Universidade Federal de Minas Gerais Engenharia de Controle e Automação Introdução a Robótica Trabalho Prático 0 Felipe N. Vianna Lucas Emídio Luam Totti Belo Horizonte 2008
Objetivo: Desenvolver um dispositivo mecânico capaz de percorrer uma trajetória em L de 15 cm de lado em menos de 2 minutos de maneira autônoma. Ele deve usar de um método alternativo de locomoção, que exclui o uso de rodas em contato com o solo. Desenvolvimento: Desde o princípio, ficamos preocupados em como fazer uma programação mecânica que permitisse o robô se locomover em duas direções de maneira autônoma, ou seja, sem qualquer interferência após ter sido ligado. Essa programação garantiria que ele iniciasse um movimento em uma direção e mudasse para outra sem o uso de sensores ou quaisquer outros equipamentos eletrônicos. Além disso, todo o torque e fonte de energia para os movimentos viriam apenas de um único motor CC. Então partimos para a concepção de uma idéia capaz de atingir essa meta. A lógica de funcionamento desse sistema mecânico foi criada rapidamente. Consiste em uma esteira móvel acoplada a uma engrenagem que, por sua vez, está diretamente acoplada ao motor. Essa esteira móvel é ligada à engrenagem através de uma cremalheira. A engrenagem em contato com a cremalheira transforma movimento rotativo em movimento linear. Como a engrenagem é fixa, a esteira se move carregando um outro conjunto de peças. Esse conjunto consiste em uma engrenagem que se move junto com a esteira e no momento exato no qual a cremalheira da esteira perde o contato com a engrenagem, essa engrenagem que se movimenta com a esteira se acopla a uma rosca sem fim. Para desativar o movimento na direção inicial, utiliza-se uma outra engrenagem que é impulsionada pela cremalheira. Portanto, quando a engrenagem grande (onde o torque está sendo fornecido) perde o contato com a cremalheira, a esteira para de se mover e conseqüentemente esse engrenagem também pára. É no eixo dela que o mecanismo que se movimenta é incorporado. Nas imagens abaixo ficará mais claro o entendimento.
Nas imagens é possível ver q a engrenagem que está no mesmo eixo da rosca sem fim está terminando seu contato com a cremalheira, pois essa está quase no fim. E agora a engrenagem carregada pela esteira está para se acoplar na rosca. O eixo onde o torque é fornecido é o eixo da rosca. Quando a esteira pára de se mover, o eixo onde fica o sistema responsável pela locomoção do robô em um sentido pára também. Mais tarde mostraremos como foi feita a redução do motor. A princípio a preocupação era em desenvolver esse sistema mecânico que muda a direção. Terminada a etapa de criação do mecanismo de mudança de direção, começamos a pensar na ligação do motor. Ligamos o motor sem nenhuma redução inicialmente para ver se o sistema funcionava. A esteira se movimentou e a engrenagem se acoplou à rosca assim que a esteira parou de se mover. Então passamos a montar a estrutura de locomoção, que não poderia ser composta por rodas em contato com o solo. Baseamos em uma locomotiva para criar esse sistema. Duas engrenagens ligadas por um braço que giraria junto com elas foi a idéia. Nesse braço é ligada uma estrutura que seria a perna do robô. A primeira montagem do robô com o motor, sistema de mudança de direção e sistema de locomoção é mostrada a seguir:
Nessa primeira montagem testamos o robô no chão e vimos que apesar de o sistema que fazia o movimento numa direção estar funcionando, o motor com apenas uma redução de engrenagem menor possível para a maior possível não fornecia torque suficiente e tinha rotação muito alta. Então foi formulado um sistema de redução para o robô que será mostrado mais adiante com figuras. A redução realizada nesse momento utilizou correntes para unir engrenagens. Isso foi feito porque as engrenagens não estavam se acoplando bem uma na outra, provavelmente devido ao motor utilizado não ser padrão LEGO. Uma desvantagem disso, é que não é possível usar as menores engrenagens com correntes, pois não se encaixam. Portanto utilizamos engrenagens um pouco maiores, o que diminuiu a redução.
Com essa redução introduzida, o robô conseguiu se mover alguns passos, mas notamos que o motor nessa posição deslocava muito o centro de gravidade do robô. E também o torque obtido com essa redução não foi suficiente. Além disso, o uso dessas correntes em alto torque não é indicado, por serem frágeis. Para resolver esse problema, reconstruímos toda a estrutura envolvendo o motor e as reduções posicionando-a numa região central do robô. Assim a massa ficava mais bem distribuída. Também utilizamos engrenagens em contato direto umas com as outras. Utilizamos sempre as menores engrenagens com as maiores disponíveis para obter a maior redução. A figura abaixo mostra a caixa de engrenagens responsável pela redução, que calculamos ser de 1:625. Nesta figura também podemos observar a nova localização do eixo com a rosca sem fim utilizada para mudar o eixo de rotação. Feito isso, testamos novamente o movimento para frente, e desta vez, o movimento foi melhor. O torque mais elevado permitiu colocarmos uma expansão no sistema de locomoção, para que a passada do robô fosse maior e ele andasse mais centímetros com um mesmo giro de engrenagem. Agora ele se movimentou bem, e mostrou-se bem mais equilibrado com a nova posição do motor e reduções. Por fim, tentamos desenvolver uma estrutura para a locomoção na outra direção. O que acabou se tornando impossível com o LEGO, pois o eixo ficou enorme e conseqüentemente muito frágil. Não suportou o peso das pernas nele encaixadas.
Conclusão: Neste primeiro trabalho de robótica conseguimos desenvolver habilidades com montagem de LEGO, aprendemos como fazer travamento de estruturas e a pensar em sistemas mecânicos a partir das peças disponíveis. Não conseguimos cumprir com a proposta do movimento em 2 direções, mas conseguimos criar um sistema capaz de transmitir movimentos nas duas direções a partir de um único motor. Portanto, julgamos ter sido uma atividade muito construtiva e desafiadora, principalmente para um grupo que nunca havia brincado com LEGO anteriormente.