O que você precisa para construir seu próprio robô autônomo

Você já quis construir seu próprio robô? Não é tão difícil quanto você pode imaginar, usando um kit ou uma variedade de componentes eletrônicos padrão.

O principal obstáculo é navegar pelo número surpreendente de opções disponíveis para construir um robô com rodas, incluindo seu microcontrolador, chassi, motores e sensores. A opção mais fácil é comprar um kit de robô completo, mas se você quiser criar um robô feito sob medida, vamos acompanhá-lo passo a passo pelas principais escolhas a fazer.

1. Microcontrolador / SBC

Seu robô precisará de um "cérebro" eletrônico para controlar todas as suas funções, incluindo o movimento. Duas das opções mais populares são o Raspberry Pi e o Arduino.

O Raspberry Pi é um computador de placa única (SBC) com um microprocessador Arm que pode executar um sistema operacional Linux completo. O principal benefício para a construção de robôs é que é mais poderoso do que um microcontrolador como um Arduino, permitindo que você execute programas mais complexos. Isso é ideal para reconhecimento facial e outras formas de IA, para que você possa criar um robô realmente inteligente.

Outra vantagem é que você pode programá-lo em praticamente qualquer idioma. Um dos mais populares para robótica em Python, que é menos assustador do que C para iniciantes em programação.

Um Arduino, por outro lado, é ideal para projetos de robótica mais simples. Além de ter um custo mais baixo, ele usa menos energia, então leva mais tempo para drenar um banco de energia portátil ou bateria.

Embora seja normalmente programado em C usando o Arduino IDE em um computador, é possível usar um IDE gráfico chamado Xod para controlar robôs Arduino.

Outros microcontroladores também são adequados para robótica, incluindo Teensy, BeagleBone, micro: bit e Raspberry Pi Pico.

2. Chassis

Para o seu robô com rodas, você precisará de um chassi para formar o corpo, alojar os componentes eletrônicos e montar os motores (usando suportes).

São numerosos kits de chassis disponível, em vários tamanhos e materiais, normalmente para robôs de duas ou quatro rodas - às vezes seis rodas. A maioria são plataformas simples para montar os componentes eletrônicos e motores; opções mais caras podem incluir um sistema de suspensão.

Alternativamente, você pode construir seu próprio chassi DIY, de materiais como plástico, metal, madeira, tijolos de Lego ou até mesmo papelão. Uma consideração importante é o quão robusto você deseja que seu robô seja. Se precisar lidar com terrenos difíceis, você vai querer um chassi mais durável.

3. Motores

Para fazer seu robô se mover, você precisará de motores. Para um robô com rodas, estes serão motores CC padrão que - ao contrário de servos ou motores de passo - giram livremente em alta velocidade.

Alguns motores apresentam uma caixa de engrenagens embutida para aumentar o torque e conduzir cargas mais pesadas. Verifique a relação de marcha (ou redução de velocidade): quanto maior for, maior será o torque e menor será a velocidade. Índices mais altos são recomendados para projetos iniciantes.

Se você precisar de leitura precisa e controle da velocidade do motor, também há a opção de adicionar um codificador magnético ou óptico de velocidade para cada eixo do motor, que alimentará os dados de volta para o seu microcontrolador.

A velocidade de cada motor é geralmente controlada por PWM (modulação por largura de pulso), que envolve o envio de um fluxo de pulsos on-off digitais: quanto mais pulsos em um ciclo, mais rápido ele gira.

4. Motorista

Você não pode conectar motores DC diretamente ao seu computador de placa única ou placa do microcontrolador, pois o último não será capaz de fornecer energia suficiente para os motores e você pode danificar a placa.

Em vez disso, você precisará de um driver de motor / placa controladora conectada entre os motores e seu microcontrolador, e também à fonte de alimentação. As placas de driver de baixo custo geralmente são baseadas em um chip ponte H de canal duplo L298N ou DRV8833. O número de canais determina quantos motores podem ser controlados independentemente, então você precisará de mais canais (e drivers) para 4WD ou 6WD.

