Que tal montar um animatrônico bem simples (apenas dois movimentos)?! O projeto proposto neste artigo é de fácil construção e operação, mas que pode ser utilizado de várias maneiras (dependendo única e exclusivamente da criatividade de cada um). As partes mecânicas foram impressas em uma impressora 3D, mas podem ser facilmente construídas com outros materiais como: papelão, madeira, plástico, etc.
Um pouco de história Os animatrônicos sempre encantaram as pessoas, isso porque a ideia por trás de um animatrônico é “reproduzir” de alguma forma a “aparência” e/ou “ações” de um ser vivo. Ou seja, um animatrônico nada mais é que um robô que “aparenta estar vivo”. Ao longo de toda a história existiram animatrônicos, desde a Grécia antiga como alguns descritos pelo matemático Heron de Alexandria, passando pela idade média, Renascença e inicio da era moderna até os tempos modernos onde a tecnologia avançou e hoje temos animatrônicos utilizados no cinema e em parques temáticos que são simplesmente fantásticos! O circuito na figura 1 é dado um circuito como sugestão de controle para nosso pequeno animatrônico, o Frog. Utilizou-se para tal um Arduino Uno, um sensor APDS-9960 RGB/Gestos e dois servos de 5gr (tipo HXT500).
O Arduino é o “cérebro” do circuito e é através do mesmo que o sensor de gestos é configurado e posteriormente lido. Os servos executam os movimentos pré-programados para virar os olhos (SRV1) para esquerda ou direita e abrir ou fechar a boca (SRV2). Dessa forma é possível controlar o Frog simplesmente passando a mão à frente dele, da seguinte forma (considerando vista do usuário): Movimento para direita faz o Frog virar os olhos nessa direção; movimento para esquerda faz o Frog virar os olhos nessa direção; movimento para cima faz o Frog abrir a boca; Movimento para baixo faz o Frog fechar a boca; Aproximar e parar ou afastar e parar, faz o Frog centralizar os olhos e fechar a boca. Montagem Eletrônica A montagem eletrônica desse circuito é tão simples que não requer uma placa e por isso a mesma não será aqui proposta. Deixamos a cargo de cada um, caso desejem, projetar a sua.
A montagem pode ser feita utilizando “jumpers” de 20cm para conexão em matriz de contatos, muito comuns e facilmente encontrados no mercado especializado. Para finalizar a montagem, basta seguir as conexões demonstradas na figura 1. Note que os servos são alimentados com 5V e o sensor através da saída 3.3V do Arduino. É muito importante que o leitor não inverta isso, evitando assim danificar irremediavelmente seu sensor.
Montagem mecânica
Na figura 2 é dado o desenho das partes do robô. No final do artigo o leitor encontrará o link do perfil pessoal do autor no Thingiverse onde poderá fazer o download de todas as partes necessárias, informações sobre a impressão e também sobre parafusos, porcas e arruelas utilizadas nessa montagem (também presentes na lista de materiais).
Note que a parte dos olhos e boca são separadas. Isso foi feito para facilitar a impressão dispensando o uso de suportes e outros recursos durante a impressão. Após imprimir todas as partes inicie montando os “olhos” conforme as figuras 3, 4, 5, 6, 7 e 8.
Comece colando a iris ao globo e esse a sua base conforme mostra a figura 3. Em seguida utilizando parafusos M3 x 20mm monte a alavanca de controle aos suportes dos olhos conforme a figura 4. Nessa parte é recomendado utilizar porcas auto travantes e duas arruelas entre as partes plásticas para facilitar o livre deslizamento das mesmas. Em seguida monte os dois parafusos M3 x 45mm à base conforme a figura 6. Agora monte o servo a base dos olhos conforme a figura 7 e finalize a montagem prendendo o suporte dos olhos a base (figura 8) utilizando duas porcas M3. Aqui as mesmas podem ser do tipo comum, ou ainda, auto travantes. Após a montagem da parte dos “olhos”, passe para a parte da “boca” (figuras 9, 10 e 11). A mesma possui apenas 3 peças: maxilar superior, maxilar inferior e link para o servo. Inicie a montagem unindo a parte inferior e superior (figura 9).
