�� PROJETO DE ROBÓTICA: ROBÔS MÓVEIS �Módulo 3

Prof. Dr. Joares Junior – Engenharia SJC

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Atuadores

• Motores elétricos. São os atuadores mais comuns, mais acessíveis e mais simples de usar na robótica, alimentados por corrente elétrica. Vamos aprender muito mais sobre eles neste capítulo.
• • Dispositivos hidráulicos. Atuadores baseados em pressão de fluido; à medida que a pressão muda, o atuador se move. São muito poderosos e precisos, mas também são grandes, potencialmente perigosos, devem ser bem acondicionados e, claro, devem ser man-tidos sem vazamentos!

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• Dispositivos pneumáticos. Atuadores baseados na pressão do ar; conforme a pressão muda, o atuador se move. Muito parecidos com os atuadores hidráulicos, eles são geralmente grandes, muito poderosos, potencialmente perigosos e também devem ser mantidos sem vazamentos.
• • Materiais fotorreativos. Materiais que realizam trabalho físico em resposta à quantidade de luz em torno deles; esses materiais são chamados fotorreativos. Geralmente, a quantidade de trabalho gerada (e, portanto, o movimento) é muita pequena, e hoje em dia esse tipo de atuador é utilizado apenas em robôs muito pequenos, de escala microscópica. (Esses materiais fotorreativos são também utilizados em lentes de óculos escuros que automaticamente escu-recem conforme necessário. Só que nesses casos eles não produzem movimento e, portanto, não são atuadores.

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Motores

• Motores são os atuadores mais comuns na área de robótica. Adaptam-se muito bem às rodas de tração, uma vez que proporcionam movimento de rotação, permitindo, assim, que as rodas girem, e as rodas, é claro, são efetuadores muito conhecidos (na robótica e em geral). Motores também são muito úteis para acionar outros tipos de efetuadores além de rodas, como você verá a seguir.

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Motores CC

• Comparado com outros tipos de atuadores, os motores de corrente contínua (CC) são mais simples, baratos e fáceis de usar e de encontrar.
• Você deve saber, da física, que motores CC convertem energia elétrica em energia mecânica. Eles utilizam ímãs, bobinas e corrente para gerar campos magnéticos cuja ação faz girar o eixo do motor. Desse modo, a energia eletromagnética se torna energia cinética, produzindo movimento.
• Para fazer um motor funcionar, é preciso fornecer energia elétrica na faixa certa de tensão. Se a tensão for baixa, mas não muito baixa, o motor continuará a funcionar, porém terá menos potência. Por outro lado, se a tensão for demasiadamente elevada, a potência do motor é aumentada, mas o desgaste fará que o motor quebre mais cedo. É muito parecido com a aceleração de um motor de carro; quanto mais você acelerar, mais rápido o motor se estragará.

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• Quando uma tensão constante é fornecida a um motor CC dentro da faixa de tensão correta, a corrente gerada é proporcional ao trabalho realizado. Quando um robô está empurrando uma parede, os motores que tracionam as rodas estão consumindo mais corrente e gastam mais suas baterias do que quando o robô está se movendo livremente, sem obstáculos no caminho.

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Engrenagens

• Podemos usar engrenagens! Uma combinação de engrenagens diferentes pode ser usada para alterar a força e o torque de saída dos motores. A força gerada na borda de uma engrenagem é a razão entre o torque e o raio da engrenagem. Ao combinar engrenagens de raios diferentes, pode-se manipular a quantidade de força e torque que é gerada.
• Se a engrenagem de saída é maior do que a engrenagem de entrada, o torque aumenta. Se a engrenagem de saída é menor do que a engrenagem de entrada, o torque diminui.
• Se a engrenagem de saída é maior do que a engrenagem de entrada, a velocidade diminui. Se a engrenagem de saída é menor do que a engrenagem de entrada, a velocidade aumenta.

