BUGBot - Robot Seguidor de Luz - Parte-4

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sendo:
"VERDE", indicação de nível 1 a 5 (Fácil);
"AMARELO", indicação de nível 6 a 8 (Médio);
VERMELHO, indicação de nível 9 e 10 (Difícil);




Vamos agora a construção da placa de circuito impresso, montagem e prova final do BUGBot.

Circuito Impresso:

Como já mostrado anteriormente, abaixo temos o layout da placa de circuito impresso.
Esta placa é responsável pela parte de driver de potência para os motores, sinalização do motor que está sendo acionoado, acondicionar os sensores de  luz (LDRs) e os Trim-Pots de ajuste de sensibilidade, conexão com o Arduino.  Referir-se a parte 2 para maiores detalhes.

Fotos reais do projeto:

Placa furada e componentes

Placa corroída e componentes

Componentes utilizados

Placa pronta - Lado dos componentes

Placa pronta - Lado cobreado/solda

À frente os sensores LDR

Posicionamento da placa no chassi

Motagem final:


Na montagem final, não é necessário apertar muitos os parafusos, devido a sensibilidade do acrílico. Pode ser utilizado arruelas de pressão para manter os parafusos sempre bem presos, sem necessidade de muito torque (aperto).
Como podem notar, houve uma rachadura na base do apoio da roda 360, devido a pressão exercida nos parafusos e o centro do conjunto da roda.

Arduino e bateria de 9V posicionados

Como os tubos espaçadores são de mangueira plastica, elas mesmas funcionam como uma borracha dando elasticidade ao material e pressão nos parafusos/porcas.

Detalhe do Pack de bateria de alimentação dos motores

Na parte de baixo do chassis, pode se perfeitamente comportar os pack de baterias.

Para fixar as placas, o pack de baterias e a bateria de 9V; aconselho o uso de velcro (pequenos quadrados de 1 x 1 fixados com cola ou fita dupla face.

Outros furos podem ser necessários no chassis superior para comportar mais componentes, tais como: sensores, servo-motores, outras placas.... Para isto podem ser feitos acessórios e ou extensões no chassi. Aqui vale sua criatividade no projeto.



TESTE FINAL, VÍDEO:

Dúvidas e sugestões enviem para: arduinobymyself@gmail.com

Durante os testes finais, tive um pequeno problema:

Devido a rotação do motor e da relação da caixa de redução 58:1, o conjunto motriz ficou com muita força, de tal forma que o BUGBot girava muito rápido e com muita força, dando guinadas para a esquerda e para direita.... perdendo um pouco da orientação de luz.

Para resolver este problema, foi necessário uma modificação no programa principal do Arduino.
Ao invés de utilizar saída digital (0V e 5V) para comandar o acionamento do motor, passei a utilizar saída PWM.
Assim foi possível controlar a velocidade de acionamento do motor, ajustando dessa forma o giro e portanto a força do conjunto motriz.

Abaixo o Link para o progrma do  BUGBot versão 2.


http://www.4shared.com/file/k7Z_bvYS/Bug_Bot_R2.html

Ficarei devendo um vídeo com uma fonte de luz melhor (foco e intensidade) para mostrar o perfeito funcionamento do BUGBot.
Abaixo um vídeo preliminar para demonstração.
Assista no youtube: http://www.youtube.com/watch?v=91X0y2dKauE
Assista no screencast.com: http://www.screencast.com/t/oslQ9TTFHlMc

Isto é tudo pessoal. Até o próximo projeto...

BUGBot - Robot Seguidor de Luz - Parte-3

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O chassi do Robot, certamente é a parte mais difícil de fazer, quando se fala da confecção da estrutura mecânica do mesmo.

Projeto do Chassi:

Este é o projeto do Chassi com todas as dimensões.
Furação fica a seu critério, pois depende também do Kit motriz utilizado e da aparencia que você quer dar ao seu Robot.

Dimensões em milímetros (mm).

Chassi inferior

A altura entre o chassis inferior e o superior fica a critério do seu projeto e estética do robot.

Abaixo temos um passo para a construção de um chassi em acrílico (mais ou menos umas 4 horas de trabalho).

Material necessário:

Kit Motriz Tamiya (não vem montado);
2 x Rodas emborrachadas para Kit Tamiya;
Roda 360 pequena (como as de malas);
Chapa de acrílico de 300 x 300 x 3 mm (vai sobrar, mas é melhor ter sobra pra eventuais imprevistos);
4 x parafusos 5mm x 50mm + porca + arruela;
6 x parafusos 3mm x 15mm;
15cm de tubo transparente (5mm) para trabalhar como espaçador;

Ferramentas:

Serra Stanley;
Lima - meia cana, redonda, plana;
Riscador/estilete para corte de acrílico;
Caneta marcador;
Micro Retifica;
Chaves de fenda/philips e de boca;


Detalhes da construção:

Kit Motriz Tamiya montado

Seguir corretamente as instruções de montagem do Kit.

