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Níveis de Dificuldade Gárcio José Soares 0123 O conceito do Robô Rastrea- dor é bem simples. Ele possui dois sen- sores voltados para a parte de baixo de seu chassi. Estes sensores foram dispostos para diferenciar duas cores básicas: o preto e o branco. Assim, é possível fazer com que o robô “siga” ou “rastreie” o traçado da linha. A figura 1 demonstra como o robô diferencia ambas as cores. Quando o sensor identifica a cor branca existe sinal, na cor preta o sinal não existe mais. Vamos compreender como isso foi feito. O sensor foi montado com um LED IR (emissor de infravermelho) e um fototransistor. Estes estão posicio- nados de maneira que seja possível ao fototransistor “enxergar” a emissão dos raios infravermelhos do LED por reflexão. A cor branca atua mais ou menos como um “espelho”, refletindo o sinal IR do LED para o transistor e a cor preta impede a reflexão. Por isso, dizemos que o sensor “reflete” o branco e “não reflete” o preto. Assim, o sensor pode informar ao circuito qual cor ele está “vendo”. Com base nisso o leitor pode con- cluir que seria possível construir vários tipos de sensores. Veja a figura 2. pao À remos remo en rem emo me No exemplo (A) temos um sensor que poderia seguir uma linha por uma das bordas. O sensor mais a esquerda seguiria a parte escura da linha e o sensor à direita a parte branca. Assim sendo, o sensor que foi posicionado para responder à “cor escura” avisaria o circuito sobre um possível desvio para a cor branca, e a ajuda de microcontroladores e/ou circuitos lógicos digitais complexos. Os componentes usados na montagem do Robô Rastreador limitam-se apenas a alguns transistores (quatro no total), alguns resistores, diodos, fototransistores, Leds IR comuns e dois motores. Uma mon- tagem simples que irá atender desde o leitor iniciante até o leitor mais experiente. mec ele: inf custom Há algum tempo nossos leitores espera- vam por uma montagem simples, barata e interessante. É assim que descreve- mos o Robô Rastreador. Um robô capaz de seguir o traçado de uma linha sem o sensor para “cor branca” faria justa- mente o contrário. Um outro exemplo é dado em (B). Ambos os sensores são posicionados para responder sobre um desvio para a cor branca, pois são posicionados sobre a cor preta. Para nosso robô selecionamos a opção (C). Ambos os sensores são posicionados sobre a cor branca e respondem sobre um provável desvio para a cor preta. Os dois tipos de sensores pos- suem suas vantagens e desvantagens. No caso do sensor (A) a linha não pre- cisa de uma largura específica como para os sensores (B) e (C), porém qualquer “pista” desenvolvida para este não poderia ter cruzamentos. O sensor (B) possui como vantagem principal o fato de sua pista poder ser construída com cruzamentos, porém sua desvantagem é o dimensionamento da largura da trilha que deve ser bem justo a distância dos sensores. Para o sensor (C) as vantagens são não precisar de uma largura justa, pois a trilha pode ser feita considerando um valor máximo e mínimo (isso será detalhado mais à frente neste artigo) e também com um pequeno “macete”: a pista poderá ter cruzamentos. Além Mecotrônica Fácil nº16 - Maio 2004 destas vantagens, o tipo de montagem é mais simples, pois como ambos os sensores operam da mesma forma, o circuito é do tipo “dobrado” (o mesmo tipo de controle para ambos os lados). Porém, devemos alertar que esta- mos falando do posicionamento dos sensores e isso não significa que nosso robô funcionará com qualquer um. O robô foi desenvolvido, conforme dito, para o sensor exemplificado na figura 2C e não funcionaria com os A partir dessa análise pode-se entender que o robô “segue” a linha preta de maneira externa, ou seja, o robô realiza os desvios ao detectar que um de