua própria máquina inteligente.

Inteligência por Hardware Uma outra forma de se agregar inteligência a uma m áquina é através do us o de circuitos que podem aprender. A idéia básica é imitar o modo como os seres vivos processam as informações recebidas pelos sensores, ou seja, usando o sis tema nervoso. Uma analogia é mos trada na figura 4.

Os seres vivos recebem informações do mundo exterior por sensores acoplados à célula nervosa. As células enviam a informação ao cérebro, formado por uma rede de células. No cérebro, as informações s ão processadas e o resultado, é enviado por uma outra rede de células aos efetores, por exemplo, os m úsculos. Usando neurônios artificiais, o projetista pode juntar elementos numa rede que im ita o funcionamento de um ser vivo, agregando assim inteligência a um mecanis mo ou um robô. É claro que um sim ples neurônio não pode levar a um comportamento realmente inteligente. Obtemos o comportamento de uma ameba. Mesmo usando m uitos milhões de neurônios o comportamento obtido não vai muito além do que observamos num verme ou num ins eto. Uma rede neural pode aprender e tomar decisões , dando a uma m áquina algum grau de inteligência. Existem à venda CIs que já contém redes neurais e que podem s er usados em projetos.


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Fundamentos de Robótica e Mecatrônica (MEC001) Efeitos Especiais Dependendo da aplicação, o robô ou o dis positivo mecatrônico deve possuir algum recurso capaz de chamar a atenção das pessoas . Nos projetos práticos devemos considerar a possibilidade de incluir blocos que produzam sons, falem algum as palavras ou frases, respondam ques tões, produzam efeitos de luz ou mesmo levem equipamentos de auto-defesa.

Basicamente são os seguintes os efeitos que podem ser incluídos num projeto mecatrônico ou robô: Sons: sirenes , sistem as s intetizadores de voz, batida de coração e respiração (existem bonecas que incluem esses efeitos para se obter maior realismo). Efeitos de luz: flashes de xenônio, luzes s eqüenciais, sinalização simples , etc. Auto-defesa: des cargas de alta tens ão

Usando os Blocos Básicos em projetos Como explicamos na introdução, a idéia básica do noss o trabalho é descrever blocos eletrônicos de construção básicos que pos sam ter uma das diversas funções necessárias à implementação de um projeto de robótica ou mecatrônica. Entendendo como funciona cada bloco básico e o modo com o podem s er interligados entre si, o leitor poderá compreender como funcionam sistemas inteiros projetando-os para realizar um determinado tipo de tarefa. Conforme diss emos também, o número e a complexidade dos blocos depende exclusivamente da tarefa que o dispositivo deve executar. Para usar os blocos bás icos, o des envolvedor deve ter em mente alguns pontos importantes:

Conectividade: Os blocos devem ser projetados de tal forma que eles pos sam s er interligados facilmente. Isso significa que o sinal fornecido pela s aída de um bloco deve ser compatível com as características de entrada do bloco no qual ele deve ser acoplado. Os blocos que descrevemos ness e livro, em s ua maioria podem “conversar” uns com os outros, mas existem casos em que pequenas adaptações ou “interfaces” devem ser usadas, consis tindo essas em blocos adicionais do projeto.

Compatibilidade O desenvolvedor de projetos de robótica e m ecatrônica deve estar atento para o fato de que, ao es colher um bloco para uma tarefa, deve estar certo de que ele seja capaz disso. Um bloco que tenha sido projetado para controlar um m otor de 0,5 ampères não pode s er usado com um m otor que exige 2 A.

Potência Exigida Se o projeto for alimentado por baterias ou pilhas é muito im portante que o desenvolvedor verifique se elas podem fornecer pelo tempo des ejado a energia que ele precisa. Motores, atuadores, solenóides e lâmpadas são os responsáveis pela m aior parte do consumo de um equipamento. Um alto consumo de energia provoca uma queda de tensão no circuito de alimentação com alterações do funcionamento de todos os blocos . É altamente recomendável que dispos itivos de alto consumo, como os usados na propuls ão e movimento (motores, garras, etc.) sejam alimentados por fontes independentes daquelas usadas na alimentação nos blocos eletrônicos. Se o dispositivo for alimentado pela rede de energia, as m esmas recomendações são válidas. Use uma fonte com capacidade suficiente para alimentar todos os blocos e preferivelmente fontes separadas para motores e atuadores.

Projetos Sugeridos Chegamos ao ponto em que o des envolvedor está pronto para criar seus próprios projetos usando blocos bás icos. Usando os blocos básicos m ostrados o leitor pode criar dispositivos mecatrônicos e robôs que funcionam. Diversas s ugestões de projetos serão dados a seguir de forma completa ou em blocos nesta s eção do site.

