Autor: João Vitor Geiss
Nessa aula, forneceremos uma visão geral sobre quais tipos de disposistivos eletrônicos serão importantes em nosso robô, para que ele possa resolver uma pista como a da foto:
Microcontrolador
Essa é a primeira e provávelmente a decisão mais importante a se fazer quando planeja-se montar um robô. Quando falamos de microcontrolador, estamos falando do cérebro do robô, todo o armazenamento e processamento de informação será feito nele, toda a programação será através dessa plataforma, ela terá de ser capaz de gerir tudo no robô, simultâneamente.
Nesse momento você pode pensar: “Se um microncontrolador é tão importante assim, é preferível comprar o melhor, para evitar problemas de memória e etc…”, esse pensamento até faz sentido, mas algumas coisas devem ser levadas em conta:
- Preço – Os melhores microcontroladores, usados na indústria, podem ser extremamente caros
- Acessibilidade – Geralmente os dispositivos top de linha possuem IDEs (Ambientes de Desenvolvimento Integrado) próprios, os quais podem ser bem difícies de serem usados.
Sem contar que para nossas aplicações, na maioria das vezes, não existe a necessidade de termos dispositivos com as maiores capacidades de armazenamento e processamento. Por isso, o que de fato deve ser levado em conta ao decidir seu microcontrolador é:
- Relação custo/benefício (valor do dispositivo versus desempenho oferecido)
- Necessidade real de processamento e armazenamento do projeto
- Linguagem de programação e ambientes de desenvolvimento compatíveis com a placa
- Quantidade de portas (usadas para interligar os periféricos ao microcontrolador)
Visando tudo isso, a melhor opção para inciantes geralmente são os Arduinos, pois sua IDE é uma das mais acessíveis, seu preço é relativamente baixo, são amplamente usados (então encontrar informações em fóruns se torna bem mais fácil), a depender do modelo as capacidades de memória, processamento e número de portas, são mais que suficientes. Como recomendação ficam os modelos UNO (mais acessível) e MEGA (maior em memória e número de portas).
Arduino Modelo UNO
Motores e Ponte-H
A segunda parte do seu planejamento deve ser: “como vou fazer meu robô se mover?”, pois de fato, essa é a função mais básica em qualquer competição de robótica.
Geralmente robôs seguidores de linha utilizam 2 motores (quando são movidos por esteiras) ou 4 motores (quando são movidos por rodas), então você deve decidir qual dessas duas opções você escolherá. Depois disso, você deve escolher qual tipo de motor você irá utilizar: servomotores 360° (muito caros, mas extremamente precisos e compactos), motores de passo (mais baratos, bastante precisos e maiores) ou motores brushed (valores intermediários, mais fáceis de controlar e relativamente compactos).
Os motores brushed são os mais comuns em categorias de seguidor de linha, geralmente possuem tensões de operação variando entre 6 – 12V, podendo ser controlados manualmente via potenciômetros, ou digitalmente (que é o caso de nossa aplicação) via ponte-H. Uma ponte-H nada mais é que um conjunto de chaves digitais (transistores), que de acordo com o comando fornecido pelo microcontrolador, fazem o robô girar em um sentido ou em outro, permitindo também regular sua velocidade de giro.
Esquema montagem de circuíto de controle de velocidade de dois motores usando o módulo de ponte-H L293D e Arduino Uno
Com o código certo, esse simples hardware já é capaz de controlar a velocidade e direção dos dois motores da maneira como desejarmos.
Sensores
Essa é provávelmente a etapa mais sensível do planejamento eletrônico, pois, muitas vezes é necessário adquirir e testar mais de um tipo diferente de sensor durante o desenvolvimento do projeto, na busca do ideal para a realização da tarefa desejada. Por isso, você primeiramente deve ter em mente: “Para quais tarefas eu preciso de um sensor?” e desenvolver uma estratégia: “Com qual sensor eu vou realizar cada tarefa?”. Por exemplo: as tarefas identificadas são: seguir linha, ver quadrados verdes na pista e desviar de obstáculos. Então, decide-se usar para cada tarefa o seguinte sensor: sensor infravermelho, sensor de cor e sensor ultrassônico.
Depois de planejar quais tipos de sensor serão usados, assim como na escolha do microcontrolador, deve-se procurar componentes optimais para o projeto, pondo na balança pontos como: qualidade, acessibilidade e valor. Sensores mais comuns geralmente são mais baratos e possuem documentações extremamente completas e bibliotecas fáceis de serem usadas, porém podem ser bastante ruídosos e não tão precisos. Em contraste, sensores mais avançados podem ter um custo mais alto e uso mais complexo, mas costumam a ser extremamente precisos e versáteis. Todos esses pontos devem ser postos na balança na hora da decisão dos modelos de sensores a serem utilizados, é recomendado que diversos dispositivos sejam testados, fazendo sua pesquisa em fóruns, sites especializados e consultando TDPs (Team Descripion Papers) de outras equipes com projetos similares. Fazendo uma pesquisa completa, será possível escolher os componentes ideais para o desenvolvimento, garantindo o sucesso na sua competição.
Ligações Elétricas
Tendo escolhido todos os componentes para o hardware do robô, o último passo, antes planejar a montagem física é esquematizar as ligações, visando a melhor conexão, a estabilidade das ligações, minimizando a quantidade de fios e facilitando a manutenção e visualização dos cabos. Tudo isso é de suma importância, pois mesmo com os melhores dispositivos, se as ligações forem feitas de maneira errada ou descuidada, os componentes poderão ser danificados e o diagnóstico e solução de um problema será extremamente complicado. Portanto, procure utilizar cabos pequenos, conectores resistentes (como os JST), barramentos para as ligações e etc.
Esquematize tudo usando o Tinkercad, Proteus, Gazebo ou algum outro software que permite simular as ligações elétricas. Após ter certeza que seu projeto eletrônico funcionará, parta para o Planejamento de Montagem. Onde iremos na prática executar as ligações, distribuídas da melhor forma possível na Estrutura Física do Robô.