mecatronica facil 03

8/10/2019 Mecatronica Facil 03

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Os Servos - Binica - Robs Mveis Autnomos

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Mecatrnica FcilEditor e Diretor ResponsvelHlio Fittipaldi

Editor AssistentePaulo Gomes dos Santos

PublicidadeEduardo Anion - GerenteRicardo Nunes Souza

Conselho EditorialAlexandre Capelli

Juliano MatiasNewton C. Braga

ColaboradoresEttore Barros

Jos Carlos AmadeoJos Francci JniorLus Henrique C. BernardesNewton C. BragaOctvio Nogueira

AgradecimentosEdacom Tecnologia

impressoW.Roth

DistribuioBrasil: DINAPPortugal: Electroliber

MECATRNICA FCIL(ISSN - 1676-0980) umapublicao da Editora Saber Ltda.Redao, administrao, nmerosatrasados, publicidade e correspondncia:R. Jacinto Jos de Arajo, 315CEP .: 03087-020 - So PauloSP - BrasilTe}.: (11) 296-5333

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Empresa proprietria dos direitosde reproduo:EDITORA SABER LTDA.

Ass oci ada da ANER -Associao Nacional dos Editores deRevistas e da ANATEC -Associao Nacional das Editorasde Publicaes Tcnicas,Dirigidas e Especializadas.Tiragem: 30.000 exemplares

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ANER

EDITORIAL

Nesta edio trazemos at voc uma matria sobre o kit9790 Robolab, da LEGO Dacta.Este kit vem sendo adotado em um nmerocada vez maior de escolas que desejam

implementar a Mecatrnica em seus cursos.Isto porque se trata de um material extremamente verstil e muito fcil de utilizar. Verstil,pois com ele possvel construir diversos tipos de robs diferentes, capazes de realizar as mais variadas aes. Istoporque, alm das tradicionais peas de LEGO, ele conta com diversas outras peas tais como polias, engrenagens, rodas, esteiras, mangueiras, motores, sensores, alm do crebro, o tijolo RCX, onde so armazenados osprogramas que orientaro o rob.

Alm de verstil, o /c/f fcil de usar, pois alm de contar com um manualcontendo as instrues bsicas para a montagem de algumas estruturas, osoftware para a programao extremamente amigvel, pois totalmente

visual.O preo do kitno muito acessvel, sendo mais vivel para as instituies que desejem aplic-lo em treinamentos. Por outro lado, achamos queseria bom que os leitores ao menos o conhecessem e tivessem uma idiado que ele capaz de fazer. Desta forma, aqui est o artigo sobre o LEGODacta. Espero que apreciem e se no for possvel maioria das pessoasadquiri-lo, que pelo menos as instituies de ensino descubram o seu valor epassem a adot-lo em seus cursos, mesmo que estes no contemplem diretamente a Mecatrnica, pois o kit pode perfeitamente servir para tratar, porexemplo, de vrios temas da Fsica, tais como o princpio da alavanca, omomento angular, o torque, a conservao de energia e de momento, entremuitos outros. Isto tudo atravs de uma forma ldica, que vem mostrandoser uma forma de aprendizado muito rica e eficiente em qualquer disciplina.

Continuamos recebendo centenas de e-mailsnos prestigiando e contribuindo para a melhora das nossas publicaes. Infelizmente, no possvelpublicar todos na revista, mas procuramos escolher aqueles que trazem comentrios que possam servir ao maior nmero de pessoas. A seo do leitordeste ms, portanto, est muito rica, e esperamos continuar recebendo todoesse apoio da parte dos nossos leitores.

Nesta edio voc notar que no h mais a pesquisa, mas pode continuar mandando as suas sugestes, comentrios e crticas por carta ou e-mail, que nos esforaremos ao mximo para tornar esta revista cada vezmelhor.

Paulo Gomes dos Santos

Atendimento ao leitor: [email protected]

Os artigos ass inados so de exclusiva responsabilidade de seus au tores. vedada a reproduo total ou parcia! dostextos e ilustraes desta Revista, bem como a industrializao e/ou comercializao dos aparelhos ou idias oriundas dos textos mencionados, sob pena de sanes legais. So tomados todos os cuidados razoveis na preparaodo contedo des ta Revista, mas no assumimos a responsabilidade legai por eventuais erros. Caso haja enganos em

texto ou desenho, ser publicada errata na primeira oportunidade. Preos e dados publicados em anncios so porns aceitos de boa f, como coretos na data do fechamento da edio. No assumimos a responsabilidade poralteraes nos preos e na disponibilidade dos produtos ocorridas aps o fechamento.
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N9 3 - MARO/2002

INDICESeo do Leitor

Binica - A Eletrnica Imitaa Vida

A Binica a cincia que procura criarequipamentos que imitem formas vivas. Asmaravilhas da tecnologia que so geradas pelo

3homem e a que a Natureza j usa h milhest1de anos, so os assuntos deste artigo. 36j

Notcias

Construindo um Robcom o LEGO Dacta

O objetivo deste artigo mostrar, em linhas gerais, como funciona o kit9790Robolab, da LEGO Dacta, construindo um robcapaz de detectar um obstculo atravs desuas antenas e desviar-se do mesmo.

^ Coletando Sinais pelaJ Porta Paralela

Esta a 3a parte da srie LinguagemLOGO para Robtica e Automao, onde oautor mostra como utilizar essa linguagempara manusear as entradas da porta parale

la a fim de realizar uma srie de automaes. 40

9

Robs Mveis AutnomosImagine robs com meios prprios de

locomoo, sensores e computaoembarcada que so projetados para realizarsuas tarefas dispensando a interveno ou

superviso humana, e sem que tais tarefasestejam explicitamente programadas. Neste artigo, o autor aborda a evoluo e a estrutura dos robs mveis autnomos, o queconstitui a rea mais desafiadora da pesquisa em Inteligncia Artificial.

JA Teoria do Ar Comprimido

Neste artigo, que a 31parte da srieAutomao Pneumtica, tratada emmaior profundidade a teoria do ar comprimido. So apresentadas mais algumas caractersticas da nossa atmosfera e so tambm discutidas a importncia da qualidadedo ar comprimido, bem como quais as propriedades que garantem essa qualidade.

D

46

17

Os ServosOs servos so encontrados em diversas

aplicaes que envolvem controle eletrnico de movimentos. Aqui o autor analisa o

funcionamento dos servos (servomotores)e d algumas informaes para a elaborao de projetos prticos com finalidade di-

^dtica ou experimental.

J

24

Trabalhando comPlsticos - 2-parte

Este artigo continua dando uma srie dedicas aos leitores que desejam aprender atrabalhar com plsticos para incrementar osseus projetos de Mecatrnica. Aqui abordado como fazer um corte redondo, tantointerno como externo, e tambm como fa-

^zer curvas e dobras com o plstico.

J

)

Basic Step - 19parteEsta srie de artigos ir apresent-lo a

um dos microcontroladores mais fceis deutilizar, o BASIC Step 1. Ele um conjuntosofisticado de componentes eletrnicos,montado em uma pequena placa, podendoser programado para executar praticamentequalquer tipo de automao e controle ne-cessrips nos dias de hoie. 30

J Os transistores comochaves

Os semicondutores de potncia so umasoluo importante para o controle de dispositivos eltricos que produzem fora. Neste artigo, que a terceira parte da srie Eletrnica Bsica para Mecatrnica, abordado o uso de transistores bipolares e FETsno controle de motores e outras cargas decorrente contnua que possam ser utiliza-

J ^rias nos projetos de Mecatrnica. __J -


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SEO DO LEITOR

VM-1

Caro Felipe,Ns que agradecemos pelo apoio e incentivo. Estamos publicando a

foto do seu prottipo para que os leitores tenham mais uma opo demontagem. Procuramos estimular os leitores a buscar solues diferentes para as montagens mostradas nas revistas, pois sabemos da dificul

dade em encontrar materiais para a construo dos prottipos. Parabns!

Projetos de Leitores

e Eventos deMecatrnica

Meu nome Flavio Dalpino esou leitor assduo da Revista Saber Eletrnica h alguns anos, eagora da Mecatrnica Atual. Gostaria de sugerir para uma futuraedio da revista MecatrnicaAtual que fossem publicadas fotos de robs desenvolvidos pelos leitores, assim como vocs

publicam dicas e circuitos na Saber Eletrnica.

Minha segunda sugesto seria a prpria divulgao de umacompetio de Robtica ou porque no apenas uma feira de divulgao? Isso d oportunidadesa outras pessoas e no somentea alunos de Universidades, queprovavelmente no so nem 1%dos leitores das revistas. Obrigado por sua ateno.

Flavio Dalpino

Prezado Flvio,O espao est aberto para os

leitores que quiserem mandar fotos dos seus robs. Dependendodo projeto, ele pode at se transformar num artigo. Quanto aoseventos, procuraremos divulg-los na medida que consigamos asinformaes. Fique atento s nossas edies e tambm ao nosso

site(http:www. m e c a t r n i c a -facil.com.br).

Ol, primeiramente gostaria de parabeniz-los pela Revista e por ensinarem a fazer um carrinho mais fcil, desta vez.

Estou enviando uma foto do VM-1 construdo por mim. O seu chassie carenagem foram feitos de arame. Na verdade, toda sua estrutura de arame, as rodas eu tirei de um carrinho de brinquedo disponvel, eele foi coberto por papel-manteiga. Tudo isso para deix-lo bem leve.Eu no consegui comprar a ponte de terminais e por isso tive queusar apenassolda.

Sua eficincia foi comprovada numa mi-nicorrida quepromovemosentre trs carrinhos, onde osdemais foramfeitos nos moldes aconselhados pela Revista e o meu car

rinho foi o vencedor, deixando os outros bem distantes, pois um carro muito leve feitode arame e papel-manteiga.

Gostaria de agradecer a vocs da revista Mecatrnica Fcil por dar atodos os leitores essa oportunidade.

Obrigado pela ateno, Felipe Mansoldo.

MECATRNICA FCIL Ns 3 - MARO/2002 3


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SEO DO LEITOR

Guerra de Robs

Prezados Senhores,Gostaria de parabeniz-los pela iniciativa de publi

car as revistas Mecatrnica Atual e Mecatrnica F

cil. Creio que essas revistas sero de grande valianas salas de aula, ajudando na escolha e execuo deprojetos, sejam eles nas Universidades ou nas Escolas Secundrias.

