Exercícios: Projeto e construção de robôs

A imagem mostra um robô educacional com rodas, com suas partes numeradas. Identifique cada parte e explique que função cumpre dentro do robô (estrutura, movimento, controle ou percepção).

Nomeie as partes básicas de um robô móvel simples e indique a qual elemento de um sistema de controle (sensor, controlador ou atuador) cada uma corresponde.

O fluxograma da figura é o programa de um robô desviador de obstáculos. Descreva com suas palavras o comportamento completo do robô e raciocine sobre o que ele faria se o sensor de distância fosse coberto com fita isolante.

Nomeie três tarefas do mundo real que hoje são realizadas por robôs (limpeza da casa, soldagem em fábricas, entrega em armazéns) e raciocine sobre quais sensores cada um precisa para sua tarefa.

Explique a diferença entre um robô e uma máquina automática simples, como uma máquina de lavar: quais capacidades fazem um sistema «merecer» ser chamado de robô?

O que é o chassi de um robô e quais qualidades ele deve reunir (leve, rígido, com espaço para a eletrônica)? Relacione-o com materiais que você conhece da oficina.

Explique o que é um servomotor e em que se diferencia de um motor de corrente contínua comum. Dê um uso adequado de cada um dentro de um robô.

Muitos robôs de duas rodas motrizes levam uma terceira roda boba, sem motor. Explique para que serve e que problema de apoio e equilíbrio ela resolve.

Seu robô deve seguir uma linha preta pintada sobre o piso branco da sala de aula. Raciocine sobre qual sensor ele precisa, onde você o colocaria e o que o programa deveria fazer cada vez que o sensor sai da linha.

Um robô tem duas rodas motrizes, uma de cada lado. Explique o que cada roda deve fazer (girar para a frente, para trás ou parar) para que o robô avance em linha reta, recue e gire sobre si mesmo para a direita.

Ordene estes passos para construir e programar um robô e justifique a ordem: carregar o programa na placa, montar o chassi, testar e ajustar, conectar sensores e motores à placa, definir o que o robô deve fazer.

Seu robô deve girar 90 graus com precisão usando suas duas rodas. Explique por que a ordem «girar durante um segundo» não é confiável (bateria, piso, atrito) e que informação adicional melhoraria o giro.

Projete a distribuição de pesos de um robô móvel: onde você colocaria a bateria (a peça mais pesada) e por que sua posição influencia a estabilidade e a tração das rodas motrizes.

Um robô seguidor de linha derrapa e sai disparado nas curvas fechadas. Proponha duas melhorias, uma mecânica e uma de programa, e explique como cada uma atua.

Explique o que é calibrar um sensor e escreva um mini procedimento para calibrar o sensor de luz de um robô na sua sala de aula (quais duas leituras de referência tomar e como usá-las).

Um robô que evita obstáculos deve evitar também cair de um degrau ou de uma escada. Que sensor você acrescentaria, onde o colocaria e com qual regra de programa?

Um robô avança em linha reta apenas alguns metros e depois se desvia aos poucos para a esquerda. Analise pelo menos três causas possíveis (mecânicas, elétricas ou de programa) e explique que teste você faria para descartar cada uma.

Projete um robô que distribua folhetos pelos corredores da escola: descreva o chassi, os sensores, os atuadores e o algoritmo geral de movimento, e justifique cada escolha pensando no ambiente real (pessoas, cruzamentos, obstáculos).

Projete um robô que recolha bolas de tênis na quadra da escola: chassi, sensores, atuadores e algoritmo geral de busca e recolhimento. Indique as três decisões de projeto mais críticas e justifique-as.

Um robô com um único sensor de distância frontal fica «preso» nos cantos, oscilando entre duas paredes. Analise por que ocorre esse comportamento e proponha uma melhoria do algoritmo (guardar os últimos giros, introduzir giros de ângulos diferentes).

Você deve selecionar o sistema de tração para um robô de inspeção em uma estufa com corredores de 60 cm de largura, giros em ângulo reto sobre o próprio eixo e um solo de terra úmida com tubos de irrigação de até 3 cm de altura. O robô conta com uma bateria fixa de 12 V e 7 Ah e deve garantir 4 h de autonomia contínua. Analise o comportamento físico de três opções: 1) Duas rodas motrizes com roda louca, 2) Tração 4x4 fixa (skid-steering) e 3) Esteiras contínuas. Preveja qual falha crítica descarta duas delas (em termos de aderência, manobrabilidade ou consumo por atrito lateral) e justifique qual é a configuração ideal para cumprir todas as restrições.

Projete o «modo seguro» de um robô escolar: o que o programa deve fazer ao detectar bateria fraca, obstáculo persistente ou perda de comunicação. Escreva as regras e raciocine por que a segurança vem antes da missão.

Em uma prova de resgate em um ambiente com desabamentos, um robô deve localizar e fechar uma válvula de gás. A equipe discute se deve usar controle teleoperado por radiofrequência com câmera ou controle 100 % autônomo com sensores. O ambiente apresenta dois problemas críticos: zonas cegas com perdas de enlace de até 1,5 s e obstáculos imprevistos que exigem frear em menos de 0,3 s avançando a 0,4 m/s. Preveja as falhas que sofrerá o robô exclusivamente teleoperado diante dessas limitações e justifique por que uma arquitetura híbrida (teleoperação assistida por rotinas locais de segurança no microcontrolador) é tecnicamente superior a ambas as opções, detalhando quais decisões o robô deve tomar por conta própria sem esperar o piloto.