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ROBCOM - construa um robô de combate (MEC093)

Montagem Absolutamente Econômica - Ao Alcance de Todos

Este artigo é de 2003, mas se mantém atual, pois usa componentes comuns e pode ser aplicado com facilidade no ensino de tecnologia e mecatrônica tanto no ensino fundamental e médio como técnico e mesmo superior.. O projeto pode ser facilmente adaptado para o nível dos que vão realizá-lo, pois é extremamente flexível tanto em relação à parte mecânica como eletrônica.

Este projeto, desde que foi desenvolvido pela primeira vez tem sido usado de diversas formas, por muitas escolas técnicas e de ensino médio nos seus cursos como uma forma de desafio tecnológico. No nosso videolog e fotolog temos diversos exemplos da utilização deste projeto numa interessante competição de robôs de combate. O projeto está aberto a muitos aperfeiçoamentos, principalmente na parte de propulsão.

 

Usando material improvisado (de sucata) com nenhum componente crítico, descrevemos a montagem de um robô de combate, ideal para ser usado em cursos de nível fundamental e médio, além de técnicos, com elementos que podem ser associados tanto às disciplinas normais do currículo como introduzindo conceitos de tecnologia bastante atuais. Além disso, o que mais destaca no projeto é o aspecto lúdico, já que os robôs podem participar tanto de combates em duplas como de guerras com duas equipes se digladiando. Veja nesse artigo como você e seus amigos podem realizar uma guerra de robôs ou como você pode implementar esta fantástica atividade em sua escola.

Se os temas robótica e mecatrônica estão em alta em todos os níveis de ensino, a Guerra de Robôs tem um destaque ainda maior, com a realização até de competições internacionais de altíssimo nível.

No entanto, quando se fala em Guerra de Robôs, o primeiro obstáculo que todos vêm é a inacessibilidade da tecnologia que um verdadeiro robô de combate deve possui. Custo elevado, peças que não podem ser encontradas com facilidade e conhecimento de uma tecnologia que não está alcance senão a partir dos estudantes mais avançados de cursos técnicos e engenharia é o que logo vem à mente.

Isso já ocorreu quando tivemos de enfrentar o desafio de montar um veículo mecatrônico que estivesse ao alcance até mesmo de estudantes de escolas de nível fundamental, sem tecnologia dominada ou recursos técnicos de um laboratório.

A criação do VM-1 publicado na Edição Número 3 dessa revista é o resultado do projeto.

No entanto, não ficamos nele. Nosso desafio seguinte foi fazer justamente o mesmo com um robô de combate. Trabalhamos no projeto com nossos alunos do Colégio Mater Amabilis de Guarulhos - SP, e o resultado é o ROBCOM que agora descrevemos nesse artigo.

Usando peças absolutamente acessíveis, dando as possibilidade de criação sobre um projeto básico, altamente recomendada pelos parâmetros do ensino moderno, cegamos a um pequeno robô de combate que pode ser montado e controlado por estudantes até mesmo das últimas série do ensino fundamental. O custo total estimado de cada robô, incluindo os componentes eletrônicos não deve superar os R$ 30,00.

 

ROBCOM - Um Robô "De Briga"

A idéia básica do ROBCOM é de um pequeno veículo (robô) controlado por um cabo de 3 metros de comprimento que pode realizar qualquer movimento comandado por um joystick. Esse joystick é formado por duas chaves de 3 posições.

Na posição de repouso, os motores do robô não são alimentados e ele permanece em repouso.

Pressionando os dois botões para frente o robô avança em linha reta e pressionando os dois para trás o robô recua em linha reta. Quando pressionamos um botão apenas para frente, o robô avança virando para esquerda ou direita conforme o botão. Se pressionarmos um botão para trás, o robô recua girando para esquerda ou para a direita. Uma curva, ou manobra de giro, sem sair do lugar, pode ser obtida pressionando-se um botão para frente e o outro para trás.

Tudo isso é mostrado na figura 1.

 

Movimentos do ROBCOM.
Movimentos do ROBCOM.

 

 

Fica claro que, pelo manuseio dos botões com habilidade, o operador pode realizar qualquer movimento com o robô.

Mas, e a idéia do combate.

A idéia é simples: vamos prender em cada robô um balão de borracha e montar na sua parte frontal ou lateral agulhas de até 10 cm de comprimento. Limitamos o número de agulhas a 4 e proibimos de se proteger o balão com anteparos, para um combate de habilidade.