Braço Móvel ou Braço Robótico Este é um dos projetos preferidos pelos praticantes de robótica e mecatrônica, estando presente na maioria dos currículos de escolas técnicas. Um braço robótico pode pegar um objetos e colocá-los em outro lugar, por exemplo numa caixa ou numa esteira. Um braço robótico básico deve conter as s eguintes funções: Controle – obtendo informações de m ovimento a partir de um teclado, joystick ou mes mo de um computador (pelo teclado ou mouse). Atuador – para movimen tar o braço e a garra. Uma al ternativa para a garra num pro jeto ma is s imp les é us ar um eletroímã, se os objetos a serem m ovimentados forem de metal que pode ser atraído. Sensores – podem os us á-los opcionalmente para enviar informações ao operador, por exemplo quando o local onde os objetos forem colocados estiver cheio ou se o objeto cai antes de ser colocado no seu lugar. Fonte de alimentação Efeitos – também podemos ter opcionalmente efeitos de luz e som , ou mesm o um contador de objetos.

Robô Caminhante ou Autônomo Este é, sem dúvida alguma, um dos m ais interess antes projetos de mecatrônica que podemos desenvolver, tanto pelos efeitos finais como pela quantidade de recursos que podemos agregar. Um robô caminhante ou autônomo pode ser tão simples que apenas caminha ou tão completo que possua inteligência, órgãos sensoriais e seja capaz de realizar diversas tarefas. Controle – Os sinais deste bloco podem ser enviados pelo operador (via rádio controle, infravermelho ou cabo), ou podem s er gerados por s ensores acoplados às partes móveis (m otor, garras, braço, etc.). Se o robô tiver outras partes móveis, elas podem também ser controladas por este bloco. Cérebro – alguma inteligência pode ser agregada ao operador para ajudar os s ensores. O robô poderá então tomar algumas decis ões independentemente da ação do operador.


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Fundamentos de Robótica e Mecatrônica (MEC001) Sensores – os s ensores informarão o operador ou o circuito de inteligência sobre a presença de obstáculos ou outras condições detectáveis de modo que decisões possam ser tomadas. Atuadores – s e o robô for dotado de garras ou outros re cursos , devem existir blocos de controle de atuad ores . Uma idéia é uma m ão artificial adaptada. Efeitos – efeitos de luz e som podem s er adicionados. Efeitos s ão importantes quando o robô participa de eventos ou demonstrações públicas e feiras de ciências. Alimentação – es se tipo d e robô deve ser alim entado por bateria s.

Robo Segue-a-Linha Um projeto clássico que é adotado, pela sua simplicidade, na maioria dos cursos básicos de m ecatrônica e robótica é o do robô que segue uma linha no chão. Esse robô é equipado com sensores de luz (LDRs ou fototransistores) que são ligados num sistem a diferencial inteligente capaz de controlar seu m ovimento. Existem duas possibilidade de funcionamento: os sensores podem s er excitados pela luz refletida numa linha preta em fundo branco ou por uma linha branca em fundo preto. Basta mudar a configuração dos blocos para detectar luz ou sombra. Pela detecção dessa linha, o robô pode dirigir seus movimentos de modo a seguir a linha., conforme mos tra a figura abaixo.

Na versão m ais s imples a linha forma um circuito fechado no qual o robô ficará se movimentando.

Os blocos básicos deste robô são: Sensores – a solução m ais sim ples para implem entação de sensores de luz é a que faz uso de LDRs. No entanto, foto-transistores também proporcionam excelente desempenho. Controle – Esse bloco é acionado diretamente a partir dos sinais dos sens ores. Alimentação – dep endendo d o tamanh o do robô pode m s er usad as pil has , mas p ara um rob ô mai s elab orado podem ser us adas baterias recarregáveis. Efeitos – luz, sirenes ou estroboscópicas de sinalização podem fazer parte deste projeto.

Elevador Automático Este também é um outro projeto clássico nos cursos de m ecatrônica, robótica e automação industrial. Conforme mostra a figura 6, a versão básica é implem entada numa maquete de construção. O número de andares depende apenas do projetista.

A finalida de do projeto é a ope ração autom ática do elevador, usa ndo se nso res em cada andar. Pode s er usad o um teclado para controlar o m ovimento ou ainda um circuito inteligente para tomar decisões. Ess e bloco pode s er usado para decidir em que andares o elevador vai parar a partir do acionamento de botões de chamada e da


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Fundamentos de Robótica e Mecatrônica (MEC001) posição em que ele s e encontra.