seus sensores está sobre a linha, contornando a mesma. Alguns dos conceitos acima podem ficar um tanto obscuros, principal- mente se o leitor não conhecer muito bem como operam os transistores. Neste caso, podemos passar o seguinte conceito básico: do robô. Pela primeira vez unimos a montagem eletrônica à montagem mecânica do robô. Isso porque a pró- pria placa de circuito impresso assu- mirá também o papel do chassi do robô. Lembrando sempre que isso é válido apenas para as montagens que forem reproduzir exatamente nosso protótipo. Para os leitores que dese- jam desenvolver seu próprio chassi, o tamanho da placa a ser considerado 47 KO na001] Rg SS edi ro 8 np ] 11N4001 outros tipos. Seriam necessárias algu- mas modificações no circuito. O CIRCUITO Agora, compreendido como o robô “rastreia” a linha, vamos ao detalha- mento do circuito. Observe a figura 3. Os LEDs D, e D, são emissores de infravermelho e Q, e Q, são foto-tran- sistores. D, é posicionado de maneira a compor um sensor com Q,. Quando Q1 recebe o sinal de D,, refletido pela a cor branca, este entra em condu- ção levando Q; ao corte (corrente lc = 0). Assim Qs é polarizado de maneira direta pelo resistor Rs e passa, por- tanto, a conduzir (presença de cor- rente lc), fazendo o motor “girar”. Esta analise é válida também para D,, Q», Qu R7 e Oh. Todavia, quando o conjunto D, e Q, (ou D, e Qp) são posicionados sobre a cor preta, não existe mais a reflexão dos raios infravermelhos de D, e Q, é levado ao corte. Quando isso acontece, Q; passa a conduzir, polarizado por R; levando Qs ao corte. Neste momento, o motor pára de girar. Mecatrônica Fácil nº16 - Maio 2004 Umtransistor NPN “conduz” quando a tensão aplicada em sua base é posi- tiva (maior que zero) e um transistor PNP o faz quando a tensão aplicada a sua base é negativa ou zero volts. Este conceito é básico e estamos conside- rando a operação do transistor como “chave” (corte e saturação) apenas. Suas características de amplificação não estão sendo analisadas. Acreditamos que para uma com- preensão maior do circuito, o conhe- cimento sobre trânsistores deva ser “ampliado”. Para isso, o leitor poderá ler o artigo “Conheça os transistores” de Newton C. Braga, publicado na edição nº15 de março/abril de 2004. Os diodos Ds e D, protegem os transistores Qs e Qg contra correntes reversas, provocadas pelo motor. Os capacitores C, e C, são filtros para o circuito. A alimentação é feita através de quatro pilhas pequenas (6 VDC). A chave S, liga/desliga o circuito (robô). A MONTAGEM Na figura 4 o leitor tem o “lay-out” para confecção do circuito impresso está marcado com uma linha trace- jada na figura. Toda a descrição da montagem dada doravante será feita com base em nosso protótipo, mas as dicas forneci- das poderão ajudar em qualquer outra montagem (chassi desenvolvido pelo leitor). Após a confecção do circuito impresso, verifique atentamente se nenhuma trilha foi esquecida, se as ligações estão corretas, se todas as ilhas foram contempladas, etc. Uma inspeção na placa pode ajudar muito, evitando futuros problemas. Tenha um cuidado especial ao soldar os transistores, diodos e o capacitor C,. Estes componentes são polarizados, e caso sejam montados na placa de forma invertida o robô não funcionará. a Os sensores formados por D, e Q, (sensor A) e D, e Q, (sensor B) devem ser montados voltados para baixo (lado da solda). Veja a figura 5. Porém, o leitor deve seguir exa- tamente a figura 4 para realizar a montagem, considerando que os com- ponentes serão soldados do lado da [D) Os cortes para o encaixe dos moto- res dependem exclusivamente do tipo, tamanho e posição dos motores ado- tados no chassi. E sendo assim, cada um deverá fazê-lo usando o bom senso e também visando o melhor acabamento. nportante-2: || O uso da fôrma