Relatório Final projectoAREA

“projectoAREA”

Diogo Sousa nº4 José Neves nº6

Manuel Martins nº7 Marco Afonso nº8

Marlene Castro nº9 Sérgio Castro nº11

Projecto de Investigação desenvolvido no âmbito

da disciplina de Área de Projecto do 12º ano

Professora Carmen Gonçalves

Escola EB 2,3/S Monte da Ola

Viana do Castelo

2010/2011

Relatório Final projectoAREA

Agradecimentos

Este projecto foi possivelmente a empresa mais complexa e mais árdua

que levámos a cabo no nosso percurso académico mas foi também a que mais

satisfação e gratificação nos fez sentir durante a sua realização e agora na fase

final.

Assim sendo, gostaríamos de agradecer encarecidamente ao Amadeu

Palhares e à Amadeus Instrumentos Musicais; ao Sr. Arlindo Lopes e à

EugéniaLopes&Filhos; ao André Vieira e ao VivaCafé; ao Sr. António

Costa e à Junta de Freguesia de S. Romão do Neiva e ao Sr. Cardoso e à

Electrolaser; pelo importante contributo no financiamento do nosso projecto.

Esse apoio foi fundamental para a concretização dos principais objectivos do

grupo, não iremos certamente esquecer este acto.

Queremos deixar um agradecimento especial ao professor António

Fernando Ribeiro do grupo de Robótica da Universidade do Minho, pela visita

a nossa escola, contribuindo para a divulgação da robótica na comunidade

escolar. Não há palavras para descrever a disponibilidade, a simpatia e o

interesse que demonstrou desde o primeiro contacto em ajudar o nosso grupo

e que culminou numa palestra que foi uma experiência muito enriquecedora

para os alunos.

Como não podia deixar de ser, agradecemos à professora Carmen

Gonçalves que orientou o nosso projecto até bom porto desde a primeira hora

e por toda ajuda, pela disponibilidade e pela atenção, dando sempre o seu

ponto de vista de forma que as coisas se tornassem menos complicadas. Sem

isso, muitos dos obstáculos que conseguimos ultrapassar, seriam barreiras

intransponíveis.

Agradecemos também à secretaria da escola, mais propriamente a D.

Carolina, D. Susana e ao Sr. Sousa pelo esclarecimento de todas as dúvidas

acerca do financiamento e pela prontidão com que trataram da questão do

patrocínio do grupo.

Agradecemos à Direcção da escola por ter permitido a realização das

actividades propostas, para que pudéssemos apresentar à comunidade escolar

os progressos que vínhamos efectuando.

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Por último, deixamos um agradecimento a todos os nossos familiares,

principalmente aos nossos pais e tios, pela ajuda financeira que primeiramente

disponibilizaram, assim como pela ajuda da construção de algumas partes do

nosso robot e pelas emergências de última hora. Obrigado pelo apoio, sem

vocês, certamente que seria mais difícil.

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Resumo

A robótica é uma área em expansão em Portugal e no Mundo, não só no

ambiente académico e profissional, mas também, cada vez mais, no ambiente

doméstico. Além do enorme potencial prático, a robótica também se configura

como um tema multidisciplinar, onde conhecimentos de várias áreas do saber

se fundem para criar uma máquina inteligente capaz de realizar qualquer tarefa

que se queira: um robot.

O projectoAREA surge assim como um projecto de robótica, realizado por

alunos do 12º sem qualquer experiência no ramo, e com o objectivo prático de

construir um robot móvel, capaz de seguir uma linha preta num fundo branco.

Simultaneamente, ao promover e divulgar esta área na comunidade escolar, foi

desde o início a intenção do grupo despertar novos horizontes e um espírito de

criatividade que é sempre útil na resolução dos problemas com que os

membros do grupo, e certamente o leitor, se deparam no dia-a-dia.

O trabalho do grupo dividiu-se várias fases que abordaram, de uma forma

abrangente, aquilo em que consiste um projecto de investigação: desde a

pesquisa e tratamento de dados até à componente prática de construção do

robot, passando pelo financiamento, pelo contacto com o meio exterior, pela

organização de eventos, pela vertente expositiva e demonstrativa e finalmente,

pela elaboração do presente relatório.

Os métodos empregues revelaram-se uma mais-valia para os membros do

grupo pois estes adquiriram experiência e novas ferramentas que serão úteis

na futura vida académica. De todo o projecto desenvolvido pelo grupo foram os

produtos finais aqueles que mais relevo tiveram no meio escolar e, a esse

nível, a prestação do grupo foi bastante positiva com a construção de um robot

funcional (chamado ZéBOT), a realização de uma palestra, a manutenção de

um blog interactivo e uma participação marcante na Semana da Ciência.

Os objectivos enunciados neste projecto foram todos concluídos, o que é

um indicador de que todo o esforço realizado, todas as horas dedicadas, todos

os obstáculos ultrapassados e todos os erros que o grupo cometeu e depois

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corrigiu (porque isto também é aprender) valeram a pena. E é esta a realidade

que permite concluir que o projectoAREA foi um êxito.

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Abstract

Robotics is a rising area in Portugal and worldwide not only in the academic

and professional environment but also increasingly more in the everyday life.

Besides its great practical potential, robotics is also set as a multidisciplinary

subject, where knowledge from several branches of science and technology are

joined together into creating a smart machine capable of performing any task

one wants: a robot.

projectoAREA emerges then as robotics’ project, undertaken by 12th grade

students completely inexperienced in the topic, and with the practical goal of

building an autonomous mobile robot, capable of following a black line on a

white background. Simultaneously, by promoting and exposing this subject in

the school community, it was the group’s intention from the beginning to present

new horizons and to enhance a creative spirit that’s always helpful in solving the

problems that the group members and surely the reader himself may face in

their everyday life.

The group’s work was divided in several phases that addressed in a

comprehensive manner what comprises an investigation project: ranging from

research and data processing to the practical component of building a robot, but

also to the fund raising, to the contact with the world outside school, to the

organization of events, to the expositive and demonstrative field and finally, to

the elaboration of an extensive report of the project.

The methods employed have proved to be an asset to the members of the

group as they obtained experience and also new tools that certainly will be

useful in their academic future. Of the whole project developed by the group,

the final products were the ones with more exposure in the school community

and as far as they are regarded, the group’s results were highly appraised with

the construction a functional robot (named ZéBOT), the presentation of a

lecture, the maintenance of an interactive blog and also a significant

participation in the “Semana da Ciência”.

All of the goals of this project were accomplished, which is a marker that the

entire effort made, all of the hours spent, all of the obstacles overcome and all

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of the mistakes made by the group and later reversed (because learning is also

this) were worth it. And such is the reality that leads one to the conclusion that

projectoAREA was a success.

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Índice Geral

I. Apresentação do Projecto................................................................................1

1.1. Contextualização do Projecto.............................................................2

1.2. Objectivos...........................................................................................4

II. Fundamentação Teórica.................................................................................5

2.1. Introdução...........................................................................................6

2.2. Fundamentos de Electrónica..............................................................8

2.3. Componentes do Robot....................................................................10

2.4. Construção do Robot........................................................................18

2.4.1. Mecânica....................................................................................18

2.4.2. Electrónica..................................................................................20

2.4.3. Lógica.........................................................................................24

2.5. Funcionamento do Robot.................................................................33

III. Metodologia..................................................................................................34

3.1. Síntese do Projecto..........................................................................35

3.2. População e Amostra.......................................................................37

3.3. Técnicas de Investigação.................................................................38

3.4. Descrição do Projecto.......................................................................39

3.5. Calendarização.................................................................................50

IV. Apresentação e Análise dos Produtos.........................................................51

4.1. Robot projectoAREA - ZéBOT..........................................................52

4.2. Blog...................................................................................................54

4.3. Palestra.............................................................................................56

4.4. Semana da Ciência..........................................................................58

V. Conclusões e Considerações Finais.............................................................60

5.1. Reflexões em relação ao Robot....................................................61

5.2. Reflexões em relação ao blog.......................................................62

5.3. Reflexões em relação à palestra...................................................63

5.4. Reflexões sobre a Semana da Ciência.........................................64

5.5. Considerações dos membros........................................................65

5.6. Conclusão final..............................................................................69

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Referências Bibliográficas.................................................................................70

Anexos..............................................................................................................74

Anexo 1 - Logótipos do projecto……………………………………………….74

Anexo 2 - Os gear ratio possíveis dos motores..........................................75

Anexo 3 - Factura da Loja Pololu................................................................76

Anexo 4 - Factura da Loja...........................................................................76

Anexo 5 - Código Integral do Robot............................................................77

Anexo 6 - Orçamento do projecto...............................................................80

Anexo 7 - Cartas aos Patrocinadores (1ª versão).......................................81

Anexo 8 - Patrocinadores............................................................................82

Anexo 9 - Cartaz da venda da guitarra na escola.......................................83

Anexo 10 - Autorização da realização da palestra na escola.....................84

Anexo 11 - Notícia do jornal da escola sobre a palestra.............................85

Anexo 12 – Artigo publicado no jornal da escola sobre Robótica...............86

Anexo 13 - Cartaz específico do grupo (Semana da Ciência)....................88

Anexo 14 - Cartaz geral do grupo (Semana da Ciência)............................88

Anexo 15 - Folha sobre a votação da Semana da Ciência.........................89

Anexo 16 - Apresentação powerpoint do pré-projecto................................90

Anexo 17 - Apresentação powerpoint da Semana da Ciência....................93

Anexo 18 - Artigos do blog..........................................................................96

Anexo 19 - Fotografias da construção do robot........................................115

Anexo 20 - Fotografias da Palestra "Robótica Móvel"..............................117

Anexo 21 - Fotografias da Semana da Ciência........................................119

-

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Índice de Figuras

Figura 1 - Esquema simples de um robot.....................................................7

Figura 2 - Principais símbolos usados em electrónica..................................9

Figura 4 - Grande plano do sensor do ZéBOT............................................10

Figura 3 – Sensor de luz.............................................................................10

Figura 5 - Placa Arduino.............................................................................11

Figura 6 - O Arduino e os seus pinos I/O....................................................12

Figura 7 - Movimentos numa configuração diferencial................................12

Figura 8 – Duas rodas e motores em configuração diferencial...................13

Figura 9 - Ponte H L293D...........................................................................13

Figura 10 - Funcionamento de uma breadboard.........................................14

Figura 11 - Fotografia da breadboard com a conexão destacada entre a fila

de alimentação (roxo) e a coluna do pino 1 do chip (laranja)............................15

Figura 12 - Esquema de um circuito em que uma conexão (do pino 1 do

chip à alimentação) está destacada a vermelho...............................................15

Figura 13 - Suporte de pilhas......................................................................15

Figura 14 - Condensadores electrolíticos...................................................16

Figura 15 – Condensa-dores de decoupling...............................................16

Figura 16 - Cabo Flat..................................................................................17

Figura 17 - Cabo de rede descarnado.......................................................17

Figura 18 - Esquema do robot....................................................................18

Figura 19 - Sensor montado no robot.........................................................19

Figura 20 - Representação esquemática do circuito geral do ZéBot..........20

Figura 21 - O circuito real do ZéBOT (fotografia)........................................23

Figura 22 - Interface do programa do Arduino............................................24

Figura 23 - Princípio do seguimento de linhas............................................24

Figura 24 - Movimentos do robot no seguimento de linhas........................29

Figura 25 - PWM no Arduino.......................................................................30

Figura 26 - Movimento sem PID.................................................................31

Figura 27 - Movimento com PID.................................................................31

Figura 28 - Circuito para um segue-linhas..................................................33

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João Martins, 03-06-2011,

Apagar o “35” da figura 14 ao actualizar o Indice


Figura 29 - Venda da guitarra na biblioteca................................................40

Figura 30 - Página inicial do blog projectoAREA........................................43

Figura 31 - O AIBO.....................................................................................46

Figura 32 - Demonstração do robot............................................................47

Figura 33 - O circuito pré-feito....................................................................48

Figura 34 - Peças do circuito "puzzle"........................................................48

Figura 35 - Cronograma da calendarização do projecto.............................50

Figura 36 - O ZéBOT..................................................................................52

Figura 37 - Primeira parte da palestra........................................................56

Figura 38 - Segunda parte da palestra.......................................................56

Figura 39 - O robot em funcionamento durante a Semana da Ciência.......58

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Índice de Gráficos

Gráfico 1 - Variações de tensão com e sem condensadores (bypass).......22

Gráfico 2 - Resultados da votação de escolha do nome do robot..............59

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I. Apresentação do Projecto

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1.1. Contextualização do Projecto

A robótica de há uns tempos para cá tem vindo a tornar-se um tema mais presente

e não um assunto tão futurista da nossa civilização como era visto há cerca de 10

anos.

Hoje em dia os robots são muito importantes na nossa sociedade. São utilizados

em fábricas para a produção em série, em catástrofes no resgate de pessoas, na

exploração espacial e em muitos outros ramos. Não estaremos longe da verdade ao

dizer que a robótica veio melhorar a eficácia e a rapidez em determinados ramos da

ciência e da produção.

Contudo, quando as pessoas estão na presença de um robot, depois da admiração

pelo facto de este concretizar as tarefas com uma eficácia muito considerável, pensam

o quanto será difícil a criação e programação de um robot.

Foi com o objectivo de mudar essa maneira de pensar que decidimos criar um

robot, para que de uma certa forma pudéssemos mostrar que a robótica não é um

“bicho-de-sete-cabeças” como normalmente é “pintada” e que se até cinco alunos do

12º ano sem conhecimento nenhum na área são capazes de construir um simples

robot, qualquer pessoa com o mínimo de qualificações é competente para o fazer.

No entanto, é importante referir que a robótica permite aos alunos aplicar

conhecimentos de diversas disciplinas como Física, Química e Matemática,

subordinados às áreas de Programação, Electrónica ou Mecânica, por exemplo. Face à

indecisão inicial do grupo em relação ao tema do projecto, mais uma vez a robótica

sobressaiu, pelo facto de abordar várias áreas do nosso curso (Ciências e

Tecnologias), o que nos permitia aplicar muitas das aprendizagens que tivemos

durante o longo percurso de 12 anos de escolaridade. Finalmente, este projecto

também se apresentou como uma oportunidade para ajudar a decidir qual o futuro

académico dos membros do grupo, que ainda não se encontrava bem definido no início

do ano.

Inicialmente, pretendíamos que este projecto constituísse um desafio para nós mas

que, mobilizando os conhecimentos e as experiências que formos acumulando, nos

fosse possível construir um robot funcional. Ao mesmo tempo, esperávamos fomentar a

cooperação e o trabalho de equipa, baseado num espírito de grupo forte. Desta forma,

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este projecto teve uma contribuição decisiva no nosso futuro enquanto estudantes,

enquanto trabalhadores e também enquanto pessoas.

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1.2. Objectivos

Além dos objectivos que estão inevitavelmente associados à disciplina de Área de

Projecto, como é o caso de desenvolver o espírito cooperativo, o trabalho em grupo

equipa, a ultrapassagem de obstáculos, etc; o projectoAREA traçou como principais

objectivos os seguintes:

Explorar o mundo da robótica – aprofundar os conhecimentos sobre esta área

que conjuga diversas ciências, com uma vasta aplicação prática. Pretendia-se que no

final do ano, os membros do grupo tivessem bases teóricas sobre robótica e fossem

capazes de aplicar saberes em situações problema ou futuros projectos de engenharia;

Dar a conhecer à comunidade escolar uma área com potencial tecnológico e

económico: além da investigação realizada pelo próprio grupo, pretendeu-se também

transmitir alguns desses conhecimentos aos alunos e a todos os interessados. Ao

desvendar o mundo da robótica à escola, esperava-se que os alunos descubrissem

uma possível via profissional ou, pelo menos, área de interesse. A comunicação com a

comunidade escolar foi feita através da Internet (Facebook e blog do grupo) bem como

na própria escola, durante a Semana da Ciência em todas as actividades realizadas.

Na Semana da Ciência, o grupo preparou uma apresentação didáctica sobre robótica,

com o objectivo de expor o protótipo construído durante o ano lectivo;

Adquirir competências nas áreas da física, programação e electrónica : ao

realizar a pesquisa sustentada e a investigação dos procedimentos necessários,

pretendia-se que os alunos juntassem novos conhecimentos àqueles que possuem das

aulas leccionadas desde o início do Ensino Secundário, demonstrando dessa forma o

carácter interdisciplinar de Área de Projecto. Espera-se também que as competências

obtidas venham a ser úteis no prosseguimento de estudos ao nível do ensino superior.

Mais especificamente, alguns membros do grupo vão iniciar aprendizagem de uma

linguagem de programação que lhes permita configurar o robot correctamente;

Construir um protótipo de um robot – sendo o principal produto esperado do

projecto, o grupo pretendeu levar a cabo a planificação e construção de um robot,

possibilitando a aplicação dos conhecimentos de electrónica e programação que o

grupo pesquisou, bem como demonstrar os princípios teóricos investigados, em

especial durante a Semana da Ciência, em que o robot foi apresentado a toda a

comunidade escolar.

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II. Fundamentação Teórica

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2.1. Introdução

Apesar da palavra “robot” só ter sido inventada em 1920 (onde aparece pela

primeira vez na peça de teatro “Rossum’s Universal Robots” do escritor checo Karel

Čapek) [1], a figura do robot já existe há milhares de anos. Já no século IV A.C.,

surgem registos de um pássaro de madeira capaz de voar, baptizado de “O Pombo”,

pelo seu criador o grego Arquitas de Tarento. [2] Como este, existem vários relatos de

máquinas autónomas que faziam música, serviam chá ou imitavam seres vivos. Ainda

assim, a robótica como a conhecemos com todas as aplicações que tem hoje em dia

na indústria e no nosso dia-a-dia, começou na segunda metade do séc. XX com o

primeiro robot industrial de sempre, instalado numa fábrica em New Jersey, Estados

Unidos. [3]

Mas o que é a robótica?

A Robótica é a ciência ou engenharia que se relaciona com a construção e

optimização de robots. Nas palavras de Tiago Rodrigues, fundador da comunidade

online LusoRobótica, “A robótica é uma das ciências mais desafiantes. A perfeita fusão

harmoniosa entre um sem fim número de ciências faz da robótica um excelente

desafio, que nos convida a imergir neste grandioso mundo da tecnologia, e utilizar a

construção de robots como uma forma única de explorar todas as ideias que nos

surgem no dia-a-dia.” [4].

De facto, a robótica é uma área tecnológica que conjuga saberes de diversas

ciências como física, matemática, ciências da computação ou até mesmo biologia,

geologia e química se o robot actua naqueles ramos. O desenvolvimento da robótica

nos últimos 30 anos tem sido exponencial devido ao elevado número de oportunidades

ainda por explorar. [5 p. 5] Os avanços nas áreas do hardware e software também têm

dado um contributo para esta evolução constante.

Um exemplo disto é a RoboCup, uma competição de futebol de robots que tem a

“modesta” ambição de “em 2050, ter uma equipa de jogadores de futebol robótico

capazes de derrotar a selecção humana campeã do Mundo”. [6] Outro exemplo é a

DARPA Grand Challenge em que carros sem piloto têm de percorrer um percurso de

240 km pelo deserto nos Estados Unidos. Na primeira edição, nenhuma das equipas

em prova conseguiu chegar ao fim (melhor resultado foi de apenas 12 km). Mas no ano

seguinte, já foram 5 os veículos a fazê-lo! [7] [8].

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E o que é um robot?

Um robot é uma máquina programada para cumprir uma certa tarefa. As

características que definem um robot são a presença de sensores (que fornecem

inputs, ou seja, informações das variáveis do meio), de um microcontrolador (que corre

funções predefinidas com base naqueles inputs, gerando outputs) e de actuadores

(componentes como motores, luzes, ecrãs, que exprimem os outputs, sob a forma de

resultados concretos). Esta definição abarca muitos objectos do nosso dia-a-dia que

nem consideramos como robots: por exemplo, máquinas de lavar a roupa ou máquinas

de produção industrial [9]. Por outro lado, deixa outros objectos de fora como os

carrinhos telecomandados cujos inputs são inteiramente fornecidos pelo ser humano e

não por sensores. Na prática, um robot realiza autonomamente uma série de acções

predefinidas com vista a resolver um determinado problema. [10]

O esquema seguinte exemplifica como funciona um robot segue-linhas:

Figura 1 - Esquema simples de um robot

A robótica divide-se em vários ramos de interesse e com aplicações muito vastas e

distintas: alguns exemplos são a domótica (casas automatizadas), biónica (partes

robóticas do corpo humano), nanorobótica (robótica à escala do nanómetro);

inteligência artificial e reconhecimento sensorial, veículos não tripulados ou ainda

robótica industrial. E as suas aplicações vão desde a Medicina às várias Engenharias,

passando por sistemas de segurança, uso militar, produção industrial ou simplesmente

uso doméstico. [11]

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2.2. Fundamentos de Electrónica

Electrónica

A Electrónica é a ciência que estuda a utilização controlada de pequenas correntes

eléctricas para fazer funcionar correctamente circuitos electrónicos de vários

equipamentos. [12] Hoje em dia, é uma área fundamental da física visto possibilitar a

existências de todos os objectos tecnológicos e gadgets que se usam no dia-a-dia

como computadores, televisões, telemóveis, etc.

