Robit - biografia autorizada

 Capítulo 1 - Nascimento

Esse robozinho simpático aí da foto é o Robit. Ele iniciou sua existência com o projeto de robo com sucata que desenvolvi anteriormente. O projeto foi finalizado, mas o Robit não. Ele continua existindo e no que me toca vai continuar assim. A proposta do projeto era produzir um tutorial de um robo bem simples comandado pela porta paralela. O tutorial foi produzido e o Robit foi meio que um efeito colateral desse tutorial. Pra poder escrever o tutorial eu montei o robo que estava sugerindo e assim nasceu o Robit.

Como o foco do tutorial era o aproveitamento de sucata, a primeira idéia foi aproveitar uma caixa de drive de CD para a carcaça do Robit. Nada estético, mas sucatologicamente correto. Abaixo uma foto do primeiro protótipo usando caixa de CD.

Mas felizmente para o Robit, caixas de drives de CDs provaram ser uma péssima escolha para a carcaça. O metal é muito dificil de furar. Para conseguir instalar os motores e rodízios gastei um número absurdo de brocas e acabou que cheguei a conclusão que se é pra gastar, melhor que seja em uma carcaça apropriada do que em brocas. Então a versão caixa de CD do Robit, nunca chegou a funcionar, na verdade nunca foi além do que a foto mostra.

A carcaça que acabou prevalecendo e está nele até hoje foi encomendada em uma fábrica de perfilados. É uma caixa de alumínio nas medidas que especifiquei e o preço foi bem em conta. A resistencia do aluminio é muito boa e é um material infinitamente mais fácil de furar. Isso sem falar no charme que o alumínio deu ao Robit. Nem imagino o Robit em outra carcaça hoje.

Capítulo 2 - Infância

Na sua infancia, o Robit era basicamente motores, rodas e baterias, nenhum processamento era feito nele. Todo o trabalho "cerebral" vinha do computador. Além disso tinha o onipresente, enorme e pesado cabo paralelo que o Robit era obrigado a arrastar pra poder se mover e mesmo assim sem poder ir muito longe. Bem, como experiência para o estudo da robótica valeu, mas dava pena de ver aquele robozito recém-nascido sendo obrigado a arrastar todo aquele peso e saber que ele nunca ia poder se aventurar para terras mais distantes do que 1,80m do computador.

Mas o Robit nunca reclamou, mesmo porque ele nem tinha como reclamar. A comunicação era unidirecional, sempre do computador para o robo, nunca em sentido contrário. Não havia necessidade de nenhum retorno de informação porque não havia nada pra retornar. O Robit não tinha nenhum sensor e absolutamente nenhuma capacidade de processamento. Tinha apenas dois circuitos em seu hardware: uma proteção da porta paralela (com o 74LS541)  e um módulo de potencia para os motores que coloca os sinais que vem do computador na voltagem e potencia necessárias para ativar os motores de passo (com o ULN2803), algo como um amplificador de sinais.

Capítulo 3 - Evolução

Como responsável legal pelo Robit, eu não poderia deixar de notar que a configuração dele naquele momento era extremamente limitante e impediria o desenvolvimento de todo seu potencial como ser eletro-mecânico. Então, procurei maneiras de dar um up-grade no seu hardware. Ao mesmo tempo, também tentava convencer o software que roda no computador a ser mais amigavel com o Robit. Softwares quase sempre são bem teimosos, precisamos ter muita paciência para lidar com eles.

Foi quando entrei em contato com o Prof. Mario Guimarães que gentilmente forneceu um exemplar do PicStamp e explicou como usá-lo. Essa plaquinha mágica contém um PIC 18F2550 (que é um baita microcontrolador), já com todos os componentes necessários pra mante-lo rodando a 20 Mhz e o melhor de tudo, com conexão USB. A plaquinha tem um conector USB, dá pra conectar um cabo USB nela. Mas a mágica continua, além de ser possível reprogramar o PIC com um cabo USB, um driver bem conveniente cria uma porta COM virtual no computador e a associa à porta USB. Um programa que esteja rodando no computador, pode acessar a porta USB como se fosse uma porta COM. Isso facilita bastante a programação e deixa o software mais bem humorado. Depois disso Robit nunca mais foi o mesmo. Ter um PIC em seu hardware iniciou uma tendencia de evolução avassaladora, que não pode ser impedida.

PICStamp da Grande Ideia Studio

O PIC vem com um programa que associa oito pinos para a saída e oito (?) para a entrada. Ele fica o tempo todo monitorando a porta USB e os pinos de entrada. Qualquer byte que chegue do computador é enviado para os pinos de saída. Leituras nos pinos de entrada são enviadas para o computador.