A finalidade da "briga" é que, num combate entre dois robôs, um tenha de estourar o balão do outro!

Um aperfeiçoamento que pode ser introduzido no projeto, já para cursos mais avançados, é colocar um sistema de interruptores de lâmina ou mesmo sensores fotoelétricos de tal forma que no momento em que o balão for estourado a alimentação seja cortada e o robô "morre", não mais se movimentando.

O combate pode ser realizado numa "arena" formada por 4 sarrafos de 2,5 ou 3 m, conforme mostra a figura 2.

 

Arena de combate.
Arena de combate.

 

As regras adicionais incluem a proibição dos combatentes entrarem na arena ou puxarem os veículos pelos fios.

Para uma guerra, uma arena de 6 x 3 metros pode ser elaborada, com dois exércitos, cada qual carregando bexigas de uma cor diferente. O "mata-mata" deve terminar apenas quando um ou mais robôs com bexigas de uma cor permanecer, determinando o exército vencedor.

 

O ROBCOM - Descrição do Robô

Para tornar o robô muito acessível optamos pelo controle via cabo e pela transmissão por acoplamento direto do motor às rodas, evitando assim o uso de caixas de redução. Deve-se levar em conta que um sistema de transmissão via rádio, além dom custo elevado, esbarra no problema das dificuldades de ajustes, interferências e ainda no problema de se encontrar uma freqüência diferente para cada um dos participantes, principalmente se forem muitos.

 

a) Parte elétrica

Para a parte elétrica temos um circuito muito simples em que usamos chaves reversíveis de 3 posições, conforme mostramos na figura 3.

 

Circuito elétrico
Circuito elétrico

 

Cada uma das chaves controla por um cabo de 4 x 26 (4 fios AWG 26) bem flexível os dois motores que ficam montados no veículo.

As chaves são fixadas numa caixinha juntamente com as 4 pilhas pequenas que propulsionam o veículo.

A parte importante da montagem eletrônica é mostrar como podemos controlar os motores (sentido de rotação) invertendo o sentido da corrente através das chavinhas.

 

b) Parte mecânica

Na figura 4 temos o robô na sua versão básica que, conforme já salientamos, pode admitir variações dentro de regras que sejam estabelecidas pelos que organizarem uma eventual competição.

 

Características mecânicas.
Características mecânicas.

 

As rodas traseiras são formadas por dois CDs colados em rodinhas de carrinhos de brinquedo com movimento livre. Para a transmissão do movimento, o eixo do motor é encostado diretamente na borda do CD.

Dessa forma, temos uma redução natural da velocidade e aumento de torque dado justamente pela relação entre o diâmetro do CD e o diâmetro do eixo do motor.

Para melhorar a eficiência do sistema de propulsão adotamos 3 medidas:

1. Colocamos uma pequena "luva" no eixo do motor que nada mais é do que um pedaço de tubo de caneta esferográfica gasta ou semelhante.

2. Recobrimos o CD com uma espécie de "pneu" que tanto pode ser feito envolvendo-o com fita isolante comum como colando um pedaço de borracha de tubo de nylon ou outro material semelhante à borracha.

3. Montamos o motor num suporte flutuante (móvel) com um elástico para pressioná-lo sobre o CD.

 

Na figura 5 mostramos como a suspensão móvel é feita, garantindo que o motor não trave devido à pequenas excentricidades na montagem da roda.

 

Detalhes do sistema de propulsão.
Detalhes do sistema de propulsão.

 

A roda dianteira é do tipo livre que pode ser obtida de cadeiras de escritório, móveis, etc, podendo ser encontrada a um custo bastante baixo em casas de materiais de construção e material elétrico.

O chassi tanto pode ser feito de papelão, madeira ou plástico. Caixas de CDs resultam em excelentes materiais para a montagem do chassi e da própria suspensão do motor.

 

Montagem Passo-a-Passo

A implementação, principalmente com finalidades pedagógicas exigem um detalhamento completo do processo de montagem, principalmente para treinamento de professores.

 

Montagem da Parte Elétrica

a) Ligação das Chaves

As chaves devem ser fixadas numa caixinha plástica que vai servir de controle remoto. A caixa deve ser furada para que as chaves se encaixem e haja lugar para colocar as pilhas. Uma saboneteira de plástico serve perfeitamente para essa finalidade.

