Mini Projetos de Robótica e Mecatrônica (MEC046)

Damos a seguir uma seleção de projetos muito simples que podem ser usados em trabalhos de robótica e mecatrônica. Robôs, automatismos, modelos, braços mecânicos e muitos outros projetos podem ter seu funcionamento incrementado com os projetos dados a seguir.

CARREGADOR DE NICAD

As pilhas recarregáveis ou baterias de Nicad consistem na fonte de energia ideal para projetos de mecatrônica e robótica. No entanto, estas pilhas e baterias precisam ser recarregados.

O carregador muito simples que descrevemos serve para pilhas pequenas, médias e grandes fornecendo uma corrente de carga da ordem de 20 a 50 mA na rede de 110 V.

O circuito é econômico por não usar transformador já que a redução da corrente é feita por uma lâmpada de 5 a 15 watts para a rede de 110 V.

A retificação é feita por um diodo 1N4004 e a redução final por um resistor (R1) que pode ter seu valor alterado em função dos tipos de pilhas ou baterias que devem ser recarregadas.

Podemos carregar de 1 a 4 pilhas pequenas, médias ou grandes com este aparelho, por tempos entre 5 e 16 horas, conforme a indicação do fabricante.

O leitor pode usar o multímetro para verificar a corrente real de carga em função das tolerâncias dos componentes e ajustar R1 para obter a corrente que precisa para o tipo específico de pilhas que usa.

A polaridade na ligação do diodo e do suporte de pilhas é fundamental para o funcionamento correto do aparelho. Com a ligação de dois suportes de 4 pilhas em série podemos fazer a carga de até 8 pilhas pequenas, médias ou grandes.

Na figura 1 temos o diagrama completo do carregador.

Carregador NICAD econômico.

Na figura 2 temos a disposição real dos componentes para esta montagem.

Montagem em ponte de terminais.

Evidentemente, os componentes não devem ficar expostos a um toque acidental que causaria choques perigosos. O conjunto deve ficar numa caixa plástica fechada. O aparelho não é isolado da rede de energia.

Em primeiro lugar coloque no suporte as pilhas que deseja carregar e somente depois ligue o plugue à rede de energia. Havendo a carga a lâmpada deve acender.

Se a lâmpada não acender, desligue a alimentação e ajuste as pilhas no suporte pois podem estar com mal contacto.

O brilho da lâmpada deve ser um pouco inferior ao normal durante toda a carga. Se alguma pilha no processo de recarga não armazenar energia é sinal de que ela pode estar estragada. Não a use mais em conjunto das que estão em bom estado.

PROTETOR DOS INSEGUROS

Depois de montar algum aparelho que deve ser alimentado pela rede de energia, os leitores menos experientes podem sentir algum receio de curto ou "explosão" ao ligar, pois naturalmente algo pode ter saído errado.

É claro que isso representa um perigo, pois antes que os fusíveis da entrada de energia de sua casa abram ou os disjuntores desarmem, pode haver a queima de componentes e até um bom susto pelo "estouro" que pode haver nestes casos.

Para os inseguros existe uma montagem muito interessante que deve estar presente na bancada. Ligando o aparelho montado ou suspeito nela, simplesmente acende uma lâmpada se alguma coisa errada existir, e nada de mais grave acontece.

O aparelho possui três lâmpadas que funcionam da seguinte maneira:

A primeira é X1 que fica em série com a alimentação do aparelho alimentado de modo a limitar a corrente em caso de problemas. Se, ao ligar o aparelho, esta lâmpada acender com máximo brilho é sinal de perigo, pois existe curto. Neste caso, não devemos acionar S1 para conexão direta à rede. Devemos antes reexaminar a montagem.

X2 avisa que o aparelho está na condição de prova com a ligação da lâmpada em série e que ela acenderá se houver problemas.

X3 avisa que a ligação está direta, ou seja, sem X1 em série, e que não devemos usar o aparelho com uma montagem que tenhamos dúvida, sem antes atuar sobre S1 para acender a luz verde.

O aparelho é indicado para o teste de equipamentos com potências de até uns 50 watts.

Com aparelhos de maior potência, mesmo que bons, a lâmpada X1 vai acender com brilho menor do que o normal. Veja então que se a lâmpada X1 acender mais fraco que o normal, isso significa que o aparelho não está em curto.

Na figura 3 temos o diagrama completo deste aparelho.

Diagrama

Na figura 4 temos a disposição dos componentes que podem ser fixados numa caixa de madeira ou plástico de dimensões apropriadas.

Montagem

A lâmpada X1 pode ser de 40 a 75 watts conforme a rede local enquanto que X2 e X3 são lâmpadas de 5 W verde e vermelha, ou então um pouco maiores de 15 ou 25 watts.

O fusível deve ser instalado em suporte apropriado e a tomada para conectar o aparelho em prova é comum.

A chave S1 é do tipo de 2 pólos x 2 posições (HH ou reversível).

Para usar o aparelho proceda do seguinte modo: ligue-o na tomada e coloque S1 na posição em que a luz verde acenda.