Isso é bastante conveniente, sem maiores alterações, o Robit passou a receber comandos atravém de um microcontrolador conectado ao computador por um cabo USB. O cabo paralelo rapidamente tornou-se uma penosa lembrança. Depois de experimentar o cabo USB, muito mais fino, mais leve e podendo ser mais comprido, não tinha mais como impor o cabo paralelo ao Robit.

O PicStamp já estava prestando um enorme serviço ao Robit livrando ele do cabo paralelo, mas eu sabia que ele podia fazer muito mais do que isso: podia finalmente dar ao Robit capacidade de processamento, ou seja, um cérebro. Já podia imaginar os if( ) ... else ... encadeados que ele consultaria para tomar suas próprias decisões e em todo o potencial de desenvolvimento que se abriria para o Robit. Claro que eu precisava fazer algo a respeito, Robit merecia essa oportunidade.

E aí tentei reprogramar o PIC para se incorporar em definitivo ao Robit, mas o universo tinha outros planos. O PIC mostrou ter uma personalidade bem calada, não libera seus recursos facilmente e nem diz o suficiente pra gente saber o que ele quer. A programação do PIC provou ser um desafio maior do que o esperado, em especial porque era o meu primeiro contato com um microcontrolador. Dada a falta de sensibilidade do PIC em colaborar com a programação, esse projeto acabou por ficar em segundo plano enquanto tocava outros projetos.

E nesse tempo aconteceu o Wixel. Mais uma vez Robit mudou para nunca mais ser o mesmo de antes.

Capítulo 4 - Liberdade sem fio

O Wixel é uma daquelas raras coisas que parecem boas demais para ser verdade e que depois que você finalmente entende e consegue ter algum domínio, percebe que é ainda melhor do que parecia. Bom, não acha? Desde o início que eu imagino o Robit livre de cabos e amarras, vagando solto pela casa. Então nunca deixei de procurar opções de wireless e tinha algumas em vista, mas quando topei com o Wixel percebi que tinha encontrado a tampa da panela do Robit. Até então, as opções de wireless que eu tinha considerado apenas faziam a comunicação, basicamente funcionam como um cabo, mas sem o cabo. Ainda precisaria resolver o problema do cérebro do Robit, usando é claro algum microcontrolador. Bem, o Wixel resolveu tudo em uma tacada e por uma fração do custo de qualquer outra opção de wireless. Não só ele faz a comunicação wireless, mas também tem um microcontrolador embutido disponível para ser programado. E é um microcontrolador bem respeitável com 32k de memoria para o programa, 4k de memoria ram, roda a surpreendentes 24Mhz, 15 pinos disponíveis para a aplicação, leds indicadores e por aí vai.

Wixel da Pololu

E o Wixel mostrou ser muito mais comunicativo e amigável do que o PIC em matéria de confiar seus segredos e habilidades na hora da programação. A empresa que produz o Wixel (Pololu) investe bastante no suporte à programação. Fornece uma documentação bem detalhada, exemplos de aplicações e, extremamente importante, um forum onde qualquer feliz proprietário de um Wixel pode tirar dúvidas sobre a programação e funcionamento dele. Funcionários da empresa monitoram o forum e respondem rapidamente qualquer dúvida que apareça por lá. Isso fez toda a diferença. No final acabei entrando em acordo com o Wixel e ele ficou feliz em ser programado para ser parte definitiva do Robit.

Desde a primeira ativação do Robit com o wixel, já devidamente instalado e programado, dava pra ver a diferença que algum poder de processamento faz em um robô. Não era só o fato de finalmente estar livre de cabos, Robit agora controla seus próprios motores, não precisa mais passar pela humilhação de ter sua função mais básica, o movimento, controlada por uma entidade externa. E mais do que isso, Robit agora aprendeu a se comunicar, está todo falante e troca mensagens o tempo todo com o computador. Acabou a fase da obediência cega (e muda). O relacionamento dele com o computador agora está mais para trabalho em equipe do que pra mestre-escravo. E isso se reflete inclusive nos seus movimentos, agora eles estão muito mais seguros e precisos. Como é o Robit que controla o tempo entre os pulsos para os motores de passo, a duração dos pulsos está mais regular, além disso, o microcontrolador consegue medir intervalos de tempo muito menores do que o computador conseguiria com timers de alto nível. 

