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Os Problemas da Robótica Educacional

A Robótica Educacional é normalmente motivadora e fortemente ligada a áreas do conhecimento como: matemática, mecânica, eletrônica e computação. No entanto, um dos principais problemas desta atividade está no custo dos produtos usados, onde alguns pequenos kits robóticos podem custar de centenas a milhares de reais - para os mais comuns. O investimento, por parte das escolas, nesta atividade educacional não se encerra nos kits robóticos, pois a mecânica e a eletrônica requerem laboratórios, ou espaços, especializados para o desenvolvimento destas atividades.

Um segundo problema, normalmente derivado do primeiro, é a falta de continuidade no processo de aprendizado. É muito comum que professores e alunos que passam por treinamentos, ou participam de alguma oficina de robótica educacional, ao final das atividades fiquem com aquele "gostinho de quero mais", pois a grande maioria das escolas não conta com a infraestrutura necessária para um "aprendizado continuado" nesta área do conhecimento.

Visão Geral do Produto

Como os problemas citados anteriormente estão relacionados ao custo dos produtos, o robô aqui apresentado tem como base a idéia do custo zero (ou o menor possível) para o seu desenvolvimento, ou seja, usa fortemente da metarreciclagem para obter os componentes necessários. Os tópicos a seguir indicarão como podem ser obtidos os materiais, assim como mostrarão alguns detalhes sobre a construção e o uso de uma pequena base robótica que segue "visualmente" o seu utilizador.

O custo zero, neste caso, implica em um produto simples e frágil, mas que pode ser construído por crianças e jovens. No entanto, ao final desse texto, podem ser encontrados links para outros produtos de baixo custo, mas com robustez e potencialidades bem maiores, em comparação com o robô aqui apresentado. Em suma, o produto aqui descrito tem como principal objetivo mostrar a viabilidade de, um aluno (ou professor) com poucos recursos, dar continuidade prática ao aprendizado iniciado em uma visita técnica e/ou oficina de robótica.

Os Slides 1 mostram duas implementações semelhantes a proposta aqui implementada, onde o diferencial está no custo, pois estas apresentam um custo de aproximadamente cem reais. O slide (A) mostra um seguidor de linha vendido em forma de kit de componentes. O slide (B) mostra um robô seguidor com chassi montado com componentes de um kit de estruturas mecânicas, com adição de tração e eletrônica de outros fornecedores.

O Circuito de Controle

Por se tratar de um possível primeiro produto de robótica construído por crianças e jovens, optou-se por um circuito com o menor número de componentes possível. A Simulação a seguir, permite a visualização e o uso prévio do circuito proposto. Basta clicar em "Iniciar Simulação" e depois nos LDRs (sensores de luz ao lado dos LEDs), para alterar o incidência de luz e observar a movimentação dos motores. Observa-se ainda que duas implementações são disponibilizadas. A implementação da esquerda (usada aqui) conecta os componentes uns aos outros, facilitando assim, o uso de componentes metarreciclados - com terminais já cortados ou danificados. A implementação a direita usa de uma placa de prototipagem que facilita montagens de teste, mas necessita da placa de prototipagem e de componentes com terminais intactos (novos ou que nunca tenham sido soldados em placa).

Quanto ao funcionamento do circuito observa- se que, de modo geral, o transistor de potência (TIP120) atua como uma chave eletrônica, que ativa o motor quando recebe corrente de base. A corrente de base é limitada pelo LDR (Resistor Dependente de Luz) e ajustada pelo potenciômetro. Deste modo, quando o LDR recebe a luz do LED (refletida por algum obstáculo) ele diminui a sua resistência interna, aumentando a corrente de base do transístor e assim, ativando o motor.

Obtendo os Materiais

Devido a simplicidade do produto, a Base Robótica (Slides 2) tem como principal componente uma placa de acrílico obtida de um gabinete de notebook (A). O suporte para as rodas pode ser obtido de qualquer gabinete de equipamento e as rodas de tração (A) foram cortadas do EVA encontrado em um suporte de proteção da embalagem de um notebook. Para a roda pivotante dianteira várias opções se apresentaram (C), inclusive a parte superior de um desodorante roll-on. No entanto, como havia uma a disposição, a roda industrializada foi usada. Os motores foram obtidos das, facilmente encontradas, unidades de DVD (D).

O circuito dos "Olhos" do Robô (Figura 1) foi construído com componentes facilmente encontrados nas antigas unidades de VCR, em receptores de satélite, nas atualmente descartadas lâmpadas fluorescentes, ou em muitos outros produtos eletrônicos em desuso. Para a soldagem e para a retirada destes componentes, faz-se necessário o uso de um ferro de solda. Também é aconselhado que os componentes metarreciclados sejam testados antes do seu uso, trazendo assim a necessidade de um multímetro ou de um testador de componentes (mais indicado pelo baixo custo e fácil uso). Os LDRs podem ser obtidos dos sensores de luminosidade de câmeras de segurança.