As figuras de 6 a 9 mostram a sequência de operações para ligação das chaves.

 

Ligações das chaves.
Ligações das chaves.

 

 

Fios cortados e chaves.
Fios cortados e chaves.

 

 

Soldando os fios.
Soldando os fios.

 

 

Ligações das chaves.
Ligações das chaves.

 

 

b) Preparação do Cabo

O cabo é preparado cortando-se inicialmente aproximadamente 7 cm da capa que o recobre nas duas extremidades, usando um estilete. Nessa operação, deve-se tomar o máximo de cuidado para que os 4 fios internos não sejam danificados. Guarde os pedaços de capa de fio, pois eles servem para prender o eixo das rodas - veja parte mecânica.

As pontas dos fios internos devem ter 0,5 cm descascados para soldagem.

Os cabos desse tipo possuem condutores com cores diferentes que devem ser identificados com os números 1,2,3 e 4 (marque num papel as cores correspondentes para não fazer confusão depois). As figuras 10 e 11 mostram esta operação.

 

Desencapando o cabo.
Desencapando o cabo.

 

 

Cabo desencapado.
Cabo desencapado.

 

c) Soldagem do Cabo aos Motores

Os fios 1 e 2 serão soldados a um dos motores, enquanto os fios 3 e 4 serão soldados ao outro motor. Posteriormente, se os motores ficarem com sentidos invertidos bastará inverter a ligação dos fios de um deles. As figura 12 e 13 mostram como isso deve ser feito.

 

Soldando os fios do cabo do motor.
Soldando os fios do cabo do motor.

 

 

Fios do cabo soldados nos motores.
Fios do cabo soldados nos motores.

 

O cabo deve ser preso junto a base móvel para se evitar que eles forcem os terminais dos motores em caso de um puxão mais forte.

 

d) Soldagem do Cabo às Chaves

O próximo passo consiste na soldagem dos fios do cabo às chaves. Veja nas figuras e 15 a correspondência da numeração dos fios. Não faça trocas, pois se isso ocorrer, o robô não vai funcionar.

 

Soldando os fios do cabo nas chaves.
Soldando os fios do cabo nas chaves.

 

 

Os fios já soldados.
Os fios já soldados.

 

e) Ligação do Suporte de pilhas

Passamos agora à soldagem dos fios do suporte de pilhas nos pontos indicados nas figuras 16 e 17.

 

 

Soldando o suporte de pilhas.
Soldando o suporte de pilhas.

 

 

O circuito elétrico pronto.
O circuito elétrico pronto.

 

Teste da Parte Elétrica

Terminando de montar o circuito elétrico já é possível fazer um teste de funcionamento. Para isso, coloque pilhas no suporte. Apertando os dois botões para frente, os dois motores devem girar no mesmo sentido. Se isso não ocorrer, inverta os fios de um deles. Se algum motor não funcionar os o dois, verifique todas as ligações, se as soldas estão corretas ou se você não cortou acidentalmente os fios do cabo.

 

f) A caixa de controle

Com o teste realizado será possível fechar as chaves e o suporte de pilhas na caixa de controle. Com isso, essa fase da montagem estará terminada.

 

Parte Mecânica

a) Montagem do Chassi

O chassi pode ser feito de papelão, plástico ou madeira com as dimensões aproximadas mostradas na figura 11 (25 x 12 cm). Para o caso do papelão devem ser previstas abas que vão dar maior resistência mecânica ao conjunto. Uma solução alternativa interessante é usar duas caixinhas plásticas de CDs montadas em oposição, conforme mostra a figura 18.

 

Caixas de CDs.
Caixas de CDs.

 

 

b) Roda Frontal

Na parte frontal deve ser fixada a roda livre. Existem duas possibilidades, conforme o tipo de roda adquirida. Algumas possuem 4 furos para fixação por parafuso enquanto que outras possuem um pino. Nas figuras 19 e 20 mostramos a fixação de uma roda com 4 furos usando o chassi feito com caixas de CDs.

 

Roda livre.
Roda livre.

 

 

Furando o chassi.
Furando o chassi.

 

Observe que a furação é feita colocando-se uma caixinha sobre a outra na posição em que as tampas abrem para lados opostos e marcando-se o lugar com uma caneta hidrográfica o local dos dois furos (não será necessário usar os quatro).