Intensidade de Corrente (I)É uma grandeza física associada ao movimento ordenado de electrões num circuito

eléctrico, ou seja, associada à quantidade de cargas que estão a circular por unidade

de tempo. Mede-se em Amperes (A) ou nos seus derivados como o mili-ampere (mA).

Para determinar experimentalmente a intensidade de uma corrente, utiliza-se um

amperímetro (ou multímetro). [12]

Tensão (ou diferença de potencial) (U)É uma grandeza física responsável pela corrente eléctrica, isto é, é uma grandeza

que se caracteriza por uma força (chamada electromotriz) que provoca uma corrente

(movimento de electrões) num determinado circuito entre dois pontos com potenciais

eléctricos diferentes. Quanto maior for a tensão, maior é a corrente gerada, em geral.

Mede-se em Volts (V), através de voltímetros (ou multímetro). [12]

Resistência (R)É uma grandeza física associada à propriedade dos fios condutores se oporem ao

movimento dos electrões, ou seja, de limitarem a corrente que os atravessa. Esta

propriedade permite controlar a corrente da forma pretendida para um circuito. Mede-se

em Ohms (Ω), através de ohmímetros (ou multímetro). [12]

Lei de Ohm

A lei de Ohm relaciona a intensidade e a tensão com a resistênciaR=UI

:. É

particularmente útil para determinar as resistências necessárias introduzir no circuito

para o funcionamento de cada componente. [12]

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Representação esquemática de circuitos

Em cima, encontram-se os símbolos dos principais componentes de qualquer

circuito. [12] O conhecimento destes símbolos é fundamental para a compreensão de

esquemas de circuitos em manuais de instruções dos componentes do robot.

Polaridade

Num circuito, a corrente tem o sentido real do pólo negativo para o positivo. Essa

ordem chama-se polaridade e é importante tê-la em conta quando se instalam

componentes que só funcionam se tiverem a polaridade correcta (isto é, ligar o terminal

positivo do componente ao terminal positivo da alimentação, por exemplo). Um

exemplo do dia-a-dia são as pilhas, mas em electrónica surgem muitos mais como os

LEDs ou os condensadores electrolíticos. Outros componentes não têm polaridade logo

a forma de ligar os terminais é arbitrária.

Massa (ou Ground)

É a denominação do fio que completa o circuito sem estar associado a nenhuma

corrente em especial, servindo como referência para a tensão de 0 V. A maioria dos

componentes liga-se à alimentação e à massa. Pode ser referido como GND, em

simbologia de circuitos.

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Figura 2 - Principais símbolos usados em electrónica


2.3. Componentes do Robot

Sensores

Um sensor é um dispositivo que mede o valor de uma

grandeza física, como por exemplo, a temperatura, a

velocidade, a distância, a pressão ou até a cor de objectos

próximos. Os robots que trabalham inseridos em ambientes

reais, estáticos ou dinâmicos, estão equipados com sensores

que lhes permitem adquirir informação sobre o modo como

interagem com o mundo em que operam e sobre o seu próprio

estado interno. [13] Em suma, a utilização de sensores permite que um robot possa

interagir com o ambiente que o rodeia de uma forma flexível [14]. São os “sentidos” do

robot.

No ZéBOT, inseriu-se uma placa de sensores de luminosidade QTR-8RC

Reflectance Sensor Array, que faz com que o robot seja capaz de detectar a linha que

segue e a partir dessa informação, efectuar o seu movimento. Em particular, a placa

tem 8 transmissores/receptores de infravermelhos que registam os valores de reflexão

da luz que incide no circuito. A cor branca está associada a um maior índice de reflexão

e a cor negra está associada a um índice de reflexão bastante reduzido. Por exemplo,

quando o robot estiver alinhado com a linha preta, serão os sensores centrais que terão

uma leitura de luminosidade inferior enquanto os sensores dos extremos lerão valores

mais altos por estarem sobre a cor branca.

Figura 4 - Grande plano do sensor do ZéBOT

Apesar de o número de sensores na placa ser 8, é possível quebrar o módulo em

dois submódulos separados de 2 e 6 sensores, se pretendido (o que é o caso do

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Figura 3 – Sensor de luz

Figura 5 - Placa Arduino


ZéBOT, porque 6 sensores servem perfeitamente para a tarefa, poupando espaço no

robot, como se pode ver na figura 4). [15]

Da placa de sensores, “saem” 2 fios de alimentação e 6 fios de informação (um por

cada sensor utilizado) que ligam ao Arduino. Para que os sensores tenham as

melhores condições de funcionamento, deve estar a cerca de 3 mm do chão. [15]

Microcontrolador Arduino

O microcontrolador trata-se de um circuito integrado e programável, que é

basicamente um microcomputador. Como os microcomputadores, é constituído por um

microprocessador, uma memória e dispositivos de

entrada e saída. Com base nas informações

recebidas através dos sensores (dispositivos de

entrada), o microcontrolador decide como é que o

robot vai reagir e transmite essa informação a

motores, luzes ou outros dispositivos de saída. [16]

Numa analogia ao corpo humano, o

microcontrolador é o “cérebro”. Porém, para poder

tomar as decisões, o microcontrolador precisa de

estar programado. A programação é feita em computador numa linguagem própria e

transmitida ao microcontrolador por uma ligação USB. [17] Cada vez que é

reprogramado, a sua memória é formatada e é introduzido um novo sketch (código)

[18]. O microcontrolador apenas delibera situações para as quais está programado,

caso contrário nada faz.

Um dos microcontroladores mais utilizados é o Arduino, principalmente devido à

facilidade de aprendizagem que apresenta. É nessa plataforma que o grupo vai

começar a trabalhar. A alimentação do Arduino é feita ligando os cabos de uma bateria

às entradas 5 V (o positivo) e GND (o negativo) do Arduino. Se a tensão da bateria for

superior a 5 V, então o fio positivo liga-se à entrada VIN (que passa em seguida por um

regulador interno que regula a tensão para 5 V). Alternativamente pode ser feita por

USB mas isso deixa de ser conveniente quando se pretende ter um robot móvel.

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Manos, 04-06-2011,

Acertar


Figura 6 - O Arduino e os seus pinos I/O

Como se pode ver na figura 6, o Arduino tem 14 pinos digitais (numerados de 0 a

13) e 6 pinos analógicos (numerados de A0 a A5, mas que podem funcionar como

pinos digitais se for necessário, elevando o número de pinos digitais para 20). Cada um

deles pode funcionar como entrada ou como saída de dados (medindo a tensão de um

sinal recebido ou enviando um sinal com tensão definida, respectivamente). Destacam-

se ainda os pinos digitais com PWM (assinalados com um ‘~’) [19]. Ao contrário dos

restantes pinos digitais que apenas imitem um sinal digital 0 ou 1 (correspondente à

tensão nula ou máxima – 5 V), os pinos com PWM conseguem emitir um sinal variável,

o que na prática significa que transmitem tensões entre 0 e 5 V. Isto é bastante útil para

controlar a velocidade dos motores. Esta questão é aprofundada no ponto 2.4.2.

Lógica.

Sistema de locomoção (actuadores)

O movimento do robot é efectuado através de

duas rodas e dois motores numa configuração

diferencial. Este tipo de configuração é o

mecanismo mais simples para a deslocação do

robot. [5 p. 9] Nesta configuração cada roda está

ligada independentemente a um motor. Assim, é

possível alterar tanto a direcção como a velocidade

do movimento do robot, através da conjugação do

movimento individual de cada roda (como se vê na

figura ao lado) Isto permite ao robot quatro tipos de

movimento: andar para a frente, andar para trás,

Ano 2010/2011 12

Figura 7 - Movimentos numa configuração diferencial


O problema é que temos de actualizar no fim, para o caso de sereminseridas mais imagens e o numero mudar.

Figura 8 – Duas rodas e motores em configuração diferencial


rodar sobre si mesmo para a esquerda e rodar sobre si mesmo para a direita. Estes

movimentos podem ser conjugados e ter intensidades variáveis [20].

As informações sobre a acção de cada roda são definidas pelo microcontrolador,

que fornece sinais eléctricos aos motores. Estes sinais eléctricos necessitam de ser

ampliados, pelo que é utilizada uma ponte H. A estabilidade é assegurada através de

uma roda livre (terceiro apoio) [20].

Os motores são DC, ou seja, de corrente contínua. Estes motores são constituídos

pelo motor propriamente dito e por uma caixa de mudanças com engrenagens. Os

motores possuem várias configurações de mudanças

(denominadas gear ratios, são proporções do tipo x:1)

que transformam a rotação causada pelos motores em

diferentes velocidades finais e torques. Quanto maior for

o gear ratio, maior é a torque, logo mais tracção terá o

robot mas mover-se-á a menor velocidade e vice-versa.

Os motores funcionam a tensões entre os 3 e o 6 V,

arrastando uma corrente de 150 mA em funcionamento.

A caixa de mudanças tem de ser montada pelos alunos que definem o gear ratio que

mais se apropria à situação pretendida. [21] A tensão fornecida aos motores pode

variar afectando directamente a velocidade de rotação destes. Se a tensão não for

suficientemente alta, os motores podem ficar travados (em inglês stall), mesmo

havendo consumo de energia.

Ponte H

A ponte H amplia a tensão fornecida aos motores, que os faz

funcionar [22]. Permite portanto fazer variar a velocidade dos

motores bem como o sentido de rotação, através de impulsos

fornecidos pelo Arduino. [23]. Este nome deve-se ao facto do

circuito interno do chip tomar a forma da letra “H”.

Breadboard

Uma breadboard é um dispositivo reutilizável que permite a configuração de

quaisquer circuitos sem ser necessário recorrer à soldagem dos componentes, basta

colocar e retirar das ranhuras. Por esse motivo, é uma ferramenta muito utilizada na

Ano 2010/2011 13

Figura 9 - Ponte H

L293D


execução de protótipos de circuitos e na aprendizagem (qualquer erro pode ser

rectificado sem ser preciso construir uma placa de raíz). [24]

O funcionamento de uma breadboard encontra-se explicado na seguinte figura:

Numa breadboard, todos os pontos da linha amarela estão ligados entre si bem

como os da linha verde, mas os da linha verde não estão ligados aos da linha amarela.

Estas duas filas percorrem toda a breadboard em comprimento, estando associadas

uma à fonte alimentação (positivo) e outro à massa (negativo). Os pontos da linha

laranja estão ligados entre si bem como os da linha preta, mas os da linha preta não se

ligam com os da linha laranja. O exemplo do LED permite ver isso mesmo: se estivesse

na mesma coluna, havia um curto-circuito. Estas colunas de 5 pontos são a parte

principal da breadboard onde se fazem as mais variadas conexões. A metade superior

da placa não está ligada à metade inferior, por isso, é que se coloca a ponte H naquele

espaço maior. [25]

Resistências, condensadores, reguladores e circuitos integrados (pequenos chips

que já tem componentes dentro, como é a ponte H) são montados na breadboard (em

geral, tem “patinhas” que são os terminais que se encaixam nos buracos).

Interpretando uma representação esquemática de um circuito, é na breadboard que se

monta o mesmo.

No exemplo seguinte, destaca-se a conexão a vermelho no esquema que simboliza

a ligação do pino 1 de um chip à alimentação (5 V) através de uma resistência de 10

kΩ (Error: Reference source not found11). Na breadboard, essa conexão consiste

numa resistência a ligar um ponto da fila de alimentação (a roxo), marcada com um

traço vermelho e um ‘+’, a um ponto da fileira (a laranja) que está com contacto com o

pino 1 do chip (Error: Reference source not found12).

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Figura 10 - Funcionamento de uma breadboard


Ano 2010/2011 15


Fonte de Alimentação

Como qualquer aparelho electrónico, sem uma fonte de

alimentação, o robot não funciona. Geralmente, utilizam-se

baterias ou pilhas recarregáveis visto que o custo compensa

a longo prazo. É preciso ter em conta a tensão necessária

para cada componente. O Arduino funciona com 5 V e os

motores funcionam entre 3 e 6 V. Cada pilha recarregável

NiMH tem 1,2 V por isso, um suporte de 4 pilhas fornece 4,8

V de tensão, que são suficientes para alimentar todo o circuito. Os motores têm

tendência para produzir algum ruído eléctrico no circuito que pode interferir com o

Arduino. Por esse motivo, é comum alimentar em separado os motores e o Arduino,

cada um com o seu suporte de 4 pilhas a fornecerem 4,8 V. [20] Na figura 13, vê-se um

suporte com 4 pilhas recarregáveis.

Condensadores

Os condensadores são pequenos componentes que actuam como reservatórios de

energia eléctrica quando ligados a uma fonte de alimentação. [26] A energia que estes

armazenam fica retida durante algum tempo, estando associada a uma tensão (uma

vez carregado, um condensador funciona como uma pequena pilha). O valor de um

condensador mede-se em Farads, mas o mais comum é trabalhar com as suas

subunidades como o μF (microfarad). [12] A propriedade de armazenar energia

provoca um aumento da longevidade das pilhas, por se manter uma tensão elevada no

circuito durante mais tempo. [27] Os condensadores dividem-se em dois tipos:

condensadores electrolíticos e os condensadores cerâmicos.

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Figura 13 - Suporte de pilhas

Figura 11 - Fotografia da breadboard com a conexão destacada entre a fila de alimentação (roxo) e a coluna do pino 1 do chip (laranja)

Figura 12 - Esquema de um circuito em que uma conexão (do pino 1 do chip à alimentação) está destacada a vermelho


Os primeiros (que são maiores) servem sobretudo para

contrariar a grande quantidade de energia necessária no

arranque dos motores. Tomam valores sobretudo entre 100 e

500 μF. São componentes com polaridade pelo que é

necessário ver qual é o terminal negativo (apresenta uma

lista) antes de colocar no circuito. Este terminal negativo liga-se à massa e o positivo à

fonte de alimentação (nos condensadores, os terminais são “patinhas” que se

encaixam na breadboard).

Os segundos (que são mais pequenos) servem para absorver

o ruído eléctrico produzido pelos motores (perturbações de tensão

no sinal eléctrico que podem provocar o reset do Arduino [28]).

São também conhecidos por condensadores de decoupling. Não

têm polaridade pelo que se montam em qualquer sentido, mas

sempre perto dos pinos de alimentação dos componentes, e se possível nos próprios

terminais dos motores. Tomam valores de 0,1 μF. [26] [29].

Interruptor

Ter um interruptor é bastante conveniente para ter o robot ligado apenas quando se

quiser fazer a sua demonstração e é muito mais prático para desligar o robot em

movimento. É preciso atender que o interruptor deve ser compatível com a breadboard

(no tamanho dos contactos).

Condutores do circuito

As ligações dentro de um circuito são geralmente feitas com fios, que são

simplesmente porções de um metal condutor (geralmente cobre) envolvidas num

material isolante (como borracha). Uma fonte prática e barata de fios de circuito é um

cabo de telefone ou de rede. Estes, em particular, são constituídos por 8 fios de cores

diferentes, pelo que, 1 metro de cabo de rede dá para fazer 8 metros de fio de circuito

de cores diferentes [30]. A utilização de cores diferentes é útil para se distinguirem as

ligações umas das outras (por exemplo, uma cor para a ligação dos motores, outra

para o Arduino etc.). Por convenção, os fios vermelhos são positivos (alimentação) e os

pretos ou azuis são negativos (massa). [24]

Dado que existem 6 fios de informação a ligarem a placa de sensores ao Arduino

mais 2 fios de alimentação, utiliza-se um cabo flat (presentes nas impressoras e dentro

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Figura 15 – Condensa-dores de decoupling

Figura 14 - Condensadores electrolíticos


dos computadores desktop), que permite juntar os 8 fios diferentes numa só fita. Desta

forma, torna-se muito mais fácil estabelecer aquelas ligações.

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Figura 16 - Cabo Flat Figura 17 - Cabo de rede descarnado


2.4. Construção do Robot

2.4.1. Mecânica

Nesta parte, são considerados sobretudo dois aspectos: a estrutura e a locomoção.

Para que um robot seja mais que um conjunto de fios e componentes eléctricos e

cumpra a sua função, necessita de um suporte que lhe permita interagir

convenientemente com o meio que o rodeia. No caso de pequenos robots móveis, uma

configuração simples sugere a utilização de uma plataforma horizontal de um material

leve como o acrílico à qual estejam subacoplados os motores, as rodas e a roda livre.

Sobre essa plataforma, estarão fixados os restantes componentes como a breadboard

e o Arduino.

Na figura seguinte, está um esboço do esquema real do robot com duas

perspectivas (superior e inferior), os componentes e as dimensões.

Esta placa deverá ser cortada de acordo com as dimensões previstas e furada nos

pontos onde os componentes serão fixos com parafusos ou por onde irão passar os

condutores. Outros cortes poderão ser feitos por motivos estéticos.

Para fixar a roda livre, cuja altura é inferior à altura da plataforma, utiliza-se um

pedaço de madeira para nivelar a estrutura. Para fixar as baterias e a breadboard, é

conveniente utilizar velcro que permite a fácil colocação/remoção daqueles

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Figura 18 - Esquema do robot


componentes (para serem recarregados como é o caso das pilhas). Para fixar o sensor

à altura correcta do chão (3 mm), utilizam-se uns paralelepípedos de madeira (como se

vê na figura 19).

Figura 19 - Sensor montado no robot

Nestas condições, a estrutura do robot deverá apresentar-se estável e robusta o

suficiente para o robot circular livremente no circuito. A plataforma horizontal deverá ser

paralela ao solo.

Outro aspecto a ter em conta é o atrito que afecta o movimento do robot. É

necessário ter atenção ao tipo de rodas escolhido. Rodas que provoquem um atrito

muito elevado vão permitir maior controlo ao robot, mas também vão fazer com que o

robot ande a uma velocidade inferior, enquanto rodas com atrito reduzido acabam por

causar a perda de controlo do robot. Se as forças de atrito causadas não só pelas

rodas mas também pelo sistema de engrenagens do motor forem muito fortes, então é

possível que os motores fiquem travados (em stall) quando estão sujeitos a uma tensão

inferior a um certo valor (ver mais no ponto 2.4.3. Lógica).

Ano 2010/2011 20


2.4.2. Electrónica

A parte electrónica consiste nas ligações entre os vários componentes principais do

robot. É constituída principalmente pela breadboard, pelos condutores e pelos vários

condensadores.

Esta parte é fundamental para que o robot, na prática, funcione, sendo o meio de

comunicação entre os componentes e assegura que não haja falhas nessa

comunicação. Toda a distribuição de energia é controlada pela parte electrónica do

robot.

Esquematicamente, o circuito geral do ZéBot está representado, de forma

simplificada, na seguinte imagem (Figura 20).

Figura 20 - Representação esquemática do circuito geral do ZéBot

A informação dos sensores é enviada por fios eléctricos ligados directamente ao

microprocessador, sendo cada um dos sensores conectado a uma das entradas digitais

do Arduino. Já a informação enviada para os motores é transmitida a partir de pinos

analógicos por fios ligados à breadboard, sendo intermediada pela ponte H, que

amplifica os sinais enviados pelo microcontrolador. Da ponte H esses sinais são

enviados por fios ligados directamente aos terminais dos motores.

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A ponte H é alimentada pelas baterias, ou seja, o sinal do Arduino é amplificado na

ponte H e enviado para os motores. A tensão eléctrica que é aplicada pela ponte H

varia dependendo do sinal enviado pelo Arduino, fazendo com que cada um dos

motores possa ter velocidades variáveis.

A ponte H faz a ligação entre a parte lógica e os motores. Por esse motivo, está em

contacto tanto com a alimentação da parte lógica (Bateria 1) como com a alimentação

dos motores (Bateria 2). Assim sendo, a ponte H é alimentada através dos 4 pinos mais

extremos (pinos 1, 8, 9 e 16), sendo que o pino 8 está ligado à bateria 2, enquanto os

outros 3 pinos estão ligados à Bateria 1, que também alimenta o microcontrolador e o

sensor.

A existência de duas baterias (suportes de 4 pilhas) a alimentar diferentes partes

do circuito já foi abordada na secção Componentes do Robot. Este método é utilizado

para evitar a interferência do “ruído” electrónico dos motores, ou seja, as variações

bruscas de tensão (oscilações) que degradam o sinal de corrente contínua enviado

pelo Arduino, o que afecta o seu funcionamento. [31]

Os 4 pinos imediatamente adjacentes àqueles (pinos 2, 7, 10 e 15) são

conectados ao Arduino, sendo através deles que o Arduino envia os sinais para a ponte

H. Depois de ampliados, esses sinais são enviados para os motores pelos pinos

seguidamente interiores a estes (pinos 3, 6, 11 e 14). Os pinos restantes (pinos 4, 5, 12

e 13) são o ground, ou seja, são ligados à parte negativa da alimentação que serve

para fechar o circuito.

Mas mesmo com uma alimentação separada, pode haver algum “ruído” que afecta

o bom funcionamento do robot, devido não só ao facto de os motores estarem ligados à

ponte H, que por sua vez está ligada ao microcontrolador, mas também pelo facto de

os fios dos motores estarem próximos dos fios do microcontrolador e do resto do

circuito, o que pode afectar a corrente eléctrica que passa no circuito, através de

indução electromagnética criada pelos fios dos motores. [32 p. 1]. O Arduino é

especialmente sensível às variações de tensão e corrente que seriam provocadas por

esse “ruído” dos motores.

