StampBug



StampBug


É impressionante como todo elemento cibernético causa curiosidade e admiração nas pessoas. Neste artigo o autor ilustra passo a passo a montagem de um robô, que é encontrado em um kit comercializado pela Parallax. O kit contém todo o material necessário para a montagem incluindo o microcontrolador PIC com o programa, exceto estanho para soldagem e bateria.

Entendendo o funcionamento mecânico do StampBug

Antes de começarmos a montagem, vamos entender o acionamento do StampBug e seus movimentos básicos. O StampBug caminha utilizando o método de triangulação alternada ou seja, quando ele tem as pernas da frente e de trás de um lado apoiadas no chão, do outro lado a perna central está fazendo apoio e as pernas da frente e de trás estão suspensas para movimento. Fica mais fácil a compreensão, observando a figura 2.

Movimento doStampBug
Figura 2

Esse acionamento possibilita que o robô ande em linha reta para frente ou para trás e ainda faça curvas para a direita ou esquerda. O robô foi projetado para caminhar em superfícies planas, caso encontre obstáculos, os mesmos serão sentidos pelas "antenas" que acionam microswitches, fazendo com que o robô execute um movimento de desvio da rota.

Diagrama elétrico

Diagrama elétrico

Servomotores

São motores que acionam um redutor que está acoplado a um potenciômetro que irá dar o "feedback" de posicionamento ao sistema eletrônico interno.
Para movimentar o servomotor, temos de gerar um sinal PWM (Pulse Wide Modulation) - Modulação por Largura de Pulso. Dependendo da largura do pulso, o servomotor irá se posicionar diferente. A temporização do servomotor utilizado neste kit (Hitec-300) é mostrada na figura 4. Existem vários tipos e tamanhos de servomotores, a temporização basicamente é semelhante a apresentada.

Pulso do Servomotor
Figura 4

Descrição da montagem

Existe um grau de dificuldade médio na montagem, principalmente, no corte e solda dos tubos de latão para montagem das pernas. Se a pessoa que estiver montando o kit tem prática na montagem de aeromodelos não encontrará grandes dificuldades, caso contrário, aconselha-se um estudo detalhado das instruções antes de executar as ações de corte, solda, dobras e ajustes.
Para a montagem serão necessárias aproximadamente 6 horas de trabalho com as seguintes ferramentas:
  • Chave philips
  • Chave de fenda
  • Alicate de bico
  • Alicarte de corte
  • Ferro de soldar de 30 W e de 100W ou 200W
  • Arco de serra para metal
  • Lima redonda de 6,0 mm
  • Furadeira
  • Broca de 1,0 mm
  • Broca de 2,0 mm
  • Broca de 2,5 mm

Passos para a montagem


  1. Corte e solda das pernas
    2.
    Serão necessários 7 tubos de 102 mm de comprimento e 6 mm de diâmetro. Separar 6 tubos e fazer um corte para obter duas peças com 47 e 55 mm. Na peça de 47 mm, fazer um arredondamento com a lima de 6 mm, de tal maneira que se encaixe na peças de 55 mm, formando um ângulo de 90 graus. Para facilitar a soldagem, as peças podem ser fixadas com fita adesiva em uma base de madeira, como mostrado na figura 6. Após a soldagem, fazer o acabamento com lixa fina. Essa etapa deve ser repetida para as seis pernas. Separe 2 pernas para a parte central e com o sétimo tubo corte duas peças de 30 mm e solde-as a 22 mm da extremidade interna de cada perna (figura 5).


    Figura 5


    Figura 6


  2. Montagem do corpo
    3.
    O corpo do robô é uma placa de circuito impresso que contém as trilhas de ligações do circuito elétrico, além das furações para fixacão dos elementos. A placa contém uma serigrafia de todos os elementos a serem soldados, na figura 6b temos o desenho mecânico com as medidas principais dos furos de fixação.

  3. Montagem das pernas
    4.
    O kit tem 3 tubos de alumínio de 57 mm e 3 espaçadores de fibra de vidro de 54 mm. Colocar as articulações e fazer as furações conforme a figura 7, notar que as pernas centrais têm uma montagem diferente das pernas traseira e dianteiras. Enquanto as pernas traseiras e dianteiras fazem uma articulação para frente e para trás, nas perna centrais, a articulação é para cima e para baixo, conforme a figura 7.


    Figura 7


  4. Montagem das antenas
    5.
    Com os fios de aço de 150 mm fazer duas antenas com uma dobra de 45 graus aproximadamente da extremidade inferior e prender nos dois terminais conforme a figura 8. Parafusar e fixar os microswitches pela parte de baixo da placa. Não colocar as antenas ainda para facilitar o restante da montagem.


    Figura 8


  5. Montagem dos servomotores
    6.
    Para fixação dos servomotores foram utilizadas cintas plásticas (Tie Wrap), na figura 9 observamos o seu posicionamento.


    Figura 9


  6. Dobrando os tendões
    7.
    Na figura 10 observamos a dobragem dos tendões de acionamento das pernas.


    Figura 10


  7. Colocando os tendões
    8.
    Essa é uma das operações mais delicadas do processo. Para ajustar utilize uma fita adesiva para conectar os tendões das pernas dianteiras e traseiras (ver figura 10). Fazer as furações conforme indicação da figura 11. Os movimentos das pernas de cada lado deverão ser iguais, se necessário ajuste o braço do servomotores. Após o ajuste, solde os tendões. Na figura 12 observamos a colocação do tendão das pernas centrais. Ajuste o braço do servomotor de tal maneira que levante em torno de 15 mm.