Feita a marcação, use a ponta do ferro de soldar aquecido para fazer os furos, tirando (depois) as rebarbas do plástico com um estilete. A roda é presa com parafusos de 3/4 x 1/4" ou próximo disso, com porcas e arruelas.

Uma folha de papel rígido ou mesmo plástico é colada na parte de baixo do chassi para evitar que ele dobre. As figuras 21 e 22 mostram esta parte da montagem.

 

Inserindo a chapa de metal.
Inserindo a chapa de metal.

 

 

Chassi com a roda livre.
Chassi com a roda livre.

 

O importante na escolha da roda é que ela seja a mais leve e mole possível para poder acompanhar os movimentos rápidos do robô.

 

c) Rodas Propulsoras

As rodas propulsoras são feitas com CDs comuns. Inicialmente colocamos em torno de cada CD fita isolante para servir de pneus de modo a aumentar a aderência do robô em relação ao solo e a própria transmissão de movimento pelo motor, conforme mostra a figura 23.

 

Fazendo um
Fazendo um "pneu" com a fita isolante.

 

Em cada CD colamos uma rodinha de plástico tirado de um carrinho de brinquedo com o eixo. A roda plástica da outra extremidade é retirada,.conforme mostram as figura 24 e 25.

 

Colando um roda de brinquedo no CD.
Colando um roda de brinquedo no CD.

 

 

Rodas e eixos do ROBCOM.
Rodas e eixos do ROBCOM.

 

O ponto crítico nessa fixação é que a centralização da rodinha no CD deve ser perfeita. Se houver excentricidade, a roda pode jogar afetando a mobilidade do robô.

Também, devemos cuidar para que o eixo escolhido não seja muito curto (deve ter pelo menos 4 cm) para que as rodas fiquem firmes, não "jogando" com o movimento do robô.

 

d) Fixação das Rodas Propulsoras

Para a fixação usamos dois pedaços de canudinhos de refresco que são cortados de modo a deixar aproximadamente meio centímetro do eixo de cada roda livre.

 

Cortamos depois pedaços de papelão nas formas mostradas nas figuras 26 e 27 e os colamos na base do robô da forma mostrada na figura 28.

 

Material para a fixação das rodas.
Material para a fixação das rodas.

 

 

Peças de fixação.
Peças de fixação.

 

 

Peças de fixação das rodas coladas no chassi.
Peças de fixação das rodas coladas no chassi.

 

O canudinho que vai servir de bucha para a passagem do eixo das rodas é colocado entre os pedaços de papelão. deve-se cuidar para que a sua fixação seja tal que não impeça o movimento das rodas e que não fique nenhum jogo.

Nas extremidades do eixo são colocados dois pedacinhos de capa de fio (que podem ser aproveitados do cabo - veja parte elétrica) para impedir que ele escape. A figura 29 mostra esta fase da montagem.

 

Fixando as rodas.
Fixando as rodas.

 

e) Preparação da Base Articulada

Os motores são fixados numa base articulada de modo que eles tenham apenas os eixos apoiados nas rodas propulsoras. A pressão do eixo sobre as rodas propulsoras é garantida por um elástico, conforme mostram as figuras 30 e 31.

 

Colando os motores.
Colando os motores.

 

 

Colocação do elástico.
Colocação do elástico.

 

Um ponto importante, ao se colar o motor, é que eles devem ser alinhados com as rodas CDs de modo que seus eixos de apóiem exatamente sobre elas, sem o perigo de escapar. Observe que no eixo de cada motor colocamos um "prolongador" que nada mais é do que um pedacinho de tubo de tinta de caneta esferográfica gasta.

Esse sistema tem a vantagem de não forçar o motor mesmo em função de balanços da roda devido a desalinhamentos ou excentricidade como também de evitar travamentos ou mesmo problemas caso o robô venha travar num combate.

O motor vai girar em falso sem perigo de haver uma sobrecorrente capaz de causar sua queima.

A base articulada pode ser construída com uma caixinha de plástico de CD que será furada ou cortada de modo a poder dar passagem aos parafusos ou pinos da roda dianteira móvel e também ter local para se colocar um parafuso com porca para prender o elástico (veja a figura 31).

 

f) Armas e Balão

As armas consistem em agulhas de tricô ou costura de no máximo 10 cm de comprimento que podem ser fixadas num anteparo na parte frontal, conforme mostram as figuras de 32 a 34.

 

Anteparo de papelão.
Anteparo de papelão.

 

 

Armas fixadas no chassi.
Armas fixadas no chassi.