Esse problema é resolvido através da colocação estratégica de condensadores em

certos pontos do circuito, de maneira a absorver o “ruído” electrónico dos motores (ver

Gráfico 1) [31]. Os condensadores armazenam esses picos de energia de modo a não

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interferirem com o funcionamento do Arduino e dos outros componentes (ver mais na

secção 2.3. Componentes do Robot).

Quatro dos condensadores de 0,1µF foram colocados em cada um dos fios dos

motores, para dissipar o “ruído” electrónico. Já o quinto destes condensadores é

colocado em paralelo com a alimentação da parte lógica, juntamente com um outro

condensador de 100µF, em que o condensador mais pequeno dissipa o ruído dos

motores e o maior armazena a energia extra que depois é necessária no arranque dos

motores. Existe ainda outro condensador de 100µF colocado em série no terminal do

pino 8 da ponte H, com o objectivo de absorver quaisquer oscilações de corrente que

possam afectar ou danificar a ponte H.

Gráfico 1 - Variações de tensão com e sem condensadores (bypass)

Para além disso, os condensadores também ajudam o robot em termos de

economia de energia, pois a manutenção da tensão no circuito permite que as baterias

sejam melhor aproveitadas, pois permite que sejam usadas até estarem mais

descarregadas do que o normal, o que também ajuda a evitar o efeito de memória, ou

seja, o fenómeno das baterias “viciadas” [27]. Para efectuar o carregamento das

baterias, constituídas cada uma por 4 pilhas iguais recarregáveis de NiMH, é utilizado

um carregador apropriado para estas pilhas. Normalmente, as pilhas que alimentam a

parte lógica demoram muito mais tempo a descarregar-se, pois o consumo energético

dos sensores e do Arduino é muito menor do que o dos dois motores. Nos motores, o

gasto energético é compreensivelmente maior.

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As baterias estão colocadas na parte inferior da plataforma, por isso é necessário

fazer dois furos, um para cada bateria, localizados em lados opostos do robot, para que

os fios da alimentação possam ser ligados à breadboard (ver mais no ponto 2.4.1.

Mecânica). O fio positivo da Bateria 2 é ligado directamente ao pino 8 da ponte H,

como já foi referido neste tópico, enquanto o pólo negativo desta bateria é ligado à

breadboard, sendo colocado na rail que serve de ground. Já a Bateria 1 tem o seu pólo

positivo ligado à power rail, ou seja, a rail da breadboard que serve para alimentar os

componentes da parte lógica, sendo ligados a ela, para além dos 3 pinos da ponte H, o

microcontrolador e os sensores. O pólo negativo desta bateria está também ligado à

rail que serve de ground. Através destes mesmos furos passam os fios que ligam a

ponte H, nos seus respectivos pinos, aos motores.

Na figura 21, o circuito real do ZéBOT encontra-se representado em fotografia. O

circuito é exactamente o mesmo que é representado na figura 20. No centro, encontra-

se a ponte H e são visíveis todas as ligações existentes do circuito (tirando as dos

sensores). Os fios laranja e vermelho correspondem à alimentação; os fios verdes

fazem a ligação ao Arduino; os fios castanhos fazem a ligação aos motores e os fios

azuis fazem a ligação ao ground.

Figura 21 - O circuito real do ZéBOT (fotografia)

Ano 2010/2011 24


É ainda possível ver onde estão colocados os condensadores, as power rails (pela

vertical na breadboard) e o furo por onde passam os fios da bateria e dos motores para

a parte inferior da plataforma de acrílico.

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2.4.3. Lógica

Introdução

A parte lógica consiste na relação entre o que queremos que o robot faça e o que

ele faz. Traduz a informação enviada por nós para sinais eléctricos que façam o robot

funcionar. Esta parte é necessária para que o robot efectue uma determinada acção

em função do meio exterior.

Como já foi referido no ponto 2.3. Componentes do Robot, este trabalho é feito pelo

microprocessador Arduino, que recebe informações dos sensores através de fios

eléctricos, e que posteriormente envia essa

informação para os motores, também através

de fios eléctricos condutores. O Arduino é

previamente programado através de um cabo

USB, pelo qual é enviado um código escrito no

computador, utilizando um programa

adequado. A construção do código é feita

numa linguagem de programação própria do

Arduino, mas que se baseia na linguagem C.

[33] O código deve ter em conta todos os

casos possíveis de inputs, ou seja, todas as

situações que os sensores possam indicar ao

microcontrolador e a respectiva acção a ser

enviada para os actuadores sob a forma de impulsos eléctricos, para que estes reajam

da forma que se pretende levando o robot a cumprir a sua tarefa. Caso contrário, se o

código não tiver contemplado uma determinada situação, o robot simplesmente pára.

Portanto, o que o Arduino faz é correr um código (um programa), que utiliza as

informações recebidas através dos sensores para

determinar os sinais a serem enviados para a

ponte H, e, consequentemente, a velocidade

transmitida a cada motor. Na prática, o código

segue o princípio básico dos robots seguidores de

linhas: ou seja, virar à direita se a linha preta

estiver no lado direito do sensor (exemplo 1 da

Ano 2010/2011 26

Figura 22 - Interface do programa do Arduino

Figura 23 - Princípio do seguimentode linhas


Figura 23), virar à esquerda se a linha preta estiver no lado esquerdo do sensor

(exemplo 2) e seguir em frente se a linha estiver aproximadamente a meio do sensor

(exemplo 3) [34]. A construção do código deve ser feita segundo este princípio

orientador.

O código que o grupo escreveu é um código modular, isto é, é um código

constituído por várias porções funcionais (módulos) que se juntam numa versão final.

Estas porções correspondem aos diferentes componentes que interagem com o

Arduino, ou seja, há um código para os motores, outro para os sensores e outro para o

seguimento de linhas. Cada um destes códigos funciona isoladamente, executando ora

a acção dos motores, ora a acção dos sensores, etc. A vantagem é a de ser mais fácil

de trabalhar e corrigir erros se o código estiver fraccionado (basta testar

individualmente cada módulo para encontrar a localização de um erro), mas também

resulta da pesquisa do grupo que adaptou partes de códigos de diferentes projectos e

referências dos fabricantes.

Passemos então à explicação do código utilizado. O código é escrito numa

linguagem de programação, pelo que é necessário respeitar as regras de sintaxe e

estrutura. Está fora do âmbito deste projecto explicar aprofundadamente essas regras

(no site do Arduino, encontra-se um guia detalhado). Vamos apenas focar-nos no

necessário para se compreender a parte lógica do robot.

Um elemento básico na programação é a variável, isto é, um valor numérico que

fica armazenado no programa e associado a um nome (por exemplo, a velocidade dos

motores a uma dada altura). O código divide-se em duas partes: o setup e o loop. O

setup é a parte inicial do código em que se definem as tarefas que só se executam uma

vez (como a calibração). Já o loop, como o nome indica, contém as tarefas que se

repetem sempre (como o seguimento de linhas).

Descrição do código

A forma mais simples de descrever o conteúdo de um código, sem ter de entrar em

fórmulas complicadas, é escrever um pseudo-código, ou seja, um texto que combina a

estrutura do código com a informalidade da linguagem corrente. É como que um

esboço (relativamente) fácil de perceber para a posterior construção do código

propriamente dito na linguagem de programação.

Ano 2010/2011 27


O pseudo-código (tal como o código) aborda essencialmente 5 passos:

1. Definir as variáveis e os pinos de inputs/ouputs.

2. Calibrar os sensores.

3. Ler os valores dos sensores e determinar a “posição” do robot.

4. Determinar e comunicar o movimento dos motores.

5. Definir as funções de movimento.

O pseudo-código do robot é o seguinte: (o código verdadeiro pode ser encontrado

nos anexos)

Setup Definir as variáveis e indicar os INPUTS e os OUTPUTS //para o programa saber o que o “espera”

6 variáveis dos sensores: pinos 14 a 19 – INPUTS 2 variáveis do motor esquerdo: pinos 3 e 9 – OUTPUTS 2 variáveis do motor direito: pinos 5 e 6 - OUTPUTS Variável do LED da calibração: pino 13 - OUTPUT Variável “posição”: é obtida pela leitura dos sensores Variável “erro”: é obtida a partir da “posição”

Calibrar 250 vezes, piscando o LED 13 do Arduino //cada medição demora 20 ms. //o tempo total de calibração é de 5 s

Esperar durante 3 segundos //para indicar o fim da calibração

//e dar tempo para se colocar o robot no circuito

Loop Obter os valores dos sensores nesse instante e calcular a média ponderada.// ver texto em baixo

Se todos os sensores lerem mais de 750 (de 0 a 1000): // o robot está sobre branco apenas

Parar ambos os motoresSe todos os sensores lerem menos de 250 (de 0 a 1000): // o robot está sobre preto apenas

Parar ambos os motoresGuardar o valor da média ponderada na variável “posição” // varia entre 0 e 5000Calcular o erro como (posição – 2500) // varia entre -2500 e 2500

Se o valor erro for menor que -500: // está à esquerda da linha pretaRodar à esquerda

Se o valor do erro estiver entre -500 e 500: // está alinhado com a linha pretaAndar à frente

Se o valor do erro for maior que 500: // está à direita da linhaRodar à direita

Repetir o procedimento

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//funções do movimentoAndar para a frente

Rodar o motor esquerdo para frente (150 de 0 a 255)Rodar o motor direito para a frente (150 de 0 a 255)

Rodar à direitaRodar o motor esquerdo para a frente (150 de 0 a 255)Rodar o motor direito para trás (150 de 0 a 255)

Rodar à esquerdaRodar o motor esquerdo para trás (150 de 0 a 255)Rodar o motor direito para frente (150 de 0 a 255)

Parar ambos os motoresEnviar sinal nulo para o motor esquerdo (0 de 0 a 255)Enviar sinal nulo para o motor direito (0 de 0 a 255)

Pseudo-código para o seguimento de linhas

No código acima, destacam-se a vermelho o setup e o loop, destacam-se laranja

as funções do programa (ou seja, tarefas executadas pelo Arduino), destacam-se a

verde as funções de movimentos (associadas aos motores), destacam-se a roxo a

existência de condições e destacam-se a azul os alvos das funções de movimento. Os

comentários (que o Arduino salta à frente quando corre o código) estão a cinzento e

servem para ajudar a explicar as várias partes do código.

A primeira coisa que o código deve ter é a indicação de quais os pinos que estão a

ser utilizados. Por exemplo, há 6 fios que transmitem a informação dos sensores ao

Arduino. Ora, o programa não adivinha sozinho quais foram os pinos em que a mão

humana introduziu os fios. E também é necessário indicar se um determinado pino vai

ser um Input ou um Output. Vejamos as seguintes linhas de código:

void setup( ) // só se realiza uma vez

int pinoLED = 13 //associa a variável “pinoLED” ao número do pino 13

pinMode(pinoLED, OUTPUT); // indica que o pino 13 vai ser uma saída de informação

Excerto de código para identificação de Inputs e Outputs

Depois de identificar os pinos que são inputs e outputs, pode-se então escrever as

funções que estão associadas às tarefas que o código desempenha, como determinar

a posição do robot em relação à linha preta (a partir das leituras dos sensores) ou

determinar como é que o robot deve rodar.

Ano 2010/2011 29


O Arduino calcula a posição do robot em relação à linha fazendo uma média

ponderada da luminosidade que recebe cada um dos 6 sensores (numerados de 0 a 5).

A escala de luminosidade é definida na calibração, que serve para encontrar as

luminosidades mínima e máxima, que correspondem, respectivamente, ao sensor estar

sobre o preto ou sobre o branco, devido ao facto de a cor preta absorver a radiação

emitida pelo sensor enquanto o branco reflecte. O sensor define como 0 o valor mais

baixo lido durante a calibração e como 1000 o valor mais alto (ver mais no ponto 2.5.

Funcionamento do Robot). No código, a luminosidade é então dada num intervalo de 0

a 1000 para cada um dos sensores. [35]

Em seguida, o Arduino processa rapidamente a seguinte conta:

posição=0. l0+1000. l1+2000.l2+3000. l3+4000. l4+5000. l5

l0+l1+ l2+l3+l4+l5, onde li é o valor lido pelo

sensor i.

Como o leitor pode facilmente verificar, esta média ponderada resulta num valor

entre 0 e 5000, que indica directamente onde está o robot em relação à linha preta. Por

exemplo, se a variável posição tomar valor 1000, então a linha está por baixo do sensor

1 da placa de sensores. E se o valor da posição for de 2500, então a linha está entre os

sensores 2 e 3. [35]

Sabendo quantitativamente a posição do robot, é ainda possível determinar o

“erro”, ou seja, quanto é que o robot está desviado da posição ideal, que corresponde

ao valor 2500 (estar entre os dois sensores do meio, 2 e 3, dado que o número de

sensores é par). Assim sendo, define-se o erro como 0 na posição ideal e por

conseguinte, o erro vai variar entre -2500 e 2500. Apesar de parecer redundante à

primeira vista, a existência de uma variável “erro” pode ser útil para soluções em que a

correcção da trajectória é proporcional ao erro (em futuras implementações do código).

A determinação da velocidade a imprimir aos motores é feita através de uma de

três condições: [36]

Se o erro estiver entre -500 e 500, ou seja, se o robot estiver aproximadamente

alinhado com a linha preta (o valor de 500 é uma margem de erro empírica), o robot

desloca-se para a frente;

Se o erro for inferior a -500, ou seja, se o robot estiver à esquerda da linha, o

robot roda à esquerda;

Ano 2010/2011 30


Se o erro for superior a 500, ou seja, se o robot estiver à direita da linha, o robot

roda à direita;

Figura 24 - Movimentos do robot no seguimento de linhas

As funções de movimento são tarefas que são definidas à parte para depois serem

usadas no contexto do problema. Tomando o exemplo da imagem acima apresentada,

a função “andar em frente” é definida como ter os dois motores a rodarem para a frente

e depois, sempre que se quer que o robot ande para a frente, basta chamar aquela

função, em vez de ter de definir constantemente o movimento de cada motor. O mesmo

acontece para as funções “rodar à esquerda”, “rodar à direita” e “parar ambos os

motores”. Estas funções são geralmente no fim porque a sua posição no código é

arbitrária (apenas não pertencem ao setup nem ao loop). Na prática, funcionam como

uma biblioteca à qual o programa recorre para ir “saber” como realizar uma

determinada tarefa.

Mas como é que funcionam estas funções de movimento? Como é que o

Arduino consegue conferir uma certa velocidade aos motores?

O que o Arduino faz é enviar sinais eléctricos através de 4 pinos (2 para o motor

esquerdo e 2 para o motor direito), que conferem uma tensão em cada motor que o faz

rodar. Os dois pinos para o mesmo motor nunca estão “ligados” simultaneamente:

quando um está ligado, o motor roda num sentido e quando é o outro que está ligado, o

motor roda no sentido oposto.

Se o sinal enviado fosse digital, tomava o valor entre 0 e 1, isto é, a tensão

aplicada num motor era de 0 V (nula) ou de 5 V (máxima). Como resultado, o robot ia

estar sempre a funcionar à velocidade máxima, que não dá tempo suficiente para o

robot ler a linha e determinar uma correcção na velocidade, antes de já ter saído da

curva! Para conseguir atribuir uma velocidade intermédia aos motores, é necessário

Ano 2010/2011 31

ana, 12-06-2011,

meter a referencia da imagem


que o sinal fornecido tome um valor de tensão entre 0 e 5 V. E é aqui que entra o

PWM.

PWM significa Pulse-width modulation, ou seja, modulação por largura de pulso. Ao

ligar e desligar o sinal de 5 V muito rapidamente num intervalo de tempo, a tensão

fornecida é um valor médio. Se o sinal estiver ligado 100% do tempo, o sinal é de 5 V.

Se estiver ligado durante 0% do tempo (sempre desligado), o sinal é de 0 V. Se estiver

ligado 50% do tempo e desligado nos restantes 50%, a tensão do sinal é de 2.5 V. [37]

Desta forma, faz-se variar o sinal enviado.

Na linguagem do Arduino, a intensidade do PWM é indicada de 0 a 255, em que 0

corresponde a 0% e 255 corresponde a 100% (como se pode ver na figura 25). No

pseudo-código, o valor transmitido aos motores é de 150, ou seja, o sinal está ligado

aproximadamente 60% do tempo e transmite a cada motor em funcionamento uma

velocidade que é 60% da velocidade máxima.

Figura 25 - PWM no Arduino

Portanto em cada ciclo, o Arduino verifica qual é a posição do robot em relação à

linha e aplica a correcção necessária de forma que o robot esteja sempre alinhado

com a linha preta ou pelo menos, esteja sempre a tentar alinhar-se com a linha. Por

vezes, a correcção dura tempo “a mais”, quer por má leitura do sensor quer por acção

dos motores, e o robot acaba por continuar desalinhado mas pelo lado oposto.

Novas abordagens

Ano 2010/2011 32


Esta questão da “sobre correcção” é um dos aspectos negativos deste tipo de

códigos que funcionam com três ramos. Na teoria, em quantos mais ramos estiver

dividido o algoritmo do seguimento de linhas, isto é, quantos mais tipos de viragem o

robot tiver, mais preciso será o seguimento de linhas. E é aqui que entra o controlo

PID.

O controlo Proporcional Integral Derivativo ou simplesmente PID utiliza, como o

nome indica, a matemática de proporcionalidade, integrais e derivadas para uma maior

eficácia no controlo dos motores [36] .A correcção do movimento é directamente

proporcional à variável “erro”, ou seja, quanto mais desviado o robot estiver do

percurso desejado, maior será a velocidade de rotação definida pelo Arduino,

corrigindo a trajectória mais rapidamente. Do mesmo modo, se o desvio em relação ao

centro for pequeno, a tensão aplicada nos motores é menor, evitando a sobre viragem

do robot, o que aumenta a eficácia do seguimento da linha, e previne erros, tais como o

robot inverter o sentido do movimento ou sair completamente da linha.

Além desta componente de proporcionalidade, o controlo PID ainda inclui

componente integral que funciona como uma memória. Em cada loop, o robot adiciona

o erro obtido anteriormente para a nova correcção. Desta forma, a correcção é maior

se o robot já estiver desviado há mais tempo. Finalmente, há uma componente

derivativa que calcula o erro futuro segundo uma linha de tendência e desta forma,

previne-o ainda antes de ele acontecer.

Ano 2010/2011 33

Figura 27 - Movimento com PIDFigura 26 - Movimento sem PID


As duas figuras da página anterior mostram a trajectória percorrida por um robot

que utilize um controlo sem PID ou um controlo com PID, o que ilustra a melhoria

significativa que este tipo de controlo pode trazer ao movimento de um robot.

O controlo PID permite que o robot se mova com velocidades verdadeiramente

elevadas. Com os motores apropriados e se não houver muito atrito entre as rodas e o

circuito, um seguidor de linhas pode correr num circuito mais de 6 metros de

comprimento, mesmo com curvas apertadas, em menos de 10 segundos [38]. Por outro

lado, um controlo PID é bem mais difícil de implementar e afinar para os parâmetros

correctos. Assim sendo, em projectos iniciantes em robótica, o controlo PID é um

objectivo já de grau intermédio/avançado e não para principiantes.

Ano 2010/2011 34


2.5. Funcionamento do Robot

O propósito do robot é participar em demonstrações, em que ele cumpre a tarefa

de seguir uma linha preta ao longo de um circuito fechado. O funcionamento do robot é

relativamente simples e divide-se em 3 passos:

Em primeiro lugar, é preciso verificar todos os contactos dos componentes para

confirmar se está tudo ligado. Ocasionalmente, com a utilização do robot, certos fios

tendem a soltar-se e deixam de fazer contacto eléctrico. Depois de fazer esta

verificação, liga-se o robot.

Surge então uma luz verde no Arduino (sinal de estar ligado) e outra luz amarela

que significa que o robot está a ser calibrado. A calibração do robot é um processo

fundamental no seu funcionamento: de cada vez que o robot é ligado, os sensores de

luz não têm qualquer informação em relação aos valores de reflectividade a que

correspondem o branco e o preto. Por esse motivo, é preciso “ensinar” ao robot como

distinguir ambas as cores, ou seja, calibrá-lo. Durante esta fase (que dura cerca de 5

segundos), basta fazer passar o sensor sobre a linha preta várias vezes e o sensor

grava o maior valor lido como branco e o menor valor lido como o preto. Desta forma,

quando estiver de facto a seguir a linha, os sensores comparam as suas leituras a

estes valores de referência. No final, a luz amarela desliga-se e o robot está pronto a

funcionar.

Basta então colocar o robot num ponto do circuito para que, imediatamente, ele

comece a seguir a linha (enquanto tiver bateria).

O circuito que o robot vai seguir tem as

seguintes características: é feito em cartolina

branca; a linha preta é marcada com fita preta ou

um marcador mas com uma largura inferior a 2 cm

(o espaçamento entre os sensores na placa de

sensores). [39] Poderá ter rectas e curvas de

diferentes raios. Quanto maior for o raio da curva,

maior facilidade terá o robot de a fazer, mas ele será

capaz de fazer qualquer tipo de curva.

