Robô Andarilho
domingo, 4 de julho de 2010
6:58 PM
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Neste poste mostrarei a montagem de um pequeno robô andarilho. O pequeno robô faz uma curva de 90° sempre que encontra um obstaculo pela frente e a ordem da curvas é esquerda, esquerda, direita, direita, esqueda, esquerda ...
Esquema:
Esquema:
A lista de material com o preço de cada peça:
Referência | Componente | Preço por unidade em R$ | Preço total em R$ |
C1 a C8 | Capacitores cerâmicos 100nf 50V | 0,09 | 0,72 |
C9 | Capacitor eletrolítico 100uf 16V | 0,15 | 0,15 |
R1 a R6 | Resistores de carbono 10K 5% 1/4W | 0,10 | 0,60 |
Q1aQ4,Q6eQ7 | Transistores BC 548 | 0,15 | 0,60 |
D1 | TIL32 (LED IR) | 0,48 | 0,48 |
D2,D3,D5,D6 | Diodos 1N4007 | 0,13 | 0,52 |
IRM2638 | Sensor IR 38khz | 3,79 | 3,79 |
R7 | Resistor de carbono 470R 5% 1/4W | 0,10 | 0,10 |
RL1 e RL2 | Reles 5V | 2,70 | 5,40 |
U1 | Circuito integrado LM555 | 0,93 | 0,93 |
U2 | Dois filp flop D CD4013 | 0,63 | 0,63 |
U3 | Quatro portas lógicas NAND SN74LS00 | 0,74 | 0,74 |
U4 | Regulador de tensão LM7805 | 1,00 | 1,00 |
M1 e M2 | Servo motores de antena parabólica | 23,00 | 46,00 |
On/off | Chave HH | 0,84 | 0,84 |
PCI | Placa de circuito impresso virgem 10 x 15cm | 2,18 | 2,18 |
Suporte | Suporte para 4 pilhas AA | 0,74 | 0,74 |
Suporte | Clip de bateria vertical | 0,59 | 1,20 |
--------- | Baterias (4 pilhas AA e duas baterias 9V) | ------- | 7,00 |
--------- | Parafusos, porcas e arruelas | ------- | 2,00 |
Preço total aproximado | R$81 | ||
Preço gasto por mim ---------------------------------------- ~R$50
PS: Os diodos D5 e D6 e os capacitores C6 e C7 são soldados nos terminais dos motores.
PS: Um dos servos eu retirei de uma parabólica que não estava funcionando mais.
Sensor:
O sensor do carrinho é composto pelo receptor infravermelho (IR) de 38Khz (IRM2638 ), um LED IR (TIL32) e uma plaquinha de controle remoto modificada para que gere uma portadora de 38Khz constante.
O LED e o sensor IR são ligados lado a lado.
Quando o circuito é alimentado, a plaquinha do controle remoto gera um sinal de 38khz, que por sua vez faz o LED piscar na mesma freqüência, quando algum objeto se aproxima do conjunto LED mais sensor IR, ele (objeto) reflete a luz IR e “joga” ela para o sensor que a detecta e muda a tensão do pino “IR” do sensor.
Gerador 38khz:
Para que a placa do controle remoto sirva para o projeto tive de fazer algumas modificações:
Primeiro tive de fazer um jumper entre os contatos do botão “Power”, para isso tive de raspar o contado no botão para tirar aquela espécie de proteção:
Aqui o trabalho já feito:
Agora, como a alimentação do circuito é de 5V e a do controle é 3V, conferi o datasheet, para ver se o circuito ode ser alimentado com 5V e coloquei um resistor de 470R em serie com o LED, que me deu uma boa distancia de sensoriamento.
Outras fotos:
Temporizador:
O temporizador é composto pelo U4 (555) e os componentes ligados entre o 555 e IRM3638 e os ligado nos pinos do 555. Essa parte determina o tempo que um dos motores ficara parado (conseqüentemente o ângulo de curva do robozinho). No circuito ele (temporizador) esta programado para 2,4s e funciona da seguinte forma:
Quando o sensor muda a tensão em seu pino IR os transistores Q5, Q6 e os resistores envolvidos nessa parte captam essa mudança e acionam o 555, que muda sua saída para nível alto pelo tempo determinado por R10 e C4 (no caso ele esta configurado para 2,4s).
O tempo para o temporizador eu achei da seguinte forma:
Tive de medir três coisas, a distância entre uma roda e outra, o comprimento da roda e a velocidade do motor.
O robozinho tem 15cm entre as duas roda, a rodinha usada no projeto tem 14cm de comprimento e a velocidade do motor é de aproximadamente 1 volta a cada 1,3 segundos.
Se meu carrinho der uma volta de 360° quanto ele vai andar? Para saber jogamos a distância entre as duas rodas (que será o raio neste caso) na formula 2 x 3.14 x Raio.