para ovo de páscoa caseiro é apenas uma sugestão. Muitos | outros materiais podem ser aplicados 1 como, por exemplo, uma garrafa “PET” + de refrigerante de 2 litros. E Não pintamos nosso protótipo, pois acreditamos que deixá-lo transparente daria um melhor acabamento. Sabe- mos, porém, que cada um escolherá o melhor acabamento para o seu robô. O suporte de pilhas e a cobertura do nosso robô foram presos com auxi- lio de fita dupla face. A chave “S,” foi presa na parte inferior do chassi com “cola quente” (figura 9). A terceira “roda” (ou “roda boba”) do nosso protótipo foi construída usando a metade de uma “bolinha de ping-pong”, facilmente encontrada em papelarias, supermercados, arma- rinhos, etc. Para prendê-la ao chassi Mecatrônica Fácil nº 16 - Maio 2004 utilizamos “cola quente” (figura 10). Esta “roda boba” é na verdade um apoio para a parte frontal do robô impedindo que os sensores raspem na “pista”, e também confere a altura ideal para os mesmos. AJUSTE DOS SENSORES O ajuste dos sensores do Robô Rastreador não é critico, mas requer atenção. Dissemos anteriormente que os mesmos operam por reflexão. Sendo assim, eles devem ser posicio- nados de maneira que o raio emitido pelo diodo IR seja refletido no papel e captado pelo fototransistor de cada grupo (sensor A ou B). Em nossos testes obtivemos bons resultados com os sensores posicio- nados com distâncias entre 0,5 cm a 1 cm do solo. A inclinação em Dy, Ds, Q; e Q» deve ser feita de maneira a obter-se a reflexão. Veja a figura 11. Com reflexão Sem refiexão 4540. : Re - | Caso o leitor mantenha o sensor a uma distância maior ou ainda menor, o ângulo de reflexão irá se alterar. Esta distância deve ser testada para proporcionar a melhor reflexão e, por- tanto, a melhor atuação do elemento sensor. Como é um pouco complicado obter este ângulo através de cálcu- los, aconselhamos que o mesmo seja feito de maneira empírica. Para isso, desligue os motores da placa e solde um LED comum com um resistor limi- tador de corrente conforme descrito na figura 12, no lugar de cada um dos motores. Ao coletor de Q5 ou 08 Assim, o leitor poderá posicionar o robô sobre um papel branco e ir ajus- tando o ângulo de cada um dos com- ponentes até obter a reflexão. Quando isso acontecer, os LEDs de teste irão se acender com máximo brilho, com- provando a reflexão. Teste também sobre um pedaço de papel preto (este pode ser feito com um pedaço de fita isolante). Os LEDs deverão apagar quando o sensor for posicionado sobre este. Este ajuste é de suma importância para o per- feito funcionamento do robô, porém ele será feito apenas uma única vez, e retocado posteriormente na pista apenas se (e quando) necessário (eventuais choques durante o trans- porte ou mesmo ao guardar o robô, podem alterar o ângulo previamente configurado). PROVA E USO Para testar o seu robô não é neces- sária a construção de uma pista. Pegue um pedaço de papel branco e cole um pedaço de fita isolante preta no mesmo. Agora vire o robô de “ponta-cabeça”, ligue-o e posicione o papel de maneira que o pedaço de fita fique entre os sen- sores. Verifique se os motores estão girando. Aproxime ou afaste o papel até observar o giro dos mesmos. Talvez seja necessário um pequeno ajuste nos sensores conforme descrito anterior- mente, Feito todos os ajustes, os moto- res sobre o branco deveram girar e parar sobre o preto da fita. Agora que o funcionamento foi com- provado, é hora de fazer uma pista. Na [> O i | 1 1 1 1 1 | 1 1 í ' i í ] 1 ] ! ] ] ] ' 1 ] 1 ] ] ! ] ] 1 (Db) figura 13 o leitor tem um exemplo de arco de curva e um segmento de reta. A largura de ambos é de 15 mm. O arco de curva tem raio externo de 120 mm e interno de 105 mm. Este arco foi o que melhor se adaptou ao nosso pro- tótipo. Curvas com arcos muito acentu- ados podem “travar” o