Conecte então na saída o aparelho suspeito ou que você quer experimentar e ligue-o.

Se a lâmpada X1 acender com brilho máximo é sinal que existe curto. Desligue o aparelho e verifique. Se acender com brilho menor que o normal, então o aparelho pode ser alimentado diretamente pela rede de energia não havendo perigo de curto.

Se a lâmpada X1 não acender, o circuito alimentado pode estar aberto ou então é de consumo muito baixo.

Se o aparelho estiver bom (X1 não acender com brilho máximo) passe então S1 para a posição em que acende a luz vermelha para que ele receba a alimentação normal.

CHAVE DE TOQUE CMOS

Um toque no elemento sensor X1 e o relé fecha seus contactos permanecendo assim por um intervalo de tempo determinado pelo ajuste de P1. Motores e dispositivos diversos como solenóides e eletroímãs podem ser acionados em projetos de robótica e mecatrônica.

Podemos também usar este circuito em alarmes, sistemas de desativação de alarmes, abertura de portas ou no acionamento de temporizado de lâmpadas.

A corrente de repouso do circuito é muito baixa, o que permite a utilização de pilhas na sua alimentação. O relé, por outro lado, pode controlar cargas potentes, inclusive ligadas na rede de energia.

A sensibilidade do circuito é grande, o que permite que o mais leve toque no sensor provoque seu disparo. O sensor pode ser desde uma simples ponta desencapada de um fio até uma plaquinha de metal que deve ficar isolada por uma base de apoio de plástico o madeira. Uma placa de circuito impresso de até 15 x 15 cm pode ser usada como sensor.

Na figura 5 temos o diagrama completo do aparelho.

 

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 6.

 

O circuito integrado deve ser instalado num soquete DIL para maior segurança. O relé pode ser tanto do tipo com a base prevista na figura como equivalentes desde que tenham tensão de alimentação (bobina) de acordo com a usada no projeto.

Os resistores são todos de 1/8 watt ou maiores e os capacitores devem ter tensões de trabalho de 6 V ou mais. P1 tanto pode ser um trimpot como um potenciômetro comum. O diodo admite equivalentes assim como o transistor.

Para a alimentação podem ser usadas 4 pilhas ou fonte.

O teste de funcionamento é simples: ligue o aparelho e ajuste P1 para uma temporização mínima (menor resistência). Tocando em X1 e T ao mesmo tempo com os dedos o relé deve fechar seus contactos permanecendo assim por alguns segundos. Em seguida o relé desarma e o circuito pode ser disparado novamente com o mesmo procedimento.

Para usar o circuito com o máximo de sensibilidade ligue o ponto T (terra) em qualquer ponto que tenha contacto com a terra como por exemplo uma esquadria de metal de porta ou janela ou mesmo uma torneira de metal.

Comprovado o funcionamento, se houver instabilidade, reduza o valor de R1. Ajuste então P1 para o tempo de disparo desejado e ligue nos contactos do relé o dispositivo que deve ser controlado.

RELÉ DE ESTADO SÓLIDO

Cargas de corrente contínua de até 2 ampères como tensões de 6 a 15 volts podem ser encontradas por este relé de estado sólido de grande sensibilidade. Estas cargas podem ser lâmpadas, motores, solenóides, elementos de aquecimento, eletroímãs, etc. Relés comuns podem ser substituídos por este circuito em muitos projetos de robótica e mecatrônica.

A sensibilidade do circuito é suficientemente grande para que sensores como foto-transistores, LDRs, termistores, etc possam ser usados diretamente para controlar as cargas de alta corrente.

O ajuste de sensibilidade é feito em P1 já que o circuito que tem por base um transistores de efeito de campo de potência (Power FET) é extremamente sensível.

O transistor conduz quando a tensão entre E1 e E2 torna-se suficientemente positiva para saturá-lo. Um sensor resistivo será ligado entre E1 e o positivo da alimentação. O circuito também pode ser controlado diretamente por saídas TTL e CMOS o que permite seu uso no interfaceamento de projetos de robótica e mecatrônica com computadores.

Na figura 7 temos o diagrama completo do relé de estado sólido para correntes de até 2 ampères.

 

A disposição dos componentes numa ponte de terminais é mostrada na figura 8.

 

O transistor deve ter um radiador de calor, principalmente se for usado com corrente acima de 1 ampère. Os resistores são de 1/8 W ou maiores e o capacitor deve ter uma tensão de trabalho um pouco maior que a usada na alimentação.

Nos pontos A e B ligamos a carga a ser controlada e entre E1 e E2 ou ainda E1 e o positivo da alimentação o sensor ou a fonte de sinal de excitação do circuito.

Se a carga for indutiva (motores ou solenóides) é conveniente ligar um diodo de proteção em paralelo, polarizado no sentido inversor (catodo ou faixa) ligado ao positivo da alimentação.

Comprovado o funcionamento do relé é só usá-lo.