Capítulo 5 - Olhos para ver, sensores para sentir

Desde o Robit era apenas uma ideia, a intenção sempre foi que ele tivesse ou proporcionasse algum tipo de processamento de imagens, uma câmera acoplada ao Robit sempre foi um de seus propósitos. Afinal a minha especialidade é o processamento de imagens e juntar isso com robótica para estudar sistemas de navegação autônoma é algo que sempre quis fazer. Depois que os problemas básicos de movimento e comando foram resolvidos, era hora de colocar uma câmera nele. A primeira ideia foi usar uma camera IP wireless e por isso acabei comprando a Feasso citada neste post. O problema é que ela é grande e pesada demais, além disso consome muita energia. Mas como ela tem pan-tilt, serviu (e ainda serve) para testar alguns algoritmos e implementar algumas ideias, como por exemplo, a medição de distâncias com laser.

continua...

Motor de passo como gerador elétrico

Aqui uma pequena experiência para testar o desempenho de um motor de passo como gerador elétrico. Uma bateria de 12 volts alimenta um pequeno motor DC. O motorzinho força o motor de passo a girar e isso induz uma corrente elétrica nas bobinas do motor de passo. O motor de passo usado é bipolar e tem duas bobinas independentes (4 fios). A corrente induzida nas bobinas do motor de passo é alternada, então na saída de cada bobina foi colocada uma ponte retificadora de diodos e um capacitor de tântalo para estabilizar a voltagem. Depois que a corrente é retificada e a voltagem estabilizada, a saída das duas bobinas se juntam e essa é a saída do nosso gerador. É nessa saída que está conectado o multímetro medindo a voltagem de saída.

Conclusão: motores de passo são geradores bem razoáveis.

Possíveis melhoramentos: Utilizar diodos de germânio para diminuir a queda de voltagem da ponte retificadora.

A fazer: conectar um motor DC na saída para medir a corrente fornecida pelo gerador e fazer uma comparação entre potência fornecida e potência obtida.

Bobinas e eletro-imãs, como fazer na prática

Ultimamente ando fazendo algumas experiências com bobinas e eletro-imãs, se tudo der certo depois eu posto o projeto aqui. E fazendo essas experiências, descobri como é difícil achar bobinas e eletro-imãs nas medidas que o projeto precisa. Depois de não achar nada aproveitável na sucata e nem achar pra comprar nas lojas de eletrônica, decidi que o jeito é fazer eu mesmo, afinal teoricamente um eletro-ímã é só um fio enrolado em uma barra de ferro doce, não é? O que pode ser mais simples que isso?

Se perguntar pro tio Google como se faz um eletro-imã, ele vai dizer que é simples e fácil e vai indicar dezenas de páginas ensinando a enrolar um fio elétrico em um prego enorme, ligar duas pilhas nele e então, voilá!!! Você agora tem um eletro-imã capaz de segurar um ou dois clipes de papel! Viu como é fácil? O único problema é que isso não adianta nada pro meu projeto. Não quero por pregos de construção no meu projeto e quero um eletro-imã capaz de segurar um pouco mais do que um par de clipes. Então como fazer?

O núcleo

Teoricamente você pode construir um eletro-imã sem núcleo, ou melhor, com núcleo de ar. Mas na pratica isso não é nem um pouco prático. Um núcleo metálico faz uma diferença tão brutal no desempenho de um eletro-imã que você não vai querer abrir mão dele.

Ferrite
Claro que a melhor opção para o núcleo é o ferrite, afinal ele é feito para isso e é uma liga com um custo muito baixo. Difícil é achar pra vender barras ou carretéis de ferrite nas medidas necessárias. Nem perca seu tempo procurando em lojas de eletrônica. Se resolver usar ferrite, vá direto para o Google. Tem diversos fabricantes no Brasil, difícil é achar um que venda em pequenas quantidades, normalmente os fabricantes de ferrite fornecem para empresas, não para clientes finais.

Parafusos com porcas
Essa é uma opção bastante prática e barata. Parafusos de diversos comprimentos e diâmetros são facilmente encontrados e lojas de ferramentas e em sucatas. Além disso, um eletro-imã feito com um parafuso é facilmente fixado em sua posição final, afinal, é pra isso que serve um parafuso, não é? Arruelas pode ser usadas para limitar o enrolamento criando uma espécie de carretel com o parafuso.

Extremamente importante: Parafusos não são feitos sempre de ferro ou de material ferromagnético e isso é essencial para o núcleo de um eletro-imã. Quando for escolher um parafuso para o seu projeto, tenha um pequeno imã à mão para testar se o parafuso é de material ferromagnético. Quanto maior for a atração entre o imã e o parafuso, melhor. Uma atração fraca significa que é feito de uma liga com pouco metal ferromagnético, nesse caso vai ser pouco eficiente. Se o parafuso não for atraído pelo imã, esqueça, ele não serve como núcleo.