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Figura 28 - Circuito paraum segue-linhas


Ano 2010/2011 36


III. Metodologia

Ano 2010/2011 37


3.1. Síntese do Projecto

Numa fase em que cada vez mais as pessoas são substituídas por robots, capazes

de fazer as mesmas tarefas, mais eficientemente e com menos custos, e em que

grande parte da sociedade desconhece o constante desenvolvimento da robótica,

entendemos ser interessante e produtivo, desenvolver um projecto onde pudéssemos

descobrir e aprofundar os nossos conhecimentos nessa área.

Por outro lado, como objectivo principal, inicialmente tencionávamos construir um

robot que seria apresentado na Semana da Ciência como um dos produtos finais e na

qual as pessoas teriam a oportunidade de interagir com o robot.

Escolhido o tema, seguiu-se a escolha do nome do grupo, e, após algum tempo,

depois de várias sugestões e tentativas, acabou por ser eleito por unanimidade o nome

“projectoAREA”.

Em seguida, o grupo tratou de escolher um logótipo para representar o projecto.

Surgiram várias imagens e símbolos para serem utilizados como logótipo, mas um

elemento do grupo acabou por ficar encarregue de criar um logótipo de raiz, que

posteriormente foi utilizado como símbolo do nosso projecto. Este mesmo logótipo

sofreu alterações durante o nosso percurso neste projecto.

Como não possuíamos os conhecimentos necessários de robótica, sentimos a

necessidade de, numa fase inicial, realizar um conjunto de pesquisas sobre esta

temática.

A angariação de fundos possibilitou-nos a compra do material necessário para a

construção do robot. Entre as empresas que contactamos, a Amadeus Instrumentos

Musicais, a Eugénia Lopes&Filhos, a Electrolaser, o VivaCafé e a Junta de Freguesia

de S. Romão do Neiva, mostraram-se disponíveis para contribuir para o financiamento

do nosso projecto, tendo em conta o nosso orçamento.

Tal como tínhamos planeado inicialmente, no dia 10 de Fevereiro realizou-se a tão

esperada palestra com o Professor Fernando Ribeiro, docente na Universidade do

Minho, que com uma apresentação didáctica e apelativa, introduziu o tema da robótica

à comunidade escolar.

Ao longo deste ano lectivo, o projectoAREA procedeu à construção de um robot, de

carácter simples mas capaz de mostrar aos mais interessados um pouco daquilo que é

Ano 2010/2011 38


possível produzir nesta área. Era portanto um dos nossos objectivos apresentá-lo à

comunidade escolar para podermos transmitir os conhecimentos adquiridos, depois de

pesquisas e trocas de ideias desde o início deste ano lectivo. Na Semana da Ciência,

tivemos a oportunidade para concretizar esse objectivo.

Divulgamos o tema utilizando também o Facebook, um óptimo meio de propaganda

devido ao facto de ser constituído por um elevado número de utilizadores espalhados

por todo o mundo, e um Blog (http://projecto-area.blogspot.com/) no qual podem ser

vistos alguns artigos sobre o tema, como notícias, curiosidades e outros tópicos de

interesse relacionados com a Robótica. Este último passou a ser actualizado mais

frequentemente e nele também acrescentamos votações mensais com o objectivo de

tornar o blog mais interactivo.

Durante a Semana da Ciência, que decorreu nos dias 6, 7 e 8 de Abril, o grupo

projectoAREA apresentou aos alunos do agrupamento, professores e pais o projecto

que vinha sendo desenvolvido até à data. Fazia parte da apresentação um pequeno

slideshow em Powerpoint sobre alguns conhecimentos base de robótica e de seguida a

demonstração do funcionamento do robot, que seria realizada em um de dois circuitos,

entre os quais os visitantes poderiam escolher. Por fim, pedimos a contribuição de um

voto a cada elemento do público num inquérito informático para a escolha do nome do

nosso robot, dentro de várias opções. O nome mais votado foi ZéBOT, que por esse

motivo foi o escolhido.

Na recta final do projecto, com todos os objectivos propostos no início do ano

praticamente realizados, dedicámo-nos à elaboração deste relatório e à preparação da

Apresentação Final, dirigida às turmas do 12º ano, na qual expusemos todo o nosso

percurso neste projecto, bem como os obstáculos com que nos deparámos.

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3.2. População e Amostra

A apresentação do projecto destinou-se a todos os alunos do agrupamento de

Escolas de Monte da Ola, em especial às turmas do 12º ano, mas também aos

restantes membros da comunidade escolar, aos pais e familiares dos alunos. Também

divulgamos o projecto a todos os internautas que acederam ao nosso blog.

A palestra promovida pelo grupo destinou-se às duas turmas do 12º ano (ou seja, a

31 alunos). A opção pelo número restrito de alunos ficou-se a dever a dois motivos: o

formato da palestra era o da demonstração de robots num ambiente informal, o que é

difícil de fazer no polivalente de forma que todos os alunos possam ver os robots

exibidos; e a palestra teve o objectivo de despertar algum interesse pela robótica nos

alunos do 12º, que se preparam para seguir para o Ensino Superior. A Semana da

Ciência foi uma actividade na qual todos os alunos, desde o pré-escolar ao Secundário,

bem como professores e funcionários do Agrupamento Vertical de Escolas do Monte da

Ola, participaram. Este ano pela primeira vez também houve uma noite dedicada aos

pais e familiares dos alunos. Durante essa semana apresentamos o robot a todas as

pessoas referidas. Pela semana da ciência passaram mais de 800 pessoas

Com a criação do blog pretendíamos que todos os interessados de robótica

pudessem ver e estar a par do trabalho desenvolvido ao longo do ano. O blog

contabilizou, até ao dia 12/06/2011, 4607 visitantes.

Ano 2010/2011 40


3.3. Técnicas de Investigação

Actualmente, a robótica não tem muita expressão na literatura científica, a não ser

na do Ensino Superior, por isso, os conhecimentos sobre robótica são transmitidos

principalmente entre os amantes de robótica.

Por esse motivo, a nossa principal técnica de investigação ao longo deste projecto

foi, sem dúvida, a pesquisa na Internet, que é um meio de comunicação extremamente

abrangente e acessível nos dias de hoje (como se pode verificar nas referências

bibliográficas deste relatório). Através dessa pesquisa, recolhemos a informação

necessária em sites de informação que com o decorrer do projecto se foram mostrando

imprescindíveis.

Trata-se de um excelente exemplo o fórum da maior comunidade portuguesa de

robótica, o site LusoRobótica (acessível em http://www.lusorobotica.com), no qual nos

registamos inicialmente e por consequência, pudemos contactar com indivíduos

experientes interessados por robótica, observar os seus projectos e também colocar

dúvidas, que foram sempre prontamente respondidas O grupo abriu um tópico onde foi

descrevendo os passos da construção do robot e os obstáculos que se colocavam e

encontrou material na forma de vídeos, tutoriais, imagens, códigos e experiências que

se revelaram uma excelente fonte de informação primária.

A realização de uma palestra com o tema “Robótica Móvel” permitiu, de certa

forma, um contacto privilegiado dos alunos com o tema e, apesar de não estar

relacionado directamente com a construção do robot, foi uma importante fonte de

conhecimentos.

Ano 2010/2011 41

http://www.lusorobotica.com/


3.4. Descrição do Projecto

1. Definição do grupo, escolha do tema, nome e logótipo

Foi durante as primeiras aulas de Área de Projecto que começou a nascer a ideia

de abordar a robótica num projecto com uma forte vertente prática. O grupo reuniu

alunos com interesses convergentes na área científica e tecnológica e com uma boa

relação entre si, pelo que todo este processo foi bastante natural (a motivação para o

tema da robótica encontra-se melhor exposta no ponto 1.1. Contextualização do

Projecto).

O grupo responsável por este projecto intitulou-se “projectoarea” (estilizado

projectoAREA) e é constituído por cinco elementos. O sexto elemento, José Neves,

esteve connosco no projecto durante o 1º período, até a altura em que partiu para

outros desafios. A escolha do nome do grupo surgiu da vontade de conseguir exprimir

em poucos caracteres as ideias-chave do projecto: a robótica experimentada pelos

alunos e aplicada num protótipo real - o robot.

Sendo assim, a solução mais indicada tornou-se construir um acrónimo que

contivesse palavras como “robótica” ou “aplicação”. Depois de um “brainstorming”,

chegou-se ao resultado final: projectoAREA (em que o acrónimo “AREA” significa:

“Automação e Robótica Experimental Aplicada”). As quatro palavras simbolizam bem

aquilo que o projecto ambiciona, ao mesmo tempo que o nome forma um trocadilho

com o próprio nome da disciplina

O projecto criou um logótipo que representa o projectoAREA (e que aparece na

capa e no cabeçalho de todas as páginas deste relatório). Essa ideia surgiu no início do

ano, para criar uma identidade mais forte tanto no próprio grupo como fora deste, na

comunidade escolar. O logótipo foi remodelado no final do 2º período (a primeira

versão encontra-se nos anexos).

2. Angariação de Patrocínios

O grupo sentiu a necessidade de angariar patrocínios, porque a robótica ainda é

uma área que comporta alguns custos relativamente elevados na aquisição dos

componentes e o grupo não tinha meios para suportar todos os custos que este

projecto obrigou. Numa primeira fase, começámos por seleccionar algumas empresas

de marcas conhecidas da zona. Foram cerca de 30 cartas que foram entregues às

Ano 2010/2011 42


respectivas empresas. As cartas continham um pequeno resumo do nosso projecto, os

objectivos que pretendíamos atingir, assim como, o nosso contacto para alguma

eventual resposta.

Certamente por falta de confiança e de experiência neste domínio, recebemos

apenas uma resposta às cartas, e que para mais foi negativa. Porém, quando visitámos

a Loja de Música Amadeus, contámos com a boa vontade

do Sr. Amadeu Palhares, que nos cedeu uma guitarra,

para que através da venda da mesma pudéssemos

adquirir dinheiro para o projecto. Tentámos vendê-la na

escola na Feira do Livro em Dezembro por 50 €, mas não

foi possível. Numa segunda tentativa, o grupo participou

no “Leilão do Menino Jesus” que se realiza todos os anos

na freguesia de Neiva, no dia 1 de Janeiro. Após uma

breve apresentação do projecto à plateia conseguimos

leiloar a Guitarra por 55 € tendo começado com base de

licitação de 10 €. No fim do leilão o grupo ainda recebeu 5

€ de um habitante da freguesia. Em Janeiro de 2011, o grupo tinha angariado 60 €.

Durante o mês de Janeiro o grupo conseguiu mais 20 € para o projecto, doados

pelo Sr. André Vieira, proprietário do “Viva Café” em Alvarães. Em relação ao nosso

orçamento possuir 80 € já nos permitiu adquirir algum material, mas ainda não cobria a

despesa total.

Devido a este facto, o grupo teve de repensar qual seria o melhor caminho para

obter o financiamento necessário.

Numa segunda fase, decidimos informar-nos com pessoas experientes neste

processo de angariação de patrocínios. Indicaram-nos então as empresas que

normalmente ajudam este tipo de projectos. Assim sendo preparámos mais sete cartas.

Numa terceira fase, o grupo esteve a contactar as empresas uma vez que nos

pediam que comunicássemos directamente com os responsáveis a fim de obter uma

resposta decisiva. Devido à indisponibilidade de alguns gerentes, não foi possível

contactá-los directamente, mesmo tentando mais que uma vez. Decidimos então

apenas focar-nos nas empresas que mostraram interesse em apoiar-nos. Assim sendo,

através de algum diálogo e ultrapassada toda a burocracia necessária, foi possível que

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Figura 29 - Venda da guitarrana biblioteca


a empresa “Eugénia Lopes & Filhos” nos doasse 70,50 € e a Junta de Freguesia de

São Romão do Neiva mais 75€. Todos estes apoios permitiram-nos recolher cerca de

225 € para a concretização do projecto.

3. Contacto com as Universidades

No mês de Novembro, os membros do grupo contactaram por correio electrónico

com os Grupos de Robótica da Universidade do Minho e do Porto, dos quais apenas o

primeiro respondeu prontamente. Depois de uma troca de vários e-mails, ficou

agendada uma palestra no dia 10 de Fevereiro.

4. Investigação dos procedimentos de construção do robot

Depois de termos estabelecido como objectivo principal a construção do protótipo

de um robot, iniciou-se no mês de Outubro a pesquisa sobre o que seria o robot

projectoAREA e como seria construído.

As aspirações iniciais do grupo foram de construir um robot que se desviasse de

obstáculos e que estivesse equipado com rodas omnidireccionais (que se deslocam em

todas as direcções). Porém, os primeiros dias de pesquisa revelaram que esta opção

era inviável: não só o custo do material (rodas Mecanum [40]) era muito elevado como

a mecânica e programação necessárias eram muito complexas. Demovido dessa ideia,

o grupo resolveu optar por desenvolver um robot que fosse simples, em termos

robóticos, mas cuja elaboração já representava um esforço considerável para alunos

do 12º ano, sem qualquer tipo de conhecimentos na área. Depois mediante o sucesso

dos primeiros objectivos traçados para o robot, este poderia ser desenvolvido ainda

mais.

O tipo de robot escolhido então foi o segue-linhas. A partir do esboço inicial,

começaram-se a investigar a fundo quais seriam os componentes do robot e de que

forma se interligariam para formar um robot operacional. Partindo do geral para o

particular, a primeira conclusão a que se chegou foi de que um robot era constituído

por 3 partes principais: sensores, microcontrolador e motores. Mas rapidamente nos

apercebemos que também existiria toda uma componente de mecânica, de electrónica

e de programação que deviam ser consideradas. Os resultados desta investigação

encontram-se detalhadamente explicados no capítulo II. Fundamentação Teórica deste

relatório.

Ano 2010/2011 44


5. Aquisição do Material

Depois de reunida a informação que dizia respeito à planificação do robot, o grupo

investigou onde poderia adquirir os componentes electrónicos necessários. Dada a

pouca sensibilização do público, foi muito difícil encontrar pontos de venda dos

componentes necessários na zona de Viana de Castelo. Como tal, o grupo recorreu a

lojas online, onde a oferta é mais diversificada. Mais concretamente o grupo efectuou a

aquisição de 8 artigos na Loja LusoRobótica (acessível em http://loja.lusorobotica.com)

por 56,09 € e de 2 artigos na Pololu Robotics and Electronics (acessível em

http://www.pololu.com) por 23,19 US$, sendo esta última uma loja americana, à qual

recorremos porque o stock dos componentes em questão encontrava-se esgotado em

Portugal. As encomendas foram efectuadas no dia 10 de Dezembro. O nome dos

artigos adquiridos e as informações relativas ao preço de cada um encontram-se

discriminados nos anexos 3 e 4, sendo que o orçamento está indicado no anexo 6.

Além da encomenda de componentes acima mencionada, o grupo comprou

componentes electrónicos (pilhas recarregáveis, condensadores, etc.) na loja

Electrolaser em Viana do Castelo, para além de uma placa de acrílico na Drogaria do

Mercado em Viana do Castelo. Estas aquisições foram feitas no mês de Janeiro,

quando o robot começou a ser construído. Alguns componentes como, por exemplo, os

motores e as rodas vinham num kit do tipo “Faça você mesmo”, e foram montados

pelos alunos (em particular, os motores foram montados com o gear ratio 38:1 mas

depois a configuração foi alterada para o gear ratio 115:1)

6. Criação, actualização e manutenção do blog e outras plataformas de

comunicação

Logo no início do corrente ano lectivo, criamos um endereço de correio electrónico

([email protected]), para que assim pudéssemos ser reconhecidos como

grupo para qualquer contacto extra e, com ele, criamos um blog.

Com o nosso endereço electrónico também abrimos uma conta no Facebook

(http://www.facebook.com/projectoarea). Além de colocar várias fotos relacionadas com

o projecto, fizemos várias referências a novos posts no blog para que assim os

utilizadores estivessem mais próximos do progresso do nosso projecto e nos pudessem

acompanhar.

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Indicar o número

http://www.facebook.com/projectoarea

mailto:[email protected]

http://www.pololu.com/

http://loja.lusorobotica.com/


Esta forma de divulgação mostrou-se uma boa oportunidade para dar a conhecer o

nosso projecto.

A criação de um blog foi escolhida pelo grupo como meio de divulgação do nosso

projecto. A professora deu a indicação de que teria de ser actualizado quinzenalmente,

pelo menos. No primeiro período, o projecto não foi muito activo no blog, o que foi

referido pela professora como importante. Por conseguinte, no início do 2º período,

remodelámo-lo completamente, com um novo aspecto e estrutura, passando a existir

os separadores “O nosso projecto”, “Notícias”, “Curiosidades”, “Sobre nós”, assim como

as votações mensais. Desenvolvemos novos conteúdos com os quais actualizámos o

blog mais frequentemente.

Figura 30 - Página inicial do blog projectoAREA

No separador "O nosso projecto", publicámos as novidades na construção do

nosso robot, com o guia detalhado de tudo o que fizemos em imagens e vídeos. O

primeiro post deste separador é designado por “Dia 0 - Como começar?” que é dirigido

a pessoas que têm em ideia fazer um projecto semelhante ao nosso. Este faz

referência a questões que inicialmente se devem ter em conta ao partir para a

construção de um robot. No post seguinte, “Dia 1 - Primeiros passos”, fizemos

referência aos componentes necessários para a construção do nosso robot, os locais

onde as adquirir e o seu funcionamento.

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Os vídeos foram publicados por nós no Youtube e foram feitas ligações dos

mesmos ao blog e ao Facebook.

O separador "Notícias" foi dedicado a robots e à área da robótica. Como o nome

indica, redigimos notícias com referência a robots em específico, que do nosso ponto

de vista apresentam características pouco vulgares e ao mesmo tempo fascinantes,

que acabam por ajudar o ser humano quer em investigações quer no seu trabalho. Por

fim, o separador "Curiosidades" contém alguns dos factos mais interessantes sobre o

mundo da robótica.

Foram também publicadas votações mensalmente, desde o mês de Janeiro,

havendo, portanto um total de cinco votações publicadas; estas votações foram

questões relacionadas com a recepção do blog e com o mundo da robótica. Os

resultados encontram-se no ponto IV. Apresentação e Análise dos Produtos.

7. Construção do Robot

A construção do robot iniciou-se no mês de Janeiro quando, depois de ter adquirido

os primeiros componentes, estabelecemos o circuito dos motores controlados pelo

Arduino, de acordo com as informações obtidas na investigação. Este circuito era

alimentado por pilhas alcalinas (ainda não tinham sido compradas as pilhas

recarregáveis) e foi programado com um código que basicamente fazia os motores

rodarem à sua velocidade máxima em sentidos diferentes de acordo com uma rotina

pré-programada. Ainda não estavam montados nem os sensores, nem a estrutura do

robot, nem as rodas, mas este ensaio serviu apenas para confirmar que os motores, a

ponte H, o Arduino e os componentes electrónicos estavam a funcionar correctamente.

Quando foi adquirida a placa de acrílico, no mês de Fevereiro, procedeu-se então à

construção do suporte estrutural. A placa foi cortada para corresponder à planificação

feita (ver 2.4.1 Mecânica) e furada em 2 pontos para prender os motores e em outros 2

para a passagem de fios do lado inferior para o lado superior da placa. Foi aplicado o

velcro e foram adquiridas as pilhas recarregáveis. Para finalizar a construção do

chassis, foi montado o terceiro apoio do robot, o suporte da roda livre em madeira

(nivelando a plataforma horizontal). Neste passo, o grupo contou com o auxílio

fundamental do Sr. Augusto (tio de um dos membros do grupo)

Com o chassis pronto, montaram-se os componentes adquiridos e repetiu-se o

mesmo teste dos motores realizado anteriormente, mas desta vez com as rodas

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montadas na estrutura de suporte. O robot moveu-se de acordo com o movimento pré-

programado (como se fosse um carrinho telecomandado). Outro aspecto importante

deste segundo teste, foi a capacidade de fazer os motores rodarem a velocidades

variáveis, devido a avanços no código (ver mais sobre “PWM” no ponto 2.4.3. Lógica)

Para testar o funcionamento dos sensores, o grupo esboçou uma experiência em

que se fez passar um marcador preto sobre a placa de sensores, que estava ligada ao

computador fornecendo os valores lidos através do programa do Arduino. Consoante o

marcador (uma tira de papel) passava de um lado para outro na placa, os valores lidos

eram concordantes com a posição do marcador. Isto permitiu concluir que os sensores

estavam operacionais e prontos para montar.

Procedeu-se então à montagem da placa de sensores. Por conveniência, partiu-se

o módulo de 8 sensores em duas partes (ambas funcionais) de 2 e 6 sensores, isto

para utilizar apenas o módulo de 6 sensores, por ser mais pequeno e prático para

controlar. Os fios que ligam os sensores ao Arduino (e que transmitem a informação

dos sensores) precisaram de ser soldados à própria placa, o que foi executado pelos

alunos. Para que a distância entre os sensores e o chão fosse de 3 mm, montou-se um

suporte de madeira a segurar o sensor à plataforma principal. Mais uma vez, o grupo

contou com o auxílio do Sr. Augusto nesta tarefa.