Porm, sinto-me obrigado a fazer uma crtica: Naedio anterior vocs publicaram uma matria especial intitulada Guerra de Robs que me deixou um tanto preocupado. Robs deveriam ser usados principalmente para auxiliar o homem e para executar tarefasinsalubres, perigosas ou aquelas que ele no poderiaexecutar. Assim, competies do tipo combates derobs deveriam ser repudiadas por todas as pessoasque trabalham com o ensino ou a divulgao de assuntos relacionados Robtica. Em um passado nomuito distante, esse tipo de competio era mais difundido, mas ao perceberem a barbrie que ela representa, muitos competidores passaram a procurar outros modos decompetio, muito mais pacficos, saudveis e inteligentes, tais como o futebol de robs, ascompeties do tipo enduro ou o rally de regularidade, onde os participantes tm a oportunidade de testar seus conhecimentos em estratgias de controle,sensoriamento, navegao e projetos, por exemplo.Deve-se lembrar que, apesar de no existir uma definio rgida para robs, eles podem ser definidos como

mquinas que so capazes de obter informaes sobre o ambiente ao seu redor e sobre si prprios, atuando nesse ambiente de alguma forma (manipulandoobjetos ou movendo-se, por exemplo). Onde esto includas estas caractersticas em uma guerra de robs controlados por rdio? So apenas carrinhos decontrole remoto com capacidade de destruio, bemdiferentes dos robs teleoperados conhecidos, que possuem todo um suporte sensorial e estratgias de controle bem elaboradas.

Espero que as prximas matrias tratem os robscom mais respeito, incentivando os jovens a realiza

rem projetos e competies valorizando principalmente a paz e a real utilidade dessas mquinas que tantonos fascinam. Muito obrigado e, mais uma vez, parabns pela idia dessas Revistas.

Fransrgio Leite da Cunha, Msc.

Caro Fransrgio,De fato, existem muitas controvrsias a respeito

do termo rob e a definio que voc nos apresentou bastante pertinente, tanto que acreditamos ser a maisaceita.

Concordamos que, primeira vista, o termo Guerra

muito forte e parece incentivar a violncia, mas ana-lisando-se por outro lado, perceberemos que se refere

a uma competio sem quaisquer danos para o serhumano ou para o meio ambiente e apesar de no setratar de mquinas to sofisticadas quanto outras disputas com robs autnomos, esse tipo de competio tem se mostrado bastante eficiente no desenvolvimento das habilidades de seus montadores, quepodem ser utilizadas em outros projetos. precisolevar em conta tambm que essa facilidade promovea popularizao da Mecatrnica, visto que mais simples construir uma mquina radiocontrolada (que podemos ludicamente chamar de rob) do que um robautnomo. Acreditamos que muitas pessoas que hojeconstrem mquinas sofisticadas, passaram anteriormente pelo rdiocontrole.

Logo, muito importante compartilhar com os leitores estes pontos de vista diferentes, uma vez quequeremos contribuir no apenas com a formao tcnica dos nossos leitores mas tambm com a sua formao crtica. Todos os tipos de competies tm assuas vantagens e desvantagens. Nossa obrigao procurar divulgar os rumos pelos quais a Mecatrnicavem se desenvolvendo no pas.

Aqui quem vos escreve o engenheiro eletrnicoRoberto Mathias, sou formado pela PUC-RS, ps-gra-duado em Fsica e especialista em Robtica pelaUFRGS. Atualmente sou professor das disciplinas deEletrnica Digital e Eletrnica Analgica no Curso de

Informtica Industrial e Eletrnica da FUNTEL (Fundao do Ensino Tcnico de Londrina) e tenho um Clubede Robtica (Didaki Ftobotics Competition) onde trabalho conceitos de Fsica, Mecnica e ProgramaoLogo com crianas a partir de nove anos, e tambmcom alunos de engenharia da UNOPAR. Li a reportagem sobre a Batalha de Robs e achei muito interessante, pois justamente o trabalho que fazemos aquiem Londrina h dois anos. A nossa primeira batalhade robs ocorreu no ginsio IPOLON, no dia 1s desetembro de 2001, a qual foi documentada pela Globo nos Jornais do meio dia e noite. A segunda bata

lha foi realizada no Shopping Catua (maior shoppingdo norte do Paran), no dia 22 de dezembro de 2001.Atenciosamente,

Eng. Roberto.

Caro Roberto,Certamente a idia de duelo entre robs deve ser

to antiga quanto o prprio surgimento dos robs noBrasil. Este tipo de evento vem se popularizando muito rapidamente, apesar de continuarem, na maioria dasvezes, atrelados escolas e outras instituies deensino. A tendncia porm, que estas competies

passem a ser organizadas tambm por grupos derobtica que vm surgindo em vrias partes do pas.

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m mSEO DO LEITOR

Minha experincia

Ol pessoal, me interessei em comprar a edio dedezembro por referncia de

um amigo e pela EditoraSaber, pois j fui um colecionador da Saber Eletrnica,no final da dcada de 70. Ariqueza no detalhamentodas explicaes toma assimilvel at os itens mais complexos desta rea. A simplicidade tambm outro pontofundamental da revista e se destaca nos artigos VM-1e Controle de um LED pela porta paralela, pois qualquer projeto mais complexo requer conhecimentosfundamentais que so exercitados nesses arquivos.

Verifiquei que alguns leitores esto questionando o

preo dos kits.Segue ento a experincia que tive comuma montagem desse tipo. Trabalho com Manuteno Industrial desde 1985, mas h alguns anos fiz uma atualizao no SENAI ANCHIETA, que d nfase emAutomao Industrial. No projeto de formatura, ns, (eue mais cinco integrantes do grupo), propusemosautomatizar um balizamento utilizando um microcontro-lador da famlia 8051. Para minimizar a parte mecnicausamos um carrinho de controle remoto e desenvolvemos a parte eltrica partindo dos motores de direo e detrao. Para referncia de deslocamento fixamos numadas rodas um encoderfeito com partes de um mousee

engrenagens de mecanismo de toca-fitas, pois umencoder verdadeiro era caro e as dimenses dos encontrados comercialmente no eram adequadas.

Desenvolvemos muito nossas habilidades de manuseio com plsticos e com cola trmica. Usamos umsensor de proximidade para localizar, medir e posicionaro carro em relao vaga encontrada (este foi emprestado pela empresa de um dos integrantes do grupo).Atravs de uma sinalizao de LEDs definimos ainterface com o sistema sabendo as etapas e as decises do mesmo. Alm de estarmos limitados com custos, estvamos pressionados com o prazo de entregaprojeto, a formatura, etc. Somos muitos gratos pelosprofessores da poca. Como o prazo no o caso dealguns leitores, aconselho que pesquisem ao mximoos tpicos que vo abordar, pois quanto maior for odomnio sobre eles, mais numerosas sero as opesde desenvolv-los, adequando assim os custos envolvidos. Boa sorte a todos e no desistamdos seus objetivos, pois nada se compara com a sensao de ver umprojetofinalizado. Parabns pela Revista.

Waldir.

Caro Waldir,Obrigado por compartilhar conosco e com os demais

leitores a sua experincia. Certamente ela servir de estmulo a muitos leitores que se deparam com dificulda

des na execuo de seus projetos. A soluo dessasdificuldades gera o desenvolvimento de habilidades quevo alm do prprio projeto. A pesquisa realmente fundamental para a execuo dele. Procuramos trazer aosleitores o mximo de informaes, mas mesmo assim,

impossvel esgotar um assunto em um nico artigo. Istose torna mais evidente em alguns artigos que descrevema montagem de projetos passo-a-passo, onde nem sempre fornecemos muitos detalhes tericos a respeito dela,a fim de no confundir o montador inexperiente. Sendoassim, muito vlida a dica e certamente ser til paraos nossos leitores.

Identificao

Ol, e parabns!!!

Adorei as revistas Mecatrnica Fcil e MecatrnicaAtual. O propsito timo, o contedo muito interessante, a rea promissora, a linguagem clara, e timaa impresso. Espero poder assin-las em breve.

Nas prximas edies gostaria de encontrar informaes sobre sensores para mini-robs, principalmente aqueles que permitem fazer com que o rob enxergue.

E antes que eu me esquea, gostaria de compartilhar minha identificao com a ilustrao do artigosobre a linguagem LOGO.

Rogrio Schneider

Prezado RogrioFicamos felizes em saber que estamos sendo teis.

No momento no estamos disponibilizando as assinaturas, mas acreditamos que isso ser feito em breve. Quandoisso acontecer, pode ter certeza de que ser amplamentedivulgado nas nossas revistas e tambm no nosso site(http:/www.mecatronicafacil.com.br).

Quanto a sua sugesto esperamosabordar mais sensores desse tipo emartigos futuros. Decerta forma, o sen

sor ultrasnico utilizado no rob Octa-Ipermite que que eleenxergue os obstculos e desvie deles.Quanto a sua identificao, gostaramosde compartilh-lacom os demais leitores, pois acreditamos que no foi apenas voc que sentiu

essa identificao...

MECATRNICA FCIL Ng 3 - MARO/2002 5
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SEO DO LEITOR

Mais competies no Brasil - 0 rob bombeiro

Prezado Senhor,Meu nome Andr Luiz Tristo Moreira, sou coorde

nador tcnico do Curso Tcnico em Mecatrnica da Es

cola Tcnica Rezende-Rammel, situada na cidade do Riode Janeiro. Tenho acompanhado a revista MecatrnicaFcil desde o seu primeiro nmero, encontrando artigosexcelentes e de fcil entendimento e por isso, venho indicando a mesma a meus alunos.

Na revista de nmero dois, no artigo intitulado Guerrade Robs, sobre as portarias do MEC e do CREA, informoque o CONFEA est analisando as atribuies do Tcnicoem Mecatrnica e do Engenheiro Mecatrnico e que o CursoTcnico em Mecatrnica de nvel mdio (e ps-mdio) j esto devidamente registrados no MEC, aqui no Rio de Janeiro,na Secretaria Estadual de Educao.

Sobre a Guerra de Robs, gostaria de ressaltar quefiquei extremamente animado, pois h 3 anos estamos tentando aqui no Rio de Janeiro realizar um evento em nvelestadual (como se pode verificar em www.cetap.g12.br).A Rezende-Rammel h exatamente 3 anos realiza essetipo de competio internamente. J tentamos organizarcampeonatos com a participao de outras instituiestcnicas, mas infelizmente encontramos algumas dificuldades criadas por falta de conhecimento de alguns colegas, que alegam que esse tipo de competio gera violncia. Estaremos realizando a prxima competio internano ms de maio de 2002, mais uma vez iremos tentar

montar um campeonato estadual. Nossa grande dificuldade est na aquisio de componentes, visto que aqui noRio de Janeiro existem poucas lojas e suas mercadoriasno so muito variadas.

Aproveito a oportunidade para informar que, em 1998,a Escola Tcnica Rezende-Rammel participou daEXPOTEC - Exposio Tecnolgica das Escolas Tcnicas do Estado do Rio de Janeiro, realizada pelo CEFET/RJ, na qual obtivemos o 1 lugar geral com o ProjetoMecatrnico: Carro de Combate a Incndio Rdio Controlado, tratava-se de um veculo rdiocontrolado noqual existia um extintor de incndio que tambm eraacionado via rdio. A idia era criar um rob no qual ooperador no precisasse se aproximar muito do focodo incndio. Os passos do veculo eram controlados adistncia atravs de uma minicmera instalada emcima do veculo, possibilitando que o operadordirecionasse o jato do extintor.