Parafusos para encadernação
Esta foi a minha escolha para o projeto em andamento por aqui. Na verdade não sei o nome dessas coisinhas, mas são usadas para encadernação e são facilmente encontradas em papelarias por um preço bem baixo. O diâmetro é fixo, 5mm, mas o comprimento varia desde 5mm até 150mm ou mais. O diferencial destes parafusos com certeza é a estética, nesse quesito é imbatível. Mas aqui vale também o mesmo aviso do item anterior sobre material: pode ser que o material não seja ferromagnético e isso precisa ser testado antes de sair comprando, leve um imã.

Pregos
Bem, não tem muito o que dizer, desde que sejam de ferro, eles funcionam como núcleo. A estética não é grande cois e deixa o projeto com cara de feira de ciências. E a não ser que ele seja martelado, não é muito fácil fixar o eletro-imã em sua posição final, já que prego não tem rosca, mas também é uma opção.

O enrolamento

Uma vez escolhido o núcleo, o que falta é enrolar o fio e aí aparecem algumas questões. Que tipo de fio usar? Quantas voltas? É melhor usar fio mais fino ou fio mais grosso?

Tipo do fio
Em primeiro lugar esqueça os fios com isolamento plástico. O isolamento plástico é grosso demais, faz com que as espiras fiquem muito separadas e isso definitivamente compromete o resultado. O fio próprio para isso é o fio esmaltado usado no enrolamento de transformadores e motores elétricos. O esmalte proporciona um isolamento adequado e não aumenta significativamente o diâmetro do fio. Quanto mais próximas ficarem as espiras umas das outras, melhor.

Diâmetro do fio
Quanto menor for o diâmetro do fio, mais próximas ficarão as espiras e isso é bom. Maior vai ser a resistência do fio e isso é ruim. Além disso é preciso considerar quanto de corrente se pretende aplicar à bobina, fios muito finos não suportam correntes altas. Finalmente tem também o aspecto prático, se você pretende enrolar a bobina de forma caseira, o fio tem que ter diâmetro suficiente para ser manipulado sem quebrar.

Onde obter fio esmaltado
A solução obvia é retirar de transformadores e motores sucateados, isso pode dar certo, mas é preciso atentar para alguns detalhes. O esmalte dos fios tende a ficar quebradiço com o tempo e com o calor. Se o transformador ou motor costumava esquentar quando estava em uso, provavelmente o esmalte do enrolamento ficou quebradiço e vai ser difícil desenrolar sem perder o isolamento.
A melhor opção é comprar o fio novo, não é caro, só é difícil de achar. Lojas de eletrônica dificilmente vendem esse tipo de fio, mas podem ser encontrados em estabelecimentos que vendem artigos para motores elétricos industriais.

Quantas voltas
Como regra geral, quanto mais voltas melhor. Mas tem algumas coisas a considerar. Não adianta muito espalhar essas voltas por um comprimento muito longo, o ganho na potência do eletro-imã vai ser pouco, melhor fazer uma bobina mais curta e com várias camadas de espiras. Também tem que ser levado em conta que quanto mais voltas, maior vai ser o comprimento do fio e isso aumenta a resistência. Outro detalhe é que quanto mais externa é a camada de espiras, menos eficiente ela é. As espiras mais próximas do núcleo influem muito mais na intensidade do campo magnético final do que as espiras mais afastadas, então a partir de certo ponto acrescentar mais camadas não compensa por conta do aumento na resistência. E finalmente, todo material ferromagnético tem um limite de magnetização. Depois de atingido esse limite não adianta acrescentar mais corrente ou mais espiras.

Imãs de Terras Raras

O nome impressiona e pode dar a impressão de que são imãs naturais extraídos de minas secretas de países exóticos, mas não é nada disso. São imãs artificiais extremamente fortes feitos com uma liga de Neodymium (Nd), Ferro (Fe) e Boro (B). Essa tecnologia de imãs existe desde 1996, mas só nos últimos anos começou a ficar comercialmente viável para produção em escala, então eles estão ficando mais baratos e extremamente comuns para imãs de terras raras.

De onde vem o nome "terras raras"

Terras raras é uma família de elementos na tabela periódica, também conhecida como Lantanídeos, porque todos eles tem características semelhantes às do lantânio. By the way, os lantanídeos não tem nada de raros, na verdade são até bem comuns na natureza mas não em forma pura, precisam ser separados de outros compostos.

