Olá pessoal, vocês são iniciantes no mundo da Robótica ou Eletrônica? OU Você está procurando um projeto simples, mas poderoso, para impressionar seus amigos e professores? Então, este é o lugar.
Neste projeto, usaremos o poder de Sistemas Embarcados e Eletrônicos para fazer nosso próprio robô que pode nos ajudar a manter nossa casa ou local de trabalho limpo e organizado. Este robô é um aspirador de pó simples de quatro rodas que pode evitar obstáculos de forma inteligente e aspirar o chão ao mesmo tempo. A ideia é inspirada no famoso aspirador de pó Robot Roomba que é mostrado na imagem abaixo.
Nossa ideia é fazer um robô simples desde o início, que pode evitar automaticamente os obstáculos enquanto limpa o chão. Confie em mim, é divertido!
Material e componentes necessários:
Ok, agora temos a ideia do nosso robô limpador automático de piso em mente e sabemos o que estamos fazendo. Então, vamos ver onde devemos começar nossa execução. Para construir um robô de nossa ideia, primeiro precisaríamos decidir o seguinte:
- Tipo de microcontrolador
- Sensores necessários
- Motores necessários
- Material do chassi do robô
- Capacidade de carga
Agora, vamos decidir sobre cada um dos pontos mencionados acima. Desta forma, será útil para você não apenas construir este robô de limpeza doméstica, mas também qualquer outro robô que desperte sua imaginação.
Tipo de microcontrolador:
Selecionar o Microcontrolador é uma tarefa muito importante, pois este controlador atuará como o cérebro do seu robô. A maioria dos projetos DIY são feitos em torno do Arduino e do Raspberry Pi, mas não precisam ser iguais. Não há nenhum microcontrolador específico no qual você possa trabalhar. Tudo depende do requisito e do custo.
Como um tablet não pode ser projetado em um microcontrolador de 8 bits e não vale a pena usar ARM cortex m4 para projetar uma calculadora eletrônica.
A seleção do microcontrolador depende totalmente dos requisitos do produto:
1. Em primeiro lugar, os requisitos técnicos são identificados como o número de pinos de I / O necessários, tamanho do flash, número / tipo de protocolos de comunicação, quaisquer recursos especiais, etc.
2. Em seguida, a lista de controladores é selecionada de acordo com os requisitos técnicos. Esta lista contém controladores de diferentes fabricantes. Muitos controladores de aplicações específicas estão disponíveis.
3. Em seguida, um controlador é finalizado com base no custo, disponibilidade e suporte do fabricante.
Se você não quer fazer muito trabalho pesado e apenas quer aprender o básico sobre microcontroladores e depois se aprofundar nisso, você pode escolher o Arduino. Neste projeto, usaremos um Arduino. Anteriormente, criamos muitos tipos de robôs usando o Arduino:
- Robô controlado por DTMF usando Arduino
- Robô seguidor de linha usando Arduino
- Robô controlado por computador usando Arduino
- Robô controlado por WiFi usando Arduino
- Robô controlado por gestos manuais baseado em acelerômetro usando Arduino
- Carro de brinquedo controlado por Bluetooth usando Arduino
Sensores necessários:
Existem muitos sensores disponíveis no mercado, cada um tendo seu próprio uso. Cada robô recebe informações por meio de um sensor, eles atuam como órgãos sensoriais do robô. Em nosso caso, nosso robô deve ser capaz de detectar obstáculos e evitá-los.
Há muitos outros sensores legais que usaremos em nossos projetos futuros, mas agora vamos nos concentrar no sensor de infravermelho e US (sensor ultrassônico), pois esses dois caras fornecerão a visão para o nosso carro-robô. Confira o funcionamento do sensor IR aqui. Abaixo mostrando fotos do Módulo sensor IR e Sensor Ultrassônico:
O sensor ultrassônico consiste em dois olhos circulares, dos quais um é usado para transmitir o sinal dos EUA e o outro para receber os raios dos EUA. O tempo que os raios levam para serem transmitidos e recebidos de volta é calculado pelo microcontrolador. Agora, como o tempo e a velocidade do som são conhecidos, podemos calcular a distância pelas seguintes fórmulas.
- Distância = Tempo x Velocidade do Som dividido por 2
O valor é dividido por dois, pois o raio viaja para frente e para trás cobrindo a mesma distância. A explicação detalhada sobre o uso do sensor ultrassônico é fornecida aqui.
Motores necessários:
Existem muitos motores usados na área da robótica, os mais usados são o motor de passo e o servo motor. Uma vez que este projeto não tem nenhum atuador complicado ou codificador rotativo, usaremos um motor PMDC normal. Mas nossa bateria é um pouco volumosa e pesada, por isso usamos quatro motores para acionar nosso robô, todos os quatro sendo os mesmos motores PMDC. Mas é aconselhável definir motores de passo e servo motores assim que você se familiarizar com os motores PMDC.
Material do chassi do robô:
Como estudante ou amador, a parte mais difícil ao fazer um robô é preparar o chassi do nosso robô. O problema é com a disponibilidade de ferramentas e materiais. O material mais ideal para este projeto será o acrílico, mas requer furadores e outras ferramentas para trabalhar com ele. Portanto, a madeira é escolhida para que todos possam trabalhar nela com facilidade.