Acrílico fumê usado como base do chassi

Este acrílico foi retirado de uma prancheta de baixo custo (no máximo R$ 10,00).
Cada chapa tinha 21x25.

Roda 360 graus

Como as rodas de mala 360 graus -  R$ 5,00

Acrílico senso cortado

Base do chassi, segundo o projeto

Detalhe da parte de corte do acrílico no estilete

Chassi pronto para furação e centralização do conjunto motriz

Apoio da roda 360 em acrílico

Chassi já furado

Posicionamento do conjunto motriz

Conjunto motriz posicionado

Preparação dos espaçadores do chassi inferior e do superior

Espaçadores e conjunto de parafusos, porca e arruela preparados

posicionamento dos parafusos

Notar que na parte de baixo do chassi, foi feito um aprofundamento oval no chassi, para que a roda 360 possa girar livremente (isso não estava no projeto).

Colocação dos espaçadores

posicionamento do chassi superior (já montado a roda 360 no suporte)

Detalhe do espaçador + parafuso

Detalhe do conjunto da roda 360

Detalhe da montagem antes da colocação da roda 360

Foi notado a necessidade de fazer um recuo no chassi inferior para a roda 360

Detalhe do espçador de tubo transparente

Produto finalizado

Visto de cima

 É isso,..... depois de quase 4 horas de trabalho (o acrílico exige muito cuidado, use sempre a ferramenta certa para cada etapa) o produto final ficou muito bom, com aparência profissional.
Comprimento total = 210mm
Largura total = 110mm
Altura total = 48mm

Com as sobras de acrílico, é possível fazer alguns acessórios para colocar sensores no nosso chassi e assim podemos fazer diversos tipos de Robots com ele.


Até o próximo Post, onde será mostrado o funcionamento do Robot em ação.

Dúvidas e sugestões enviem para: arduinobymyself@gmail.com

BUGBot - Robot Seguidor de Luz - Parte-2

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VERMELHO, indicação de nível 9 e 10 (Difícil);



Nesta segunda parte do Robot Seguidor de Luz, o BUGBot, veremos a parte de configuração lógica do cérebro (Arduino); mas também faremos uma simulação didática usando um pequeno, mas poderoso micro-controlador o PICAXE08M2 e usando o software didático de simulação de circuitos eletrônicos e para PICAXE, o Yenka Crocodile (esse software tem uma versão com licença gratuita para uso de propósito pessoal/residencial).

Baixe o Yenka Crocodile no site: http://www.yenka.com/en/Free_Yenka_home_licences/

Vamos então ao nosso projeto!

HARDWARE & MATERIAIS:

2 x Transistores TIP120
2 x Diodos 1N4001
2 x LEDs verde 3mm
2 x LDR
2 x Resistores de 1KΩ
2 x Resistores de 470Ω
2 x Capacitores de 100 nF
2 x Trim-pot 5KΩ
1 x Conectores AK300 de 2 pinos
2 x PinHead com 2 pinos
1 x PinHead com 6 pinos
1 x pack de bateria (9V ou 12V)



ESQUEMAS & LAYOUTs:

Abaixo vemos a placa de circuito impresso e o diagrama esquemático do nosso Hardware.

Layout da placa de circuito impresso do BUGBot

Note que:
Os diodos 1N4001 e os capacitores de 100nF, são para proteção do circuito e eliminação de ruídos; conforme já explicado no post sobre Ponte-H.
Temos LEDs verdes para indicar quando um motor está acionado ou não (cuidado com o valor do resistor, se você for usar uma tensão de trabalho maior que 6V. Aconselho usar 6V/270Ω, 9V/ 470Ω, 12/680Ω.

JP2 é a saída para o motor direito e JP3 é a saída para o motor esquerdo.
JP1 é a conexão com o arduino, sendo (da esquerda para a direita):
pino 1 = > LDR sensor esquerdo;
pino 2 => LDR sensor direito;
pino 3 => alimentação positiva logica dos sensores (+5V do Arduino);
pino 4 => negativo comum (Arduino)
pino 5 => comando para acionamento do motor esquerdo (vem do arduino)
pino 6 => comando para acionamento do motor direito (vem do arduino)

Mais adiante faremos uma paralelo entre a pinagem do JP1 com a pinagem usada no arduino

Vimos que os sensores usam a alimentação lógica do Arduino como referência, isso porque não podemos ter uma tensão maior que 5V nas portas do Arduino.
Quando tivermos luz incidente no LDR, teremos 0V na porta do Arduino, e quando não tivermos luz incidente no LDR, teremos 5V na porta do Arduino (logica reversa, já abordada na primeira parte do BUGBot).