    Figura 11


    Figura 12


  8. Colocando as sapatas
    9.
    Cada perna tem um sapata de borracha que é um passa-fio adaptado, observe a colocação na figura 13.



    Figura 13


  9. Teste de conjunto
    10.
    Ligue o StampBug (antes coloque as 4 baterias de Nica de 1,2 V) e os servomotores de movimentarão para um extremidade. Essa reação é esperada, pois o robô ainda não foi programado e não controla os servomotores. Carreando o programa (ver comentários do programa a seguir), ele começará a andar meio desengonçado e fazendo o ruído típico de servomotores acionados (ziiiiii, ziiiiii, ziiiiii !!!). Necessário fazer vários ajustes nos tendões e nos servomotores, além de ajustar o programa também, após isso o robô fica muito bom.

  10. O programa
    11.
    No quadro a seguir, podemos observar o program comentado que é carregado no StampBug, o algoritmo é muito simples, ele sempre tenta andar para frente, caso encontre um obstáculo, anda para trás um pouco e vira para o lado oposto do obstáculo. O truque para programação dos servomotores é fazer com que a geração de pulsos seja constante para manter o servomotor na posição, caso esse pulsos não sejam gerados em um intervalo mínimo, os servomotores ficam descontrolados. A instrução PULSOUT gera esses pulsos e sua utilização pode ser observada na rotina "ANDA".

    Código do programa utilizado no StampBug
    Programa Comentários 
    'Variaveis:
Symbol tocado=bit0
Symbol cont1=b2
Symbol cont2=b3
Symbol meio_pos=b4
Symbol dir_pos=b8
Symbol esq_pos=b9

'Constantes
Symbol max_grau=200
Symbol min_grau=50
Symbol pulsos=20
Symbol pausa=12

'Pin Allocations
Symbol esq_servo=pin1
Symbol meio_servo=pin2
Symbol dir_servo=pin3
Symbol esq_olho=pin4
Symbol dir_olho=pin5
Symbol dir_antena=pin6
Symbol esq_antena=pin7

'Inicio
dirs=%00111110
pins=0
high esq_olho
low dir_olho

  principal:
toggle esq_olho
toggle dir_olho
meio_pos=max_grau
esq_pos=max_grau
dir_pos=max_grau
gosub anda
toggle esq_olho
toggle dir_olho
meio_pos=min_grau
esq_pos=min_grau
dir_pos=min_grau
gosub anda
goto principal

  antenas:
if tocado=1 then pula
if esq_antena=0 then direita
if dir_antena=0 then esquera

  pula:
return

  direita:
gosub volta
high dir_olho
low esq_olho
for cont2=1 to 4
    meio_pos=max_grau
    esq_pos=max_grau
    dir_pos=min_grau
    gosub anda
    meio_pos=min_grau
    esq_pos=min_grau
    dir_pos=max_grau
    gosub anda
  next
goto principal

  esquerda:
gosub volta
low dir_olho
high esq_olho
for cont2=1 to 4
    meio_pos=min_grau
    esq_pos=max_grau
    dir_pos=min_grau
    gosub anda
    meio_pos=max_grau
    esq_pos=min_grau
    dir_pos=max_grau
    gosub anda
  next
goto principal

  anda:
for cont1=1 to pulsos
    pulsout meio_servo,meio_pos
    gosub antenas
    pause pausa
  next
for cont1=1 to pulsos
    pulsout dir_servo,dir_pos
    pulsout esq_servo,esq_pos
    pulsout meio_servo,meio_pos
    gosub antenas
    pause pausa
  next
return

  volta:
tocado=1
high dir_olho
high esq_olho
for cont2=1 to 4
    meio_pos=min_grau
    esq_pos=max_grau
    dir_pos=max_grau
    gosub anda
    meio_pos=max_grau
    esq_pos=min_grau
    dir_pos=min_grau
    gosub anda
    toggle dir_olho
    toggle esq_olho
  next
toggle dir_olho
tocado=0

return

    
flag para indicar antena tocada
contador da rotina anda
contador para outras rotinas
posição para perna central
posição para perna direita
posição para perna esquerda


pulso longo para movimento longo
pulso curto para movimento curto
Número de pulsos por passo
Pausa entre pulsos (em ms)


Servomotor esquerdo no pino 1
Servomotor central no pino 2
Servomotor esquerdo no pino 3
Olho esquerdo no pino 4
Olho direito no pino 5
Antena direita no pino 6
Antena esquer da no pino 7








pulsa os olhos

levanta a direita
movimenta a frente


pulsa os olhos

abaixa o lado direito

movimenta a frente



Rotina para checar toque nas antenas







Rotina se antena direita tocada
Volta e vira para a direita



Levanta lado direito



Abaixa lado direito






Rotina se antena esquerda tocada
Volta e vira para a esquerda



Abaixa lado direito



Levanta lado direito






Rotina de andar um passo
Número de pulsos

Verifica antenas
Pausa entre os pulsos





Verifica as antenas




Subrotina de voltar para trás
Seta o flag















Limpa o flag

Fim do programa

Links para aquisição do kit do StampBug

  • http://www.artek.it/parallax/stampbug.htm(italiano)
  • http://www.parallaxinc.com/stamps/stampbug.htm(inglês)
  • http://www.sci.fi/~pri/stampbug.htm(inglês)

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