Trabalho Prático 0

Documentação do Trabalho prático

Desenvolver um dispositivo mecânico com LEGO que possa se locomover sem usar rodas ou esteiras para percorrer uma trajetória em L de 15 cm de lado em um tempo menor que 2 minutos.

Queríamos fazer um robô utilizando apenas o motor do LEGO como fonte de tração. Então, como primeiro desafio, tivemos que propor uma forma de realizar curvas apenas manipulando as engrenagens.

O Diferencial

O diferencial tem duas funções:

• Direcionar a potência do motor para as rodas
• Transmitir a potência para as rodas, enquanto permite que elas girem a velocidades diferentes (isto foi o que deu nome ao diferencial)

As rodas dos carros giram a velocidades diferentes, especialmente ao fazer curvas. Por isso existe a necessidade do diferencial, já que cada roda percorre uma distância diferente ao fazer a curva, e que as rodas internas percorrem uma distância menor, enquanto que as de fora viajam uma distância maior. Visto que a velocidade é igual à distância percorrida dividida pelo tempo gasto para percorrer, as rodas que percorrem uma distância menor giram a uma velocidade menor. Note também que as rodas dianteiras percorrem uma distância diferente das traseiras. O mesmo se aplica às “pernas do robô”, ou seja, se elas não possuíssem um diferencial, seriam ligadas uma à outra, forçadas a girar na mesma velocidade. Isso dificultaria fazer curvas aumentando o esforço no motor para que pudesse realizá-las, além do fato de que uma das pernas teria que patinar para efetuar a curva. Assim, todos os protótipos a seguir utilizaram diferenciais em sua composição.

A peça que funcionou como diferencial no nosso projeto possui o seguinte mecanismo. Quando tracionado a partir da engrenagem maior os dois lados giram no mesmo sentido. Caso a engrenagem maior trave, os dois lados passam a girar em sentido oposto. No nosso caso, utilizamos a engrenagem maior ligada diretamente ao motor. A peça então foi útil para que fosse possível travar um dos lados do robô mantendo o outro lado girando, princípio pelo qual o robô mudará sua direção.

Inicialmente projetamos “Zé Bob”, um robô quadrúpede simpático que teria a capacidade de caminhar em linha reta e, quando um comando fosse acionado, travaria uma das suas laterais e, a partir do diferencial, apenas as patas do outro lado funcionariam, fazendo com que o robô curvasse.

Já na fase inicial percebemos que o pobre robô era incapaz de:

1. Se manter em linha reta, pois a resistência que cada uma das laterais recebia era diferente fazendo com que o diferencial distribuísse a tração de forma assimétrica, então tínhamos que planejar uma forma de distribuí-la igualmente no diferencial.
2. Manter a estabilidade durante as curvas, já que as patas de uma das laterais de “Zé Bob” se debatiam freneticamente sem termos muito controle sobre a disposição e a altura das que estavam do outro lado, fazendo com que o robô se inclinasse perigosamente algumas vezes e ainda sendo extremamente ineficiente dependendo do atrito.

O problema do atrito apareceu sob duas formas:

• Utilizando um apoio de borracha as patas travavam no chão criando uma resistência muito alta nas engrenagens.

• Utilizando um apoio de plástico, não havia atrito suficiente para deslocar, fazendo com que as patas patinassem no chão.

Fizemos várias tentativas diferentes para resolver o problema: testar os diferentes movimentos de pernas, mudar o atrito, alterar a velocidade. Mas no final concluímos que o ambicioso “Zé Bob” tinha talento apenas para ser um simples boi de rodeio. Mas no meio de tanta frustração extraímos a chave para a solução dos nossos problemas.

Zé Bob

Surgiu Arma X, um robô ambicioso e nada simpático capaz de andar em quase todo tipo de superfície plana, além de ser capaz de se curvar para qualquer direção.

Arma X mistura o processo elétrico do motor com um processo pneumático para realizar seus movimentos. O princípio do movimento é o mesmo adotado para o robô Zé Bob, ou seja, um diferencial divide a rotação do motor separadamente entre os dois lados do robô. Para se curvar, um dos lados deve ser travado enquanto o outro lado continua seu movimento. Dessa forma o robô muda sua direção.

As diferenças aparecem na física do Arma X. Ao invés de quatro patas, esse robô possui uma placa de cada lado. As placas funcionam como braços e o movimento se assemelha ao movimento de natação, ou seja, os braços se movimentam e puxam o resto do corpo.

O processo pneumático entra no travamento de algum lado do robô. Os pistões se movimentam através de um mecanismo similar a uma bomba de ar, a qual é movida manualmente. Através de um chaveamento, pode-se expandir ou contrair o pistão. Esse movimento de expansão trava as engrenagens que movimentam o robô, enquanto sua contração destrava. Dois desses mecanismos foram inseridos no robô, cada um responsável pelo travamento de um lado.

Fizemos o travamento da estrutura do robô para garantir robustez em qualquer terreno.

Arma X - Versão final