Então 2 x 3.14 x 15 =~ 94cm então para saber quanto o carrinho vai ter de andar para fazer uma curva de 90° dividimos o resultado da continha anterior por 4 => 94/4 = 23.5cm. Agora pegamos esse valor e dividimos pelo comprimento da rodinha => 23.5/14 =~ 1,7. Agora já sabemos o quando uma das rodinhas terá de andar enquanto a outra estiver parada, então basta calcular o tempo => 1,7 x 1,3 = 2.2 segundos. Como os valores não são exatos (a velocidade da rodinha pode cair com o peso do carrinho, por exemplo) e para dar valores exatos de capacitor e resistor deixei o tempo em 2,4 segundos.
Flip flop e porta lógica (U2 e U3)
Essa parte do circuito é encarregada de acionar os motores e parar um deles quando necessário.
Vejam que o pino 1 e 5 do CI 74LS00 (porta lógica NAND, para melhor compreender o funcionamento do circuito leia um pouco sobre Portas lógicas e sobre Flip Flop, em especial o tipo D) estão ligados a saída do 555, o pino 2 está ligado a saída Q* e o pino 4 a saída Q do flipf flop.
Vejam a tabela verdade da porta lógica NAND, a saída só vai para nível lógico 0 se as duas entradas estiverem em nível alto. Quando o sensor enviar o sinal ao 555 o mesmo levara sua saída em nível alto, como já sabemos, quando o 555 levar sua saída a nível alto pelo tempo determinado, uma das entradas das duas portas NAND serão levadas a nível alto e uma delas levara sua saída a nível baixo, conseqüentemente desativando um dos motores pelo tempo que a saída do 555 permanecer em nível alto.
O flip flop levara uma das suas saídas a cada clock (que é a saída do 555) então ele vai demorar dois clocks para mudar a saída do segundo flip flop, conseqüentemente vai virar duas vezes para a esquerda e depois duas para a direita, ou vice e versa.
Alimentação
A alimentação do circuito foi isolada da alimentação dos motores devido a interferências.
O circuito funciona com 5V e o motor funciona com 6V.
Os capacitores na saída do 7805 são para eliminar interferências, e cada um vai “colado” em um dos CIs do circuito.
Imprevistos
Pessoal, passei o circuito certinho pra vocês, mas o circuito que fiz aqui é um pouco diferente devido a um caminhão de imprevistos que tive, cito alguns:
Não estava nos meus planos isolar a alimentação do circuito da alimentação do motor, então tive de usar reles para isso, e só tinha reles de 12V aqui, então tive de usar 2 baterias de 9V em serie pegar os 18V resultante, regular para 5 e 12V. A partir daí apareceu outro problema, o único 7805 que tinha aqui queimou, então tive de usar um LM317LZ configurado para 5V.
Outro imprevisto foi o CI 74LS00 queimar, tive de usar um 74LS04 e um 74LS08 para fazer o trabalho dele (74LS00).
As interferências que tive foram gravadas. Quando colocava LEDs para serem acionados pelo circuito, tudo funcionava perfeitamente... Mas quando coloca os motores, vejam o que acontecia:
Os problemas foram resolvidos com a ajuda dos participantes do fórum Clube do Hardware, quem quiser conferir, a página é essa.
Montagem e outros
Antes de montar o circuito, o mesmo foi todo testado e houve varias modificações em relação ao projeto inicial...
Testes:
Depois de ter feito todos os testes e comprovar que o circuito estava funcionando na protoboard desenvolvi a PCI:
Depois de ter feito a placa apareceram alguns problemas, então os corrigi e esta ai as fotos da placa já funcionando:
O próximo passo foi colocar as rodinhas nos servos:
Ps: Os servos motores foram modificados para girar sem parar, ou seja, ele virou um motor com uma caixa de redução. A modificação é parecida com essa , a diferença é que eu retirei a placa de controle completamente.
Para fixar os servos a baterias e a placa, peguei uma carcaça de TV que tinha jogada aqui no fundo de casa e com a furadeira cortei um pedaço da carcaça:
Depois á furei, assim como a carcaça dos servos, para fixar os servos e a placa:
Para a fixação da placa usei parafusos de 2 polegadas (se não me engano) arruelas, porcas e tubinhos de caneta cortados com 3,5cm de comprimento e para fixar os servos usei parafusos de ½ polegadas, porcas e arruelas:
Aqui a placa já fixada junto com os servos:
Alem dos servos, eu fixei uma tampinha de desodorante com Durepox na parte de traz do robozinho para que ele pudesse de equilibrar:
E aqui o robozinho já funcionando:
Espero que gostem do projeto...