Com todos os componentes devidamente montados no robot, chegou a altura de

escrever o código final do seu funcionamento, no início do mês de Março (esse código

pode ser visto na íntegra nos anexos e é explicado no ponto 2.4.3. Lógica). Foram

então feitos vários testes num circuito provisório (feito em cartolina) até se ter

encontrado o código ideal, o que conclui a construção do robot.

O principal problema com que o grupo se deparou foi com as forças de atrito no

sistema motor + engrenagens + rodas que provocou consistentemente um stall

(travagem dos motores) quando o robot funcionava com voltagens inferiores a um certo

valor. Este foi um dos maiores impedimentos para o desenvolvimento de um código

PID no robot, já que eram necessárias voltagens variáveis às quais o robot não

respondia (não se movia). O grupo contornou este problema trabalhando sempre com

uma voltagem superior para os motores (60% de 5 V, ou seja, 3 V), mas quando as

pilhas começavam a descarregar, o efeito fazia-se sentir mais cedo do que seria

normal sem tanto atrito.

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Como possível solução definitiva, o grupo equacionou a compra de um novo par de

rodas, sem ser “todo o terreno” como o original, por serem mais adequadas ao

movimento numa superfície plana. Esta aquisição não se veio a realizar por falta de

tempo e pelo facto de o robot cumprir satisfatoriamente a componente de locomoção,

mesmo com aquele problema.

8. Realização da Palestra

Logo no início do corrente ano lectivo o grupo tinha previsto a realização de uma

palestra que abordasse o tema Robótica e que tivesse lugar no 2.º Período. Esse

objectivo foi alcançado no dia 10 de Fevereiro, com a vinda do professor Fernando

Ribeiro, professor na Universidade do Minho, à nossa escola a fim de realizar uma

palestra sobre o tema "Robótica Móvel" para as duas turmas do 12º ano.

A realização da palestra foi combinada através do contacto via email do professor

Fernando Ribeiro. Desde o inicio que o professor mostrou interesse em visitar a nossa

escola, assim como, interesse pelo nosso projecto.

Para a realização da palestra o professor Ribeiro

pediu-nos para não nos preocuparmos com o modo como

a palestra ia ser dada, mas garantiu-nos que ia ser algo de

diferente e apelativo (o que nunca esteve em dúvida para

nós). A apresentação do professor começou com alguns

conceitos básicos acerca de robótica assim como muitos

vídeos de robots em competições internacionais bem

como os próprios robots desenvolvidos na Universidade do

Minho.

Como forma de tornar a palestra ainda mais interactiva, o professor fez-se

acompanhar de 3 robots para fazer uma demonstração na segunda fase da palestra:

um robot da Lego, outro robot dançarino e o cão robot mais famoso do mundo, o AIBO.

No final da palestra, o grupo agradeceu ao professor pela actividade proporcionada

e ofereceu duas pequenas lembranças de Viana: uma peça de Louça Regional e uma

caixa de Chocolates A Vianense.

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Figura 31 - O AIBO


9. Semana da Ciência

Durante a Semana da Ciência, dias 6, 7 e 8 de Abril o grupo projectoAREA

apresentou aos alunos do agrupamento, professores e pais o projecto que tinha vindo a

desenvolver na área de robótica.

A apresentação baseou-se em expor os conhecimentos adquiridos durante a

recolha de informações mas, sobretudo, expor o protótipo do robot que o grupo

construiu.

A actividade foi iniciada com uma pequena e rápida apresentação em PowerPoint

sobre a robótica em geral e sobre o funcionamento e “anatomia” do nosso robot de

modo a esclarecer dúvidas dos ouvintes sobre o tema e o protótipo. Em seguida, foi

demonstrado o funcionamento do robot.

O grupo utilizou diferentes métodos na abordagem às diferentes faixas etárias dos

alunos. Posto isto, o grupo decidiu dividir os alunos em três categorias: jardim de

infância, alunos do 5º ao 9º ano e por fim os do secundário. Para as crianças do jardim

de infância, o grupo fez apenas a demonstração do robot no circuito já preparado

acompanhada por uma explicação simples e apenas para despertar algum espírito de

curiosidade nas crianças. Nos 2º e 3º ciclos, foi feita uma apresentação em Powerpoint

seguida pela demonstração do funcionamento do robot, num circuito criado por nós ou

num circuito criado pelos alunos. No secundário, o grupo procedeu também à

apresentação e à demonstração do robot, mas utilizando uma linguagem mais formal e

aprofundada, visto que os alunos deste ciclo de estudos possuem mais bases de

conhecimento e melhor capacidade de raciocínio e compreensão.

Para a demonstração do robot, o grupo deu a oportunidade de escolha aos alunos,

entre um circuito de linha preta já preparado

ou então a construção de um circuito ao

agrado dos alunos na qual o robot iria

participar. O circuito construído pelos alunos

baseou-se num “puzzle”, no qual peças

brancas com linhas pretas foram postas

livremente sobre uma mesa de forma a criar

um circuito onde o robot seguiria a linha.

Para isto, o grupo cortou duas cartolinas

brancas em quadrados com 21 centímetros

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Figura 32 - Demonstração do robot


de lado. Dos 19 quadrados recortados, 11 foram destinados a curvas e 8 foram

destinados a rectas. Deste modo, era possível que qualquer pessoa pudesse criar um

circuito num curto espaço de tempo, o que veio dar uma maior interactividade à

apresentação.

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O grupo mencionou também o custo de algumas peças do robot que foram

necessárias para a construção deste e o facto de que sem a ajuda de patrocínios a

obtenção dessas peças seria mais difícil.

No espaço da apresentação foram colocados cartazes com curiosidades sobre

robótica, os patrocínios que o grupo obteve, o link do blog do grupo: (http://projecto -

area.blogspot.com ) , assim como fotografias da palestra sobre robótica que o Prof.

António Ribeiro veio fazer à nossa escola, direccionada para as turmas do 12º ano.

10.Elaboração do Relatório Final

No início do 3º período, já com os restantes objectivos cumpridos, o grupo dedicou-

se essencialmente (mas não só) à elaboração deste presente relatório. Para isto, foram

recolhidas e organizadas todas as informações relativas ao projecto, para transmitir, da

forma mais realista possível, aquilo em que é que verdadeiramente consistiu o

projectoAREA.

11.Apresentação Final

Como consta da planificação da disciplina, o grupo realizou uma apresentação do

seu projecto às turmas do 12º ano da Escola de Monte da Ola, na qual expôs

sumariamente o percurso que conduziu o projecto até à sua fase final. Ao fazer

referência às experiências adquiridas ao longo de todo o trabalho, bem como aos

obstáculos ultrapassados, o grupo esperou ter conseguido cativar e inspirar os

restantes alunos para a execução dos seus próprios projectos na escola mas também

na sua vida.

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Figura 34 - O circuito pré-feito Figura 33 - Peças do circuito "puzzle"

http://projectoarea.blogspot.com/

http://projectoarea.blogspot.com/


3.5. Calendarização

Figura 35 - Cronograma da calendarização do projecto

O cronograma acima representa de uma forma esquemática a calendarização

definida e aplicada pelo grupo ao longo de todo o ano lectivo.

Em cada período, destaca-se uma tarefa sublinhada que foi tida como a principal

nesse período.

Podem-se indicar alguns acontecimentos importantes, com as respectivas datas:

Entrega do pré-projecto escrito e apresentação : 4 de Novembro;

Realização da palestra : 10 de Fevereiro;

Realização da Semana da Ciência: 6, 7 e 8 de Abril;

Entrega do Relatório Final : 7 de Junho;

Apresentação Final do Projecto : 7 de Junho.

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IV. Apresentação e Análise

dos Produtos

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4.1. Robot projectoAREA - ZéBOT

O robot que o grupo construiu ficou conhecido por ZéBOT. O ZéBOT é um

pequeno robot móvel, cujas dimensões são aproximadamente 15 x 20 cm e que pesa

614g.

Figura 36 - O ZéBOT

Com duas rodas motorizadas à frente e uma livre atrás, o robot consegue efectuar

um movimento autónomo aplicado ao seguimento de uma linha preta sobre um fundo

branco. Para isto, o robot baseia-se na leitura de uma placa de sensores, colocada à

frente, entre as rodas e rente ao chão. Toda a parte electrónica do robot está montada

em cima de uma placa de acrílico (à excepção das pilhas que estão em baixo, presas

com velcro). Os motores estão acoplados à parte de baixo do suporte de acrílico. A

autonomia do robot é de cerca de 9 horas.

O ZéBOT teve como objectivo a sua participação em demonstrações sobre robótica

e não em qualquer tipo de competição. Nestas demonstrações, como é o caso da

Semana da Ciência, o ZéBOT cumpriu a tarefa planeada e cativou a assistência,

mesmo quando não funcionou bem à primeira tentativa. No geral, o desempenho do

robot foi bastante satisfatório. À parte de “maus contactos” muito ocasionais, o robot

não teve problemas ao ligar-se. Seguiu a linha preta sempre com facilidade, apesar de

algumas vezes entrar em oscilação e em ainda menos vezes, perder o controlo e

inverter a marcha. Esta inversão ficou a dever-se na maioria das situações a factores

externos (como abalos na mesa).

Tal como pretendido, o ZéBOT é um exemplo de que a robótica não é um assunto

impossível de ser abordado e que com dedicação, trabalho e empenho, um grupo de

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alunos do 12º sem qualquer tipo de bases na área, tirando os conhecimentos que

aprendeu ao longo do seu percurso académico, consegue construir um robot simples,

mas funcional.

Mas nem tudo correu na perfeição. Ao longo da construção do robot e devido à

inexperiência dos membros do grupo, ocorreram alguns acidentes como a fusão do

plástico em dois suportes de pilhas. Também foram cometidos alguns deslizes na

planificação que depois vieram a ser reformulados (sempre antes da construção

propriamente dita), mas que provocaram alguns atrasos ou custos desnecessários

(como é o caso da aquisição de um regulador que acabou por não ser usado devido à

utilização de duas fontes de alimentação em separado). Estes erros foram alvo de

reflexão, mesmo apesar de não terem sido “catastróficos” para o projecto.

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4.2. Blog

O blog do grupo contém vários artigos redigidos por todos os membros do grupo,

sendo que alguns desses artigos enquadram-se nas seguintes categorias: “O nosso

projecto”, “Notícias”, “Curiosidades” e “Sobre nós”. Também foi mantida uma votação

em cada mês.

No total, foram publicadas no blog do grupo “Projecto AREA” um total de 20

entradas, mais 5 votações mensais, o que dá uma média de uma entrada a cada 10

dias durante o tempo de aulas (entre a primeira entrada a 20/10/2010 e a última a

17/05/2011).

Desde a criação até ao momento, o blog conta com um total de 4607 visitantes e

quanto às votações mensais foi verificado um total de 21 votos desde a votação de

Janeiro até à de Maio, numa média de 4 votos por votação mensal.

A partir do 2º período, o grupo notou um maior número de visitantes, isto devido ao

facto de o grupo ter melhorado o aspecto e organização do blog, tornando-o desta

forma mais interactivo, com a adição de mais tópicos e com uma divulgação de artigos

em intervalos de tempo constantes.

O grupo também participou nos blogs dos restantes grupos que estão a

desenvolver outros projectos na disciplina de Área de Projecto, fazendo comentários

nos respectivos artigos.

Em baixo, são apresentados os resultados das votações publicadas no blog pelo grupo:

Mês de Janeiro

1º O que achas do blog?

i. Agradável e simples ………………………….………….…….….1 voto

ii. Razoável……….……………………….…….…...….………….0 votosiii. Pouco apelativo……………………………….……………...…2 votosiv. Podia estar melhor………………………………………….……1 voto

Mês de Fevereiro

2º Que tipo de experiência tens com robots?

i. Considero-me um expert……………………………….…....…0 votosii. Muita…………………………………………………………..….0 votos

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iii. Pouca.………………………...…………………………………3 votosiv. Nenhuma……………………...………………………….….….2 votos

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Mês de Março

3º Achas que os robots vão dominar o mundo?

i. Talvez…………………………………………………………….1 votoii. Não, só nos cinemas…………………………..……….……..3 votosiii. Sim, temos de lhes tirar a tomada……………………………1 voto

Mês de Abril

4º Qual é o nome dos dois primeiros robots enviados para Marte?

i. Rosie e Data…………………………………………………..0 votosii. Bender e Optimus……………..…………………………….…1 votoiii. Spirit e Opportunity………..…..………………….…..….…..3 votosiv. C-3PO E R2D2………………..….……………………….….0 votos

Mês de Maio

5º Acreditas que a nanorobótica será realidade num futuro próximo?

i. Não, impossível…………...………………………………….…0 votosii. Talvez……………………………………………………………..1 votoiii. Sim………………………………….………………………..….2 votosiv. Uh? Nano quê?....................................................................0 votos

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4.3. Palestra

A palestra que foi proferida pelo professor Fernando Ribeiro, professor na

Universidade do Minho, realizada no dia 10 de Fevereiro superou as nossas

expectativas.

O professor captou a atenção dos alunos com uma forma muito natural e

espontânea e ao mesmo tempo através da sua simpatia conseguiu que os alunos não

tivessem receio de intervir. Todos os vídeos que o professor apresentou tinham sempre

algo de interessante e diferente. Os alunos

ficaram espantados com o facto de os robots

conseguirem executar as tarefas para os

quais estavam programados. Essas tarefas

consistiam, por exemplo, em direccionar e em

seguida rematar uma bola para locais

predestinados de uma baliza a diferentes

distâncias, a defesa de um remate e até

mesmo a concretização de um remate em

“chapéu”. Além dos robots “futebolistas”, o professor Ribeiro também apresentou

vídeos de robots mais “sérios” que trabalhavam, por exemplo, no resgate em situações

de catástrofe, na recolha de bolas de golfe nos campos e cadeiras de rodas

omnidireccionais. De um modo geral, todos os presentes acharam esta 1ª fase da

palestra muito interessante.

Na 2ª parte da palestra, o professor fez uma demonstração com 3 robots que

trouxe consigo, o que permitiu aos alunos,

assim como às professoras, terem um contacto

mais próximo com a robótica. A plateia achou

surpreendente a facilidade com que era

possível interagir com os robots. Um dos

robots, da LEGO, tinha como tarefa desviar-se

dos obstáculos. Sempre que alguma coisa era

detectada nos seus sensores, o robot estava

programado para se desviar, ou para a

esquerda ou para a direita. Um robot dançarino actuou com um número artístico. Para

Ano 2010/2011 60

Figura 37 - Primeira parte da palestra

Figura 38 - Segunda parte da palestra


finalizar, o AIBO, da Sony, foi o preferido dos alunos, devido à empatia que conseguiu

criar com a assistência e também pelo facto de agir realisticamente como um cão.

Após o grupo ter abordado os alunos sobre a sua opinião em relação à palestra,

estes disseram que tinha sido muito interessante e bem apresentada.

Ano 2010/2011 61


4.4. Semana da Ciência

Para a apresentação do ZéBOT, o grupo preparou um PowerPoint como forma de

iniciar a apresentação, transmitindo ao mesmo tempo alguns conceitos básicos acerca

da robótica. Em seguida, passou-se ao

funcionamento do ZéBOT propriamente dito.

Durante os três dias da Semana da

Ciência, o robot executou a tarefa para o

qual estava programado, na grande maioria

das vezes. Em cada demonstração, o robot

era ligado à alimentação, em seguida era

calibrado e finalmente colocado no circuito.

Raras vezes, alguns fios entraram em mau

contacto e o robot não se ligou

convenientemente, o que provocou algum atraso na apresentação e naturalmente

embaraço aos membros do grupo. Numa ocasião, as pilhas dos motores ficaram

descarregadas e o grupo de alunos que estava a assistir à apresentação não

conseguiu ver o robot em funcionamento (a situação foi normalizada de seguida). Mas

de um modo geral e tendo em conta a afluência à Semana da Ciência, na ordem das

centenas de pessoas, o desempenho do robot ao longo dos 3 dias foi muito bom.

O grupo aproveitou a Semana da Ciência para realizar uma votação para o nome

do robot. Após cada apresentação e finalizada a demonstração, era proposto aos

alunos que escolhessem um nome de uma lista de seis nomes, escolhidos por nós

depois de um pequeno brainstorm. Os nomes que o nosso grupo propôs para as

votações foram os seguintes: AreaBOT (54 votos), James (56 votos), Millennium

Falcon (43 votos), Nexus SL (60 votos), Papa-linhas (85 votos) e ZéBOT (227 votos).

Como se pode verificar, o nome ZéBOT foi o mais votado durante a Semana da

Ciência. Ao todo foram contabilizados 525 votos. Os resultados encontram-se

apresentados no gráfico da página seguinte:

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Figura 39 - O robot em funcionamentodurante a Semana da Ciência


De um modo geral, os alunos demonstraram curiosidade pelo modo como o robot

funcionava, tendo a demonstração sido o momento preferido dos alunos, durante a

qual estes exprimiram grande satisfação em ver o robot completar o circuito seguindo a

linha preta, algumas vezes contra a própria expectativa dos alunos.

A grande maioria das pessoas que passaram pela semana da ciência acharam a

apresentação muito interessante, assim como extraordinário o facto de 5 alunos do 12º

ano terem conseguido construir um robot apenas com o auxílio da Internet e dos

conhecimentos adquiridos pelos mesmos.

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Gráfico 2 - Resultados da votação de escolha do nome do robot


V. Conclusões e Considerações Finais

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5.1. Reflexões em relação ao Robot

O robot conseguiu cumprir os objectivos traçados no início do ano.

Apresentando-se como um robot relativamente simples no meio da comunidade

robótica, a sua planificação, construção e demonstração constituiu uma actividade

desafiante e gratificante para os membros do grupo, que lhes permitiu aplicar

conhecimentos aprendidos ao longo dos últimos anos de escolaridade de uma forma

muito completa e até extensa em algumas matérias.

O facto de termos partido de metas relativamente baixas inicialmente e termos

subido lentamente a fasquia do projecto revelou-se uma escolha acertada porque nos

permitiu trabalhar sempre sobre alicerces sólidos e cada novo avanço foi uma pequena

vitória que nos motivou ainda mais para os passos seguintes.

Tendo a perfeita consciência dos erros referidos na secção 4.1 e do seu impacto

(ainda que minimizado) na construção do robot, o grupo soube aprender com eles e

não há dúvidas que em futuros projectos na área da robótica mas também em qualquer

engenharia, os membros do projectoAREA terão maior destreza mental e prática nos

mais variados desafios. Saber adaptar sucessivamente as estratégias empregues ao

longo do projecto em função dos imprevistos e obstáculos que se perspectivaram, foi

também outra competência que adquirimos e que se tornou em mais um aspecto

positivo para a nossa aprendizagem.

No final do projecto, acabou por ficar algum espaço de manobra para corrigir e

melhorar um pouco mais o robot, através da aquisição de novo material (como um

interruptor próprio para a breadboard) ou através do reforço da robustez do robot (ao

nível da estrutura, das ligações eléctricas ou mesmo da construção de uma cobertura

para o robot). O grupo poderia inclusive ter desenvolvido um novo código de

seguimento de linhas no robot como é o caso do controlo PID, mas sobretudo devido a

limitações de tempo, acabou por não ser implementado no robot para a Semana da

Ciência. Hipoteticamente, o suporte do robot e grande parte dos seus componentes

poderiam ainda ser aproveitados na reconversão do robot para a tarefa de desvio de

obstáculos (com um novo sensor apropriado, obviamente).

Ano 2010/2011 65


5.2. Reflexões em relação ao blog

Depois da chamada de atenção sobre a frequência de actualização do blog e ainda

por cima, tendo em conta quantidade de material que o grupo dispunha para partilhar,

como fruto da sua investigação, a renovação levada a cabo pelos membros do grupo

no início do 2º período superou as expectativas que tínhamos traçado.

Desenvolver um novo layout para o blog revelou-se um desafio agradável, que nos

levou a aprender mais competências sobre Internet e comunicação. A escrita de novos

conteúdos de uma forma diversificada e informal foi também mais um factor de

motivação. Todos os membros do grupo sem excepção deram o seu contributo para

tornar a robótica um tema um pouco mais presente no dia-a-dia dos alunos.

Esta renovação de conteúdos e visual aliada a uma maior divulgação no Facebook

fez com que o número de visitantes aumentasse consideravelmente para 4517 (até à

data). Como tal, concluímos que o nosso blog foi mais um produto de sucesso, em que

as nossas expectativas foram largamente ultrapassadas e adquirimos competências

práticas bastante úteis numa sociedade tecnológica.

Como aspectos menos positivos, podemos salientar o cuidado que tivemos com o

blog no primeiro período e o facto do factor tempo não nos ter permitido lá colocar

todos os artigos que planeámos no início, nomeadamente no “diário do nosso projecto”.

Ano 2010/2011 66

ana, 03-06-2011,

actualizar


5.3. Reflexões em relação à palestra

A palestra foi para o grupo um momento alto de todo o projecto. Mas foi uma

componente que teve tanta importância desde o primeiro instante em que decidimos

realizar a palestra até ao instante em que nos despedimos do professor Ribeiro à porta

da nossa escola.

