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Mini Carro Robot

Os veículos robô utilizados nos grandes armazéns de algumas fábricas determinam o caminho que devem percorrer por meio de sensores e de uma linha que está assinalada no solo. O caminho pode ser uma simples linha que contraste com o chão, isto é, uma linha escura num chão claro ou uma linha clara num chão escuro. Este tipo de caminho pode ser facilmente detectado por meio de sensores ópticos, mas existem outras soluções em que se utilizam sensores magnéticos ou um simples sulco no chão detectável por uma sonda que meça a altura. Para evitar colisões com pessoas e objectos, muitos veículos robô possuem sensores adicionais, por exemplo, sensores de infravermelhos (IV), câmaras de vídeo ou uma espécie de radar baseado em sinais ultra-sónicos, laser ou ondas de rádio. Para poderem ser parados rapidamente em caso de emergência (colisão ou mau funcionamento), os veículos robô possuem normalmente interruptores situados em locais acessíveis. O veículo robô que vamos descrever é capaz de seguir uma linha escura desenhada numa superfície de cor clara ou uma linha branca desenhada numa superfície escura. A descrição do funcionamento do circuito electrónico baseia-se na existência de uma linha escura. Os sensores utilizados no nosso veículo baseiam-se na reflexão e são constituídos pela combinação de um LED emissor de infravermelhos e de um foto transístor detector. O circuito O esquema do circuito (fig. 1) contém poucos componentes e é bastante simétrico, uma vez que as rodas da frente são comandadas independentemente pelos motores M1 e M2. Como a velocidade de rotação dos motores eléctricos normais é muito elevada para esta aplicação, tem de se utilizar um tipo de motor especial, que já possua engrenagens de redução. Além disso, como os motores têm de rodar em sentidos opostos, são excitados com tensões de alimentação invertidas. A corrente que percorre os motores é ligada e desligada por meio dos transístores darlington T1 e T2 e os LEDs D1 e D3 indicam o seu funcionamento. Os díodos D2 e D4 estão ligados em paralelo com os enrolamentos dos motores para suprimir a força electromotriz (FEM) que aparece nos enrolamentos, quando se corta a tensão de alimentação do respectivo motor. A tensão de alimentação é fornecida por um conjunto de pilhas, cujo tipo depende do tamanho do veículo. Podem utilizar-se pilhas NiCd, pequenas baterias de chumbo ou pilhas vulgares. A tensão que as pilhas devem fornecer (entre 6 V e 15 V) depende do tipo de motores utilizados e da velocidade máxima pretendida. Basta ir adicionando pilhas em série até se obter a tensão conveniente. Circuito de controlo Os dois sensores (IC2 e IC3) estão mon¬tados a uma distância um do outro, de forma que vejam sempre a superfície reflectora, ficando a linha preta entre eles. Os LEDs IV dos sensores iluminam a superfície e a energia reflectida por esta é captada pelos foto transístores, que controlam depois a excitação dos motores. Quando o veículo começa a sair do caminho definido, a linha preta fica por baixo de um dos sensores, pelo que um dos foto transístores deixa de detectar energia reflectida deixa de enviar corrente para o cor respondente motor, que assim diminui de velocidade. Devido às características eléctricas dos sensores utilizados, a variação de velocidade não é brusca mas sim gradual, pelo que o veículo vai mudando de direcção até que os dois sensores fiquem de novo a receber energia reflectida idêntica. Os foto transístores contidos em IC2 e IC3 são do tipo NPN, com o colector ligado directamente à linha de alimentação positiva e o emissor ligado à massa através de uma resistência. Portanto, a corrente emissor colector que percorre esta resistência, depende da quantidade de energia luminosa recebida na base do foto transístor. Os emissores dos foto transístores estão ligados à massa através de R2 e R3 e parte de P1. Desde que incida energia luminosa suficiente nos foto transístores, eles permanecem a conduzir e a tensão nos emissores que é aplicada nas entradas não inversoras dos amplificadores operacionais (ampops) IC1a e IC1b é praticamente igual ao valor da tensão de alimentação. Quando o veículo se desvia do caminho correcto, um dos foto transístores vai conduzindo menos à medida que entra na linha preta e a tensão do seu emissor baixa. Os ampops 1C1a e IC1b comandam os transístores T1 e T2 que, por sua vez, ajustam a corrente que percorre os enrolamentos dos motores. Cada emissor dos foto transístores está ligado a uma entrada não inversora de um ampop e à entrada inversora do outro ampop. Portanto, quando a tensão do emissor se altera, a tensão de saída de um ampop diminui e a do outro aumenta. Por exemplo, se num dado momento o sensor IC2 deixar de receber energia reflectida, a tensão do seu emissor diminui e a tensão de saída de IC1a diminui ao mesmo tempo que a saída de IClb aumenta. Portanto, o