Com a obteno desse 19 lugar, nos foi dado o direitode representar o Estado do Rio de Janeiro na MOS-TRATEC - Mostra Internacional Tecnolgica da Amricado Sul, no ano de 1999, realizada em Novo Hamburgo -RS pela Fundao Liberato (todos os anos). Durante aMostra recebemos a visita do Comandante do Corpo deBombeiros do Estado do Paran, que se interessou peloprojeto e nos explicou algumas dificuldades que os bombeiros encontram para levar a mangueira muito prximo

do foco de incndio. Pensando nesse problema montamos um rob mais robusto, pesando mais de 50 kg, comesteiras de ao e esguicho rdiocontrolado. Usando umacmera protegida, o bombeiro pode, distncia, aproximar a jato principal o mais perto do foco possvel. Esse

projeto recebeu o nome de O Combatente, o qual recebeu o 1B lugar geral na MOSTRATEC de 2001, propiciando-nos o direito de participar do Mundial no Mxico em 2002.Infelizmente, no incio de janeiro recebemos a notcia deque no poderamos participar, pois os trs alunos inscritos no projeto possuem mais de 18 anos e as regras domundial no o permitem.

Desde j agradeo e peo que continue com o trabalho que vem realizando.

Andr Moreira

Prezado Andr,

Obrigado por nos prestigiar e nos indicar aos seusalunos. Esperamos poder contribuir para a formao detodos eles. Ficamos felizes em saber tambm que oscursos de Mecatrnica esto passando a ter o respeitoque merecem, visto que cada vez maior o nmero depessoas que trabalham com essa Cincia. Esperamosque esta revista, juntamente com a Mecatrnica Atual,possa contribuir ainda mais nesse crescimento. Quantos competies, questo de tempo para que elas se tornem cada vez mais populares e isso certamente proporcionar uma maior facilidade de obteno e, principalmente, o menor custo. At l, a utilizao de material alternativo realmente tem se mostrado a melhor soluo. Esperamos que com a popularizao da Robtica, os distribuidores passem a oferecer uma gama maior de componentes para favorecer a construo dos robs.

Quanto ao Combatente, enviamos os nossos parabns. uma pena vocs no terem ido ao Mxico, mas indiscutvel a validade do projeto para auxiliar o ser humano nessas tarefas que envolvem risco de vida. Continuem assim!

CAD o AutoCAD ?

Prezados Srs.Gostaria de saber sobre a continuidade da srie

de artigos sobre AutoCAD iniciada na revista Mecatrnica Fcil ne1 e sem prosseguimento na ne2. Minhas Consideraes.

Jonas S.Moraes

Prezado Jonas,A srie de artigos sobre AutoCAD aplicado

Mecatrnica passou a ser publicada na revistaMecatrnica Atual, sendo que o segundo artigo en

contra-se no segundo nmero dessa revista.

6 MECATRNICA FCIL N? 3 - MARO/2002
http://www.cetap.g12.br/http://www.cetap.g12.br/


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IVIewton C. Braga

Rob LEGOResolve o Problemado Cubo de Rublk (3x3x3)

O rob da foto teve sua idia em agosto de 2000 durante um frum sobreMindstorms, mas foi somente em meados de abril de 2001 que o seu autorconseguiu montar uma verso beta. Para conseguir resolver o problema o projetista teve que criar meios de movimentar o cubo em dois eixos ortogonais de 90graus. Diversos foram os problemas encontrados pelo autor do projeto como, porexemplo, as dificuldades em se movimentar partes encontradas pelos recursosdo LEGO. Isso levou necessidade de amolecer o cubo com um lubrificanteespecial. Outra questo envolvida foi a de obter o torque necessrio para todosos movimentos com as peas disponveis no LEGO e, finalmente, lograr forasuficiente das pinas para poder mover as partes do cubo. Mas, certamente, oproblema maior foi implementar um software capaz de levar a soluo do problema a partir de um estado inicial aleatrio. Para isso foi desenvolvido um sistema

de viso com uma cmera com resoluo de 50 x 50 pixels, que consegueindentificar as cores das faces e convert-las em coordenadas CIE XY de modo apoderem ser utilizadas pelo programa. Eisa um desafio aos leitores que desejam umbom problema de Robtica e IntelignciaArtificial...O autor foi J. P. Brown, quedisponibilizou uma descrio detalhada deseu projeto no sitehttp://jpbrown.i8.com/cubesolver.html.

Robs Empregados ParaDesarmar Bambas

Depois da queda da Unio Sovitica, em 1989, um tratado entre a OTAN e oPacto de Varsvia levou os pases a reduzir suas armas nucleares, qumicas,biolgicas e convencionais. Os Estados Unidos preocuparam-se, ento, emutilizar robs para desativar essas armas de forma muito mais segura.

Segundo Larry Shipers, do Departamento de Tecnologia de Sistemas doSandia National Laboratories, de Albuquerque -NM, os robs levam as armasat um local seguro e trabalham na sua neutralizao. Se existir algum detonadorou outro elemento crtico, o rob se encarrega de retir-lo evitando, assim, apresena de humanos que no precisam se arriscar.

Enquanto um ser humano pode desarmar apenas uma bomba por dia, umrob pode desarmar 24 no mesmo intervalo de tempo-afirma Larry Shipers.

UsandoLmpadas

FluorescentesPare Ajudar eficientes

Vlsueie

Pacientes com TBI (Tra-umatic Brain injury- Deficincia Cerebral Traumtica)podem conseguir um grauconsidervel de independncia fsica muito antes de con

seguir a independnciacognitiva. Um projeto desenvolvido nos Estados Unidosutiliza lmpadas fluorescentes comuns para enviar informaes a uma unidade porttil junto ao paciente, tendosido j testada em 5 pessoas. O que se faz modular aluz de lmpadas fluorescentes comuns com informaodigital adicional num sistema

denominado PLAM (PatientLocator and Minder). O sistema porttil proporciona aopaciente assistncia nave-gacional possibilitando suachegada ao local desejadocom maior facilidade. Segundo se comprovou, o tempogasto pelos pacientes parachegar ao local almejado foireduzido de um atraso anterior de 4,8 minutos para 1,3minutos mais cedo.

MECATRNICA FCIL Na3 - MARO/2002 7
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MotoresMoleculares PodemPropuleionar

Dispositivos

MEMSPesquisadores informaram que

conseguiram combinar molculasorgnicas com peas de metal reduzidas para fabricar um motor capaz de movimentar peas bem maiores (dezenas de vezes mais) doque o dispositivo propriamente dito.

O professor Cario Montemagno,de Engenharia Mecnica e Aeroespacial da Universidade da

Califrnia, descreveu esses pequenos motores e outros dispositivos microscpicos numa conferncia sobre Sistemas Microe-letromecnicos (MEMS) com dimenses que vo da espessura deum cabelo humano at algumaspoucas molculas (em tamanho).

A chave para a fabricao desses micromotores, segundo oProf. Montemagno, est em molculas complexas como as quesintetizam o ATP, as quais sousadas como fontes de energia emtodos os seres vivos. Seis estruturas moleculares formam o equivalente a um motor de trs ciclosou trs cilindros. Essas molculas cercam outras sete que funcionam como o eixo do motor. O dispositivo inteiro no mede mais doque 11 nanometros de altura por11 nanometros de dimetro -centenas de vezes menos do que aespessura de um cabelo humano.

As interaes qumicas fazemcom que os seis cilindros funcionem em seqncia rodando o eixo.

A figura abaixo d uma idiadaestrutura molecular deste motor.

A Honda Apresentou oseu Novo Rob Humanide

ASIMQ pare Alugar

A Honda Motor Co. Ltd. apresentou uma nova verso do rob humanideASIMO, que dever estar disponvel para aluguel no Japo. Essa novaverso traz diversas melhorias em relao anterior, apresentada emnovembro de 2000 como, por exemplo, uma tecnologia de movimento maisflexvel que viabiliza seu uso em reas pblicas.

Os avanos introduzidos no ASIMO possibilitam maior liberdade demovimentos, tais como subir e descer escadas e rampas. Alm disso, elepode reconhecer comandos de voz dos clientes.

A tecnologia i-Walk, implementada no rob, permite uma maior mobilidade com um controle de movimentos em tempo real em 3-D.

O reconhecimento de voz que anteriormente era feito por um computador externo, agora est embutido no prprio rob.

O ASIMO ainda pode reconhecer a direo de

onde vem um comando de voz habilitando-se paravirar-se para a pessoa que o comanda e seguiros comandos que ela d. Com boa capacidadede viso e visibilidade o ASIMO (atravs de umcontrolador porttil) pode ser comandado a umadistncia de dezenas de metros.

Os leitores podem assistir filmes do ASIMOem ao em: http://world.honda.com/ASIMO/movies/ ou ter mais pormenores do rob no siteda Honda em http://world.honda.com/news/2001/C011112.html

LEDDetecte Substncias Qumicas

Cientistas da Universidade de Buffalo (EUA) implantaram centenasou possivelmente milhares de sensores qumicos em uma pastilhasemicondutora de LED. O trabalho desses cientistas foi publicado narevista Analytical Chemistryde 1ode maro de 2001.

O novo tipo de sensor baseado em xerogels, que so vidrosporosos desenvolvidos por um processo sol-gel no qual uma soluo especial reage de modo a formar um polmero poroso. O xerogelresultante um material rgido como o vidro, mas possui uma in

trincada rede de nanopros. O mesmo grupo cientfico havia desenvolvido uma tcnica para aprisionar protenas nesses xerogels. Inicialmente, Eun Jeong Cho, da UB, conseguiu colocar um dessesxerogels de apenas 1/25000 polegadade dimetro no topo de um chip deLED. A idia transformar o LED emum sensvel detector de substnciasqumicas. Segundo os criadores dodispositivo, ser possvel implantarsensores para dezenas ou milharesde substncias qumicas num LED,obtendo-se assim tanto o sensor

quanto o indicador em nico invlucro.

8 MECATRNICA F CIL Ng3 - MARO/2002
http://world.honda.com/ASIMO/http://world.honda.com/news/http://world.honda.com/news/http://world.honda.com/ASIMO/


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Competio! Palavra chave para estimular o apren

dizado em Mecatrnica e, nesse quesito, o Kit 9790Robolabda LEGO Dacta d um showem termos didticos e facilidade de uso. O objetivo deste artigo mostrar como funciona em linhas gerais este kit,construindo um rob capaz de detectar um obstculo atravs de suas antenas e desviar-se do mesmo. O ponto forte deste material a simplicidade em projetar edesenvolver os programas para controle do rob.Essa facilidade est fazendo comque o kitseja adotado em diversas escolas do pas.