robô. eres pende sr | Caso o leitor monte um protótipo dife- | rente do demonstrado aqui, deverá rea- | lizar testes para verificar qual o valor | mínimo para o arco de curva que o seu | robô aceitará. ' Construa uma pista como a demonstrada na figura 14. Esta pista é a mesma utilizada em nossos testes (nada impede que o leitor faça a sua, apenas respeitando o arco e a largura máximos passados). Para isso faça um “gabarito” com as infor- mações contidas na figura 13 ou, se preferir, faça o download no site da revista (www.mecatronicafacil. com.br). Corte os exemplos passados e use-os para traçar a pista sobre uma cartolina branca. Após traçar a pista, a mesma deve ser pintada. Em nossa pista-protótipo usamos tinta plástica preta. Esta tinta é facilmente adquirida em papelarias e armarinhos. ABr de sxção see » Coloque a pista no chão e o robô sobre a mesma. Ligue-o. Observe seu comportamento. Se em algum momento ele sair fora do traçado, ajuste os sensores (ângulo de refle- xão) conforme descrito. DICAS EXTRAS Lembra-se quando no início deste artigo colocamos que para que o robô Rastreador pudesse ser utilizado em pistas com cruzamentos era neces- sário lançar mão de um pequeno macete?! Pois bem. Observe na figura 15 como isso é feito. Pela figura, o leitor nota que no cruzamento não existe a linha preta. Como em um cruzamento ambos os sensores ficariam sobre a linha preta, ambos os motores iriam parar. Para evitar isso, retiramos as linhas do cru- zamento. Assim sendo, o robô poderá cruzá-la sem maiores problemas. Bem simples! Uma outra dica é sobre a alimen- tação do robô. Ela é feita com quatro pilhas pequenas tipo “AA”. Caso o leitor deseje utilizar o robô por longos períodos, as pilhas podem mostrar-se ineficientes. Nessa situação, o uso de uma fonte externa de 6 VDC é o mais recomendado. Na figura 16 o leitor tem o exemplo de uma fonte de 6 VDC regulados com corrente de até 1 A. Note que, aqui o fio que leva a ali- mentação até o robô deve ficar sus- penso de forma a não atrapalhar os seus movimentos. ONDE POSSO DEMONSTRAR MEU ROBÔ Este robô é bem simples, mas chama bastante a atenção. O leitor poderá demonstrá-lo em Feiras de Ciências, ressaltando as característi- cas da reflexão da luz (lembre que, apesar de não podermos vê-lo, o infra- vermelho também faz parte do espec- tro da luz). Também poderá fazê-lo em Feiras de Eletrônica, onde o funcionamento dos sensores, transistores e outros componentes seriam detalhados a uma “banca examinadora”. Um robô como este também pode ser colocado na “vitrine” de uma loja ou de um “estande de feira”. Ele cha- maria muito a atenção de quem pas- Sensores detectam o preto no cruzamento e robô pára! Sem as linhas no centro do cruzamento o rob passa E TDR livremente até a linha do E outro lado! i 1 ! | 1 1 i i 1 i 1 1 i 1 ] ] ' ' 1 1 ] ] ] ' 1 ' 1 1 ' ] ] 1 ] ] ' 1 ' sasse em frente. O leitor pode entãc pensar no aluguel do seu pequenc robô, para angariar fundos para suas próximas montagens! AJUDA COM PROBLEMAS Abaixo, listamos alguns pontos observados em nosso laboratório € que com certeza ajudarão na solução de problemas: Liguei meu robô e nada aconteceu! Possíveis soluções: - Verifique se as pilhas foram colo: cadas corretamente no suporte. - Verifique se a chave S, esté ligada. - Verifique a posição dos sensores (se ligados invertidos, o robô não fun cionará). - Verifique se os transistores diodos ou “C;” não foram ligados invertidos. - Coloque o robô sobre uma folhe branca/preta e verifique o funciona mento. - Reveja o ângulo de reflexão dos sensores. Liguei meu robô e apenas um dos motores liga! Possíveis soluções: - Verifique todas as possíveis solu ções apontadas na questão anterior para o lado que não funciona. Meu robô funciona, mas os motores giram em sentido contrário! 