Diagrama esquemático do BUGBot

Esse  é todo o hardware eletrônico que necessitaremos, mais o Arduino e pack de baterias para os motores.


Ajuste de sensibilidade:
Feito através dos Trim-Pots de 5KΩ, desta forma podemos ajustar com qual nível de luz queremos que o BUGBot tenha uma resposta e acione os motores para movimentação.

Abaixo os arquivos originais em Eagle:

Estes são os originais do equema e da placa de circuito impresso em Eagle.
http://www.4shared.com/file/K-dFSSPS/BugBot.html
http://www.4shared.com/file/XBHJe0QI/BugBot.html

Conexão com o Arduino:
pino do LDR Esquerdo => A0
pino do LDR Direito => A1
pino do Motor Esquerdo => 8
pino do Motor Direito => 9


Paralelo entre as conexões Arduino e conector JP1:
ARDUINO - JP1-x
A0 - JP1-1
A1 - JP1-2
+5V - JP1-3
GND - JP1-4
D8 - JP1-5
D9 - JP1-6



SOFTWARE & PROGRAMAÇÃO:


Fluxograma de operação no software Yenka Crocodile:
Notar que as entradas/saídas são apenas ilustrativas, foram as usadas no software didático Yenka Crocodile com o PICAXE.
Este já foi explicado na primeira parte do projeto.

Fluxo de operação logica do BUGBot

Fluxograma de operação usando o programa Logicator PIC.

LOGICATOR, usado para programar  PICAXE

Programa para Arduino:
Baixe diretamente neste link o  sketch para arduino IDE 0023: http://www.4shared.com/file/3FtFRaAS/Bug_Bot_R1.html

Agora vamos às simulações:
Assista no Youtube: http://youtu.be/8hBfOb6b1HU
Assista no screencast.com: http://www.screencast.com/t/2v6Lr9vQ7

Assista no Youtube: http://youtu.be/CnhTETe-OBk
Assista no screencast.com: http://www.screencast.com/t/a7d2yhcQsli

O próximo passo é a construção do chassi, que conterá a parte motriz, eletrônica de sensores, etapa de acionamento, alimentação (baterias) e a parte de processamento lógico (arduino),... mas isso só na Parte-3 do BUGBot - Robot Seguidor de Luz. Aguardem a execução final do projeto.
Então,... até lá!

Dúvidas e sugestões enviem para: arduinobymyself@gmail.com

BUGBot - Robot Seguidor de LUZ - Parte-1

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Esta barra, indica o nível de dificuldade encontrado para cada experiência realizada.
sendo:
"VERDE", indicação de nível 1 a 5 (Fácil);
"AMARELO", indicação de nível 6 a 8 (Médio);
VERMELHO, indicação de nível 9 e 10 (Difícil);





O BUGBot, é um robot seguidor de luz (como se fosse realmente um inseto), ele sempre se desloca em direção a um foco de luz.  Na ausência de luz ele permanece parado.

Esse robot, será o primeiro de uma séria a ser mostrado aqui.
Nosso projeto é mostrar alem do BUGBot, mostrar também o:
LINUSBot que será um robot seguidor de linha e o ECOBot, um robot que será guiado por um sensor ultra-sônico, medindo distancia de obstáculos e desviando deles.


A primeira parte desta série, será a apresentação dos meios de construção do chassis e a parte mecânica em geral, bem como a parte eletrônica do robot.  Apresentaremos também uma simulação do BUGBot em um software didático.

Então mãos a obra....

Para construir o BUGBot, precisaremos de um chassis, que será construído em acrílico.
Precisaremos também, de um sistema de um sistema de transmissão (motor/engrenagem), para poder fazer o nosso robot se deslocar.
Além é claro da parte eletrônica de potência para controle dos motores; parte eletrônica para os sensores (serão utilizados LDRs como sensor) e a parte eletrônica de controle dos dispositivos (entrada = sensores LDR e saída = Motores), usaremos o Arduino ou Teensy para esta finalidade.

FUNCIONAMENTO:

A figura abaixo mostra a ideia básica de qualquer robot, onde temos os dispositivos de entrada e saída ligados ao cérebro, em particular para o BUGBot.

