Introdução

A robótica é um campo interdisciplinar em rápida evolução e os sensores e atuadores são o núcleo que permite aos robôs interagir com o mundo. Eles funcionam de maneira muito semelhante aos nossos sentidos e músculos. Os Sensores, assim como nossos sentidos, permitem que os robôs detectem e entendam o ambiente ao seu redor. Eles coletam dados do mundo externo e os convertem em sinais elétricos. Este processo é chamado de transdução.

Existem vários tipos de sensores, incluindo sensores de proximidade, de luz, de temperatura, de pressão e de som. Cada um desses sensores tem suas características, vantagens e desvantagens. Assim, é fundamental entender as diferenças e aplicabilidades de cada sensor, para que se possa escolher o mais adequado para cada situação. Além disso, é também crucial perceber que os sensores possuem limitações e que seus dados precisam ser interpretados corretamente.

Os Atuadores, por outro lado, são como os músculos dos robôs. Eles recebem sinais elétricos e os convertem em movimento ou ação. São eles que permitem aos robôs interagir fisicamente com o mundo ao seu redor. Como nos sensores, existem diversos tipos de atuadores, incluindo motores elétricos, pneumáticos e hidráulicos. Assim como os sensores, os atuadores também possuem suas próprias características, vantagens e desvantagens.

Contextualização

Sensores e atuadores representam os olhos, ouvidos e as mãos dos robôs no mundo. Esses elementos são essenciais no desenvolvimento de robôs inteligentes e versáteis que são requeridos em várias aplicações do mundo real. Do robô aspirador de pó Roomba que usa um conjunto de sensores de infra vermelho, de colisão e de sujeira para navegar e limpar sua casa, ao Mars Rover da NASA que usa uma incrível variedade de sensores para navegar e realizar experimentos científicos na superfície de Marte.

Dominar o uso de sensores e atuadores na robótica e saber como eles interagem é essencial para qualquer pessoa interessada em trabalhar com robótica. Seja para programação, design de robôs, automação industrial, robótica aplicada à medicina, robótica espacial, etc. No entanto, entender esse tópico requer o estudo e a prática do fundamental à aplicação prática.

Eu recomendo a leitura do livro "Robots and Sensors - Everything You Need to Know About Robotic Sensors!" de Thomas B. Johnson. Também sugiro o vídeo "Introduction to Robotic Sensors and Actuators!" da Robotic Systems Lab na plataforma Coursera para um contexto visual e interativo do tema.

Atividade Prática

Construindo e Programando um Robô Seguidor de Linha

Objetivo do Projeto

O objetivo deste projeto é desenvolver um robô seguidor de linha usando um microcontrolador, sensores e atuadores. Este projeto permite aos alunos aprenderem em profundidade sobre a seleção, integração e programação adequada de sensores e atuadores.

Grupo de Alunos

Este projeto é destinado a ser realizado por grupos de 3 a 5 alunos.

Duração do Projeto

O projeto deve demorar entre duas a quatro horas por aluno para ser concluído, e deverá ser entregue em uma semana.

Materiais Necessários

• 1 x Chassi para robô
• 1 x Microcontrolador (por exemplo, Arduino Uno)
• 2 x Motores CC (atuadores)
• 2 x Drivers de motor CC
• 1 x Sensor de linha infravermelho
• Fios jumper
• 1 x Bateria ou fonte de alimentação
• 1 x Ambiente de Programação (IDE do Arduino)

Descrição Detalhada do Projeto

Os alunos serão responsáveis por construir e programar um robô a partir do zero para seguir uma linha no chão. O robô deverá ser capaz de detectar a linha usando um sensor de infravermelho e movimentar-se ao longo da linha, controlando a direção usando os motores e o microcontrolador.

Passo a Passo Detalhado

1. Reúna todos os materiais necessários.
2. Monte o chassi do robô de acordo com o manual de instruções.
3. Instale os motores no chassi do robô.
4. Conecte os motores aos drivers dos motores, e os drivers aos ports correspondentes no microcontrolador.
5. Instale o sensor de linha infravermelho no chassi e conecte-o ao microcontrolador seguindo a documentação do sensor.
6. Implemente um algoritmo para ler a saída do sensor de infravermelho e controlar os motores correspondentes para seguir a linha.
7. Teste o robô em uma linha de teste e ajuste o código conforme necessário para melhorar o desempenho do robô.
8. Realize os testes finais.

Ao final do projeto, o robô deve ser capaz de seguir a linha sem intervenção humana.

Entregas do Projeto

As entregas deste projeto incluem:

1. Relatório Final: um documento abrangente que contém:
   • Introdução: Nesta seção, os alunos devem contextualizar o trabalho realizado, mencionar o objetivo do projeto e sua importância no contexto da robótica.
   • Desenvolvimento: Aqui os alunos devem detalhar o passo a passo da construção do robô, explicando cada componente usado (sensores e atuadores), por que foram escolhidos e como foram conectados e programados. Além disso, eles devem apresentar o código usado para fazer o robô seguir a linha e explicar como o código funciona.
   • Conclusões: Os alunos devem expressar o que aprenderam durante o projeto, as dificuldades encontradas e como as superaram. Eles devem também avaliar o desempenho do robô e discutir possíveis melhorias.
   • Bibliografia: Finalmente, os alunos devem listar as fontes que usaram para realizar o projeto. Isso inclui livros, páginas da web, vídeos, etc.
2. O Robô Seguidor de Linha: Os alunos devem apresentar o robô funcional, bem como o código usado para programar (criar um repositório na plataforma GitHub e enviar o link).