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Construindo seu Robô

4. Arquitetura (Estratégias de Locomoção)

No mundo da robótica existem vários tipos diferentes de estratégias de locomoção a serem empregados. A seguir veremos tipos mais específicos. Algumas dessas estratégias iremos empregar em nosso curso e outras não pois não seriam eficientes para combates de sumô.

Entretanto antes de começarmos, devemos ver alguns conceitos físicos básicos que devem ser utilizado na escolha destas estratégias de locomoção. Começaremos pelo estudo do atrito. O atrito é uma força de reação com o sentido diferente da força aplicada em um determinado objeto (ver Figura 3). Existem dois tipos de atrito: atrito estático e o cinético. O atrito estático é a força entre os dois objetos o qual não está fazendo ambos se moverem. Se a força sendo aplicada um objeto é menor que a sua força de atrito o mesmo não ira se movimentar. Já o atrito cinético, é a força aplicada ao objeto quando o mesmo está se movendo relativo a sua superfície de contato.

atrito

Figura 3 – Diagrama de Ação e Reação da força de atrito.

Na Figura 3 podemos ver que a quanto maior a força aplicada a força de atrito será proporcionalmente maior até que a mesma alcança o seu limite e a força aplicada vence a força de atrito máxima fazendo o objeto se mover. A força de atrito máxima (Fatmax) entre duas superfícies é igual ao coeficiente de atrito (µ) das duas superfícies multiplicada pelo vetor da força normal (N). Segue abaixo a representação desta equação:

Fatmax = µ x N

O coeficiente de atrito é uma constante a qual caracteriza o material das superfícies. Uma constante significa que é um número que nunca se altera em relação ao material utilizado.

Ainda seguindo esses conceitos temos a tração. A tração pode ser definida como o atrito entre uma roda tracionada e a superfície o qual ela se move. É a quantidade de força o qual a roda pode aplicar a superfície antes que se derrape. Uma roda terá trações diferentes em superfícies diferentes.

Para aumentar a tração das rodas, quando encessário, é sugerido a busca por materiais os quais possuem maior coeficiente de atrito e/ou aumentar o peso dos robôs, criando uma força normal de reação ao aumento da força peso maior.

4.1. Robôs de duas rodas

Robôs de duas rodas geralmente possuem duas rodas em paralelo (Figura 4), onde geralmente o desafio está em manter o robô em equilíbrio constante enquanto o mesmo se locomove, movendo-se na direção a qual estão perdendo o equilíbrio. O centro de gravidade do chassi do robô é mantido abaixo do eixo das rodas, o que geralmente possibilitado ao colocar as baterias abaixo do eixo. O robo descrito precisa de pelo menos dois sensores: um sensor de inclinação e um encoder o qual é capaz de detectar quantas revoluções as rodas do robô fizeram.

Figura 4 – Robo de duas rodas. Fone: Wikibooks

4.2. Robôs de três rodas

Há dois tipos de robôs de três rodas: diferenciais, os quais possuem duas rodas tracionadas e uma roda de rotação não tracionada, e robôs de duas rodas tracionadas por um mesmo motor e roda de rotação tracionada. No caso mais simples e mais comum, o tipo diferencial, alterando a rotação das rodas tracionadas também se altera a direção de locomoção do robô. Se ambas as rodas se movem na mesma direção e velocidade o robô se move para frente ou para trás. Caso o contrário o robô se locomove mudando de direção.

Figura 5 – Robô de três rodas do tipo diferencial. Fonte: Wikibooks.

4.3. Rodas omni direcionais

Rodas omnidirecionais (Figura 6) são como se tivessemos uma roda composta de varias outras rodas menores com eixo perpendicular, possibilitando ao robô se mover em qualquer direção instantaneamente. Apesar da praticidade, as rodas omnidirencionais perdem tração facilmente já que todas as rodas não estão necessariamente se movendo na mesma direção do movimento.

Figura 6 – Roda omnidirecional. Fonte: Wikibooks.

4.4. Robôs de Quatro Rodas

4.4.1. Duas rodas tracionadas e duas rodas não tracionadas

Os mesmos conceitos dos robôs diferenciais de três rodas se aplicam, mas com o adicional de uma roda não tracionada para maior estabilidade. Ver Figura 7.

Figura 7 – Robô de duas rodas tracionadas e duas não tracionadas. Fonte: Wikibooks.

4.4.2. Robô com tração nas quatro rodas.

Neste tipo de arquitetura usa-se dois pares de motores interconectados fazendo-as girar na mesma direção como mostra na Figura 8. A parte complicada nesta aplicação é fazer com que as rodas girem todas na mesma velocidade, caso o contrario o robô não conseguirá se mover em linha reta.

Figura 8 – Quatro rodas tracionadas. Fonte: Wikibooks

4.4.3. Rodas de Carro

Esse método pode ter implementações fáceis ou complicadas. A mais fácil seria utilizar um motor para as rodas de tração e um servo motor para alterar a direção das rodas não tracionadas. Já a aplicação mais dificil seria utilizar motores distintos para as rodas tracionadas como mostra a Figura 9.

Figura 9 – Rodas de carro. Fonte: Wikibooks.

4.5. Outros

4.5.1. Esteiras de tanque

Robôs que possuem esteiras tipo tanque de guerra geralmente possuem mais tração. Cada uma das rodas pussuem pelo menos uma tracionada para fazer o robô se movimentar.

4.5.2. Carangueijo

Robôs do tipo carangueijo possuem tração nas quatro rodas em um sistema mais complexo onde também possuem servo motores para direcionar as rodas para a posição desejada. Uma grande vantagem é que eles possuem é um modo de travamento o qual as rodas se posicionam em X, que com a devida aderência das rodas, o robô simplemente não sairá do lugar.

4.5.3. Robôs andadores.

Estes robôs são dotados de sistemas mecânicos complexos os quais devem ser coordenados para que o robô possa se locomover na Figura 10 temos um exemplo de robô andador.

Figura 10 – Exemplo de robô andador. Fonte: Wikipedia.

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