EDIT:
Pessoal, acabei tendo alguns problemas com o IRM 3638 (sendo mais espesifico com a tensão que o-alimenta, por tanto recomendo que usem o IRM2638 que é até mais barato e não apresenta esse problema.
Desculpem por isso, mas é que o problema começou a aparecer agora.
Abraços.
EDIT:
Pessoal, acabei tendo alguns problemas com o IRM 3638 (sendo mais espesifico com a tensão que o-alimenta, por tanto recomendo que usem o IRM2638 que é até mais barato e não apresenta esse problema.
Desculpem por isso, mas é que o problema começou a aparecer agora.
Abraços.
Gustavo Henrique Erlich
Olá.
Estou montando o projeto do robô andarilho e tive uma dúvida:
não consigo encontrar o sensor infravermelho irm 3638,e gostaria de susbtituir por outra coisa. Achei que poderia ser substituido por algo mais simples... eu poderia substitui-lo por algum sensor optico? ou por outra coisa do tipo?
Obrigada desde já.
Olá, pode sim, mas desde que faça o mesmo papel do IRM3638 + LED IR modulado.
Só uma coisa, o que esta acontecendo com o IRM?
Acho que vou ter de substituir o IRM3638 do projeto pelo IRM2638, pois trabalhando com 5V o IRM3638 as vezes não funciona, mesmo tendo o limite de tensão em 6V o fabricante recomenda 3V.
Obrigado pelo comentário.
Abraços.
Oi!
Obrigada por responder Gustavo, mas ainda tenho algumas dúvidas:
- Implementando um sensor optico, eu tenho medo de que o sensoriamento perca a eficiência, caso eu faça um sensor optico com um TIL 32 e um receptor IR TIL 78.Por isso acho que terei que usar algum IRM e o controle modificado mesmo. O IRM2638 é realmente confiável? pois irei precisar de um sensoriamento bem estável.Vou comprar o IRM no solda fria, e não sei se peço o IRM3638 ou o IRM2638. Qual o mais confiável?
- O LED IR D1, R7 e o GND"1" do circuito estão ligados no controle remoto? Se estão, onde, na placa do controle, estarão soldados?
- Mesmo o controle sendo alimentado com 3v, posso alimentá-lo com 5v, certo? se a alimentação do controle é VCC(5v), posso fazer um jumper direto dos contatos do botão power para o resto do circuito que usa 5v? ou ligo a alimentação do controle também no final dos capacitores de 100n, onde tem-se 5V?
- Nas fotos do controle, ficou um pouco confuso para mim identificar como você fez as ligações, seria bom se você colocasse um "diagraminha" das ligações do controle, que é bem simples, só para facilitar a visualização das ligações =]
- Os capacitores de 100n podem ser de poliéster ao invés de cerâmicos?
Por enquanto é isso!
Obrigada pela atenção.
Abraço.
Acho mesmo melhor usar um IRM, pois os "TILs" não tem um alcance muito longo e sofrem muita interferência da luz.
Olha, vou ser sincero, eu ainda não testei o IRM2638, mas pelo datasheet a única diferença que pude notar foi a tensão recomendada pelo fabricante, que no IRM3638 é recomendado o uso de 3V e no IRM2638 é recomendado 5V. Foi justamente por isso que disse para migrarem para o 2638. Eu recomendo que compre o IRM2638, pois você disse precisar de um sensoriamento estável, mas usando o 3638 em 5V (você terá de usar 5V por causa dos 555) ele as vezes não funcionara, foi esse o problema que tive com ele.
Quanto à alimentação do controle, vai depender do CI usado nesse controle. O que eu utilizei usa o SO2461 e permite uma alimentação de 5V, mas pode ser que o seu não permita, você deve conferir isso no datasheet do componente.
Você também tem a opção de usar um controle feito por você, da uma olhada nos postes de controle infravermelho que coloquei aqui no blog, talvez ajude você.
Realmente esse projeto ficou bem confuso, porque o projeto feito por mim não é exatamente o mesmo que o do esquema e layout postados. Isso ficou assim porque tive muitos imprevistos e tive de improvisar muita coisa.
Olha o esqueminha do controle:
De uma olhada no Silk e no layout, talves fique mais facil de entender a imagem.
http://img180.imageshack.us/img180/3929/controle2.jpg
Se por acaso você optar por fazer o gerador de 38khz com um 555 eu posso refazer o esquema e layout pra você.
Desculpe se ficou muito embolado o projeto, mas espero que você consiga fazer o seu sem muitos problemas.
Obrigada Gustavo! caso eu não consiga com o controle, tentarei os 38KHZ com o 555.
Tudo bem, qualquer coisa estou a disposição.
Ai amigo Segue o Link do sensor
http://www.soldafria.com.br/receptor-infravermelho-irm2638-p-3402.html