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Servomotores

• Motores que podem girar o seu eixo para uma posição específica são chamados servomotores, ou simplesmente servos, porque podem se deslocar para uma posição particular. Servos são muito utilizados em brinquedos, por exemplo, para o ajuste de direção dos carrinhos de controle remoto (CR) e para o ajuste de posição das asas em aeromodelos. Os servomotores são feitos a partir de motores CC com a adição dos seguintes componentes:
• engrenagens de redução, pelas razões apresentadas anteriormente;
• um sensor de posição do eixo do motor, para medir o quanto o motor está girando e em qual direção;
• um circuito eletrônico que controla o motor, a fim de determinar o quanto girar e em qual direção.
• A operação do servomotor resume-se a deixar o eixo do motor na posição desejada. Essa posição está em algum lugar ao longo de 180 graus em qualquer direção a partir do ponto de referência

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Rodas e direção

• Em razão da eficiência e da relativa simplicidade de controle, as rodas são os efetuadores de locomoção preferidos na robótica. Robôs com rodas (assim como quase todos os dispositivos mecânicos com rodas, tais como os automóveis) são construídos para ser estaticamente estáveis. Embora a maioria das rodas não desvie muito do projeto básico, elas podem ser construídas com variedade e estilo inovador.
• A habilidade de tracionar as rodas de forma individual e independente, por meio de motores separados, é chamada tração diferencial. Analogamente, ser capaz de orientar as rodas de forma independente é chamado direção diferencial.
• Se as duas rodas são acionadas à mesma velocidade, no mesmo sentido, o robô se move em linha reta.
• Se uma roda (digamos, a esquerda) é acionada a uma velocidade maior do que a outra, o robô realiza uma curva (nesse caso, para a direita).

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Sensores

• Um robô pode ter dois tipos de sensores com base na fonte de informação que ele sente:
• 1. Sensores proprioceptivos. Esses sensores percebem elementos do estado interno do robô, como as posições das rodas, os ângulos das articulações dos braços e a direção para a qual a cabeça está voltada. O termo vem da palavra latina proprius, que significa “próprio” (que também aparece em “proprietário”, “propriedade” e “apropriado”). Propriocepção é o processo de sentir o estado de seu próprio corpo. Aplica-se tanto aos animais quanto aos robôs.
• 2. Sensores exteroceptivos. Esses sensores percebem elementos do estado do mundo externo ao redor do robô, como os níveis de luz, as distâncias, os objetos e o som. O termo vem da palavra latina extra, que significa “de fora” (que também aparece em “extras-sensorial”, “extraterrestre” e “extrovertido”). Exterocepção é o processo de sentir o mundo ao redor do robô (incluindo detecção do próprio robô).

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Em vez de serem fornecedores mágicos de todas as informações de que o robô poderia possivelmente precisar, os sensores são dispositivos físicos que medem quantidades físicas

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Sensores- ruidos

• Os ruídos e os erros dos sensores, que são inerentes à medição física e não podem ser evitados, contribuem para um dos grandes desafios da robótica: a incerteza. A incerteza refere-se à incapacidade do robô de ter certeza, de saber com exatidão sobre seu próprio estado e seu ambiente, para tomar medidas absolutamente ótimas em todos os momentos. A incerteza na robótica vem de uma variedade de fontes, incluindo:
• ruído e erros dos sensores;
• limitações dos sensores;
• ruído e erros dos atuadores e efetuadores;
• estado oculto e parcialmente observável; •
• falta de conhecimento prévio sobre o ambiente, ou um ambiente dinâmico e em constante mudança
• Sensores não fornecem o estado. Eles fornecem as medidas brutas das quantidades, que normalmente têm de ser processadas para serem úteis a um robô.

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Como você mediria a distância de um objeto

Aqui estão algumas opções:

• sensores de ultrassom: fornecem medições de distância diretamente (em tempo de voo);
• sensores de infravermelho: podem fornecê-la por meio da intensidade do sinal retornado;
• duas câmeras (ou seja, câmera estéreo): podem ser usadas para calcular a distância e a profundidade;
• câmera: pode calcular a distância/profundidade usando perspectiva (e algumas suposições sobre a estrutura do ambiente);
• laser e câmera fixa: podem ser usados para triangular distância;
• sistema baseado na luz estruturada de um laser: pode sobrepor um padrão de grade sobre a imagem da câmera, e o sistema de processamento pode usar as distorções nesse padrão para calcular a distância.

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Obrigado a todos!

Até a próxima.

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