PISCA NEON

Este circuito pode ser embutido em robôs e outros automatismos de modo a indicar seu funcionamento. O importante deste projeto é que seu consumo é da ordem de 0,001 watts o que significa que ele pode ficar permanentemente ligado sem que isso signifique qualquer aumento sensível na sua conta de energia. Trata-se portanto da configuração ideal de sinalização para um circuito que deva ficar permanentemente ligado.

O que temos é um oscilador de relaxação onde o capacitor C1 se carrega via R1 até ser atingida a tensão de disparo da lâmpada neon, algo em torno de 80 volts. Quando isso ocorre, a lâmpada produz um flash e o capacitor descarrega parcialmente. Quando a lâmpada apaga temos um novo ciclo de carga e depois o disparo.

O capacitor C1 em conjunto com R1 determinam a frequência de operação do circuito. Se tiver de alterar a frequência do circuito troque C1 e não R1.

Na figura 9 temos o diagrama completo do pisca-pisca.

 

Na figura 10 temos a disposição dos componentes numa ponte de terminais.

 

A lâmpada neon pode ser de qualquer tipo com a aparência indicada na figura.

Os resistores são de 1/8 W ou maiores. Para a rede de 110 V o diodo deve ser o 1N4004 e para a rede de 220 V o 1N4007.

Todo o conjunto pode ser embutido em robôs, braços mecânicos, interruptores de parede, e outros locais em que se deseje uma sinalização permanente de presença de tensão ou funcionamento.

RELÉ COM TRAVA

Mostramos neste circuito como obter o efeito de trava para um relé comum. Este efeito consiste no seguinte: quando energizamos a bobina de um relé, ele fecha seus contactos somente enquanto circular corrente. Quando a corrente é cortada o relé abre seus contactos.

Se quisermos ter o relé fechado depois da corrente ser cortada, ou seja, se quisermos travar o relé depois de acionado, precisamos de um circuito especial.

O circuito que descrevemos aproveita os contactos NA de um relé de dois contactos reversíveis (qualquer tipo para 6 ou 12 V serve para esta aplicação).

Na figura 11 temos o diagrama completo do relé com trava.

 

Na figura 12 temos o aspecto real dos componentes na sua ligação para formar este circuito.

 

Neste circuito básico alimentados o relé entre A e B onde aplicamos uma tensão de 6 ou 12 V conforme o tipo de relé usado.

Quando pressionamos S1 o relé fecha seus contactos e trava. Mesmo depois de soltarmos S1 ele se mantém com os contactos fechados.

Para desarmar o relé é preciso cortar a alimentação por um instante.

Uma opção de alteração para o circuito poder operar com um pulso de tensão é feita da seguinte forma:

Eliminamos S1 ligando este ponto diretamente ao A de entrada do pulso de comando. Ligamos o ponto C ao positivo da alimentação do circuito.

Um diodo de proteção entre A e a entrada do pulso pode ser necessário, conforme a aplicação.

Quando aplicamos um pulso de disparo entre A o relé dispara e se auto-alimenta via C.

Para desligar o circuito deve ser interrompida a alimentação por um instante em C. Outra maneira de se desligar o circuito consiste em se colocar em curto a bobina do relé por um instante.

EFEITO DE SOM DE MOTOR

O movimento de braços mecânicos, robôs e outros automatismos estudados em mecatrônica é feito por motores silenciosos. Numa demonstração pode ser interessante ter algum tipo de efeito sonoro que imite o ruído de um motor de modo a dar mais realismo ao funcionamento de tais dispositivos.

O circuito que propomos é simples e pode ser alimentado com tensões de 3 a 6 volts. O rendimento do circuito é muito bom e o pequeno alto-falante pode ser embutido no automatismo ou instalado numa caixinha de apropriada.

O circuito possui ainda um ajuste de frequência que serve como acelerador para o efeito e que pode ficar ao alcance do operador ou mesmo ser acoplado a algum dispositivo de acionamento automático.

Basicamente o projeto consiste num oscilador onde a frequência tanto é determinada por C1 (que pode ser alterado) como pelo ajuste de P1 (que funciona como "acelerador").

Na figura 13 temos o diagrama completo deste aparelho.

 

Na figura 14 mostramos a disposição dos componentes numa ponte de terminais que é a versão mais simples e mais imediata principalmente para os iniciantes.

 

Os transistores admitem equivalentes e inclusive Q2 pode ser um BD136 ou TIP32 e o circuito alimentado com 12 V para maior potência. Neste caso, entretanto, a alimentação deve vir de fonte ou bateria, pois um simples conjunto de pilhas não teria condições de fornecer a energia exigida.

O alto-falante pode ser de 5 a 10 cm com 4 ou 8 ohms de impedância. Os resistores são de 1/8 W ou maiores e o eletrolítico é para 12 V.

Para testar o aparelho é só ligar sua alimentação. Devem ocorrer estalidos em maior ou menor velocidade conforme ajustamos o potenciômetro. Faça o ajuste para obter o som equivalente a um motor.

Comprovado o funcionamento é só instalar o conjunto numa caixa e usar o aparelho da melhor maneira, embutindo-o na sua montagem de robótica ou mecatrônica ou onde quiser.