Toda a fase de preparação e organização de uma palestra foi uma situação nova

para nós, em que tivemos de contactar formalmente com professores universitários,

expor a nossa ideia e depois tratar de toda a logística necessária para que o evento se

pudesse concretizar. A esse nível, foi uma experiência que nos trouxe mais maturidade

e responsabilidade, apesar de ser uma vertente completamente nova para nós.

Em relação à palestra em si, o balanço que fazemos é extremamente positivo,

porque foi uma aula completamente diferente para os alunos, com um ambiente

bastante informal e descontraído, mas onde se aprenderam coisas novas,

interessantes e com grande potencial no nosso dia-a-dia. A demonstração dos robots

também contribuiu para cativar toda a audiência, pelo que achamos que toda gente

saiu da sala de aula naquele dia com uma boa imagem dos robots e da robótica em

geral.

Sem dúvida que a realização da palestra foi uma mais-valia para o nosso projecto e

que as competências que desenvolvemos na sua organização nos vão ser muito úteis

no nosso futuro académico e profissional.

Ano 2010/2011 67


5.4. Reflexões sobre a Semana da Ciência

A Semana da Ciência foi o derradeiro teste para o nosso projecto e é com muita

satisfação que concluímos que foi um sucesso.

Sendo desde o início do ano o momento de “todas as decisões” (porque o robot

tinha de estar funcional para a sua demonstração), a Semana da Ciência foi um

objectivo para o qual trabalhámos com muito afinco, várias vezes em contra-relógio.

Conseguimos ter o ZéBOT pronto a tempo, a seguir a linha correctamente e de uma

forma convincente.

A preparação da Semana da Ciência também foi outra experiência nova porque

nunca tínhamos contactado com tantas pessoas ao mesmo tempo e a expor algum

trabalho nosso. Consideramos que o espaço que montamos em torno da nossa

apresentação foi um espaço atractivo, apesar de poder ser um pouco mais apelativo ao

nível das cores. Conseguimos desdobrar-nos de forma a apresentar o projecto a vários

grupos de alunos ao mesmo tempo e tentámos manter um fluxo elevado de alunos a

passarem pela nossa “zona”, sem perderem muito tempo, de forma a conseguirem ver

toda a exposição da Semana da Ciência. Tirando uma ou outra situação pontual,

principalmente no 1º dia, as apresentações foram relativamente céleres.

Desenvolvemos, e muito, as chamadas soft skills, ou seja, as competências

comunicacionais, de à vontade, expressividade, trabalho de equipa e relações

interpessoais. O facto de termos de adaptar o nosso discurso em função da audiência

revelou-se um exercício complexo mas interessante. Por consequência, tentar fazer

passar conhecimentos de robótica a todo o tipo de pessoas desde crianças de 3 anos

até adultos, foi uma tarefa que exigiu muita dedicação nossa. Felizmente, ficou tudo

mais fácil pelo facto de gostarmos de robótica e do que estávamos a fazer bem como

por estarmos dentro do projecto (já que fomos nós que construímos o robot!).

A impressão que nós temos enquanto grupo é que demos um contributo

importante, tal como todos os outros projectos, para que a Semana da Ciência fosse

um evento de sucesso.

Ano 2010/2011 68


5.5. Considerações dos membros

Diogo Sousa:

Desde muito cedo, mesmo antes das aulas terem inicio, já eu pensava que projecto

é que devia desenvolver na disciplina de Área de Projecto. Foi difícil escolher um tema.

No entanto quando foi falada a possibilidade de desenvolver um projecto no ramo da

robótica, achei que seria algo de diferente e novo para mim. Novo, no sentido de poder

ter oportunidade de conhecer o que esta por trás desta ciência.

Inicialmente tive receio de que não pudéssemos concretizar aquilo a que nos

propusemos. Mas o facto de sermos responsáveis pelo projectoAREA obrigou a que os

nossos níveis de confiança fossem os melhores. Pessoalmente tive de organizar bem o

meu tempo, para ter possibilidade de conciliar o projecto, com a minha vida pessoal.

Porque apenas dois blocos de 90 minutos por semana não dariam certamente para

chegar onde chegamos.

Estou muito feliz por todos juntos termos conseguido concretizar os objectivos

iniciais. Este projecto fez-me crescer, fez-me ver que tudo é possível, porque há

sempre alguém que nos ajuda quando não vemos solução para determinados

problemas. E principalmente, ensinou-me a ser solidário com as outras pessoas,

porque eu hoje posso precisar de ajuda e amanhã alguém pode precisar da minha.

Foi um ano longo, que agora chegou ao fim. Na verdade nem o senti a passar. Foi

um orgulho fazer parte desta equipa. E estou certo que tudo aquilo que aprendi e vivi

vai ser uma mais-valia para o futuro.

Manuel Martins:

As expectativas que eu tinha para a disciplina de Área de Projecto eram bastante

elevadas, porque sabia que ia ter uma grande liberdade mas também responsabilidade

em participar num projecto desde o início até ao fim. Ter escolhido a robótica como

tema, revelou-se uma decisão acertada na medida em que pudemos aplicar na prática

muitas das coisas que tínhamos aprendido e ainda outras que pesquisámos.

O grupo foi magnífico porque só com a disponibilidade constante e o apoio mútuo

entre todos é que foi possível realizar este projecto. O tempo que dispúnhamos nas

aulas não era suficiente para concretizar todas as nossas ideias e senti em algumas

Ano 2010/2011 69


alturas que o nosso esforço acabou por ser como um “iceberg”, em que apenas uma

parte ficou à vista de todos.

Ainda assim, o desafio foi enorme e o facto de chegarmos ao fim com os objectivos

cumpridos dá-me a maior sensação de gratificação possível. Isso, e cansaço também.

Mas todas as horas, dias e semanas em que eu e os meus colegas estivemos

“mergulhados” no mundo da robótica valeram completamente a pena. O projectoAREA

foi, sem dúvida, o trabalho mais importante em que me envolvi no 12º ano e julgo que

as competências que adquiri serão decisivas na Universidade e no mercado de

trabalho.

Marco Afonso:

A minha escolha no início do ano recaiu sobre o tema da Robótica, devido ao facto

de esta área intersectar vários temas de interesse, tanto académico como, de certo

modo, profissional, temas esses que eram opções a considerar como escolhas em

termos de futuro académico. Também se deve um pouco ao facto de este projecto

consistir um pouco em “pôr as mãos na massa”, o que também me atrai, de certo

modo, em termos de perspectivas profissionais, mas que se torna mais didáctico do

que um projecto puramente teórico.

No decorrer deste projecto, especialmente durante a fase de investigação e

posterior construção do protótipo, que durou desde o fim do 1º período até ao 2º

período, a pesquisa de componentes, métodos e outras informações acerca da robótica

foi bastante interessante. Isto deveu-se á componente prática, que está sempre

presente neste projecto, mesmo quando fazemos pesquisa, mas também á

componente teórica presente na investigação, em que apliquei conhecimentos de

outras disciplinas. Esta aplicação dos conhecimentos que fomos aprendendo ao longo

do ano lectivo, principalmente em Física e Química, tornou-se bastante divertida,

devido á evolução dos meus conhecimentos acerca de assuntos relacionados com o

projecto e que não conseguia obter na Internet, enquanto pesquisava para a disciplina

de Área de Projecto, mas que foram adquiridos durante as aulas de outras disciplinas.

Mais interessante ainda foi a construção do robot, pois apliquei conhecimentos

que adquiri ao longo do ano lectivo, e até mesmo alguns conhecimentos relativamente

antigos, que contribuíram positivamente para o desenvolvimento do projecto. A troca de

conhecimentos com outros membros do grupo acerca de várias áreas com que

Ano 2010/2011 70


entramos em contacto durante a realização do projecto também tornou esta

experiência algo a recordar, e um ponto de referência para escolhas futuras.

Ano 2010/2011 71


Marlene Castro:

Visto Área de Projecto não se tratar de uma nova disciplina, posso afirmar que

este ano me surpreendeu bastante pois exigiu muito mais de nós, nomeadamente a fim

de conseguirmos superar os nossos próprios objectivos, não como apenas alunos, mas

como futuros profissionais. Passei a ver nesta disciplina uma óptima oportunidade de

estimular as minhas capacidades pois fez-me então sentir mais autónoma assim como

me permitiu que aperfeiçoasse o modo de enfrentar uma questão e os vários caminhos

a seguir na sua resolução.

Devido à diversidade da Robótica, esta seria para mim um possível tema que

gostaria de vir a desenvolver na disciplina Área de Projecto, e que, se tornaria ao

mesmo tempo, num novo desafio. Sinto agora que a minha aposta neste tema não foi,

de maneira nenhuma, em vão, pois permitiu-me ampliar os meus conhecimentos nesta

área.

Todos os elementos do grupo tiveram a sua contribuição e demonstraram dentro

e fora da sala de aula, empenho e dedicação, para um projecto que a todos

interessava. Um dos aspectos mais positivos que considero indispensável destacar é o

importante papel que o planeamento teve no desenrolar do projecto, permitindo uma

melhor organização de actividades e sua distribuição por todos os elementos do grupo.

É também importante de realçar, que a motivação de todos os elementos de grupo foi

um factor fundamental para o desenvolvimento do projecto, pois só assim se conseguiu

um ambiente propício à sua concretização. Os objectivos que, no início do ano,

definimos para o projecto foram todos atingidos, o que nos deixa extremamente

satisfeitos.

Com um projecto que se revelou bastante interessante e divertido, todo o

trabalho desenvolvido até ao momento tem-se mostrado bastante significativo e é com

uma enorme alegria e satisfação que digo ter feito parte deste grupo e deste projecto.

Sérgio Castro:

No presente ano lectivo, a disciplina de Área de Projecto ficou marcada

predominantemente pela aprendizagem de técnicas e metodologias de trabalho de uma

forma muito mais exigente. Decorridos oito meses desde o início do nosso projecto,

posso afirmar que todas as actividades em que me envolvi permitiram alargar as

minhas capacidades em geral.

Ano 2010/2011 72


De entre os temas à escolha no início deste ano lectivo, o tema “robótica” foi o que

mais me captou a atenção por ser um tema muito abrangente e igualmente

interessante. Daí resultou um projecto estimulante, onde pude enriquecer os meus

conhecimentos na área da Robótica e portanto tenho a certeza que a escolha do tema

foi uma decisão acertada.

Penso que a dinâmica do grupo foi muito satisfatória. As reuniões do grupo foram

regulares e, à medida que o projecto avançava, fomos aperfeiçoando a maneira como

trabalhamos juntos. Por vezes, o desenvolvimento das actividades que tínhamos

idealizado revelou-se uma tarefa difícil, uma vez que surgiram impedimentos à

realização das mesmas. Contudo, a força de vontade e esforço mostraram-se

conceitos chave que permitiram levar este projecto adiante.

Como se pode constatar, o grupo conseguiu alcançar as metas desejadas, fazendo

com que o balanço no final do projecto seja bastante positivo. Tenho um enorme

orgulho em ter feito parte deste grupo e ter participado no projectoAREA.

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5.6. Conclusão final

Após um longo e atarefado ano lectivo, damos por concluído o projecto

“projectoAREA”.

É claro que, em muitas alturas, se fosse possível podermos recuar no tempo,

muitas coisas teriam sido diferentes, mas também temos consciência de que são os

erros que permitem o progresso.

A construção do robot, que desde o início foi o principal produto final do nosso

projecto, ficou portanto concretizada, sendo o robot apresentado depois à comunidade

escolar na Semana da Ciência. Foi muito gratificante a recepção dos alunos e pais

nessa semana pois foi possível verificarmos o interesse e entusiasmo em torno da

demonstração do robot que sempre captou as atenções, mesmo ainda aquando da

apresentação de conteúdos básicos sobre robótica.

Cumpridos os objectivos acordados e traçados no início do ano lectivo, é de

notar que durante o desenvolvimento do nosso projecto obtivemos o apoio constante

da nossa professora que, sempre que necessário, nos foi orientando, bem como de

familiares que nos incentivaram e ajudaram com tarefas que à partida nos pareciam

impossíveis mas no fim revelaram-se “apenas” complicadas.

Depois de todo o caminho percorrido neste projecto ao longo do corrente ano

lectivo, achamos imperativo sublinhar que a disciplina de Área de Projecto mostrou-se

de facto, para todos nós como grupo, ser uma disciplina muito mais produtiva do que

tínhamos inicialmente em mente e, por consequência, uma preparação sólida, prática e

relevante para o nosso futuro académico e profissional.

Ano 2010/2011 74


Referências Bibliográficas

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Ano 2010/2011 75

Manos, 03-06-2011,

No final, acertar os espaçamentos


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Ano 2010/2011 77


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http://www.inpharmix.com/jps/PID_Controller_For_Lego_Mindstorms_Robots.html.

37. Webbot. http://www.societyofrobots.com/member_tutorials/node/229. Society of

Robots. [Online] 30 de Novembro de 2008. [Citação: 25 de Maio de 2011.]

http://www.societyofrobots.com/member_tutorials/node/229.

38. Dreams, Robots. Youtube - MINIROBOTICA 2006. [Vídeo (acessível em

http://www.youtube.com/watch?v=-qqBPEvEDoA)] México : s.n., 2006.

39. Pololu Corporation. Pololu - 2. What You Will Need. Pololu Robotics and

Electronics. [Online] 2011. [Citação: 14 de Maio de 2011.]


40. FingerTech Robotics. Fingertech Mecanum Wheels. Ley's Make Robots! [Online]

20 de Agosto de 2009. [Citação: 19 de Maio de 2011.]

http://letsmakerobots.com/node/10282.

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[Online] 29 de Janeiro de 2009. [Citação: 12 de Dezembro de 2010.]

http://lab.guilhermemartins.net/2009/01/29/l293d-custom-motor-driver/.

Ano 2010/2011 78


Anexos

Anexo 1 - Logótipos do projecto

1ª versão - Novembro

2ª versão - Março

Ano 2010/2011 79


Anexo 2 - Os gear ratio possíveis dos motores

Ano 2010/2011 80


Anexo 3 - Factura da Loja Pololu (acessível em

http://www.pololu.com)

Anexo 4 - Factura da Loja LusoRobótica (acessível em

http://www.loja.lusorobotica.com)

Ano 2010/2011 81

http://www.loja.lusorobotica.com/



Anexo 5 - Código Integral do Robot

#include <PololuQTRSensors.h> //inclui a library da Pololu

PololuQTRSensorsRC qtr((unsigned char[]) 14,15,16,17,18,19, 6);

// ————————————————————————— Motorsint motor_left[] = 3, 9;int motor_right[] = 5, 6;

void setup() Serial.begin(9600); pinMode(13, OUTPUT); digitalWrite(13, HIGH); //o LED 13 fica ligado durante int i; // a calibração para indicar for (i = 0; i < 250; i++) qtr.calibrate(); //faz 250 calibrações durante 5 s delay(20); // passar o cartao de calibração neste momento digitalWrite(13, LOW); // Setup motors int j; for (j = 0; j < 2; j++) pinMode(motor_left[j], OUTPUT); pinMode(motor_right[j], OUTPUT); delay(1000); //dá um segundo para não começar logo a andar // depois da calibração

void loop() unsigned int sensors[6]; int position = qtr.readLine(sensors); // position varia entre 0 e 5000 int error = position - 2500; //o erro varia entre -2500 e 2500 if (sensors[0] > 750 && sensors[1] > 750 && sensors[2] > 750 && sensors[3] > 750 && sensors[4] > 750 && sensors[5] > 750) // tudo escuro => parar // nao anda se levantar do chão nem sobre a linha preta transversal motor_stop();

Ano 2010/2011 82


if (sensors[0] > 200 && sensors[1] > 200 && sensors[2] > 200 && sensors[3] > 200 && sensors[4] > 200 && sensors[5] > 200) // tudo branco => parar // em princípio, não anda se se afastar muito da linha motor_stop();

else if (error < -500) //linha à direita => roda à direita turn_right(); else if (error > 500) // linha à esquerda => roda à esquerda turn_left(); else // linha ao centro => anda para a frente drive_forward(); delay(100);

// ————————————————————————— Funções de movimento

void motor_stop()digitalWrite(motor_left[0], LOW);digitalWrite(motor_left[1], LOW);

digitalWrite(motor_right[0], LOW);digitalWrite(motor_right[1], LOW);delay(25);

void drive_forward()analogWrite(motor_left[0], 150); // PWMdigitalWrite(motor_left[1], LOW);

analogWrite(motor_right[0], 150);digitalWrite(motor_right[1], LOW);

Ano 2010/2011 83


void drive_backward() // está aqui just in case visto que não é usadadigitalWrite(motor_left[0], LOW);digitalWrite(motor_left[1], HIGH);

digitalWrite(motor_right[0], LOW);digitalWrite(motor_right[1], HIGH);

void turn_left()digitalWrite(motor_left[0], LOW);analogWrite(motor_left[1], 150);

analogWrite(motor_right[0], 150);digitalWrite(motor_right[1], LOW);

void turn_right()analogWrite(motor_left[0], 150);digitalWrite(motor_left[1], LOW);

digitalWrite(motor_right[0], LOW);analogWrite(motor_right[1], 150);

Ano 2010/2011 84


Anexo 6 - Orçamento do projecto

Ano 2010/2011 85

Manos, 04-06-2011,

actualizar


Anexo 7 - Cartas aos Patrocinadores (1ª versão)

Exmo(a). Senhor(a) Gerente

Somos um grupo de 6 alunos, do 12ºB, da Escola E.B. 2,3 /S de Monte da Ola e,

durante este ano lectivo, no âmbito da disciplina de Área de Projecto iremos desenvolver um

projecto na área da Robótica, denominado projectoAREA: “Automação e Robótica

Experimental Aplicada”. Este projecto tem como principal objectivo aprofundar os

conhecimentos sobre esta área que conjuga diversas ciências e tem um grande potencial

económico e social, apesar de ser pouco abordado nas escolas. Para isso, além de divulgar

este tema na comunidade escolar e local, temos intenção de construir um robô simples, em que

possamos aplicar os conhecimentos que aprendemos. Acreditamos que as competências

práticas são tão importantes como a teoria, principalmente tendo em vista o Ensino Superior e

o mercado de trabalho.

Sabemos que o futuro da nossa sociedade passa pela tecnologia e as grandes

empresas da nossa região não são indiferentes a isto. Como tal, estamos muito interessados

em associar a [nome da Empresa] ao nosso projecto, tendo em conta que necessitamos de

fundos monetários para cumprirmos os objectivos a que nos propusemos. Esses fundos

destinar-se-ão a permitir a aquisição do material necessário (componentes electrónicos,

essencialmente), bem como suportar outras despesas. O custo previsto do nosso projecto

poderá chegar aos 150 €, por isso, toda a ajuda é bem-vinda.

O nosso projecto de robô será realizado por fases de crescente complexidade e, uma

vez que somos iniciantes, vamos começar por construir um “segue-linhas”. O sucesso desta

fase poderá despoletar novos avanços (concretamente, o movimento sem auxílio de linhas) e

assim sucessivamente, mediante as nossas condições financeiras, visto que a aquisição de

novos componentes acarreta mais custos.

Agradecemos, desde já, a Vossa Exª o contacto e desejamos-lhe um bom Natal,

aguardando resposta, a fim de se acertarem os possíveis detalhes.

Telemóvel da professora responsável: 96 617 49 85

Telemóvel do porta-voz do grupo: 96 408 60 67

Correio Electrónico: [email protected]

Atenciosamente,

projectoAREA

Diogo Sousa Marco Afonso

José Neves Marlene Castro

Manuel Martins Sérgio Castro

Ano 2010/2011 86


Anexo 8 - Patrocinadores

Ano 2010/2011 87


Anexo 9 - Cartaz da venda da guitarra na escola

Ano 2010/2011 88


Anexo 10 - Autorização da realização da palestra na escola

Exmo. Sr. Director, Viana do Castelo, 17 de Janeiro de 2011

Somos o grupo “projectoAREA” da disciplina de Área de Projecto da turma 12º B

desta escola, constituído pelos alunos Diogo Sousa nº 4, Manuel Martins nº 7, Marco

Afonso nº 8, Marlene Castro nº 9 e Sérgio Castro nº 11. O nosso grupo está a

desenvolver um projecto de divulgação e experimentação na área da Robótica, que

consiste na construção de um pequeno robot bem como na abordagem deste tema na

comunidade escolar.

Vimos, por esse motivo, solicitar a vossa excelência autorização para realizar

uma palestra com data prevista para o dia 10 de Fevereiro do corrente ano, sendo uma

quinta-feira de tarde entre as 15:10h e as 16:40h na sala C2, direccionada para as

turmas do 12.º ano e durante a aula de Área de Projecto de ambas. A mesma será

conduzida pelo Prof. António Fernando Ribeiro da Universidade do Minho, que é o

docente convidado pelo grupo à nossa escola. O tema da palestra será “Robótica

Móvel”.