A atividade mais comumexercitada nas escolas comeste kit,proposta pela prpriaLEGO, a competio chamada Enlatado. Nela se definem vrios grupos que tmcomo meta montar e programarum rob que possa retirar latas de um campo especfico, conforme ilustra a figura 1. Ganha a competio o grupo cujorob retire o maiornmero de la

tas em doisminutos.

MECATR NICA FCIL Ns 3 - MARO/2002

C o n s t r u i n d o u m r o b c o m o L E G O D a c t aLuiz Henrique Corra Bernardes

Um Guia de Atividades chamado Notas do Profes

sor, inclui informaes detalhadas sobre a competio Enlatado, bem como a descrio e especificaopara nove competies (desafios) adicionais.

O interessante no material que nada vem pronto, ou seja, tudo est desmontado e os manuais doapenas sugestes de como fazer alguns tipos deacionamento e de programao. Portanto, a criatividade

e a percepo so exigidas ao mximo. Como oambiente de disputa, existe, naturalmen

te, a unio do grupo, e o material doprofessor orienta como montar essaequipe e aproveitar o mximo de cadaelemento do grupo, delegando tarefas e responsabilidades. Comoexemplo, temos o especialista em

D

^ 5


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Figura 1 - Competio "Enlatado.

"comunicao, que o encarregado por promover aequipe e o evento. Essa pessoa ter que utilizar edesenvolver outros conhecimentos, alm daquelesque esto relacionados Mecatrnica.

Figura 2 - Vencedores dacompetio "Enlatado" do

SENAI Sorocaba.

tada de competio, considerando-se que todas as

equipes querem vencer. Qualquer semelhana com avida real dentro de uma empresa mera coincidncia!

A figura 2 mostra alunos do SENAI de Sorocabaem plena competio do Enlatado, um grande evento feito na escola que movimentou todo o corpo discente e docente alm da sociedade prxima da escola (parentes, vizinhos e amigos dos alunos).

Para os alunos

pode ser uma experincia muito gratificante,pois eles vo, de certaforma, gerenciar umprojeto complexo docomeo ao fim, almde lidar com dificuldades tcnicas e de relacionamento com pessoas, sem contar quetudo isso tem uma pi-

Figura 4 -O tijolo RCX.

Figura 5 -Torre de transmisso.

MECATRNICA FCIL Ns 3 -

Figura 3 -O conjunto Desafio em Grupos.

Figura 6-Os transceivers.


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Figura 8 - Eixo diferencial montado com as engrenagens. Figura 11 - Algumas peas para requintar a montagem.

Figura 10 -Tradicionais peas de LEGO.

O conjunto Desafio em Grupos composto poraproximadamente 700 peas (figura 3). A seguir, detalharemos as principais:

A figura 4 exibe o Tijolo RCX, que o "crebro" dosistema. Nele, armazenamos os programas que sero executados. Ele tem os driversde acionamento dosmotores, gerencia os sensores e tambm toca msica.

A figura 5 apresenta a torre de transmisso. Ela ligada ao PC (ou Macintosh) atravs de um cabo serial.Os dados so transmitidos e recebidos do Tijolo RCXpor meio de luz infravermelha (como nos controle remotos de TV). A figura 6 ilustra em detalhes ondefica o transceivertanto da Torre como do tijolo RCX.

A figura 7 detalha os conjuntos de engrenagensdisponveis, com as quais conseguimos at montarum eixo com diferencial (figura 8). Essas engrenagens so facilmente montadas em conjunto com os

dois motores disponveis (figura 9). Figura 9 - Motores disponveis.

Figura 7 -Conjunto de engrenagens.


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LEGO DATA

Set Up

Attach two touch

Pouso do Salto para

Figura 13 - Ambiente de programao do ROBOLAB. Tabela 1 -Comandos utilizados no programa do rob.

Inicio doprograma

Fim doprograma

Liga o motor Apara frente

Liga o motorpara trs

Reverte osmotores

Temporiza 1segundo

Fica aguardandoque o sensor 2

seja pressionado

Revertesomente o

motor C

MECATR NICA FCIL N5 3 - MARO/2002

Figura 12 - Filme de apresentao do ROBOLAB.

Alm dos tradicionais blocos do LEGO (figura 10),temos at alguns elementos com requintes para enfeitar as montagens (figura 11).

O software ROBOLAB que foi desenvolvido emconjunto com a National Instruments, um poderosoambiente de programao visual de fcil aprendizagem e utilizao. Uma vez instalado o ambienteROBOLAB, podemos assistir a um pequeno filme queensina como fazer a comunicao com o RCX e aconexo com sensores e motores (figura 12).

A figura 13 anuncia o ambiente de programao

do ROBOLAB com um programa que gerencia o robbate-volta, que construiremos a seguir.

Podemos notar que a programao totalmentevisual onde temos vrios blocos de funes interligados. A figura 14 ilustra a paleta de funes junto coma janela de ajuda explicando a funo reverter.

A tabela 1 mostra as funes utilizadas no nossoprograma.

Na seqncia, vamos mostrar como construir umrob utilizando este programa.

Figura 14 - Paleta de funes junto com a janela de ajudaexplicando a funo reverter.


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Pronto, j temos uma base montada (figura 19), nela iremoscolocar o tijolo RCX com o sensor de infravermelho virado para atraseira do rob (a frente onde esto os motores), veja detalhe nafigura 20.

A figura 21 ilustra a colocao de um suporte que ir fixar oconjunto de antenas do rob cujas peas so mostradas na figura23. Isso feito, vamos ligar os motores ao tijolo RCX (figura 22) ecolocar os sensores de microchave (figura 24).

Agora podemos colocar o conjunto das antenas em seu lugar,conforme mostra a figura 25. Feito isso, vamos fazer as ligaesentre o tijolo RCX e os sensores conforme figuras 26 e 27. Para

finalizar a montagem mecnica, colocamos a base superior do suporte das antenas ilustrado na figura 28.

Figura 18 - Montando os motores na base detrao.

.MECATRONICA FACIL N53 - f

Figura 20 -Colocando o tijolo RCX na base do rob.

Figura 15 Peas para a montagem de umconjunto de trao de uma esteira.

Figura 19 -Base do rob.

Figura 16 - Peas para a montagem dosmotores.

Figura 17 - Encaixando os dois conjuntos detrao.


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Figura 22 -Ligando o motor ao tijolo RCX.

Figura 23 - Peas para a montagem dasantenas.

Figura 24 -Fixando osensor.

Figura 26 - Fixando o fio ao

sensor.

Temos o rob pronto, mas para deix-lo mais bonito e ciberntico,colocamos alguns detalhes para enfeit-lo como as mangueiras (figura 29) e uma antena parablica (figura 30).

Para dar inteligncia ao nosso rob usamos o programa j ilustrado na figura 13, que teve o seu funcionamento descrito anterior

mente, fazendo com que o nosso rob ande para frente e, quandobater em um obstculo, volte para trs, vire para esquerda e recomece a andar para frente.

Para transferir o programa ao rob, conecte a torre deinfravermelho no PC e posicione-a de frente ao sensor deinfravermelho do tijolo RCX (figura 31) utilizando o ambiente deprogramao do Robolab no PC.

Figura 21 -Colocando a base para o conjunto de antenas.


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Figura 28 - Base superior do suporte das antenas.

MECATRNICA FCIL Ns 3 - MARC

Neste momento s colocar o nosso rob no modo Run (figura 32) e v-lo andar!

Este artigo demonstrou a facilidade de montagem e programao do rob utilizando os kitsda Lego Dacta. O que ele no mostrou, foi a interao entre as pessoas no laboratrio da Redao

para a montagem do rob. A curiosidade, as idias surgidas, osprottipos, os testes, enfim... O ambiente ficou altamente contagiado por esta proposta da LEGO! Acreditamos ser essa a maisimportante pea do kit.

Se voc est pensando em montar um laboratrio de Robtica,Treinamento ou simplesmente fazer experincias, os conjuntos daLEGO Dacta podem ser uma excelente escolha. No Brasil, vocpoder encontr-los na Edacom (www.edacom.com.br).

Figura 27 -Ligando os sensores ao tijolo RCX.

Figura 29 -Colocando asmangueiras.

Figura 30 - Fixando a "antenaparablica"

Figura 32 - Para rodar o programa, basta

apertar a tecla "Run".

Figura 31 -Transferindo o programa para orob
http://www.edacom.com.br/http://www.edacom.com.br/


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RQBO

MOVEISAUTNOMOS

ETTQREBARRQS

Imagine robs com meios prprios de lo

comoo, sensores e computao embar

cados, que so projetados para realizar su

as tarefas dispensando a interveno ou su

perviso humana, e sem que tais tarefas es

tejam explicitamente programadas. Eles po

dem ser terrestres (bpedes, quadrpedes,

sobre rodas, esteiras, etc.), aquticos, anf

bios ou areos.

O comeo do desenvolvimento desses ro

bs foi marcado por interesses predomi

nantemente acadmicos. De fato, robs autnomos se constituem na rea mais desafia

dora da pesquisa em inteligncia artificial.

mbora a maioria dos robs autnomos ainda esteja em Universidades, como nocaso do rob desenvolvido pelo Grupo dePercepo Avanada da USP (figura 1) ,

comeam a aparecer exemplos de robs que executam servios em substituio ou no auxlio aos sereshumanos. Tais so os casos de robs que j so em

pregados pelas indstrias aeroespacial, militar e ocenica, por exemplo, e que sero comentados adiante. Para estudantes de Computao e de algumasreas da Engenharia, a pesquisa e desenvolvimentode robs autnomos serve como uma excelenteoportunidade de familiarizao e capacitao emMecatrnica, pois envolve o conhecimento e aintegrao de diversos sistemas mecnicos, eletrnicos e computacionais.

COMEO

Na dcada de setenta, a pesquisa em inteligncia

artificial estava se estabelecendo em alguns centros

acadmicos e era influenciada pela Psicologia e Lgica Matemtica. Desenvolvido pela Universidade deStanford, nos Estados Unidos, o rob Shakeyfoi umnotvel representante dessa primeira fase. Locomovia-se sobre rodas e possua um sistema de percepo deobstculos constitudo por um conjunto de sonares.Embora inclusse alguma eletrnica embarcada, o seu

crebro era constitudo por um computador de grande porte que mandava comandos ao rob atravs deondas de rdio. Algumas de suas aes (como o movimento de objetos, por exemplo) eram planejadas porum programa baseado em mtodos de demonstraode teoremas de lgica matemtica. Ou seja, dado umobjetivo para o rob, este procurava uma seqncia deaes a partir de uma situao conhecida, que funcionavam como passos na demonstrao lgica de que talobjetivo era atingvel. Essa forma de raciocnio utilizandosmbolos abstratos, o que chamamos de deliberao.