Embora seja possível para alguém com conhecimento de eletrônica construir seu próprio driver de motor H-bridge, é mais fácil comprar uma placa de driver. Existem vários HATs disponíveis para montar no Raspberry Pi, e um dedicado Motor Shield para Arduino.

Um fator chave na escolha de um driver de motor é garantir que ele possa lidar com a tensão exigida pelos motores, bem como com sua corrente operacional contínua. Se você não conseguir encontrar o último nas especificações dos motores, normalmente é 20% a 25% menor do que a corrente de parada. A corrente máxima do driver do motor deve ser em torno do dobro da corrente contínua do motor.

5. Rodas

Naturalmente, eles são essenciais para um robô com rodas! Um robô simples de duas rodas é mais fácil para iniciantes, geralmente apresentando um pequeno rodízio sem motor, roda ou patim na frente para ajudá-lo a manter o equilíbrio.

Um robô de quatro rodas é o próximo passo, fornecendo estabilidade e controle extras. Se você deseja controle independente de cada motor / roda para um verdadeiro 4WD, você precisará de dois chips de driver de motor de canal duplo em sua placa. Como alternativa, você pode usar um único driver para controlar dois motores em cada canal, desde que tenha capacidade de corrente máxima suficiente para lidar com todos eles.

Para terrenos off-road, você pode até querer subir até seis rodas, mas precisará de um chassi mais longo para acomodá-las. Você pode adicionar esteiras de lagarta para maior aderência, ou até mesmo um sistema rocker-bogie como destaque no Perseverance Mars rover da NASA.

Embora seja possível ter rodas direcionáveis ​​usando servos para girá-las e seus motores, o método mais comum para dirigir um robô é simplesmente mover as rodas de um lado mais rápido do que do outro.

Outra opção interessante é usar rodas Mecanum, cujos rolos especiais permitem que se movam lateralmente quando as quatro rodas são giradas em um determinado padrão. Ótimo para estacionamento paralelo!

6. Poder

Ter seu robô amarrado a uma tomada elétrica seria um pouco limitante, então você precisará de uma fonte portátil de energia. Existem dois métodos principais:

1. Use fontes de alimentação separadas para os motores e eletrônicos.
2. Use uma única fonte de alimentação conectada a ambos por meio de um BEC (circuito eliminador de bateria). A placa do driver do seu motor pode incluir um BEC.

Seja qual for a opção que você escolher, as fontes de energia possíveis incluem bancos de energia USB, baterias (por exemplo, 4x AA) e baterias LiPo. Apenas certifique-se de fornecer as tensões e níveis de corrente corretos. Muitas placas de driver de motor oferecem proteção contra sobrecarga de corrente e polaridade reversa.

7. Sensores

Embora seja possível programar seu robô para se mover em um padrão definido ou controlá-lo manualmente a partir de um dispositivo remoto, adicionar sensores permitirá que ele atue de forma autônoma.

Um sensor de distância ultrassônico, como o HC-SR04, permitirá que o robô detecte uma parede ou outra obstrução à sua frente para que possa realizar uma ação evasiva.

Fazer um robô seguir um caminho no chão é outra opção popular. Um ou mais sensores infravermelhos de seguimento de linha montados na frente permitem detectar uma linha escura no chão e orientar ao longo dela.

Você pode até dar "olhos" ao seu robô com a adição de uma pequena câmera. As imagens podem ser interpretadas usando uma biblioteca de visão computacional, como o OpenCV, para detectar objetos ou até mesmo rostos.

Construa Seu Próprio Robô Autônomo: Sucesso

Agora você tem uma visão geral de como construir seu próprio robô com rodas. Esperamos que tenha inspirado você a fazer sua primeira incursão no maravilhoso mundo da robótica. Depois de construir seu primeiro robô, você pode querer fazer um tipo diferente, como um com pernas ou um braço robótico.

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