Para isso utilize parafusos M3 x 20mm e arruelas entre as partes plásticas para um livre deslizamento. O uso de porcas auto travantes aqui é recomendável. Agora monte o servo no maxilar superior conforme a figura 10. É nesse momento que você deverá colar o link do servo ao maxilar inferior. Use a posição da alavanca do servo para alinhar o link! Em seguida basta construir a conexão do servo ao link utilizando um clips de papel. O mesmo deve ter em torno de 15mm de comprimento, e ser dobrado conforme a figura 11. Montada as partes o leitor poderá agora colar, se desejar a base dos olhos ao maxilar superior. Note que a base dos olhos deverá ser alinhada a parte traseira do maxilar superior, já que este é maior. Dessa forma o encaixe ao “pescoço” será perfeito. Para finalizar a montagem basta montar o pescoço à base.
O encaixe é bem justo e eventualmente não será necessário o uso de um parafuso M3 de 30mm para prender ambos. Use se achar necessário. Essa é uma ótima oportunidade para prender o sensor ao topo do “pescoço”. No protótipo o autor utilizou fita dupla face. Aproveite também para fazer as conexões do sensor ao Arduino e também dos servos verificando o comprimento dos fios. Veja a figura 12. O pescoço tem um encaixe justo também para agora “cabeça do animatrônico” completa. Ela não ficará centralizada por conta dos servos. Mas o projeto já previa isso e deslocou também o pescoço na base para que tudo ficasse centralizado. Em um dos cantos a distância será de 50mm e no outro de 40mm.
O programa
https://github.com/InstitutoNCB/Mecatronica_Jovem/blob/main/Animatronico_Frog.ino
Não é a intenção aqui entrar nos mínimos detalhes do funcionamento do programa. Mas para ajudar de alguma maneira, será dado a seguir uma breve explanação.
O Arduino inicia o seu Setup configurando o sensor APDS-9960 que se comunica via I2C com o Arduino (por isso a presença da biblioteca Wire.h no sketch). Ele também habilita a interrupção externa INT0 do Arduino através do pino 2. Sempre que o sensor perceber um movimento irá “avisar” o microcontrolador através dessa INT, permitindo que o mesmo faça a leitura dos registradores do sensor para saber qual a direção/sentido do movimento e isso é feito através da função handleGesture() que é chamada se o flag da INT for igual a 1. Os servos então são acionados de acordo com a direção/sentido do movimento.
Para isso a biblioteca Servo.h também foi incluída no sketch. O leitor que fizer o download do programa no site da revista poderá estudá-lo melhor e inclusive alterá-lo para que fique de acordo com o que deseja. Se fizer isso, não se esqueça de compartilhar suas experiências conosco através do nosso canal no Discord. Conclusão A montagem desse pequeno animatrônico poderá ser considerada por muitos como a montagem do “meu primeiro animatrônico”. Muitas são as possibilidades para essa montagem. O leitor poderá, por exemplo, acrescentar “voz” ao Frog, LEDs, outros tipos de sensores ou ainda outras partes móveis. Há um mundo de possibilidades para esse projeto! E não se esqueça de compartilhar suas experiências com a turma da Mecatrônica Jovem através do nosso canal no Discord! Boa montagem e até a próxima!
Devo lembrar que todos os testes foram feitos utilizando um Arduino UNO! Procure utilizar, dentro do possível, essa versão do Arduino.
Lista de materiais
1 - Arduino Uno
1 – Sensor APDS-9960 RGB/Gesture
2 – Servos 5gr (equivalente HXT500)
2 – Parafusos M3 x 45mm
4 – Parafusos M3 x 20mm
2 – Porcas M3
4 – Porcas M3 auto travantes
10 – Arruelas M3 borda pequenas
Diversos: “jumpers” 20cm do tipo macho/fêmea para realizar as conexões, partes mecânicas para o animatrônico (veja o texto), um clipe de papel metálico.
