Contextualização

Os fundamentos da Mecânica para a robótica são um assunto cativante e altamente relevante no mundo atual, permeando desde indústrias modernas até tecnologias futurísticas empolgantes, como a exploração espacial e a inteligência artificial. Neste projeto, vocês terão a oportunidade de mergulhar neste tópico fascinante, combinando teoria e prática para desenvolver uma compreensão profunda dos princípios que governam o movimento e a interação dos robôs.

A Mecânica, em sua forma mais simples, é o estudo dos estados de repouso e movimento. Como a base da física, ela produz ferramentas para descrever o mundo natural de maneira precisa e previsível. Ela se baseia em leis fundamentais, como a famosa segunda lei de Newton que descreve como as forças afetam o movimento. Complementando com princípios de energia, trabalho, potência e conservação, uma compreensão da Mecânica proporcionará uma sólida letargia para construir e melhorar sistemas robóticos.

Ao adquirir uma compreensão da Mecânica Aplicada à Robótica, vocês não estariam apenas aprendendo como as coisas se movem, mas também como controlar esse movimento, otimizar a energia e garantir a eficiência. Esses princípios permitem que vocês criem robôs que possam operar de maneira efetiva e eficiente em uma variedade de ambientes e situações.

A Robótica moderna abrange uma vasta gama de aplicações, desde a fabricação industrial, passando pela exploração espacial, até o amparo médico e a assistência pessoal. Estamos em uma era de crescimento explosivo na robótica, com a indústria em rápida evolução e aumento constante da demanda por especialistas qualificados no campo.

Dominar os fundamentos da Mecânica para Robótica permitirá que vocês desbloqueiem essa ampla gama de oportunidades e criem soluções impactantes para problemas do mundo real. Aprendendo a projetar, analisar, otimizar e controlar robôs, vocês estarão adquirindo as ferramentas e habilidades necessárias para inovar e liderar neste excitante campo da tecnologia.

Como material extra de estudo sugerimos que consultem o livro "Introduction to Robotics: Mechanics and Control" de John J. Craig. Este é um livro clássico e universalmente reconhecido no campo da robótica, abrangendo uma gama de tópicos teóricos chave. Além disso, recomendamos assistir a playlist de vídeos do MIT OpenCourseWare intitulada "Introduction to Robotics", que oferece palestras completas de um curso universitário de robótica.

Atividade Prática

Projeto Robô Navegador: Da Mecânica à Programação

Objetivo do Projeto

O objetivo do projeto é a concepção, projeto, construção e programação de um Robô Móvel Autônomo que seja capaz de navegar por um ambiente complexo sem intervenção humana direta. O robô precisa ser capaz de detectar e evitar obstáculos e alcançar um objetivo especificado.

Durante o projeto, vocês serão divididos em grupos de 3 a 5 pessoas com o compromisso de trabalhar em conjunto, o projeto deve ser realizado em um período de mais de doze horas por aluno.

Materiais Necessários

1. Kit de Robótica (Recomendamos um kit compatível com Arduino, como o Elegoo Robot Car Kit)
2. Ambiente de programação (Arduino IDE)
3. Software CAD para projeto mecânico (Recomendamos o Tinkercad ou Fusion 360)

Descrição Detalhada do Projeto

O projeto será dividido em 4 partes principais:

1. Projeto Mecânico: Nessa parte, vocês projetarão o corpo físico do robô usando um software CAD. A consideração cuidadosa deve ser dada às propriedades do material, à eficiência da energia e à otimização da mecânica do robô.

2. Montagem Física: Aqui, vocês montarão o robô físico usando o kit de robótica. Este processo envolverá a aplicação de princípios de Mecânica Clássica e Termodinâmica para garantir que o robô seja montado de forma eficaz.

3. Programação: Após a montagem física do robô, vocês programarão nele algoritmos de navegação e controle usando a plataforma Arduino.

4. Teste e Otimização: Por fim, vocês testarão o robô em um ambiente simulado, identificarão os problemas e otimizarão o projeto tanto a nível físico quanto de software.

Passo a Passo Detalhado para a Realização da Atividade

1. Projeto Mecânico:

   • Usando o software CAD, projetem o robô incluindo os locais para todos os componentes eletrônicos inclusos no kit.
   • Considere a eficiência do design, a forma como o robô se moverá e a localização da bateria e dos pontos quentes.
   • Complete o modelo 3D do corpo do robô.

2. Montagem Física:

   • Monte o robô físico usando o kit de robótica, baseando-se no design elaborado no software CAD.
   • Preste atenção ao balanceamento da carga, minimizando a tensão sobre os componentes e garantindo a dissipação adequada de calor.

3. Programação:

   • Usando a plataforma Arduino, programe o movimento básico do robô (frente, atrás, virar à direita, virar à esquerda).
   • Programe os sensores de detecção de obstáculos para evitar colisões.
   • Programe uma lógica de navegação que permita ao robô mover-se em direção a um objetivo.

4. Teste e Otimização:

   • Teste o robô em um ambiente simulado. Isso pode ser feito em uma sala da escola com obstáculos variados.
   • Identifique problemas de desempenho e de eficácia.
   • Baseado na análise do teste, volte para as etapas anteriores e ajuste seu design físico e/ou código de programação para lidar com os problemas encontrados.

Relatório Final

No final do projeto, cada grupo deve apresentar um relatório escrito sobre o trabalho realizado. O relatório deve ser estruturado com as seguintes seções:

• Introdução: Os alunos devem contextualizar o tema, sua relevância, aplicação no mundo real e o objetivo deste projeto.

• Desenvolvimento: O documento deve detalhar a metodologia utilizada, os desafios enfrentados, as soluções propostas e implementadas e os resultados obtidos. Fazendo isso, os alunos explicitarão a teoria por trás do projeto, a atividade em detalhes, o processo de tomada de decisão e as lições aprendidas.

• Conclusão: Fazendo um resumo das descobertas, os alunos irão tecer suas considerações finais sobre o projeto.

• Bibliografia: O relatório deve incluir uma lista de todas as fontes de informação utilizadas, como livros, artigos, vídeos, tutoriais, entre outros.