Com os nossos melhores cumprimentos e aguardando resposta,

projectoAREA

Diogo Sousa

Manuel Martins

Marco Afonso

Marlene Castro

Sérgio Castro

Ano 2010/2011 89


Anexo 11 - Notícia do jornal da escola sobre a palestra

"ROBÓTICA MÓVEL" - PROF. FERNANDO RIBEIRO 10/02/2011

No passado dia 10 de Fevereiro de 2011, Fernando Ribeiro, professor da

Universidade do Minho, veio à nossa escola realizar uma palestra com o tema

"Robótica Móvel" para as duas turmas do 12º ano.

O professor conseguiu captar a atenção dos alunos com a apresentação de

vários vídeos de robots em competições

internacionais bem como os próprios robots

desenvolvidos na Universidade do Minho a

cumprirem com sucesso as mais variadas

tarefas como jogar futebol ou auxiliar pessoas

com deficiência.

No geral, a palestra surpreendeu os

alunos, ao mostrar que a Robótica pode ser

tão divertida como fascinante e quem sabe,

talvez uma possível saída profissional para os

alunos.

Na segunda parte da palestra, o professor Fernando Ribeiro passou à

demonstração dos robots que trouxe. Dos três robots, o famoso AIBO apaixonou os

alunos da plateia.

O sucesso desta palestra abre portas à realização de futuras sessões ou até

visitas ao Laboratório de Robótica da Universidade do Minho.

Visita o nosso blog para saberes mais: http://projecto-area.blogspot.com/

projectoAREA

Ano 2010/2011 90

http://projecto-area.blogspot.com/


Anexo 12 – Artigo publicado no jornal da escola sobre Robótica

Um passeio pelo mundo da Robótica

pelo projectoAREA

Caro leitor, a palavra “robótica” poderá não lhe ser estranha, ainda que não esteja muito

familiarizado com ela no seu quotidiano. Antes de mais, proponho-lhe um pequeno desafio: o que

distingue o Exterminador Implacável (a célebre personagem de Arnold Schwarzenegger) de um simples

frigorífico? Apenas um destes é um robot, mas talvez o leitor fique surpreendido se lhe dissermos que o

robot é o segundo. É verdade: um frigorífico é um robot por definição. Já o Exterminador Implacável, se

existisse, seria um ciborgue (ser humano com partes mecânicas).

Um robot é uma máquina que consegue resolver um problema para a qual foi programado. A

palavra-chave que é usada para caracterizar um robot é a autonomia. Um robot tem uma parte

sensorial, semelhante aos nossos “5 sentidos”, que lhe permite aperceber-se de como se altera o

mundo à sua volta, para depois decidir como vai interagir com o meio. Ou seja, um robot não se limita a

realizar uma série de acções pré-definidas, ele é capaz de mudar a sua forma de agir consoante as

informações que capta. Um frigorífico é então um robot porque consegue medir a temperatura no seu

interior e adapta o seu funcionamento para manter aquela temperatura constante, quando esta é

alterada (ao abrir a porta do frigorífico por exemplo).

Se o leitor visitou a “Semana da Ciência” na nossa escola durante o mês de Abril e teve oportunidade

de ver o nosso robot em acção, facilmente concordará com o parágrafo anterior. O ZéBOT (assim ficou

conhecido) é um robot porque utiliza sensores de luminosidade para seguir a linha preta. Se fosse 100%

controlado por um ser humano, seria um carrinho telecomandado. E podemos garantir que não havia

ninguém escondido por baixo da mesa a controlar o robot para ele seguir a linha.

A robótica é das poucas áreas tecnológicas que conseguem juntar várias ciências num só objectivo.

Para criar robots, é preciso um pouco de Engenharia, um pouco de Electrónica, um pouco de Mecânica,

um pouco de Programação, um pouco de Matemática, até um pouco de Psicologia, veja-se lá. Por esse

motivo, é uma área que reúne cada vez mais investigadores de vários ramos. Com toda a expansão que

se tem vindo a verificar no meio académico, não é de espantar que daqui a uns anos, todas pessoas

tenham um robot em casa.

Mas isso leva-nos a algumas preocupações que surgem associadas à robótica, nomeadamente

quanto ao desenvolvimento de Inteligência Artificial e quanto à substituição de mão-de-obra humana.

Alguns “robô-cépticos” temem que o crescimento exponencial da inteligência dos robots leve a um

desfecho catastrófico para a população humana (ao estilo dos “blockbusters” de ficção científica como o

filme “Eu, robot”). Primeiro, este cenário está ainda a uns bons anos de distância. Os robots mais

avançados conseguem apenas distinguir cores e reconhecer palavras, isto se essas cores ou palavras lhes

Ano 2010/2011 91


tiverem sido ensinadas previamente. Um robot não consegue perceber que cor é o “azul” se nenhum

ser humano lhe disser o que é “azul”. Na prática, os robots ainda não estão dotados de inteligência

própria. A única coisa que eles fazem é imitar inteligência, ou seja, dar a entender que tomam decisões

autonomamente, mas apenas o fazem porque foram programados. Se um robot não estiver

programado para seguir uma linha, ele não a vai seguir instintivamente. E depois, como disse o

professor Fernando Ribeiro, quando visitou a nossa escola no mês de Fevereiro, “os robots não

oferecem perigo nenhum. Basta tirar-lhes a tomada”. Hoje em dia, os robots ainda estão muito

dependentes do ser humano para conseguirem funcionar. Por isso, não oferecem grande perigo.

Agora, em relação ao aumento do desemprego por substituição de mão-de-obra humana, esta é uma

questão delicada que merece uma reflexão séria, mas gostávamos de ilustrar a nossa ideia com alguns

factos.

Ao contrário do que se possa pensar, a substituição de seres humanos por robots no mercado de

trabalho teve um impacto positivo na economia, na sociedade e até ao nível do desemprego. O número

de empregos criados na área da robótica foi bastante elevado, isto é, houve um aumento no número de

engenheiros, técnicos e outros cargos de formação superior.

Hoje em dia, os robots apenas substituem a mão-de-obra humana nas tarefas mais repetitivas ou

perigosas, como o trabalho em fábricas ou em operadores de telefone, por exemplo. Isto significa que,

de facto, as pessoas ficaram libertas de trabalhos mais fastidiosos para se dedicarem a outras tarefas ou

até ao lazer (o número de horas de trabalho semanais tem vindo a diminuir ao longo dos anos). Ou seja,

ao substituir os seres humanos nos trabalhos mais pesados, a automação da mão-de-obra tem vindo a

promover um maior grau de formação em geral, para que a população estudante possa sair melhor

preparada para lidar com os novos desafios tecnológicos da actualidade, como é o caso de supervisionar

a actividade dos robots (em vez de trabalhar por eles).

Como disse Niels Bohr, “fazer previsões é bastante difícil, especialmente se for do futuro”, mas não

temos grandes dúvidas que os robots vieram para ficar e vão ser cada vez mais úteis no nosso dia-a-dia.

Diogo Sousa 12ºBManuel Martins 12ºB

Marco Afonso 12ºBMarlene Castro 12ºB

Sérgio Castro 12ºB

Ano 2010/2011 92


Anexo 13 - Cartaz específico do grupo (Semana da Ciência)

Anexo 14 - Cartaz geral do grupo (Semana da Ciência)

Ano 2010/2011 93


Anexo 15 - Folha sobre a votação da Semana da Ciência

Ano 2010/2011 94


Anexo 16 - Apresentação powerpoint do pré-projecto

Ano 2010/2011 95


Ano 2010/2011 96


Ano 2010/2011 97


Anexo 17 - Apresentação powerpoint da Semana da Ciência

Ano 2010/2011 98


Ano 2010/2011 99


Ano 2010/2011 100


Anexo 18 - Artigos do blog

Neste espaço, encontram-se transcritos apenas os artigos que os membros do

grupo redigiram e que implicaram investigação, dado que foram publicadas outras

entradas no blog, mas que eram “casuais” e informais e que por esse motivo, não se

encontram igualmente aqui transcritas.

Anexo 18. 1 – Definção de Robot

23 de Janeiro de 2011:

Um robot é uma máquina que realiza autonomamente uma série de acções predefinidas com

vista a cumprir uma determinada tarefa para a qual foi programado. Aqui a palavra chave é

autonomia já que o que separa um pequeno robot móvel de um carrinho telecomandado é a

capacidade de reagir de acordo com o meio que a rodeia. Por exemplo, em frente a um abismo, o

carrinho telecomandado dirigir-se-ia sempre para a frente enquanto um robot poderia identificar

o obstáculo e desviar-se. Esta interacção com o meio deve-se à presença de sensores.

Os sensores são os “sentidos” de um robot. Medem grandezas físicas do exterior (velocidade,

temperatura, etc.), que permitem ao robot depois decidir como vai actuar. Essa decisão é

processada pelo “cérebro” do robot: o microcontrolador. Esta placa contém o código do

funcionamento do robot que transforma os inputs (entrada de informação) em outputs (saída de

informação). Os outputs são depois expressos pelos actuadores (um braço mecânico, um motor,

um ecrã, LEDs, etc.).

Esquema de um robot segue-linhas

Ano 2010/2011 101

Manos, 04-06-2011,

Acertar os números

http://2.bp.blogspot.com/_aLF5GGE4AgQ/TTTMWNM57aI/AAAAAAAAAMc/TQNyhXavPfw/s1600/esquema_robot.png


Exemplo: O robot segue-linhas.

Sensor: de luminosidade, que identifica se o robot está sobre uma linha preta ou não.

Microcontrolador: placa de circuito impresso que de acordo com a posição do robot em relação à

linha, determina se o robot se deve desviar para a esquerda, para a direita ou seguir em frente.

Actuadores: dois motores que fazem o robot ir para a frente (se rodarem a mesma velocidade) ou

rodar sobre si mesmo (se rodarem em sentidos contrários), etc.

Ano 2010/2011 102


Anexo 18. 2 – Big Dog (com vídeo)

25 de Janeiro de 2011:

A notícia que escolhemos para este mês é a que se segue:

Desenvolvido pela Boston Dynamics para o Exército dos Estados Unidos da América, o Big

Dog é essencialmente um robot militar de carga para facilitar a vida dos soldados americanos em

campos de batalha.

Movido à gasolina, tem um metro de comprimento por 0,7 de altura e pesa 75 quilos. Em

testes separados, Big Dog opera a 6,5 km/h, sobe inclinações de até 35 graus, atravessa

escombros, sobe uma trilha enlameada, caminha na neve e gelo, e carrega uma carga de 155kg.

Com o seu andar quadrúpede pode também recuperar o equilíbrio se for empurrado. Big Dog

definiu um novo recorde mundial para veículos com pernas, percorrendo 20,6 Km sem parar e sem

reabastecer.

O computador de bordo do Big Dog controla a locomoção, servos, as pernas e lida com a

variedade de sensores. O seu sistema de controlo mantém-no equilibrado, navega, e regula a sua

energia de acordo com as condições. Os sensores de locomoção medem a posição e força das

articulações, focando-se no contacto com o solo, a carga do solo, um giroscópio, LIDAR (Light

Detection and Ranging) e um sistema de visão estéreo. Outros sensores situam-se no interior do

Big Dog, monitorizando a pressão hidráulica, temperatura do óleo, as funções do motor, carga de

bateria, entre outros.

Contudo, a empresa está a pensar em desenvolver um Big Dog mais inteligente e maior. O

robot actualizado precisaria portar 200kg de carga, andar a 32km/h sobre qualquer terreno e

sobreviver sem ser reabastecido por um dia inteiro. Além disso, ele precisaria ser muito mais

Ano 2010/2011 103

http://4.bp.blogspot.com/_aLF5GGE4AgQ/TT7cG0vQfyI/AAAAAAAAANs/T9uysMFYThU/s1600/boston_dynamics_bigdog.jpg


silencioso para ser útil em situações reais de combate, pois ainda produz um barulho incómodo ao

se movimentar, e ter um cérebro mais astuto para poder manobrar-se de forma autónoma.

A nossa escolha do

BigDog como notícia para este mês deve-se ao facto de este ser um robot tecnologicamente

avançado com destino de utilização no exército, resultando daí uma certa polémica. A característica

do robot que mais nos cativou é sobretudo o recuperar do balanço quando este é empurrado.

Informação retirada dos sites:

http://www.bostondynamics.com/robot_bigdog.html

http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-software/

scoop_new_video_of_bdis_big_do

http://www.portaldeltag.net/2010/02/bigdog-robo-militar-de-carga.html

Ano 2010/2011 104

http://www.portaldeltag.net/2010/02/bigdog-robo-militar-de-carga.html

http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-software/scoop_new_video_of_bdis_big_d

http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-software/scoop_new_video_of_bdis_big_d

http://www.bostondynamics.com/robot_bigdog.html


Anexo 18. 3 - Sabias que...?

8 de Fevereiro de 2011:

O desenvolvimento da robótica tem sido tão rápido que uma das maiores competições

internacionais de robótica, a RoboCup, tem como objectivo desenvolver uma equipa de robots

totalmente autónomos capaz de derrotar a selecção campeã de futebol, até ao ano de 2050.

Nestes vídeos, pode-se observar a evolução dos robots participantes na RoboCup, com

apenas 4 anos de diferença...

Voltaremos com mais factos interessantes sobre a robótica!

Ano 2010/2011 105

http://www.robocup.org/about-robocup/objective/


Anexo 18. 4 - [Diário] Dia 0 – Como começar?

23 de Fevereiro de 2011:

O teu primeiro robot é o teu primeiro projecto nesta área. Vai ser necessário algum

planeamento antes de passar à execução. A execução propriamente dita encontrar-se-á no Dia 1

do nosso Diário.

Deverás ter em conta que vais estar a aprender muitos conceitos básicos não só de

robótica mas também de electrónica e programação. Possivelmente, vai-te dar mais trabalho e

tomar-te mais tempo a realizar, enquanto os projectos futuros serão muito mais rápidos e directos.

Antes de mais o que é um robot?

Um robot é uma máquina que realiza autonomamente uma série de acções predefinidas

com vista a cumprir uma determinada tarefa para a qual foi programado. Esta definição nossa é

apenas uma de muitas, visto que não há um só definição correcta. Mas é consensual que um robot

possui as seguintes características:

- É autónomo;

- Possui sensores;

- Possui um microcontrolador;

- Possui actuadores (motores, luzes, ecrãs, etc.);

A Robótica é a ciência ou engenharia que se relaciona com a construção e optimização de

robots. Podes ver mais sobre a definição de robot neste post do nosso blog.

Questões que deves colocar a ti próprio(a):

O que é eu pretendo com este robot?

Estás a iniciar-te na robótica sem compromissos ou queres entrar numa competição?

Valorizas mais a aprendizagem durante a construção da

robot ou o facto de chegares ao fim com um produto

final? Além deste guia, poderás facilmente encontrar muitos

mais na internet que basta seguir à risca e chegas ao fim

com um robot feito. Ou podes preferir ir descobrindo as

coisas por ti próprio e usar apenas a internet para tirar

dúvidas. De qualquer forma, nunca tenhas medo em

experimentar. Vais encontrar muita informação útil nos

"Links de Robótica" partilhados nesta página (aqui ao lado).

Experimenta registar-te no fórum LusoRobótica, que é uma grande comunidade portuguesa de

robótica e onde vais encontrar muita gente disposta a esclarecer as tuas dúvidas (tal como

esclareceram as nossas).

Quais são as condições materiais e financeiras que tenho?

Ano 2010/2011 106

O Smalluino

http://www.lusorobotica.com/

http://projecto-area.blogspot.com/2011/01/definicao-de-robot.html

http://projecto-area.blogspot.com/2011/03/diario-dia-1-primeiros-passos.html


http://1.bp.blogspot.com/_aLF5GGE4AgQ/TTS3zMVf8fI/AAAAAAAAAMY/ZcjgqN-oddA/s1600/smalluino+completo.JPG


A robótica é uma ciência que lida com vários componentes electrónicos específicos. Como

tal, fazer um robot não é muito barato. Mas também não é necessariamente caro. Os projectos

mais básicos começam com 50 € (vê o Smalluino no fórum da LusoRobótica) e atingem

naturalmente valores por volta de 100€. Por outro lado, repara

que consegues arranjar alguns componentes em

equipamentos antigos como carrinhos telecomandados (rodas,

motores até, etc.). O nosso robot tem um custo previsto de

100€. Neste momento gastamos pouco mais de 120€ mas em

material que ficará para projectos futuros.

Que tarefa em concreto é que eu quero que o robot

faça?

Um robot tem sempre um objectivo: executar correctamente a tarefa para a qual foi programado.

Este é o aspecto mais importante que vai orientar o teu projecto, visto que está directamente

relacionado com a dificuldade e os custos do mesmo. O nosso conselho é: não sejas ambicioso.

Se não tens meios financeiros nem alguém a orientar-te (um professor ou um clube de Robótica

local), então um projecto elaborado só te vai trazer chatices e frustração. Ora, não queres isso para

o teu primeiro projecto, pois não? No nosso caso, a nossa primeira ideia (bastante ingénua por

sinal) foi de fazer um robot com rodas omnidireccionais que se desviasse de obstáculos. Não só as

rodas omnidireccionais eram muito mais caras como muito mais díficeis de programar. Depois de

termos sido aconselhados, resolvemos começar por um dos projectos mais fáceis de realizar (salvo

seja): um segue-linhas.

Um segue-linhas permite-te contactar com sensores e motores (o que faz dele um robot

completo) sem exigir que sejas um perito na área. A ideia é simples: o teu robot reconhece uma

linha preta (graças ao sensor de luminosidade) e segue-a através de rectas, curvas e até

interrupções. Podes pensar que não é muito apelativo, mas é extremamente recompensador

conseguir pô-lo a funcionar e uma vez construído, podes criar circuitos novos para o robot seguir, o

que o torna bastante interessante em exposiçõesaos teus amigos ou colegas.

Na próxima entrada, vamos indicar os primeiros passos para escolher os

componentes que vais usar, como os adquirir e como começar a monta-los.

Ano 2010/2011 107

Robot segue-linhas


http://lusorobotica.com/index.php?topic=9.0

http://i273.photobucket.com/albums/jj202/erobot/Misc%20Documentation/Picture123.jpg


Anexo 18. 5– SquishBot (com vídeo)

11 de Março de 2011:

O SQUISHBot (Soft QUIet Shape-shifting robot) é um

robot de tamanho médio que consegue escalar paredes,

tectos e terrenos acidentados, esgueirar-se em espaços

apertados quer a sua missão seja de reconhecimento ou de

busca e salvamento O robot pode mudar de forma, o que lhe

permite alterar-se para formas irregulares e “espremer-se”

através de orifícios muito menores do que a sua área

"normal". O esqueleto visco-elástico do robot pode transitar

de um comportamento rígido para um comportamento

flexível, é composto por fluidos sensíveis impregnado numa

espuma de células abertas de elevada porosidade para criar sólidos visco elásticos com rigidez

flexível e seleccionável pelo utilizador. O seu software avançado controla a rigidez do Squishbot

para efectivamente torná-lo um robot de grande ou pouca liberdade.

O SquishBot caminha utilizando os princípios de locomoção adaptados a partir de lesmas,

caracóis e outros moluscos. Ao excretar uma película muito fina de líquido viscoso que se

espalha no corpo flexível do robot e no terreno (funcionando como um pé), o SquishBot é capaz

de escalar superfícies verticais e invertidas e atravessar uma variedade de terrenos e

substratos.

Outro objectivo é criar sistemas que alterem suas dimensões principais em grandes escalas,

até 10 vezes superiores.

Como um pioneiro da tecnologia de corpo flexível,

que permite que o robot transforme o seu corpo

compatíveis em resposta ao estímulo, o impacto do

Squishbot vai muito além de uma única aplicação,

estendendo-se em campos tão diversos

como próteses, mecânica dos fluidos erobótica.

A equipa da Boston Dynamics que é responsável

pelo design final e entrega do robô inclui

investigadores do Instituto de Tecnologia de

Massachusetts (MIT) que se especializam em novos materiais e estruturas deformáveis. SquishBot

é fundado pela Agência de Ciências da Defesa do DARPA, como parte do programa Chembot.

Ano 2010/2011 108

O SquishBot

SquishBot a esgueirar-se para dentro de um

tubo

http://www.bostondynamics.com/

https://lh5.googleusercontent.com/-_BcbsWsBp9w/TXqAoIbiuDI/AAAAAAAAAXg/1DiSW9v8Tbo/s1600/boston-dynamics-squishbot_tiabE_59.jpg


Informação retirada dos sites:

http://www.bostondynamics.com/robot_squishbot.html

http://web.mit.edu/mobility/research/squishbot.html

http://www.gizmodo.com.br/conteudo/robo-consegue-se-encolher-para-infiltrar-sua-casa-e-os-

seus-pesadelos/

http://squishbot.mit.edu/~squishbot/index/index.php?title=Main_Page

http://www.botjunkie.com/2009/04/20/boston-dynamics-developing-squishbot/

Ano 2010/2011 109

http://www.botjunkie.com/2009/04/20/boston-dynamics-developing-squishbot/

http://squishbot.mit.edu/~squishbot/index/index.php?title=Main_Page

http://www.gizmodo.com.br/conteudo/robo-consegue-se-encolher-para-infiltrar-sua-casa-e-os-seus-pesadelos/

http://www.gizmodo.com.br/conteudo/robo-consegue-se-encolher-para-infiltrar-sua-casa-e-os-seus-pesadelos/

http://web.mit.edu/mobility/research/squishbot.html

http://www.bostondynamics.com/robot_squishbot.html


Anexo 18. 6– [Diário] Dia 1 – Primeiros Passos


*** Neste passo, vamos ver quais são os componentes que o nosso robot

vai utilizar, como os adquirir e como funcionam.***

Esperámos que te estejas a ambientar ao mundo da Robótica. Depois de abordar a

planificação do projecto, está na hora de entrar na parte prática: a concretização.