Os programas que controlavam robs dessa gerao tinham uma caracterstica hierrquica, onde os

nveis superiores eram inspirados pelo raciocnio abs-


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Figura 1 - Rob Desenvolvido pelo Grupo de PercepoAvanada do Departamento de Engenharia Mecatrnica da

Universidade de So Paulo. Figura 2 -Shakey, um representante da primeira gerao.

trato dos seres humanos, que busca avaliar e tirar concluses sobre uma situao a partir da informao queseus sistemas de percepo propiciam (como a viso,por exemplo), e planejar seqncias de aes. Tais planos eram passados a nveis imediatamente inferiores,responsveis pela sua execuo, que traduziam asaes propostas numa combinao de tarefas mais

simples e prximas dos sistemas que movimentam osrobs. Por fim, no nvel mais bsico estavam rotinasdiretamente responsveis pelo comando dos atuadoresdo rob, tais como os motores que movimentam suasrodas, braos ou garras. Nesse mesmo nvel estoas rotinas responsveis pela aquisio dos sinais produzidos peio sistema de percepo. Esses sinais eramprocessados e transformados em informaes com ummaior grau de abstrao (por exemplo: um mapa coma representao geomtrica de objetos, ou a descrio simblica de uma situao, tal como o objeto xest sobre a mesa /). Cria-se assim um modelo do

ambiente ou situao na qual o rob est inserido. Combase em avaliaes sobre este modelo, o sistema decontrole ir construir seus planos. Com isto, fecha-se ociclo entre percepo e ao dentro da arquitetura decontrole. Na figura 2 ilustrada uma representao deum rob de 18gerao.

A SEGUNDA GERAO

Uma gerao posterior de robs foi influenciadapelos campos da biologia, neurologia, estudos doscomportamentos humano, animal e suas relaes como ambiente. O projeto dos sistemas do rob enfatizavaa relao direta entre estmulo (percepo do ambien

te extemo pelos sensores do rob) e resposta (aesdo rob). Sendo assim, os programas executados eram,em geral, mais simples, procurando representar os comportamentos que se desejava que o rob apresentasse. Um exemplo desse tipo de abordagem a arquitetura de controle por camadas representada na figura 3(proposta por R. Brooks, do MIT). Nela, cada camada

representa um comportamento. Todos os comportamentos so produzidos pelas camadas ao mesmo tempo, ea ao resultante do rob definida por um mecanismode escolha ou combinao das aes propostas portais comportamentos. Assim, cada camada executaum programa que relaciona diretamente o sinal sensorial (por exemplo, a leitura de um sonar detetor de obstculos) com uma resposta (produzida, por exemplo,por um motor que pode interromper o movimento dorob ou outro que o desvia do seu rumo atual). O programa executado na camada no leva em considerao a existncia de outras camadas.

Mecanismos de arbitragem entre os comandos sugeridos pelas camadas podem ser, por exemplo, a supresso ou inibio por um intervalo de tempo, do comando de uma camada por aquela imediatamente superior. Ou seja, constrem-se camadas com nveis deprioridade gradativos, onde as respostas podem sersuprimidas (perde-se completamente o comando quevem daquela camada) ou inibidas (o sinal de comandosofre um atraso) sem que isso interfira na execuo denenhum processamento interno s camadas. Naimplementao desse tipo de arquitetura de controletem-se, em geral, um sensor cujo sinal funciona comoestmulo para uma ou mais camadas, e uma unidadede processamento (PC, microcontrolador, ou simples-


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de energia correspondente. So simples os sensorese circuitos de interfaceamento para informar a voltagem das baterias, geralmente constitudos por pastilhas de circuitos integrados.

Sensores das correntes eltricas absorvidas por

motores do rob podem informar indiretamente a respeito de deficincias nos seus atuadores, sua sobrecarga ou mesmo sobre a ocorrncia de colisocom obstculos. Nesta ltima situao, os motoresde um rob terrestre tentam movimentar em vo suasrodas, bloqueadas pelo contato com o obstculo, oque ocasiona um aumento da corrente.

O monitoramento da temperatura de certos componentes, em geral, necessrio para o bom andamento da misso. Conseqncias funestas operao do rob podem ocorrer caso circuitos eletrnicosapresentem temperatura alm da normal (danificao

da unidade de processamento, por exemplo), diminuio da vida til de motores eltricos e danos sbaterias.

a) Sensores Componentes do Siste

ma de Percepo do Rob.

A relao entre o rob e o ambiente que o circunda comea com a aquisio de sinais sensoriais especficos. A informao dos sensores em si no muito til (em geral, tem-se somente valores de tenso eltrica variando num canal ou outro do sistemade aquisio). Detalhes a respeito da proximidade e

orientao de um obstculo, da presena de um serhumano, parede ou corredor, ou sobre a luminosidadede um recinto, por exemplo, dependem de processamentos posteriores. Ou seja, os nveis de abstrao presentes na percepo sero obtidos atravs do tratamento e combinao dos sinais dos diversos sensores pelos programas executados nasunidades de processamento, geralmente embarcadasno rob.

Sero mencionados a seguir alguns dos sensoresmais comuns de robs mveis com base na naturezafsica dos sinais utilizados na percepo do ambiente.

b) Sensores Luminosos.

Sensores desta classe medem sinais luminososde comprimentos de onda entre a luz visvel e a radiao infravermelha. So utilizados geralmente na percepo de obstculos, de seres humanos, de trilhasque o rob deve seguir durante o seu movimento,cenas ou objetos especficos.

Sensores de fcil aquisio incluem as clulasfotoeltricas, fototransistores e fotodiodos. Os primeiros constituem resistncias variveis, como se fossem potencimetros. A diferena est na variaoda resistncia com a intensidade luminosa, e no como deslocamento mecnico de um cursor. Foto-tran-

sistores possuem uma maior sensibilidade luminosaque os foto-resistores, assim como os foto-diodos.Estes ltimos respondem rapidamente a mudanasna iluminao, sendo por isso utilizados na detecode ondas luminosas moduladas (utilizadas, por exem

plo, nos dispositivos de controle remoto das TVs), oque reduz a influncia de rudos. Um outro tipo desensor luminoso, que pode ser utilizado na percepode seres humanos, por captar comprimentos de ondainfravermelha maiores, o piroeltrico. Devido a essacaracterstica, ele um sensor popularmente utilizado em sistemas de alarme.

Diferentemente dos sensores anteriores, os sistemas baseados em radiao laserpodem ser empregados para a determinao de distncias entre o robe objetos. O raio luminoso focado no caminho entreemissor e detetor refletido pelo obstculo. Atravs

dos ngulos de emisso e incidncia dos raios e dadistncia entre emissor e detector, pode-se determinar a distncia do sensor ao obstculo. Adicionando-se um mecanismo para a variao da direo de incidncia do laser,pode-se inclusive obter um sistemade escaneamento de objetos em 3 dimenses.

As cmeras de vdeo constituem sensores luminosos mais complexos, onde a distino entre nveisde luminosidade e tonalidade permite a aquisio deuma imagem. Na aquisio de imagens, seu tratamento e reconhecimento de padres de interessenuma cena (como, por exemplo, no reconhecimento

de um objeto) necessitam de um esforo computacional bem maior por parte da unidade deprocessamento, quando comparado ao caso dossensores mencionados anteriormente. Ou seja, a viso robtica formada pela unio entre a conversotico-eltrica e o processamento de imagens.

o] Sensor de Contato comObstcu

los [Sonar].

Com este tipo de sensor, a distncia ao obstculo dada indiretamente pelo tempo entre a emisso de um pulso sonoro e a recepo de seu eco.

Isto porque a distncia de ida e volta do pulso obtida atravs da multiplicao deste intervalo detempo pela velocidade de propagao do som (noar, ela vale 340 m/s).

d] Sensores de Orientao e Movi

mento.

Inmeras tarefas exigem o controle do movimentoe informaes que indicam a posio e orientaoangular (rumo, atitude) do rob.

Um rob terrestre movido a rodas pode estimar oquanto se deslocou em relao a uma dada posiode referncia, atravs de um sensor de deslocamento angular. Este seria acoplado ao eixo das rodas,

MECATRNICA FCIL N9 3 - MARO/2002


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proporcionando a informao do nmero de revolues, executadas durante o movimento. o que acontece com o odmetro presente nos automveis. Co-nhecendo-se o dimetro das mesmas e desprezan

do-se o escorregamento, pode-se determinar o deslocamento do rob. m sensor geralmente utilizado paraesse fim o encoder.

O sensor mais utilizado para se determinar a velocidade angular de um veculo o giroscpio.Giroscpios convencionais possuem uma pea girante(alta velocidade), o rotor, que pelo Princpio da Conservao da Quantidade de Movimento Angular", daFsica, tende a apontar para a mesma direo, independentemente do movimento do veculo onde estbaseado. O deslocamento relativo entre a estruturade apoio (presa ao veculo) e o rotor gera sinais eltricos proporcionais velocidade angular do veculo.

Um sensor que fornece diretamente a informaodo rumo do veculo, ou seja, a direo do seu movimento no plano da superfcie terrestre, a bssola.Este sensor utiliza como referncia a direo do campomagntico terrestre. Deve, portanto, ser isolado deobjetos que gerem campos magnticos de forma ainterferir nas medidas.

Deslocamentos angulares em relao direo vertical ( do campo gravitacional terrestre) podem sermedidos atravs de inclinmetros. Inclinmetros comuns baseiam-se num pequeno volume de mercrioentre um eletrodo central e dois externos. Conforme o

sensor se inclina, e o contato entre os eletrodos fechado pelo lquido, a quantidade de corrente que circulaentre um eletrodo externo e o eletrodo central determinada pelo nvel de imerso do eletrodo externo.

Para se medir aceleraes lineares do veculo, ossensores utilizados podem ser baseados no efeitopiezo-eltrico, strain-gauges, ou na tecnologia do estado slido (MEMS). Os mais tradicionais a-celermetros, utilizados em sistemas de navegao,so os servo-acelermetros pendulares. Nestes, amassa pendular varia seu ngulo de inclinao emrelao vertical conforme o veculo sofre alguma

acelerao. O valor do ngulo fornece uma informao indireta da acelerao do corpo.

SUPORTE COMPUTACIONAL.

O hardware computacional utilizado naimplementao tem importncia fundamental no desempenho que se espera da arquitetura de controlede um rob mvel autnomo. Da mesma forma, pode-se mencionar o suporte em termos de software, aquientendido como o sistema operacional a ser utilizadonas unidades de processamento embarcadas.

Nos robs encontrados atualmente, verifica-se desde as mais simples plataformas, como mi-

crocontroladores, passando por simples lap-tops, ousistemas baseados num PC industrial, at sistemasmais sofisticados como aqueles multiprocessados comvrias unidades de processamento unidas atravs de

barramentos ou redes locais de processadores. Comentaremos aqueles que, provavelmente, so menosfamiliares ao leitor.