Criando seu Próprio Projeto Um ponto importante para quem desenvolve um projeto de mecatrônica ou robótica é agregar criatividade. Se o leitor vai participar de uma feira, pretende montar um equipam ento para um trabalho es colar ou concurso, vai desenvolver um TCC ou monografia baseado num projeto prático mecatrônico, é importante que ele tenha algum diferencial, algo que outros projetos não agreguem e que lhe vai dar mais pontos. Algumas idéias de projetos são dadas a seguir:

Linha de produção ou reciclagem em m iniatura que manipule objetos. Braço robótico que poss a reconhecer peças separando-as pelo formato, cor ou peso. Um eletroímã permite reconhecer e separar objetos que poss am s er atraídos. Robô que siga a luz de uma lanterna ou encontre um objeto iluminado Modelo em miniatura de um “lava-rápido” Cabeça de robô que pos sa falar palavras ou reconhecer objetos e m ovimente a boca (es te tipo de dispos itivo também s e enquadra na categoria dos “animatrônicos”. Sistema automático para alimentação de animais Dispositivos que ajudem deficientes físicos Automatism os para o l ar como po rtões autom áticos, irrig adores inteligen tes, robôs cortadores de gram a ou “caçadores” de pragas, etc. Automatism os m édicos como cad eiras d e rodas , cama hos pitalares , etc. com recursos diferenciad os.

Também devemos lem brar que muitos construtores de robôs participam de com petições que envolvem determinadas tarefas como jogar futebol, participar de batalhas, movimentar objetos de m odo preciso, etc. Na Internet o leitor vai encontrar diversos sites que tratam de robótica, bastando digitar as palavras chave em português ou em inglês em m ecanismos de busca como o Google, Yahoo, Netscape, etc. O leitor vai ficar surpreso com a quantidade de informações que pode ser obtida nos sites .

Informação Adicional Este noss o artigo introdutório à robótica e mecatrônica visa fornecer apenas conceitos básicos para a elaboração de projetos até de algum a complexidade. Para utilizar os blocos fornecidos aqui o leitor precisa ter conhecimentos básicos de eletrônica e também as ferramentas e local apropriado para o s eu trabalho. A seguir, damos algumas informações importantes para que o leitor não tenha dificuldades com a criação de seus próprios projetos.

Conhecimento Básico de Eletrônica Muitos des envolvedores de projetos em mecatrônica e robótica não poss uem um a base s ólida em eletrônica pois podem vir de outras áreas como a m ecânica, física, etc. Não é preciso ser um doutor ou engenheiro em eletrônica para desenvolver projetos mecatrônicos e robóticos. Lembramos que muitos dos bons projetos desta área são desenvolvidos por es tudantes do ensino m édio e de cursos técnicos que não aprofundam-se muito na eletrônica.

Para trabalhar com circuitos eletrônicos m ontando-os com facilidade, o leitor precisa ter alguma habilidade no trato de ferramentas e ter alguns conhecimentos básicos sobre os seguintes assuntos: Saber como os componentes bás icos funcionam e conhecer seus códigos de especificações. Saber interpretar um diagram a esquem ático Conhecer técnicas de elaboração de placas de circuito impresso e ter recursos para isso. Ter e saber usar alguns instrumentos bás icos de medida e teste como um multímetro. Ter um bom fornecedor de componentes eletrônicos.

Existem m uitos livros bás icos que podem ajudar o leitor a aprimorar seus conhecimentos nesta área ou mes mo dotá-lo caso ele não os tenha adquirido em sua formação normal. Sugerimos a aquisição de noss o “Curso Básico de Eletrônica”- Editora Saber para os que des ejam ter os fundamentos necessários à montagem de circuitos eletrônicos. Para os que têm conhecimentos básicos e deseja ir além, sugerimos noss o “Curso de Eletrônica Digital”. Muitas idéias de circuitos práticos s ão também encontradas na s érie de livros “Circuitos e Soluções” – Volumes de 1 a 5. Finalm ente temos o livro que bas icamente é a continuação deste artigo : “Eletrônica Básica para Mecatrônica”.

Ferramentas As ferramentas bás icas q ue os le itores de vem ter para realizar montage ns el etrônicas são : Ferro de soldar de pequena potência (30 a 40 W) com alim entação conforme s ua rede de energia. Não recomendamos o uso de pistola de soldar. Alicate de corte lateral Alicate de ponta Descascador de fios Jogo de pequenas chaves de precisão (hexagonal, comum e Philips) Acessóri os de s oldage m e des sol dagem como s ugador de s olda, s uporte de placas , etc. Garras extra para segurar com ponentes Furadeira de placa (manual ou elétrica) Recursos para elaboração de placas de circuito impres so (corrosivo, banheira, tinta especial, etc.).

Instrumentos


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Fundamentos de Robótica e Mecatrônica (MEC001) Multímetro analógico simples (1 k ohms/V) para estudantes. Para os mais avançados m ultímetros mais s ensíveis (10 k ohms/V ou mais são os recomendados) Multímetro digital para os que desejam ir além tendo uma ferramenta de precisão. Osciloscópio – apenas para aquelas que des ejam um trabalho muito avançado no desenvolvimento de projetos. Computador – tanto para controlar dispos itivos desenvolvidos com o para rodar ferramentas de des envolvimento de projetos como softwares de criação e sim ulação de circuitos e placas (Multisim, Proteus, Protel, Eagle, PCB123, etc.). Também é pos sível contar com placas de aquisição de dados que permitem us ar o computador como osciloscópio, m ultímetro, etc.

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