Figura 1 - Algumas Fontes de Componentes Eletrônicos.

Montagem e Testes

Iniciando pela base robótica (Slides 3), na placa de acrílico foi desenhado e cortado (com uma serra de arco) o chassi (A) e neste foram adicionados o suporte para as rodas de tração (B e C). As rodas de tração tiveram seu centro reforçado com pedaços de tubo de caneta e estas foram fixadas ao suporte usando um parafuso que coube quase que exatamente no tubo central (D). Os motores foram posicionados no chassi, de modo que o seu eixo ficasse encostado nas rodas (E). A fixação dos motores pode ser feita de várias formas, mas os filamentos individuais de cabos de alumínio (comumente deixados nas ruas após a manutenção da rede elétrica) fornecem uma excelente material para prender componentes em bases robóticas. A roda pivotante foi afixada na frente do conjunto, com o uso de parafusos e porcas (F) - os fios de alumínio também poderiam ter sido usados.

A montagem do Circuito Eletrônico de Controle (Slides 4) priorizou o custo zero com os materiais. Deste modo, os componentes eletrônicos (A) foram dispostos e soldados, conforme o circuito apresentado na simulação do início do texto (B); tendo o cuidado de usar fios encapados quando do cruzamento com outros fios (C a G). Observa-se ainda que, para facilitar a conexão com a fonte de alimentação e com os motores, foram inseridos no circuito três pequenos conectores do tipo barra de pinos (H), que serão ligados aos cabos com conectores jumper, fartamente encontrados em computadores antigos.

Para finalizar a montagem, basta unir a parte mecânica com a eletrônica (Slides 5). Como os fios dos motores são muito frágeis, é aconselhado usar algo como um conector sindal, para intermediar as conexões entre os motores e o circuito de controle (A e B). A fixação do circuito pode ser feita por parafusos nos transístores, ou por uso de cola quente, ou similar (C). As conexões dos motores e da alimentação, com o circuito de controle, foi feita usando cabos com conectores jumper (D).

Com a montagem encerrada, pode-se agora usar a base robótica, inserindo um conjunto de 3 a 4 pilhas pequenas, ou até mesmo usando um carregador de celular que não esteja mais em uso. No entanto, antes de ser efetivamente usada, a base deve ter ajustados (Figura 2) os resistores variáveis de controle de sensibilidade do circuito. Os resistores usados aqui são do tipo trimpot, ajustados com uma pequena chave de fenda.

Figura 2 - Ajuste da Sensibilidade do "Olho Robótico".

Agora a simplicidade do circuito cobra o seu preço, já que ele nem sempre funciona muito bem e os ajustes devem ser feitos sempre que houver mudança de luminosidade do ambiente. Um paliativo para este problema pode vir de um ajuste para não ligar o motor com a proximidade de um objeto, usando assim uma lanterna para acionar os motores.

Feitos os ajuste iniciais é só aproximar as mãos dos sensores, observar os motores sendo ligados e consequente movimento da base robótica móvel (vídeo a seguir). Observa-se que este projeto não foi idealizado para ser o melhor, mas para motivar e criar as capacidades e habilidades necessárias ao aprendizado inicial da robótica.

O que Podemos Aprender com a Montagem do Robô

Aprendizado leva tempo. Ao construir esta base robótica, execute todos os passos descritos com muita calma. Lembre-se de que o objetivo principal não é construir o robô, mas compreender os principais conceitos necessários ao desenvolvimento de um produto desta categoria. Falando em conceitos, eles são muitos e observa-se que a robótica é apenas uma parte da ciência conhecida como mecatrônica, e esta última é a união de duas outras, a mecânica e a eletrônica. Ainda podemos ressaltar que os atuais robôs estão adquirindo autonomia usando de recursos ligados a ciência da computação.

Mas quais os conceitos e produtos tecnológicos que realmente foram usados neste pequeno projeto? Após a introdução sobre robótica educacional e sobre os objetivos do produto, o conceito de circuito de controle foi introduzido e seus principais componentes foram destacados, a saber: i) os transístores, que são usados como chave eletrônica e; ii) os LDRs, que são os sensores de luminosidade. A compreensão destes conceitos iniciais foram facilitados pelo suporte oferecido por uma importante ferramenta tecnológica, que é o simulador, onde podemos não apenas "desenhar" os circuitos, mas usá-los e observar os detalhes de seus funcionamentos. Além disso, os simuladores permitem que seus usuários implementem várias versões de circuitos, antes que adquirir os componentes necessários. A partir daqui, muito ainda pode ser aprendido. Acesse os materiais da lista a seguir e veja outros conceitos, componentes, projetos e modos de implementação para produtos que podem usar o apresentado aqui, como ponto de partida.

Para Fazer e Saber Mais

Atualizado em 23/08/2022 (Cássio D. B. Pinheiro).