Arquiteturas de controle dos primeiros robs mveis eram baseadas em computadores de grande porte, main-frames, cujos comandos eram enviadosatravs de ondas de rdio. O surgimento de estaesde trabalho diminuiu o tamanho da unidade deprocessamento responsvel pelo controle do rob,ainda que demasiadamente grande para ser uma unidade embarcada. O rob Navlab, um pequeno caminho autnomo desenvolvido pela UniversidadeCarnegie Melon, nos E.U.A, utilizou uma estao detrabalho para o seu controle. Placas comprocessadores da linha 68000, de 32 bits, da Motorola

j foram utilizadas em vrios robs mveis, e aindaso. Do mesmo fabricante, foi popular nasimplementaes de robs mveis o uso dobarramento VME. Como todo barramento, este componente do sistema computacional transporta dados,endereos e comandos entre os demais dispositivosde hardware (CPUs, placas de entrada/sada, etc.).No entanto, ele proporciona suporte ao multiprocessamento, ou seja mais de uma CPU podeestar presente no sistema computacional, conectada

ao barramento. Pode-se mencionar as seguintes vantagens de um sistema de multiprocessadores: tolerncia a falhas (o mau funcionamento de uma CPU nocoloca em risco todo o sistema), fcil extenso do nmero de CPUs, e aumento da eficincia do sistemacomputacional a custos menores do que a adio demais computadores. Leva-se em conta, nas vantagensmencionadas, que o sistema deva operar em temporeal (tarefas devem ser executadas dentro de limitesmximos de tempo). Outro barramento voltado aomultiprocessamento e tambm presente no projeto daarquitetura de controles de robs o STD-32. Estes

barramentos so voltados ao uso industrial e foramaproveitados pelos projetos de robs mveis.

ATUADORES

Os atuadores so responsveis pela transformao dos comandos gerados nas unidades deprocessamento em movimentos do rob. A grandemaioria das implementaes conta com motores eltricos associados a algum sistema de transmissoconvencional (engrenagens, alavancas, correias,etc.). Alguns casos, porm, utilizam atuadores hidrulicos, pneumticos, ligas com memria de forma eoutros atuadores flexveis. A escolha dos atuadores

MECATRNICA FCIL N5 3 - MARO/2002


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ROBTICA

funo do tipo de movimento, condies e ambiente de operao, preciso requerida e custos deimplementao envolvidos. Uma anlise mais detalhada dos atuadores luz dos critrios mencionados

ser objeto de outros artigos mais especficos.

ROBS PARA MISSES

ESPECIAIS

Mencionaremos nessa seo aqueles exemplosde robs mveis, encontrados hoje em dia, que sodiferentes dos robs de laboratrio e tambm dos robs industriais (tais como robs manipuladores ourobs sobre rodas que transportam peas por caminhos pr-determinados). Eles esto no meio do caminho entre robs industriais e os robs humanides,realizando tarefas que geralmente requerem a suamobilidade entre vrios locais, a interao com pessoas e graus varveis de autonomia.

Na agricultura, temos exemplos tais como os robs apanhadores de frutas. Robs domsticos podem ser encontrados no caso de aspiradores de pautnomos e cortadores de grama. Em escritrios,temos os casos de robs para a entrega de correspondncia e recolhimento de lixo. H robsescaladores de paredes e que executam a sua pintura e a limpeza de janelas.

Ainda que sua atuao seja relativa a movimentosmuito limitados para serem considerados robs m

veis, vale a pena mencionar a aplicao de robs comum certo grau de autonomia no campo da medicina,tais como os robs que participam de cirurgias. Almdos manipuladores robticos, que funcionam reprodu

zindo os movimentos do cirurgio (sistema mestre-es-cravo), h tambm assistentes de cirurgia, por exemplo, que manipulam endoscpios (sistemas com iluminao e cmeras, infiltrado no paciente para auxiliar acirurgia) ao comando de voz do cirurgio. Esse ltimocaso mais prximo de um exemplo de rob autnomo, pois programas de reconhecimento e comando porvoz podem utilizar tcnicas de inteligncia artificial paramovimentar o endoscpio, deixando livres as mos docirurgio para outras atividades. As aplicaes darobtica em cirurgias tem possibilitado a utilizao detcnicas minimamente invasivas, o que facilita o ps-operatrio, diminui risco de infeces, perda de sanguee cicatrizes, entre outras vantagens.

Robs areos, atualmente, possuem suas maiores aplicaes no meio militar. Tiveram participaorecentemente nas guerras do Golfo Prsico, Bsnia,Kosovo e Afeganisto. Israel o pas de mais longautilizao desses veculos no-tripulados, tambmconhecidos como UAVs (Unmanned Aerial Vehicles).Podem funcionar em aes no ofensivas ou para ocombate direto. No primeiro caso, os UAVs so utilizados no reconhecimento e varredura de informaespara o suporte de decises polticas, localizao dealvos, busca e resgate, comunicao e interferncia na

Figura 5 - Representao do Veculo Areo no tripulado Predator".


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Figura 6 - Dirigvel robtico autnomo para aplicaes demonitoramento ambiental desenvolvido pelo Centro de Pesquisas

Renato Archer, Campinas, SP.

comunicao inimiga, coleta de dados climatolgicos,deteco de elementos qumicos, biolgicos e nucleares, etc. No caso de combate direto, os veculos tmmaiores dimenses, ou seja, as de avies militares.Nos dois casos, o grau de autonomia do rob limitado, particularmente no caso dos veculos de combate, onde a superviso e comando humanos so considerados imprescindveis durante a misso. A utilizao de veculos no tripulados atrativa por poupar a vida de soldados, aumentar a preciso de operaes e representar, em alguns casos, uma economia significativa de custos. Numa comparao, porexemplo, entre os custos envolvidos em frotas de 24

avies F-16 e do UAV F A/C americano, tem-se umtotal de 50,4 milhes de dlares confrontado com ummontante de 5,95 milhes de dlares para o veculono tripulado. Em todos os itens de composio decustos, tem-se a vantagem do F A/C, mas, particularmente no custo de pessoal e manuteno, as vantagens so grandes.

Veculos areos tambm encontram aplicaescivis. Pode-se citar o seu uso no suporte do combate

Figura 7 - Rob submarino, desenvolvido no Departamento deEngenharia Mecatrnica e Sistemas Mecnicos da USP, voltado

ao suporte de operaes petrolferas.

s drogas, no auxlio de operaes policiais como aperseguio de criminosos, ou no monitoramento desuas atividades no caso da presena de refns, assistncia procura de sobreviventes aps desastrescomo terromotos, monitoramento de florestas e plantaes (figura 6), etc.

Robs autnomos tambm tm sido utilizados nomeio espacial. Um rob movido a rodas foi projetadopara transitar sobre o solo lunar pela Universidade deCarnegie Mellon (E.U.A.). A idia que ele possa serguiado por turistas que o comandariam por sinais viasatlite enviados da Terra. O veculo possui autonomia suficiente para negligenciar o comando de mausmotoristas. Outro veculo autnomo sobre rodas foiprojetado pelo Laboratrio de Propulso a Jato daCaltech (E.U.A.). para uma misso em Marte, ondecolheu informaes sobre o solo e rochas do planeta.

Robs autnomos submarinos (AUVs) tm sidoutilizados no monitoramento de cabos telefnicos outubulaes submarinas, operaes em instalaesde petrleo (figura 7), levantamento de caractersticas ambientais de oceanos, localizao de minas submarinas, identificao de objetos afundados, etc.

Poderamos continuar, tratando do caso de robs empregados em usinas nucleares, na explorao de vulces, na identificao de minas terrestres, etc. Acreditamos que, com o nmero de casos mencionados, pudemos passar ao leitor umaidia da extenso das aplicaes dadas hoje em

dia a esses robs.

CONCLUSO ETENDNCIAS

Certamente, os robs atuais ainda esto longe deexibir muitas das diversas capacidades auferidas inteligncia humana. No nos preocupamos neste texto em tratar do conceito de autonomia, que sob umaanlise mais rigorosa, talvez inviabilize que denominemos de robs autnomos maioria dos exemplos mencionados. No entanto, nossa preocupao eda pesquisa atual em Robtica est em tratar das

implementaes de robs mveis que perseguemessa sofisticao.Esses robs tm-se tornado timas bancadas de

testes para teorias em inteligncia artificial por proporcionarem uma viso das tomadas de deciso eaes das mquinas quando submetidas a um sistema de percepo real.

Alm da pesquisa acadmica, devem crescer osexemplos de robs mveis voltados a tarefas especficas, como os robs de servio mencionados anteriormente, que eximem ou auxiliam os seres humanos em tarefas cansativas, perigosas ou em locaisinspitos. Alguns desses casos sero tratados commaiores detalhes em artigos posteriores.

MECATRNICA FCIL Na 3 - MARO/20C2


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ELETRNICA

5 SERVOSN e w t o n C . B r a g a

Os servos so elementos fundamen

tais nos projetos de Mecatrnica, sendo

os rgos efectores que transformam si

nais eltricos em movimentos. Os servos

so encontrados em robs, braos mecnicos, aeromodelos, automatismos indus

triais ou em qualquer aplicao que en

volva controle eletrnico de movimentos.

Neste artigo, analisaremos o funcionamen

to dos servos (servomotores) e at dare

mos algumas informaes para a elabo

rao de projetos prticos com finalidade

didtica ou experimental.

Nos projetos que envolvem movimentos controlados por circuitos eletrnicos e que soamplamente estudados pela Mecatrnica, temos basicamente trs tipos de dispositivoseletromecnicos de converso de energia eltrica em

energia mecnica: os solenides, os motores de passo e os servomotores. (No incluimos as SMA -ShapeMemory Alloysou msculos eletrnicos nessa categoria por ter em um princpio de funcionamento diferente).

Os servomotores, pela sua simplicidade e baixo custo,uma vez que podem usar motores comuns de correntecontnua ou mesmo alternada, so especialmente indicados para finalidades experimentais e didticas.

Neste artigo, vamos analisar o princpio de funcionamento dos servos ou servomotores e dar algumasaplicaes que podem ser muito interessantes emrobtica, controles industriais, controle remoto oumesmo em experimentao.

QUE UM SERVO

O servo (ou servomotor), um dispositivo que converte um sinal eltrico em um movimento proporcio

nal ou num deslocamento de um alavanca.

O servo bsico consta de um motor que, por meiode um sistema de reduo ou no, aciona um dispositivo de realimentao e uma alavanca. O dispositivo de realimentao serve para indicar a posio daalavanca de modo que o circuito de controle possalev -la at uma posio desejada.

Na figura 1 temos a representao simblica deum servo, que ir servir de ponto de partida para nossas explicaes.

A idia bsica do servo converter um sinal eltrico, por exemplo uma tenso, num movimento proporcional de uma alavanca ou ainda um cursor.

Se um servo pode ter uma alavanca que se movade 90 graus, por exemplo, quando a tenso de entrada variar de 0 a 1 volt, as tenses intermedirias aplicadas na entrada do circuito podem levar a alavancaa qualquer posio intermediria cujo ngulo seja proporcional a essas tenses.