Processamento Básico dos sinais

Os dispositivos de entrada serão os LDR (Light Dependent Resistor) os resistores dependentes de luz, que tem a sua resistência alterada conforme a incidência de luz no dispositivo. Basicamente, se não houver incidência de luz, teremos uma alta resistência (na ordem de 200KΩ a 1MΩ ) no dispositivo, e quando houver a incidência de luz, termos uma diminuição da resistência do dispositivo, conforme a sua curva característica.

Curva, Resistência x Iluminação

Um LDR também é sensível ao comprimento de onda da luz incidente, desta forma podemos dizer que ele depende da cor da luz (o que caracteriza a cor da luz é o seu comprimento de onda).

Curva, Sensibilidade x Comprimento de onda

Espectro de cores (comprimento de Onda)

Detalhes dos LDRs

Estrutura e Simbologia do LDR

Encapsulamento do LDR

Circuito Básico

Circuito Básico com LDR para acionamento de um LED

Na figura acima, podemos ver o circuito básico para acionamento de um LED com o LDR como sensor de Luz.
No circuito da esquerda, notamos que inicialmente o LED estará apagado, pois a lata resistência do LDR sem luz incidente, deixará o transistor no estado de corte; ao incidir luz no LDR, ele terá uma diminuição de sua resistência e desta forma, teremos uma polarização na  base, fazendo com que o transistor entre no estado de condução, acendendo o LED.
No circuito da direita, notamos que o LED estará inicialmente aceso, pois o LDR sem luz incidente terá uma resistência muito maior do que a soma de resistências do resistor de 10KΩ + potenciômetro de 10KΩ, ficando a base do transistor polarizada e o transistor no estado de condução acendendo o LED; quando a luz incidir no LDR, este terá uma diminuição de sus resistência e levará o transistor ao estado de corte, desligando o LED.

Um ajuste de sensibilidade no sistema é permitido através do potenciômetro de 10KΩ.

Logicamente, podemos usar o LDR de outras maneira, mas esta é a forma mais usual.



BUGBot

O robot terá 2 sensores LDR para poder determinar se ele deve se movimentar para a direita, para a esquerda, para frente, ou permanecer parado.
sendo:

1 x LDR sensor DIREITO
1 x LDR sensor ESQUERDO

No nosso BUGBot, usaremos motores DC para comandar um sistema de transmissão (engrenagens mais Rodas) para que o robot possa se movimentar e assim seguir a luz incidente nos sensores.
Foi usado o Kit:  Tamiya Gear Box na proporção 58:1

Se o LDR esquerdo tiver luz incidente, deverá ser acionado o motor direito para que o robot possa girar ou mover-se para a esquerda.
Se o LDR direito tiver luz incidente, deverá ser acionado o motor esquerdo para que o robot possa girar ou mover-se para a direita.
Se ambos os LDRs tiverem luz incidente, deverão ser acionados ambos os motores para que o robot possa seguir em frente.
Se ambos os LDRs não tiverem luz incidente, não deverão ser acionados ambos os motores para que o robot possa permanecer parado.

Observação importante:
Não basta somente detectar a presença de luz nos sensores e ligar os motores, precisamos também manter os motores acionados por uma quantidade de tempo mínimo para o funcionamento.


O controle dos dispositivos sensores LDR e motores, será feito pelo Arduino com um software para executar exatamente os passos acima.

Para o acionamento dos motores (como eles deverão girar somente em uma direção), não será necessário usar uma ponte-H, poderemos efetuar o acionamento usando apenas um transistor Darlington de potência.

Abaixo temos um diagrama completo dos dispositivos eletrônicos, e que utilizaremos para simular o funcionamento (primeiramente usando um software didático).

Circuito, Sensores / acionamento / processamento

Note que na figura acima o cérebro do sistema é um PICAXE8M2 (não importando agora qual é o processador e sim a parte didática).
Aqui é possível verificar a interconexão dos sensores com o processador e com os motores/rodas.
Neste circuito é importante notar que o sistema sensor funciona com logica reversa, ou seja:
Quando não temos luz no sensor, temos nível alto na entrada do processador (5V ou binário 1).
Quando temos luz no sensor, teremos nível baixo na entrada do processador (0V ou binário 0).




É isso...
Finalizamos aqui a primeira parte do BUGBot; esperem o próximo post, onde veremos a parte de programação do cérebro eletrônico, e uma simulação completa usando o programa Yenka Crocodile.



Dúvidas e sugestões enviem para: arduinobymyself@gmail.com