Se já viste como funciona um robot, então é a altura de escolheres os componentes que

necessitas. Infelizmente não há muitas lojas que vendam componentes como os microcontroladores

ou sensores. Para os adquirir, é quase necessário recorrer a lojas online. Em Portugal, há

a LusoRobótica e a PTRobotics. Se precisares, podes recorrer a lojas internacionais como a Pololu.

Para outros componentes de electrónica ou bricolage, basta recorrer às lojas locais.

Vamos então dar uma vista de olhos aos componentes do nosso robot (na continuação) :

- Arduino

Para que serve: este será o “cérebro do robot”. O microcontrolador recebe inputs (entradas

de informação) e envia outputs (saídas de informação) a partir dos vários pinos que tem.

Utilizámos Arduino UNO por ser uma ferramenta de fácil aprendizagem com uma vasta comunidade

online e muito material para quem se está a iniciar em robótica.

Claro que para o microcontrolador ter alguma utilidade tem de

estar programado, visto que é o programa que interpreta os

dados recebidos e comunica o que o robot vai fazer em

seguida. Mais à frente, iremos abordar a programação do

Arduino para o seguimento de linhas. Mais informações no site

do Arduino.

Onde comprar: LusoRobótica, entre outras lojas online.

- Motores

Para que serve: se pretendes ter um robot móvel, eis

outro componente que não pode faltar. O movimento do robot

será efectuado através de dois motores e duas rodas numa

configuração diferencial. Este tipo de configuração é o mais

simples para a deslocação do robot: cada roda está ligada

independentemente a um motor e é a conjugação do

movimento individual das rodas que determina a direcção e

velocidade com que o robot se vai deslocar. É o

microcontrolador que fornece os sinais eléctricos aos motores, determinando como e quando eles

Ano 2010/2011 110

Microcontrolador Arduino

Motores e rodas

http://www.arduino.cc/

http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno


http://ptrobotics.com/

http://loja.lusorobotica.com/

http://projecto-area.blogspot.com/2011/01/definicao-de-robot.html

https://lh5.googleusercontent.com/-MBYleg_Ysm4/TYeJZ3R20TI/AAAAAAAAAYc/ymkCUw89Q_0/s1600/DSC00072.JPG

https://lh6.googleusercontent.com/-qFgjWn9MeT8/TYeiqLd-jDI/AAAAAAAAAZU/IWxt7jGxuak/s1600/Img011.jpg


vão funcionar. Além de motores, existem também os servos cuja diferença se encontra

explicada aqui.

Onde comprar: LusoRobótica, entre outras lojas online. Entre 8 e 20 €. Também é possível

reutilizar motores a partir de impressoras velhas. É uma questão de procurar ;)

- Sensores

Para que serve: pretendemos um sensor que seja capaz de seguir

linhas. Podem-se improvisar algumas soluções mas o sensor de

luminosidade QTR-8RC Reflectance Sensor Array é perfeito para a

tarefa. Constituído por 8 sensores individuais, medem a taxa de

reflexão da superfície sob o robot (preto – pouca reflexão; branco –

muita reflexão). Se o robot estiver bem centrado com a linha, serão os

sensores do centro a detectar “preto” e assim sucessivamente. Estes

dados são transmitidos ao Arduino que por sua vez comunica com os

motores, permitindo que o robot corrija a trajectória e se ajuste à linha.

Onde comprar: LusoRobótica, entre outras lojas online. Cerca de 15€.

- Alimentação

Para que serve: Como qualquer aparelho electrónico, sem uma fonte de alimentação, o robot

não funciona. Geralmente, utilizam-se baterias ou pilhas

recarregáveisvisto que compensam a longo prazo. É preciso ter

em conta a tensão necessária para cada componente. O Arduino

funciona com 5V mas os motores não funcionam sempre com a

mesma tensão. O modelo que utilizámos funciona também a 5V,

por isso é este o valor que temos de ter em conta quando

comprarmos as pilhas. Cada pilha recarregável tem 1,2V por

isso, um suporte de 4 pilhas fornece 4,8V de tensão, que são

suficientes para alimentar todo o circuito. Os motores têm

tendência para produzir algum ruído eléctrico no circuito que pode interferir com o Arduino. Por esse

motivo, é comum alimentar em separado os motores e o Arduino, cada um com o seu suporte de 4

pilhas a fornecerem 4,8V.

Onde comprar: Encontram-se pilhas recarregáveis na grandes superfícies e em lojas de

electrónica. Os suportes também se encontram disponíveis em lojas de electrónica, mas se for

necessário, encontram-se garantidamente na Internet. O preço é que é mais elevado: 15 € por cada

4 pilhas.

Ano 2010/2011 111

Sensor QTR-8RC

Pilhas no suporte

http://www.pololu.com/catalog/product/961

http://lusorobotica.com/index.php?topic=371.msg1983#msg1983

https://lh6.googleusercontent.com/-abxXIUSxGaA/TYeJZOzuUxI/AAAAAAAAAYY/j2-Co2c9ScY/s1600/qtr-8rc-reflectance-sensor-array.jpg

https://lh3.googleusercontent.com/-ux-6bqLROrU/TYe2B2Zgd4I/AAAAAAAAAdo/Vezhl-50NV0/s1600/pilhas_nosso.jpg


Ano 2010/2011 112


- Breadboard

Para que serve: Para ligar todos os componentes

anteriores e assegurar que tudo funciona como deve ser, é

necessário estabelecer um circuito electrónico. Além dos

fios, são também necessários outras peças para assegurar o

sistema não falha como os condensadores ou os chips. Para

ligar tudo isto, usa-se a breadboard (ou placa de ensaios)

possui uma série de ranhuras em que podem colocar os

fios ou as patinhas dos componentes sem que seja necessário soldar e dessa forma, é muito

fácil corrigir qualquer erro sem ter de fazer uma placa de novo.

Onde comprar: Maioria das lojas electrónica e também na Internet. Entre 8 e 15 €.

- Ponte H

Para que serve: Se estiveres a usar motores, é necessário um

chip chamado Ponte H para os controlar. A Ponte H (cujo nome

deriva da forma que toma no esquema de circuito) amplia o sinal

produzido pelo Arduino, que por si só não é suficiente para alimentar

os motores, e também permite fazer variar a velocidade dos

motores e o sentido da rotação.

Onde comprar: LusoRobótica, entre outras lojas. Cerca de 3 €.

- Condensadores

Para que serve: Os condensadores (ou capacitores) são

pequenos componentes que actuam como reservatórios de

energia eléctrica quando ligados a uma fonte de alimentação. O

valor de um condensador mede-se em Farads, mas o mais comum

é trabalhar com as suas subunidades como o uF (microfarad). Num

circuito como o de um robot, os condensadores servem para

contrariar a grande quantidade de energia necessária no arranque dos motores e também para

absorver o ruído provocado por aqueles.

Onde comprar: Qualquer loja de electrónica da tua zona. Um condensador custa cerca de 20

cêntimos, por isso, não custa nada comprar vários de uma vez para utilização futura.

Ano 2010/2011 113

Uma breadboard

Ponte H L293D

Um condensador electrolítico

http://www.nenomart.com/catalog/images/Bread_Board.jpg

https://lh4.googleusercontent.com/-zOAR5c1VJms/TYeVX6BNYDI/AAAAAAAAAYo/_NMXEzwEQ4w/s1600/ponte+h_L293D_blog.jpg

https://lh3.googleusercontent.com/-T-b2UKY3gdk/TYeVgw_c6xI/AAAAAAAAAYs/2ovxPavkcKs/s1600/capacitor+electrolitico.jpg


- Outro material:

Fios de circuito: existem kits de fios eléctricos, alguns

que acompanham até as breadboards na aquisição, mas se

não quiseres gastar dinheiro podes improvisar uma solução

muito simples. Se tiveres um fio de rede antigo,

experimenta descarná-lo: em 1 m de fio encontrarás 8 fios

de cores diferentes, ou seja, 8 m de fio que são suficientes para muitos robots.

Interruptor: Ter um interruptor é bastante conveniente para teres o robot ligado apenas

quando quiseres fazer a sua demonstração. Tenta arranjar um que seja compatível com a

breadboard, numa loja de electrónica.

Roda livre: A roda livre ajuda a nivelar o teu robot (só com duas rodas é díficil), sem perturbar

a sua liberdade de movimento. Tenta arranjar rodas como as dos carrinhos de supermercado, ou

então, tens sempre a Internet.

Chassis: É uma boa altura para ires começando a pensar na estrutura do teu robot. Tem em

mente os componentes que vais usar e tenta manter a estrutura

o mais simples e levepossível. Acrílico é uma boa solução para

a plataforma principal e a madeira pode ser útil para aparafusar

alguns componentes. Tem atenção às peças que necessitam de

ser removidas com facilidade (como as pilhas

recarregáveis).Velcro é bastante prático nessas situações.

É hora então de começares a adquirir o material e ires experimentando algumas coisas.

Se electrónica não é o teu forte ou pelo menos, precisas de repescar a memória, vê aqui

informações importantes para montares os circuitos. Diverte-te ;)

Na próxima entrada, vamos indicar como é que o Arduino, a ponte H e os motores se

juntam para pôr o teu robot em movimento.

Ano 2010/2011 114

Fio de Rede

Estrutura do nosso Robot

http://projecto-area.blogspot.com/2011/03/o-que-precisas-de-saber-de-electronica.html

http://projecto-area.blogspot.com/2011/03/o-que-precisas-de-saber-de-electronica.html

https://lh3.googleusercontent.com/-oyKz_WNesgw/TYeWSFNXXcI/AAAAAAAAAY0/Xv-7j3DkeCg/s1600/cabo_rede_blog.jpg

https://lh5.googleusercontent.com/-R_eFdmyayns/TYfJLizz7rI/AAAAAAAAAds/W9fAF3QofBI/s1600/chassis3_blog.jpg


Anexo 18. 7 – O que precisas de saber de Electrónica


Bem, decerto que já pesquisaste algumas coisas sobre Robótica se estás a desenvolver

um projecto. Mas mesmo que não seja esse o caso, é quase certo que te tenhas deparado com

alguns termos físicos, algumas imagens de circuito ou alguns componentes que parecem

autênticos quebra-cabeças à primeira vista. Isso também nos aconteceu a nós. Mas não é motivo

para alarme. Alguma pesquisa e alguns erros depois, conseguimos ultrapassar esses obstáculos e

estamos prontos para partilhar tudo o que precisas de saber sobre electrónica para lidares com

o teu robot.

A Física dos circuitos:

Intensidade de Corrente (I)

É uma grandeza física associada ao movimento ordenado de electrões num circuito eléctrico,

ou seja, associada à quantidade de cargas que estão a circular por unidade de tempo. Mede-se em

Amperes (A) e os seus derivados como o mili-ampere (mA). Para determinar experimentalmente a

intensidade de uma corrente, utiliza-se um amperímetro (ou multímetro).

Tensão (ou diferença de potencial) (U)

É uma grandeza física responsável pela corrente eléctrica, isto é, é uma grandeza que se

caracteriza por uma força (chamada electromotriz) que provoca uma corrente (movimento de

electrões) num determinado circuito entre dois pontos com potenciais eléctricos diferentes. Quanto

maior for a tensão, maior é a corrente gerada, em geral. Mede-se em Volts (V), através de

voltímetros (ou multímetro).

Resistência (R)

É uma grandeza física associada à propriedade dos fios condutores se oporem ao movimento

dos electrões, ou seja, de limitarem a corrente que os atravessa. Esta propriedade permite controlar

a corrente da forma pretendida para um circuito. Mede-se em Ohms (Ω), através de ohmímetros (ou

multímetro).

Lei de Ohm

A lei de Ohm relaciona a intensidade e a tensão com a resistência: . É

particularmente útil para determinar as resistências necessárias introduzir no circuito

para o funcionamento de cada componente.

Ano 2010/2011 115


https://lh3.googleusercontent.com/-ucfL9L8IfdY/TY3KErT37PI/AAAAAAAAAes/WXO8Vs2OZsc/s1600/lei_ohm.png


Representação esquemática de circuitos

Em cima, encontram-se os símbolos dos principais componentes de qualquer circuito. O

conhecimento destes símbolos é fundamental para a compreensão de esquemas de circuitos em

manuais de instruções dos componentes do robot.

Polaridade

Num circuito, a corrente tem o sentido real do pólo negativo para o positivo. Essa ordem

chama-se polaridade e é importante tê-la em conta quando se instalam componentes que só

funcionam se tiverem com a polaridade correcta (isto é, ligar o terminal positivo do componente ao

terminal positivo da alimentação, por exemplo). Um exemplo do dia-a-dia são as pilhas, mas em

electrónica surgem muitos mais como os LEDs ou os condensadores electrolíticos. Outros

componentes não têm polaridade logo a forma de ligar os terminais é arbitrária.

Massa (ou Ground)

É a denominação do fio que completa o circuito sem estar associado a nenhuma corrente em

especial, servindo como referência para a tensão de 0V. A maioria dos componentes liga-se à

alimentação e à massa (ou seja, ao positivo e ao negativo). Pode ser referido como GND, em

simbologia de circuitos.

Curto-circuito

Esperamos que não te depares com um, mas saber o que é pode ser bastante útil para

evitares chatices. Um curto circuito ocorre quando a electricidade encontra um caminho para

percorrer que tem uma resistância muito baixa. Se olhares para a Lei de Ohm, mais acima, se a

resistência for muito baixa, para a mesma tensão, a corrente dispara para valores extremamente

elevados. Tão elevadas que provocam o sobreaquecimento dos componentes podendo mesmo

causar fugas de reagentes ou explodir! Um exemplo: se pegares num suporte de 4 pilhas e juntares

os fios, crias um curto-circuito que te pode derreter o plástico do suporte. Não o faças! Os fios tem

pouca resistência e a corrente torna-se demasiado elevada. Normalmente num circuito, são os

vários componentes como os motores que vão tendo uma certa resistência e mantém a corrente

dentro de valores normais.

Ano 2010/2011 116

https://lh5.googleusercontent.com/-WhiMmzPzBpA/TY3IRsdNRZI/AAAAAAAAAeo/6CD1I_tKt-g/s1600/representa%C3%A7%C3%A3o_esquematica_circuitos.png


Anexo 18. 8 – Sabias que …?

9 de Maio de 2011:

Estamos de volta com mais factos robóticos!!!

Tu por acaso sabias que:

- Um em cada 4 robots está no Japão?

- A palavra "robot" vem do termo checo "robota", que significa "trabalho forçado"?

- O valor de vendas anuais de robots industriais é de 6.2 mil milhões de dólares, superior ao PIB

da Mongolia, do Laos e do Zimbabwe?- Já foram feitos estudos que mostram que as pessoas que

usam robots-aspiradores em casa desenvolvem afectos por eles ao ponto de limparem o chão

antes de os usarem?

E se tiveres curiosidade, aqui está um vídeo dos famosos robots-aspiradores:

http://videos.sapo.pt/rFaH5ciRWRufD0gGF7G7

Até á próxima :)

Cumprimentos robóticos,

projectoAREA

Informações consultadas em: http://www.onlineschools.org/blog/wild-world-robots/

Ano 2010/2011 117

http://www.onlineschools.org/blog/wild-world-robots/

http://videos.sapo.pt/rFaH5ciRWRufD0gGF7G7


Anexo 18. 9– Robótica e Exploração Espacial

17 de Maio de 2011:

A NASA possui em Marte dois robots muito importantes para o estudo do planeta, no

entanto apesar de os robots serem “instrumentos” autónomos, é difícil prever todos os

inconvenientes que uma operação deste tipo pode trazer.

Devido a problemas nos robots, a NASA enviou uma nave, Mars Odyssey, para tentar

resolve-los. O primeiro objectivo seria verificar se a sonda espacial Phoenix Mars lander suportou

o forte inverno marciano. O segundo objectivo seria procurar tirar o robot explorador Spirit do lugar

onde ficou imobilizado.

Sonda espacial Mars Odyssey

“Não acreditamos que a Phoenix tenha sobrevivido e também não esperamos ouvir a sua

transmissão. No entanto, se ainda houver algum sinal, a Odyssey vai captá-lo”, disse Chad

Edwards, engenheiro de telecomunicações da NASA.

Phoenix, movida à energia solar, através dos

seus painéis funcionou durante cinco meses ( mais

dois que o previsto) durante o verão do hemisfério norte

marciano. No entanto, as suas transmissões terminaram

em Novembro de 2008 talvez por não ter sido capaz de

suportar o inverno marciano.

Caso tenha "sobrevivido" espera-se que siga as

instruções programadas no seu computador. Se os

sistemas estiverem a funcionar assim como os seus

painéis solares, seria possível estabelecer uma

comunicação. Phoenix possui dois rádios e duas

antenas.

Odyssey passou no local onde pousou Phoenix dez vezes por dia durante três dias

consecutivos em Janeiro de 2010. Repetindo o mesmo processo nos dois meses seguintes.

Ano 2010/2011 118

Phoenix Mars lander

http://1.bp.blogspot.com/-KlO_Onw3eKQ/TcWRFdnjETI/AAAAAAAAAlw/Eh_8oYJ3r3k/s1600/MarsOdyssey640.jpg

http://1.bp.blogspot.com/-B6Rb1qllHXY/TcWREhhthqI/AAAAAAAAAls/w79Y24C5U3E/s1600/h_phoenix_touchdown_02.jpg


“A Odyssey fará um número suficiente de tentativas para que, caso não detectemos uma

transmissão, tenhamos bastante certeza de que a Phoenix morreu”, disse Edwards.

Phoenix foi lançada em Agosto de 2007, iniciou a sua missão em Marte em Maio de 2008.

No dia 25 de Maio de 2008 o seu braço robótico confirmou a existência de água em forma de gelo

sob a superfície de Marte. A sonda também detectou neve e geada sobre o solo. Também

descobriu que Marte possui um solo alcalino com sais e minerais e do qual a sua formação exigiu

necessariamente a presença de água.

Odyssey tinha como segundo objectivo recuperar o movimento do robot explorador Spirit,

imobilizado devido à perda de duas das suas seis rodas independentes.

Em Janeiro de 2010, os engenheiros transmitiram ordens ao Spirit para efectuar um

movimento lento de uma das rodas e os resultados foram insignificantes. Houve outras tentativas,

mas a hipótese de manobras para recuperar o seu movimento eram cada vez mais curtas à

passagem do tempo devido à proximidade do inverno no hemisfério sul de Marte, altura em que os

dias ficam mais curtos e consequentemente os paneis solares produzem menos energia.

Sonda Spirit

Spirit chegou a Marte junto com o robot Opportunity em Janeiro de 2004 e ambos

deveriam deixar de funcionar três meses depois devido ao pó marciano que poderia cobrir os

painéis solares e como efeito deixariam de ser autónomos, uma vez que não teriam quem lhes

fornecesse energia.

Para surpresa de todos, Spirit e Opportunity conseguiram durante cinco anos transmitir

fotografias e dados sobre a atmosfera do planeta vermelho e a sua estrutura geológica.

No entanto os problemas que surgiram pareciam ser insuperáveis.

“Existe a possibilidade muito real de que não possa sair do local” onde se encontra, disse

John Calas, director do projecto Spirit e Opportunity.

Ano 2010/2011 119

http://2.bp.blogspot.com/-FkStoQXN824/TcWRF4mYc3I/AAAAAAAAAl0/cr7tcBdLZjI/s1600/SpiritOpportunityFull-1zx6kyd.jpg


O robot ficou imobilizado num lugar chamado Tróia, na Cratera Gusev. Além disso, uma

tempestade de pó cobriu os painéis solares e reduziu a energia produzida por estes.

Desde 2004, quando chegaram a extremos opostos do planeta, os dois robots

percorreram 21km do agreste terreno marciano, superando as temperaturas extremas do planeta

que variam entre os +20 ºC e -100 ºC.

informação retirada do site:

http://tudosobreastronomia.wordpress.com/2010/01/20/nasa-quer-recuperar-sonda-e-robo-

preso-a-superficie-de-marte/

Ano 2010/2011 120

http://tudosobreastronomia.wordpress.com/2010/01/20/nasa-quer-recuperar-sonda-e-robo-preso-a-superficie-de-marte/

http://tudosobreastronomia.wordpress.com/2010/01/20/nasa-quer-recuperar-sonda-e-robo-preso-a-superficie-de-marte/


Anexo 19 - Fotografias da construção do robot

Ano 2010/2011 121


Ano 2010/2011 122


Anexo 20 - Fotografias da Palestra "Robótica Móvel"

Ano 2010/2011 123


Ano 2010/2011 124


Anexo 21 - Fotografias da Semana da Ciência

Ano 2010/2011 125

Relatório Final projectoAREA

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