Essa proporcionalidade entre o movimento e atenso de entrada (ou outra grandeza) tambm levaesses dispositivos a serem classificados como decontroles proporcionais.

Em outras palavras, existe uma proporo direta entre o ngulo de giroda alavanca do servomotor e a tenso aplicada emsua entrada, conforme ilustra a figura 2.

Essa caracterstica permite queesse dispositivo

24 MECATRNICA FC IL N? 3 - MARO/2002


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ELETRNICA

Sinal de Sensor deSinal do

/ controle remoto

Receptor t0 / f 0/ / y I Leme de

' --- ---1 _______ L .-------- barco

ServoArames

Figura 1 - Diagrama simplificado de um servo. Figura 3 - Usando um servo para controlar o leme de um barco.

possa ser usado numa infinidade de aplicaesprticas.

Em uma aplicao de controle, por exemplo, basta ter um sensor que indique na forma de uma tensoqual a posio a que deve ser levado um brao mecnico ou alavanca, para que o servo seja capaz demoviment-la at a posio desejada.

Outra aplicao muito comum para este tipo dedispositivo no controle remoto de brinquedos, taiscomo um barco ou aeromodelo.

Uma alavanca de controle no transmissor tem umpotencimetro que gera um sinal que corresponde posio que desejamos levar o leme ou o acelerador.

No receptor, um circuito decodificador transforma

esse sinal numa tenso proporcional que aplicadaao servo correspondente.Dessa forma, o brao do servo atua sobre o leme

ou o acelerador, levando-o posio desejada. Nafigura 3 indicamos como isso funciona.

COMO FUNCIONA

Na figura 4 temos a estrutura simplificada de umservomotor que ir servir de base para nossa anlisedo princpio de funcionamento.

O motor gira normalmente num sentido ou noutro,conforme a polaridade da tenso aplicada, pois trata-

se de um motor de corrente contnua comum.De modo a impedir que ele movimente muito

rpido os demais elementos do servo, um sistemasimples de engrenagens (ou mesmo correias) podeser usado.

O motor, no nosso caso, movimenta tanto a alavanca que ir proporcionar o acionamento externo, ouseja, que ser acoplada ao dispositivo final, como tambm o eixo de um potencimetro. Este ltimo funciona como sensor de posio para o circuito de reali-mentao.

O circuito de realimentao tem por base um

comparador de tenso comum.Um comparador de tenso nada mais do que umamplificador operacional com um ganho muito alto,de modo a haver uma comutao muito rpida de suasada em determinadas condies.

Tais condies podem ser facilmente entendidasa partir do exemplo dado a seguir.

Na entrada inversora (-) aplicamos uma tenso quevai ser a referncia do circuito. Essa tenso pode seraplicada por um divisor resistivo ou mesmo umpotencimetro, observe a figura 5.

Tenso deentrada% Vcc

100

ngulo daalavanca

()

Figura 2 - Operao do servo.

+VC

Figura 4 -O circuito completo de um servo.

______

MECATRNICA FCIL N?3 - MARO/2002 25


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Sensor de

Alavanca

Sina! docontrole remoto

ELETRNICA

Tenso deentrada% Vcc

V i .

Aplica-se umatenso de referncia

-o + Tenso Tenso de entrada

PotencimetroO motor gira -at Vc igualar a tenso de referncia

Figura 5 -Operao do sen/o.

Depois, aplicamos na entrada no inversora (+)uma tenso que vai aumentando vagarosamente de

valor a partir de zero.Observe que a fonte de alimentao usada nes

te circuito simtrica, ou seja, temos uma tensopositiva em relao ao ponto de zero volt e umatenso negativa a partir de zero volt. Lembre-seque o motor gira num sentido quando aplicamosuma tenso positiva, e gira no sentido oposto quando aplicamos uma tenso negativa, conforme ilustra a figura 6.

Partindo ento da tenso nula na entrada docomparador de tenso, como ela inferior tensode referncia, a sada desse circuito se mantm ne

gativa, com o valor mximo dado pela fonte.A tenso vai subindo ento suavemente, mas,mantendo-se inferior referncia, nada acontece comsada que se mantm negativa. Chega o instante emque a tenso de entrada iguala a tenso de referncia. Nesse momento, o comparador comuta e suatenso de sada tende a zero.

Todavia, o ganho do comparador muito grande,da ordem de 100 000 vezes ou mais, o que quer dizerque ser muito difcil ele se manter exatamente nesse ponto, e com a subida da tenso de entrada para

Figura 7 -Curvas de operao do servo.

um valor maior que a referncia, a sada tambm sobepara o mximo positivo.

Em suma, quando a tenso de entrada supera ovalor de referncia, a tenso de sada passa do mximo negativo para o mximo positivo, veja na figura7.

No caso do servo, a tenso de referncia a tenso aplicada ao controle, ou seja, a tenso que umpotencimetro de controle determina quando ligadocomo divisor de tenso.

A tenso de entrada, por outro lado, determinada pelo potencimetro que est ligado alavanca,conforme mostra a figura 8.

Quando agora colocarmos o potencimetro de controle numa determinada posio, ele determinar a

tenso de referncia no comparador.Supondo-se que o potencimetro da alavanca noesteja na mesma posio, aplicada uma tenso diferente daquela referncia, e portanto a sada docomparador poder ser positiva ou negativa.

Conforme sua polaridade, essa tenso ir fazercom que o motor gire num sentido ou no outro, movimentando o potencimetro de realimentao.

medida que o potencimetro se movimenta, atenso que ele aplica se aproxima rapidamente da tensode referncia at o momento em que elas se igualam.

0+


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Vcc-t

0 V

Tenso(V)

lensao q niraci

ELETRNICA

Posiode ajuste Correia P >a

Alavanca

Caixa de reduoP1

Potencimetro -

Figura 9 -Oscilao do motor ao chegar no ponto de ajuste.

Quando isso ocorre, o motor inverte sua rotao e,passando agora a girar no sentido oposto, ele rapida

mente alcana novamente o ponto de comutao.Oscilando, ento, em torno da tenso de refern

cia, o motor praticamente pra na posio desejada,veja a figura 9.

Essa oscilao depender da inrcia do circuito quepoder ser ajustada tanto por meios eltricos comomecnicos para que no ocorram vibraes fortes. possvel usar capacitores no circuito de realimentaoou mesmo recursos mecnicos para esta finalidade.

Se o potencimetro de controle for mudado de posio, mudar a tenso de referncia. Imediatamente, o comparador ser acionado comutando no senti

do de fazer o motor girar, levando o potencimetro derealimentao a uma posio que gere a tenso queigualar referncia.

Evidentemente, em lugar do potencimetro de controle podemos usar qualquer circuito que gere a tenso na faixa de atuao desejada.

O circuito pode ser um conversor digital/analgico(DAC), por exemplo, para se obter um controle digitala partir de um computador, observe a figura 10.

Podemos usar sensores resistivos como um LDRpara movimentar uma janela para que a intensidade

Figura 11 - Montando um servo com a caixa de reduo.

de luz chegue exatamente a um nvel pr-determina-do, ou mesmo um segundo sensor de posio.

PROJETOS SIMPLES DE

SERVOS

Utilizando uma caixa de reduo como a vendidapela Saber Marketing Direto, possvel montar servos bastante simples.

Uma idia de projeto, que pode ser alterada segundo a vontade do leitor tendo em vista a aplicao desejada, a mostrada na figura 11.

Um potencimetro linear comum acoplado ao eixoda caixa de reduo. A faixa de controle do dispositi

vo poder ser a faixa de giro completa dopotencimetro ou ser alterada em funo da tensode entrada ou referncia.

O circuito de controle ilustrado na figura 12parao caso de um motor de 6 volts.

Os transistores devem ser dotados de radiadoresde calor e, se for usada fonte de alimentao externa,dever ser simtrica com o circuito apresentado nafigura 13.

Para esse circuito, a faixa de tenses de entrada varia de -6 a +6 volts e comparadores de

Figura 10 -Controlando um servo com o PC. Figura 12 - Montando um servo com a caixa de reduo.

------

MECATRNICA FCIL Ns3 - MARO/2002N4002

Potenc metro des zante

27


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ELETRNICA

Sinal docontrole remoto

--------

Tenso deentrada% V,cc

100-

1N4002Largura -1 a 2ms

Perodo -

/50 '

K -

Figura 13 Fonte simtrica. Figura 15-0 sinal do servo comercial.

tenso equivalentes podem ser usados sem problemas.

O capacitor C, de entrada dever ter seu valor ob

tido experimentalmente em funo do motor e do sistema mecnico de modo a se minimizar o efeito dasoscilaes no ponto de ajuste.

Para os transistores usados, o motor poder terat 1 ampre de corrente e, eventualmente, poderoser usados motores de 12 volts com a mesma corrente mxima, bastando para isso alterar a fonte dealimentao.

Um segundo projeto, bastante interessante, mostrado na figura 14e faz uso de um motor comum ouuma caixa de reduo com um parafuso sem fim.

Neste projeto, uma arruela corre com o movimentodo parafuso sem fim, e desloca o cursor de umpotencimetro linear deslizante.

Este potencimetro funciona como sensor, e seuvalor no crtico, j que ele funciona como um divisorde tenso. Valores entre 10 k e 100 k servem perfeitamente para um projeto prtico.

O circuito de controle para esse sistema o mesmo do anterior.

Evidentemente, sua grande vantagem est na fora que pode ser obtida com a reduo. Lembramos

que, quanto menor a velocidade do movimento docursor, mais fora ser obtida.

Deve-se recordar ainda a lei da conservao

da energia, o que quer dizer que podemos obtermaior fora com menor deslocamento, ou menorfora com maior deslocamento, mas nunca maisfora com maior deslocamento, pois isso implicaria na criao de energia.

SERVOS DE AERQMQDELQS

Nas lojas de aeromodelismo e modelismo emgeral, possvel adquirir servos bastante eficientes e que podem ser usados em projetos deMecatrnica. A grande vantagem desses servos que eles j vm prontos para uso. No entanto, otipo de sinal que usam diferente dos servos quedescrevemos.

Tais servos trabalham com tenses de 4 a 6 Ve so sensveis no tenso de controle, massim a um sinal. Na posio central, o sinal deveser um pulso de 1,5 ms enviado a uma razo de50 por segundo (ciclo total de 20 ms), conformemostra a figura 15. Variando a largura do pulsoentre 1 ms e 2 ms, o rotor do servo muda de posi-

Caixa de reduo

Arruela

Sensor

Potencimetro deslizante

Figura 14 - Montando um sen/o um potencimetro deslizante.

i o kn

r >6 9 14

jio k n 10

t T 1 4* 2 556 13

100 nF

37 5

10 nF

T-9

Ao servo

-O+6V

*2k l

D-10 uF

Figura 16 -Controle de servo usando um duplo 555 (556).