transístor T1 passa ao corte e T2 conduz no máximo, pelo que o motor M1 pára e M2 aumenta a sua rotação. Se o motor M1 estiver acoplado à roda esquerda do veículo este virara para a esquerda. Como as entradas dos ampops estão ligadas a ambos os sensores, eles comportam-se como vulgares amplificadores diferenciais, isto é, a sua tensão de saída cresce quando sobe a tensão aplicada na entrada «+» ou quando desce a tensão aplicada na entrada «-». Na prática isto significa que um dado motor aumenta de velocidade quando um sensor detecta mais luz reflectida ou quando o outro sensor detecta menos luz reflectida. Portanto, o funcionamento dos motores é governado pela diferença de luz recebida pelos dois sensores, em vez do valor absoluto de luz recebido por um deles. Devido ao acoplamento eléctrico existente entre as duas metades simétricas do circuito, cria-se um certo equilíbrio eléctrico, quando ambos os sensores detectam a mesma quantidade de energia reflectida, com P1 situado a meio do seu curso. Só neste caso é que os motores rodam à mesma velocidade e o veículo se desloca em linha recta. Na prática isso nunca acontece e o veículo estará constantemente a corrigir a sua trajectória, acabando por seguir a linha executando pequenos ziguezagues. Se o veículo mostrar tendência para sair do caminho sempre para o mesmo lado, isso pode ser corrigido por meio do ajustamento de P1 Construção e teste A fig. 2 mostra a disposição dos componentes na pequena placa de circuito impresso (PCI). Antes de soldar os componentes separe a PCI em duas. A secção mais pequena aloja os sensores e a maior os elementos de comando dos motores, tal como mostra a fig. 5. Depois de soldar todos os compo¬nentes, inspeccione cuidadosamente o trabalho de soldadura e a orientação dos componentes. Se tudo estiver bem, interligue as duas placas e ligue a tensão de alimentação, mas não ligue os motores por enquanto. A iluminação dos LEDs D1 e D3 indica que o respectivo motor entraria em funcionamento, se estes estivessem ligados. Cole um pedaço de fita preta fosca num rectângulo de cartão branco e mova os sensores para um lado e para o outro da fita mantendo-os afastados cerca de 5 mm da superfície do cartão. Os LEDs D1 e D3 devem iluminar-se um de cada vez, quando simulam desvios para a esquerda e para a direita. Depois pode repetir esta experiência com os motores ligados. Na prática os motores devem rodar um de cada vez. Se notar que o circuito tem tendência para divergir sempre na mesma direcção, faça pequenos ajustamentos em P1 até anular esse efeito. Construção do veículo O leitor pode dar largas à sua imaginação na construção do veículo. O nosso protótipo era simples, construído com vidro acrílico apenas com a finalidade de demonstrar o princípio da robótica. O vidro acrílico é fácil de dobrar com a ajuda de uma pistola de ar quente ou de um pequeno maçarico. Na parte de trás existe uma pequena roda central móvel e as duas rodas traseiras iguais às dianteiras na realidade não tocam no chão. A existência de uma roda traseira móvel melhora o comportamento direccional do veículo. Depois de verificar que o carro funciona, pode experimentá-lo com vários tipos de caminhos. Será melhor começar com uma fita preta fina aplicada sobre uma superfície clara de largura um pouco inferior à separação entre os dois sensores. Depois, pode experimentar com uma fita branca um pouco mais larga aplicada sobre uma superfície escura. Neste caso não se esqueça de trocar (inverter) os fios de ligação de ambos os motores. Em ambos os casos comece por colocar P1 a meio do seu curso e depois faça pequenos ajustamentos, conforme for necessário. Uma experiência interessante consiste em controlar o carro por meio da linha de separação entre duas superfícies, uma clara e outra escura. Neste caso P1 terá de ser ajustado quase completamente para um dos lados. Depois vai verificar que o carro segue a linha divisória, se começar de um dos lados, mas se começar do outro lado, nem sequer detecta a existência da linha separadora. Se verificar que o carro parece não ver a linha a seguir, varie um pouco a distância entre os sensores e a superfície (1 mm a 5 mm). Podem usar uma pilha de 9 V em série com duas pilhas de 1,5 V para se obter 12 V, mas é sempre melhor utilizar pilhas do mesmo tipo para não desperdiçar energia. Se forem pilhas diferentes haverá umas que se descarregam mais depressa que as outras. Lista de Componentes Resistências: R1 = 470 Ohm R2 - R3 = 18 kOhm R4 - R5 = 2,2 kOhm R6 - R7 = 150 Ohm P1 = Ajust 10 kOhm, horizontal Condensadores: C1 = 100uF – 25V, radial Semicondutores: D1 - D3 = LED vermelho de 5mm D2 - D4 = 1N4001 T1 - T2 = BD679 IC1 = LM358 IC2 - IC3 = CNY70 Diversos: K1 - K2 - K3 = Bloco de dois terminais, passo de 5mm K4 - K5 = Barra de oito pinos de suporte (fêmea) M1 - M2 = Motor de 12 V com redução S1 = Interruptor On/Off Bt1 = Conjunto de pilhas(9 V a 15 V)

09 Jun 2007 by Scout 0 comments