 

Será importante que, se o robô for manuseado por estudantes que no transporte as agulhas sejam protegidas com canudinhos plásticos para se evitar acidentes.

No robô original limitamos a 3s agulhas, mas com a possibilidade de que elas possam ser fixadas em outras posições além da indicada. Uma na frente e duas laterais, por exemplo.

O balão deve ser fixado no centro do robô de modo a ficar voltado para trás, conforme mostra a figura acima.

Um ponto importante da fixação da agulha é que suas pontas fiquem numa altura de 1 a 2 cm acima da altura da roda do CD para poderem alcançar a posição do balão do robô inimigo. Agulhas muito baixas, ou muito altas, não alcançam o robô inimigo. Uma possibilidade para se evitar este problema é a montagem em forma de tridente com a agulha central mais alta e as laterais mais baixas.

 

Teste Final de Funcionamento

O teste final de funcionamento consiste em se verificar se o robô se move corretamente nas direções desejadas e com boa agilidade. Deve-se ter atenção para com o motor, verificando-se se o eixo não escapa durante o movimento ou se ele não trava.

 

Treino e Combate

Evidentemente, antes de se partir para um combate os operadores dos robôs devem passar por um bom treino que lhes garanta total controle sobre todos os movimentos.

O combate é realizado numa arena formada por 4 sarrafos de 3 metros de comprimento (3 x 3 m) ou próximo disso.

Numa primeira possibilidade, os robôs são colocados dois a dois e fazem uma luta simples em que um deve estourar o balão do outro. Aquele que tiver o balão estourado é desclassificado, ficando o outro para a luta seguinte. Com eliminatórias simples, pode-se chegar ao grande campeão.

No final do combate, pode-se dividir os competidores em dois "exércitos" cada qual com balões de uma cor.

Num processo de "mata-mata" ganhará a batalha o exército que ficar com um ou mais balões intactos da mesma cor.

 

Outra Competição

Outra competição que pode ser realizada com os robôs para medir a habilidade no controle é uma corrida de obstáculos em que cada competidor tem de dirigir seu veículo por entre cones sem bater. Cada um tem o tempo cronometrado, vencendo quem fizer o percurso em menor tempo com menos faltas.

 

PCNs - Agregando Valor ao Currículo do Ensino Médio e Fundamental

Uma das exigências do ensino moderno é justamente agregar tecnologia ao aprendizado das disciplinas tradicionais. A possibilidade de se fazer isso com material simples e de baixo custo, somando-se ainda o desenvolvimento das habilidades manuais, com ênfase à coordenação motora fina, é algo extremamente atraente. Assim, a inclusão de um projeto como esse pode ser facilmente incluída no ensino de diversos temas curriculares importantes ligados à ciência do ensino fundamental e física do ensino médio com destaque para os seguintes temas:

* Funcionamento do motor elétrico

* Circuito elétrico simples e inversão do sentido de circulação da corrente

* Velocidade e movimento

* Transmissão de movimento

* Conceito de redução de velocidade e aumento de torque - redução

* Inércia

* Estratégia e controle

* Conversão de energia (elétrica em mecânica)

 

Lista de Material

a) Parte Elétrica

M1, M2 - Motores de corrente contínua de 6 V (Mabuchi ou equivalente) - Observação: os dois motores devem ser iguais

S1, S2 - Chaves de 2 pólos x 3 posições - de contacto momentâneo

B1 - 4 pilhas pequenas

Diversos: 3 metros de cabo 4 x 24 AWG, 1 metro de fio comum, suporte de 4 pilhas, solda, etc.

 

b) Parte Mecânica

1 base de madeira, plástico ou papelão de

1 caixa de CD

2 CDs

1 roda livre (de cadeira)

Papelão grosso

Canudinho de refresco

Rodinha e eixo de carrinho de brinquedo de até 3 cm de diâmetro

Quatro agulhas de até 4 cm de comprimento

Um balão de borracha

Elástico

Parafusos e porcas de 1" x 1/4" ou 3/4" x 1/8"

 

O artigo original é de 2003, mas existem versões mais novas desse robô. Por exemplo, a apostila disponível no site já trata de uma montagem de 2010 em que diversos aperfeiçoamentos importantes foram introduzidos pelo Prof. Flávio Bernardino, com mudanças no sistema de transmissão que tornaram o robô muito mais eficiente nos movimentos.

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