28 Pi MECATRNICA FCIL Ns 3 - MARO/2002


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Tens, j de ertr ad

l n h u u l u

ELETRNICA

n n

Figura 17 - Invlucro do FT639.

o girando 90 graus para a esquerda ou 90 grauspara a direita.

Na figura 16apresentamos um circuito muito sim

ples de controle empregando o circuito integrado 556,o qual funcionar com servos comerciais comuns comoos encontrados em aeromodelos.

Esse circuito ideal para o controle de direode robs ou mesmo de posio de braos mecnicos e outros dispositivos que faam uso de servos comerciais.

FT6 39 CONTROLADOR

SERVO

DE

Este um componente dedicado bastante interes

sante para aplicaes em Controle, Robtica,Mecatrnica, etc. Trata-se de um controle de servo RCutilizando uma linha serial de 2400 bauds. Bastam somente dois componentes externos para que estecontrolador, acoplado a uma linha RS-232 possa controlar at 5 servos de forma independente. Focalizaremos agora suas caractersticas e seu uso.

O FT639 fabricado pela FerretTronics (http://www.ferrettronics.com) e dispe de todos os elementos para se controlar at 5 servos a partir de sa-

+ V ,cc

RS-232linha

2400 Bauds8bits

10 kQ

Figura 18 -Circuito de aplicao.

idas seriais como, por exemplo, as disponveis emmicrocontroladores como o Basic Stamp,da Parallax.

Este chip encontrado em invlucros de 8 pinoscom a pinagem ilustrada na figura 17.

A faixa de tenses de operao vai de 3,0 a 5,5 V

e o setupda linha serial em 2400 bauds de 8 bits,sem paridade e um bit de parada.

Dentre as aplicaes sugeridas pelo fabricante temos os modelos de controle remoto, aplicaes demecatrnica, animatrnica e robtica, alm de muitas outras envolvendo mquinas industriais.

Um dos problemas dos servos comuns o modocomo eles so controlados: atravs de pulsos de durao controlada. Com o FT639 isso no ocerre.

FUNCIONAMENTO

O FT639 tem dois modos de operao: modo setupe modo ativo.

O chipparte no modo setup. Esse modo usado para fixar o comprimento do pulso e os valoresiniciais, alm dos valores de partida para os 5 servos. No modo ativo ele envia os pulsos de controleaos servos e os controla atravs da linha serial de2400 bauds.

Os comandos so formados por um byte. Assim,cada comando envia um caractere atravs da linhaserial. Cada servo RC tem 256 posies. Para enviara posio de um servo, o FT639 precisa de dois co

mandos. O primeiro deles contm o nmero do servoe o nibble inferior (4 bits mais baixos) da posio. Osegundo contm o nmero do servo e o nibblesuperior (4 bits mais altos) da posio.

Com 256 posies, o servo pode ser posicionadoentre 0 e 90 graus de acordo com a largura do pulsogerado. A posio inicial pode ser programada peloenvio de um sinal no modo setup.

CIRCUITO E APLICAO

Na figura 18mostramos como simples utilizar oFT639 no controle de servos usando a porta serial(RS-232).

Para uma linha serial que fornea uma tenso de -a V++ no necessrio o uso do diodo e dos resistorespodendo, assim, a sada da porta ser conectada diretamente ao Cl.

O cdigo de programao pode ser obtido no endereo:

http://www.ferrettronics.com/software.html

Neste site existem diversos exemplos de programas para o controle de servos usando o

QBASIC.

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MECATRNICA FCIL Ng3 - MARO/20021N4002

Censor

Potencmet rodes zante

29
http://www.ferrettronics.com/http://www.ferrettronics.com/software.htmlhttp://www.ferrettronics.com/software.htmlhttp://www.ferrettronics.com/


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BASIC STEP

s computadores queestamos acostumados a ver

so compostos geralmente por teclado,monitor, CPU, impressora e mouse. Elesforam criados para se comunicarem ou interagiremcom os seres humanos.

Algumas aplicaes tpicas desses computadoresso: gerenciamento de banco de dados,processamento de texto e anlise financeira. Todasessas tarefas so executadas dentro do gabinete docomputador, que contm a Unidade Central deProcessamento (CPU em ingls), discos rgidos,memrias, etc. No entanto, o verdadeiro processamento realizado dentro da CPU.

Como o leitor pode ver, o monitor, o teclado, omousee mesmo a impressora, so usados apenas para nosmostrar os resultados do processamento, ou para nospermitir informar os dados ao computador.

Voc sabia que existem diversos outros tipos decomputadores nossa volta e que, neste instante,eles esto executando silenciosamente as suas tarefas e tomando o mundo mais agradvel? Esses computadores podem estar em um brinquedo, no controleremoto da televiso, no carro e at nas geladeirasmais modernas.

Ns geralmente no chamamos tais dispositivos decomputadores, mas sim de microcontroladores. f

cil entender o seu nome: micro, pois eles so muito

EPO C T A V I O N O G U E I R A 1 A P A R T E

c

pequenos, e controladores porque eles contro

lam os aparelhos nossa volta. Ao contrrio dos computadores, os microcontroladores

foram desenvolvidos para se comunicarem com mquinas, ento eles no necessitam de monitores, teclados, etc., o que faz com que sejam muito mais baratos que os computadores.

Atualmente, existe uma quantidade imensa de tipos de microcontroladores diferentes, alguns maisespecializados para uma determinada funo e outros para uso mais genrico. Normalmente, eles podem ser programados inmeras vezes, mas algunsaceitam a programao uma nica vez. Os microcontroladores so muito versteis, e um mesmomodelo pode controlar uma cafeteira, um aeromodeloou o sistema de air-bagde um carro.

Esta srie de artigos ir apresent-lo a um dosmicrocontroladores mais fceis de utilizar, o BASICStep 1. Ele um conjunto sofisticado de componentes eletrnicos, montado em uma pequena placa podendo ser programado para executar praticamentequalquer tipo de automao e controle necessriosnos dias de hoje. Na figura 1o leitor pode ver seuaspecto fsico e dimenses.

Para que o microcontrolador faa o que ns que

remos, temos que ensin-lo ou program-lo com as

30 MECATRNICA FCIL N83 - MARO/2002


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BASIC STEP

PW R

GNO

PCO

----- PCI+5 V

RES

POP 1

P2

P3P 4

P5

P6P7

29

Medidas em mm

Figura 1- O Basic Step 1

etapas, passo a passo, de nossa tarefa. Normalmente, os microcontroladores utilizam uma linguagem prpria e de difcil aprendizagem. O BASIC Step 1, aocontrrio, utiliza a linguagem TBASIC, uma linguagem muito simples, e ao mesmo tempo poderosa.Com ela, voc poder fazer o microcontrolador executar tarefas complexas em questo de minutos. Atualmente, existem no mercado diversos produtos utili

zando o BASIC Step 1 como crebro.Quando falamos em crebro, o que realmente

estamos dizendo que queremos que omicrocontrolador imite de alguma forma o funcionamento de nosso crebro verdadeiro, mas geralmenteno paramos para pensar em como ele funciona.

O nosso crebro se baseia em sensores (viso,tato, etc.) para tomar decises e executar algumaao. Por exemplo, suponha que voc esteja andando de bicicleta e veja um buraco sua frente. O seucrebro receber uma informao de um de seussensores (neste caso, os olhos). Baseado nas infor

maes que recebeu, ele analisa o tamanho do bura

co, sua profundidade, etc. e toma uma deciso, porexemplo, desviar-se do buraco. Ato contnuo, mandaos seus braos virarem a bicicleta impedindo o tombo. Tudo isso acontece em uma frao de segundo.

Este primeiro artigo ir mostrar como utilizar o co

mando de sada do BASIC Step 1 e a cada um dosprximos iremos vendo novos comandos e novas idias para o leitor experimentar. Aps estud-lo, vocser capaz de criar suas prprias aplicaes para osmicrocontroladores.

Para realizar a parte prtica de cada artigo o leitorir precisar de um computador PC rodando Windows95 ou superior.

Para este artigo particularmente, voc ir precisarainda de:

1 - Mdulo BASIC Step 11 - Placa Step Lab

1 - Cabo de gravao2 - LEDs (diodos emissores de luz) vermelhos2 - Resistores de 470 ohms 4 W1 - Fonte de 9VFios de ligao.Todo sistema microprocessado compe-se de dois

componentes bsicos: hardware e software. Ohardware composto de todos os componentes fsicos do sistema e o software uma lista de instruesque fica dentro do hardware e executa as funesdesejadas por ns. Iremos agora criar o hardware.

Para permitir que o nosso microcontrolador funcio

ne e interaja com o mundo fsico, iremos montar algum hardware. Para facilitar as experincias, usaremos uma placa chamada StepLab que, como o nomeindica, uma placa de montagem para o BASIC Step1, ou um laboratrio de experincias.

Ela facilita muito as montagens, pois possuiconector para fonte de alimentao, cabo de gravao, soquete para o microcontrolador e uma rea deprottipo ou protoboard. Na figura 2podemos v-la.

Neste primeiro artigo iremos fazer algo bem simples para nos habituarmos placa StepLab, ao compilador e ao modo como gravar o primeiro programano BASIC Step 1.

Como programa inicial iremos fazer um LED piscar. Um LED um tipo especial de lmpada que podeser facilmente ligado aos microcontroladores. Existem dois detalhes que no podem ser esquecidosquando estamos trabalhando com LEDs: o primeiro, que devemos utilizar sempre um resistor em srie comele para limitar a corrente, do contrrio ele ir queimar, no nosso caso um resistor de 470 ohms suficiente. O segundo detalhe, que, diferente das lmpadas comuns, o LED possui polaridade, ou seja possuium terminal positivo e outro negativo. Se o ligarmosinvertido, ele no ir funcionar, mas tambm no ir

queimar.

MECATRNICA FCIL Nfi3 - MARO/2002 31


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BASIC STEP

Vss Vin Vdd

o H T l T i" 1 1 1 r r r r r i

+5 VSinalTerra

36

I,J4 37

Vin - + 5 V ITerra Sinai

Saida PC CD Terra 'Erlrada PC

+ 5 VReset

gO J 5

Pmon ' ' C Pinon mPinoj "" O PmoiPino2 - x> Pino2Pino3 Pino3P11104 Pino4Pinos PinosPinogPino?

PinogPino7 -

G n n n n n

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Figura2- StepLab.

ENTENDENDO PRQTOBDARD

O BASIC Step 1 possui 14 pinos como pode servisto na figura 1, e alguns destes pinos so usadospara a conexo com o PC para a transferncia doprograma, enquanto outros so usados para recebera alimentao. Ns temos 8 pinos (pin 0 at pin 7) nossa disposio para utilizar em nossasaplicaes.Na placa StepLab, temos estes 8 pinosao lado do protoboard.

importante enten

mecatronica facil 03

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