Este artigo é parte do meu livro Robótica, Mecatrônica e Inteligência Artificial (esgotado) publicado nos Estados Unidos. Ele ensina como usar sensores e interruptores on-off em projetos de mecatrônica ou robótica ou como um bloco de construção para projetos simples.
O objetivo deste artigo é ensinar ao leitor como interruptores mecânicos, chaves tipo reed e dispositivos caseiros podem ser usados como sensores. Pares de lâminas de metal, chaves on-off comuns, botões, microinterruptores e chaves tipo reed podem ser usados como sensores em projetos de robótica e mecatrônica. Neste capítulo, incluímos blocos usando esses dispositivos para adicionar alguns recursos importantes, como debouncing, inversão e atraso.
Teoria
Muitas vezes precisamos ligar ou desligar um circuito quando ocorre um evento; esta é uma função básica em projetos de robótica e mecatrônica. Um motor pode ser revertido quando o robô é parado por um obstáculo ou quando um braço mecânico atinge um objeto. Um robô móvel pode mudar sua direção se um sensor detectar uma parede em seu caminho.
Começando com alguns componentes e configurações comuns, você pode adicionar sensores mecânicos aos seus projetos. Vários são descritos abaixo.
Interruptores liga-desliga - micro-interruptores.
Os interruptores liga-desliga podem ser facilmente adaptados para uso como sensores de posição em muitas aplicações. A Figura 1 mostra como podemos adaptar um interruptor deslizante (SPST) para ser usado como um detector de impacto.
Este interruptor pode ser colocado na frente de um robô e usado para detectar quando ele bate em qualquer obstáculo. Os tipos de toque suave são ideais para essas aplicações, já que não é preciso muita força para fechá-los.
Microswitches, por exemplo, aqueles usados em máquinas industriais, também são ideais para aplicações envolvendo sensores de posição, como os mostrados na Figura 2.
Esses interruptores são pequenos e sensíveis, precisando apenas de uma pequena força para serem acionados. Muitos tipos de mecanismos podem ser adaptados a switches comuns para convertê-los em sensores. Alavancas podem aumentar a sensibilidade de um microinterruptor. Os botões também podem ser usados como sensores, como mostrado na Figura 3. É importante escolher um que possa ser facilmente fechado pelo mecanismo ao qual está conectado.
Reed switches.
Reed switches são formados por um involucro de vidro que é preenchido com um gás inerte, dentro do qual são lâminas com contatos elétricos. Isso é mostrado na Figura 4. A presença de um campo magnético atua nas lâminas, fazendo com que elas se toquem e fechem o circuito. Reed switches são muito sensíveis e podem ser usados como sensores, como mostrado na Figura 5.
Em operação, usamos o campo de um imã para acionar o interruptor. Simplesmente instalamos o imã no dispositivo móvel ou em qualquer parte mecânica cuja movimentação ou mudança de posição deva ser detectada.
Sensores caseiros
Duas ou três lâminas colocadas juntas, como mostrado na Figura 6, formam um sensor mecânico que tem muitas aplicações em robótica e mecatrônica. As lâminas e os contatos podem ser encontrados em relés e chaves antigos. O leitor só precisa se exercitar para ter certeza de que os contatos estão em boas condições de funcionamento.
Contatos dobrados ou deformados indicam queimas que podem reduzir a eficiência do sensor. Se presente, é melhor descartar o componente e encontrar um melhor.
As lâminas podem ser ativadas de várias maneiras. A figura mostra alguns mecanismos sugeridos que podem ser usados para ativar esse tipo de sensor. Ao longo
Debouncing
Quando um interruptor é fechado, o contato elétrico não é estabelecido imediatamente. Contatos mecânicos, como os encontrados em chaves, relés e sensores, produzem ruído durante o tempo de estabilização. Eles saltam e fazem contato repetido durante os primeiros milissegundos de ação, como mostrado na Figura 7.
Os circuitos lógicos, como TTL e CMOS, e até mesmo alguns outros circuitos eletrônicos, são rápidos o suficiente para reconhecer cada e todo salto (pulso de ruído) como um impulso separado ou mudança no nível lógico. Você fecha o switch uma vez, esperando adicionar uma contagem à cadeia de comando, mas o circuito saltará muitos comandos. Para evitar esse problema ao usar interruptores, chaves tipo reed, relés ou outros sensores on-off com contatos mecânicos, um circuito de condicionamento (debounce) apropriado deve ser usado.
O circuito mais simples é formado por uma rede RC, conforme mostrado na Figura 8. A tensão no capacitor sobe suavemente, mesmo quando muitos pulsos são produzidos pelo comutador.
Outros circuitos, como mostraremos em artigos nesta seção podem ajudar o projetista de robótica e mecatrônica a evitar problemas criados por contatos saltantes em sensores, comutadores e outros dispositivos que usam contatos mecânicos.
Chaves como sensores
Muitos tipos de comutadores ou chaves podem ser usados como sensores ou adaptados para essa tarefa. Interruptores momentâneos podem ser usados como sensores de impacto, sensores de navegação e sensores de limite. Os mais úteis são microinterruptores e interruptores de botão, como os mostrados na Figura 9.
Reed Switches
Um interruptor reed é formado por um bulbo de vidro preenchido com um gás inerte. Dentro do bulbo, encontramos duas ou mais lâminas de metal, como mostrado na Figura 10. Quando um campo magnético atua nas lâminas, elas se curvam e se tocam, fechando o circuito externo.
Os switches Reed são muito sensíveis, mas não podem operar com grandes correntes. Correntes típicas estão na faixa entre 50 e 500 mA. Como eles podem trocar um circuito muito rapidamente, eles podem ser usados em aplicações de alta velocidade, detectando a rotação de um eixo ou qualquer parte móvel de um mecanismo, como mostrado na Figura 11.
Prendendo um ímã a uma roda e colocar um reed switch em uma posição apropriada, é possível produzir um pulso a cada revolução. Os pulsos podem ser usados para controlar a velocidade da roda ou excitar um tacômetro.