Este problema desapareceu totalmente do campo após a introdução das impressoras 3D. Estou planejando imprimir peças em 3D algum dia e atualizar vocês com o mesmo. Por enquanto, vamos usar folhas de madeira para construir nosso robô.
Capacidade de carga:
Selecionar a capacidade da bateria deve ser nossa última parte do trabalho porque depende puramente de seu chassi e motores. Aqui, nossa bateria deve acionar um aspirador de pó que consome cerca de 3-5A e quatro motores PMDC. Portanto, vamos exigir uma bateria pesada. Eu escolhi 12V 20Ah SLAB (bateria de ácido de chumbo selada) e é bem volumoso, fazendo nosso robô pegar quatro motores PMDC para puxar esse cara volumoso.
Agora que selecionamos todos os nossos componentes necessários, vamos listá-los
- Folhas de madeira para chassis
- Sensores IR e US
- Aspirador de pó que funciona com corrente DC
- Arduino Uno
- Bateria 12V 20Ah
- Motorista IC (L293D)
- Ferramentas de trabalho
- Fios de conexão
- Energia entusiasmada para aprender e trabalhar.
A maioria de nossos componentes são cobertos na descrição acima, explicarei as exceções deixadas abaixo.
Aspirador DC:
Já que nosso robô funciona em um sistema de 12V 20Ah DC. Nosso aspirador também deve ser um aspirador de 12 V DC. Se você está confuso sobre onde conseguir um, então você pode visitar o eBay ou a Amazon para obter aspiradores de pó de limpeza de carro.
Estaremos usando o mesmo mostrado na imagem acima.
Motorista (L293D):
Um driver de motor é um módulo intermediário entre o Arduino e o motor. Isso ocorre porque o microcontrolador Arduino não será capaz de fornecer a corrente necessária para o motor funcionar e pode fornecer apenas 40mA, portanto, puxar mais corrente danificará o controlador permanentemente. Assim, acionamos o driver do motor que, por sua vez, controla o motor.
Estaremos usando L293D Motor Driver IC que será capaz de fornecer até 1A, portanto, este driver obterá as informações do Arduino e fará o motor funcionar conforme desejado.
É isso aí!! Eu forneci a maioria das informações cruciais, mas antes de começarmos a construir o robô, é recomendável consultar a folha de dados do L293D e do Arduino. Se você tiver alguma dúvida ou problema pode nos contatar através da seção de comentários.
Construindo e testando o robô:
O aspirador de pó é a parte mais importante na colocação do robô. Deve ser colocado em um ângulo inclinado conforme mostrado na imagem, para que possa fornecer a ação de vácuo adequada. O aspirador de pó não é controlado pelo Arduino. Depois de ligar o robô, o vácuo também é ligado.
Um processo cansativo de construir nosso robô são os trabalhos em madeira. Temos que esculpir nossa madeira e fazer alguns furos para colocar os sensores e o aspirador de pó.
Recomenda-se fazer um teste de condução em seu robô com o código a seguir, uma vez que você organize o motor e o driver do motor, antes de conectar os sensores.
void setup () {Serial.begin (9600); pinMode (9, OUTPUT); pinMode (10, OUTPUT); pinMode (11, OUTPUT); pinMode (12, OUTPUT); } void loop () {delay (1000); Serial.print ("encaminhar"); digitalWrite (9, ALTO); digitalWrite (10, LOW); digitalWrite (11, ALTO); digitalWrite (12, LOW); atraso (500); Serial.print ("para trás"); digitalWrite (9, LOW); digitalWrite (10, ALTO); digitalWrite (11, LOW); digitalWrite (12, ALTO); }
Se tudo funcionar bem, você pode conectar os sensores com Arduino conforme mostrado no Diagrama de Circuito e usar o Código Completo fornecido no final. Como você pode ver, montei um sensor ultrassônico na frente e dois sensores IR em ambos os lados do robô. O dissipador de calor é instalado no L293D para o caso de o IC aquecer rapidamente.
Você também pode adicionar algumas partes extras como esta
Este é um arranjo de varredura que pode ser colocado em ambas as extremidades da parte frontal que empurrará o pó ao longo dos lados para a área de sucção.
Além disso, você também tem a opção de fazer uma versão menor deste robô de limpeza a vácuo como este
Este robô menor é feito em papelão e funciona na placa de desenvolvimento ATMega16. A parte do aspirador foi feita usando um ventilador BLDC e embalada em uma caixa. Você pode adotar isso se quiser manter seu orçamento baixo. Essa ideia também funciona, mas não é eficiente.
Diagrama de circuito:
O código para este robô aspirador de pó pode ser encontrado na seção de códigos abaixo. Uma vez que a conexão é feita e o programa é despejado no Arduino, seu robô está pronto para entrar em ação. O funcionamento do código é explicado usando os comentários. Se você deseja ver este robô em ação, confira o vídeo abaixo.
Além disso, também estou planejando imprimir completamente as peças em 3D em sua próxima versão. Também irei adicionar alguns recursos interessantes e algoritmos complexos para que cubra toda a área do carpete e seja fácil de manusear e de tamanho compacto. Portanto, fique atento para atualizações futuras.