Carrinho seguidor de faixa

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Figura 3 – Robô Unimate.

Atualmente, muito além da área industrial, os robôs são plenamente utilizados nos mais diversos ambientes, na execução de tarefas domésticas (aspiradores de pó, cortadores grama), no auxílio cirúrgico em centros médicos e hospitais, no monitoramento e mapeamento de regiões, pelas forças armadas, na vigilância de áreas de conflito e fronteiras, em ataques e contra-ataques aéreos em batalha, no desarme de bombas, etc. Os dispositivos robóticos autônomos ou semiautônomos estão presentes em nosso dia a dia e é crescente sua presença e implementação em áreas cada vez mais diversas, fazendo com que o estudo desta tecnologia e suas aplicações seja peça fundamental na grade do curso de engenharia e demais carreiras relacionadas.

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3. O PROTÓTIPO

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Figura 4 – Desenho técnico

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Figura 5 – Desenho técnico

3.1 Implementação Mecânica

Para implementar a proposta de utilizar materiais recicláveis na construção do veículo em si, adotou-se a ideia de madeira reciclada para a confecção do chassi. Este, será composto por uma placa principal, inferior, com medidas aproximadas de 16 x 22 cm e uma placa secundária instalada acima desta, suportada por pilares cilíndricos, elevada em 3 cm, com medidas aproximadas de 12x12 cm.

A placa primária terá a função de sustentar todo o conjunto, contendo diretamente fixada em si, através de grampos metálicos, os conjuntos motores / redutores, na parte posterior e a roda livre na parte anterior, além do suporte da bateria, que será instalado sob a placa superior. Os conjuntos de sensores óticos serão fixos no chassi em sua parte inferior, sendo dois conjuntos na dianteira do veículo e um terceiro na parte traseira.

A placa superior terá a função de sustentar a placa de controle e demais módulos eletrônicos, provendo isolação galvânica entre estes e os motores de corrente contínua com escovas, sabidamente fonte de ruídos eletromagnéticos.

O veículo será dotado de 3 rodas, sendo duas principais, com 6 cm de diâmetro e uma roda livre na parte anterior, com 2,4 cm de diâmetro. As rodas serão produzidas pela própria equipe, utilizando espuma vinílica (E.V.A.), material que também é reciclado e reciclável, com miolo de madeira. As rodas principais serão instaladas diretamente nos eixos dos redutores dos motores e a roda dianteira será montada em sistema de rodízio, com giro livre.

Para tracionar o carro serão utilizados dois motores de corrente contínua de 6V, dotados de conjuntos redutores com engrenagens, para maximizar a eficiência e o torque transmitido às rodas. Sendo os motores independentes, a manobrabilidade do veículo consiste na variação da velocidade entre eles, sendo possível, através do empuxo diferencial, curvas de 180° sobre o próprio eixo. A roda livre, posicionada na dianteira do veículo, sustenta o conjunto sem oferecer resistência ao avanço ou à execução de curvas.

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3.2 Implementação Eletrônica

A parte eletrônica do sistema robótico está dividida em três partes: controle, potência e alimentação.

Na parte de controle, o principal componente é a placa Arduíno UNO. Esta placa contém o micro controlador ATMEGA 328P com o firmware Arduíno implementado e é o cérebro do robô, onde serão processados os sinais de entrada oriundos dos sensores óticos e os de saída, que irão alimentar, através dos circuitos de potência, os motores de tração do veículo. O sinal advindo dos sensores será recebido no micro controlador através das portas de entrada analógicas e a saída para o circuito de potência será fornecida no formato PWM através das portas digitais.

Os sensores óticos fazem parte do sistema de controle e serão implementados através de conjuntos de LED amarelos e resistores variáveis sensíveis à luz LDR (light dependente resistor), montados em blocos e isolados entre si por barreiras, de modo que somente a luz refletida do LED na superfície de apoio do carro seja captada pelo LDR. Inicialmente cogitou-se utilizar somente os LDR’s e a luz ambiente natural, porém testes práticos demonstraram grande incremento na resposta do resistor variável ao se utilizar fonte de luz independente da luz ambiente.

Na parte de potência, em princípio, será utilizado um módulo driver para dois motores, específico, que já conta com conexão compatível com a pinagem da placa Arduíno UNO. Este módulo é baseado no circuito integrado L298N que possui em seu interior duas pontes H. Com ele é possível alimentar até dois motores de corrente contínua com possibilidade de reversão de sentido de rotação ou ainda um motor de passo. Este módulo tem capacidade de fornecer 2 amperes por canal ou 4 amperes no máximo e já conta com dissipador de calor instalado.

Foi cogitada a possibilidade de se utilizar duas pontes H montadas com componentes discretos para aprofundar o estudo do circuito ponte H, porém devido às restrições de tempo e espaço no veículo, optou-se pela solução modular, sem prejuízo das funções.

O veículo será alimentado por uma bateria recarregável do tipo lítio-polímero, com capacidade de fornecer 1000mA/h a 7,4 volts, o que garante uma autonomia teórica mínima de 15 minutos entre recargas. Há dois circuitos auxiliares que compõem, junto com a bateria, o sistema de alimentação, sendo um circuito que limita a descarga da bateria em 6 volts e outro que condiciona a tensão de saída da mesma para alimentar os sistemas em 5 volts.

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3.3 Lógica de funcionamento

A lógica de funcionamento do protótipo será implementada e testada por etapas, de modo que se possa evoluir na programação do microcontrolador e chegar a melhores resultados no que concerne à performance do veículo na pista de teste. O princípio de funcionamento do robô baseia-se no fato de que as superfícies claras refletem mais luz que as escuras, sendo esta diferença passível de ser captada