Temperatura de Curie

Desde a década de 1970 que já se sabe que alguns lantanídeos tem uma capacidade de magnetização muito maior do que os imãs comuns, feitos de ferrite ou cerâmica. Mas todo imã, raro ou não, tem a sua temperatura de Curie, que é a temperatura em que um imã perde suas propriedades magnéticas e passa a ser apenas um pedaço de metal ou de cerâmica. O problema dos lantanídeos é que a temperatura de Curie deles é menor que a temperatura ambiente, então para que funcionem como imãs precisam estar em ambientes refrigerados. Claro que isso limita muito as aplicações.

É justamente para aumentar a temperatura de Curie das terras raras que são acrescentados ferro, níquel ou cobalto. O resultado é um imã extremamente poderoso e com uma temperatura de Curie relativamente alta, atualmente algo em torno de 400° celcius para os de neodymium.

Evolução

A primeira geração dos imãs de terras raras usava uma liga de cobalto e samarium. Não ficou muito popular porque é uma liga muito cara e com menor capacidade de magnetização do que a liga de neodymium e ferro usada atualmente. Mas como vantagem, a temperatura de Curie da liga de samarium-cobalto chega a 800°C, então continua tendo a sua utilidade em nichos específicos.

A liga de neodymium, ferro e boro é muito mais barata, tem uma capacidade de magnetização pelo menos 20% maior que a liga de samarium e maior coercitividade, o que significa que é mais difícil de ser desmagnetizado (campo magnético mais estável). Mas além da baixa temperatura de Curie, uma outra desvantagem da liga de neodymium/ferro é que é mais vulnerável à oxidação, então para proteger o imã é necessário um banho com um outro metal como zinco, níquel e eventualmente até com prata e ouro. 

O imã da foto acima tem cerca de 25mm de diametro e 12mm de altura, mas um deles sozinho consegue segurar quase 25 kg de peso. A especificações dele estão aqui.

 

 Comparação

Eu não vou nem tentar falar das unidades dos números da tabela abaixo, mas dá pra fazer uma comparação do desempenho de alguns tipos de imãs (fonte: Wikipedia):

Tipo	Força	Coercitividade	Densidade	Temp Curie
Nd2Fe14B (neodymium)	1.0–1.4	750–2000	200–440	80–400
SmCo5 (samarium)	0.8–1.1	600–2000	120–200	720
Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7 (samarium)	0.9–1.15	450–1300	150–240	800
Alnico (ferro, alumínio, niquel e cobalto)	0.6–1.4	275	10–88	700–860
Ferrite	0.2–0.4	100–300	10–40	450

Grades

Os imãs de terras raras são classificados em grades. Essa classificação tem a ver com a composição exata da liga de neodymium, mas o que importa é que quanto maior a grade, mais forte é o imã. Normalmente ela é indicada logo após a letra ´N´. A menor grade que vi nas minhas navegações é N33, então se a grade não estiver indicada deve ser algo por aí. Por um preço relativamente acessível, é fácil achar imãs com grade N45 ou N48, mas estão em produção imãs com grade de até N52. Em teoria, a grade máxima que os imãs de neodymium podem alcançar é N64, mas os engenheiros acham que na prática o que dá pra conseguir é N60, então isso está sendo pesquisado atualmente, existe uma espécie de corrida entre os fabricantes para conseguir o imã com grade N60.

Riscos

Imãs de terras raras, especialmente com grade acima de N40 são extremamente perigosos. Um par de imãs colocados próximos vai se atrair com extrema violência e conforme o caso podem se espatifar e literalmente explodir mandando pedaços para todo lado feito uma granada. A resistência mecânica destes imãs é bem baixa, eles são muito frágeis. Mas apesar disso são pesados e podem machucar bastante pessoas e animais que se colocarem entre os campos magnéticos de um par deles. Pares de imãs podem se atrair de distâncias incrivelmente longas. Já houve casos de ossos quebrados. Acidentes com cortes nos dedos também são muito comuns.

Computadores, laptops, celulares, monitores, cartões de crédito, etc. Todo esse povo tem que ficar muito distante de imãs de terras raras. O campo magnético de um pode facilmente inutilizar um hd de computador ou de laptop, apagar cartões e bagunçar celulares.

Links:

Campo magnético:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico


Imãs de terras raras:
(em inglês): http://en.wikipedia.org/wiki/Rare-earth_magnet
(portugues): http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dm%C3%A3_de_neod%C3%ADmio

Neodímio:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Neod%C3%ADmio

Glossário com os principais conceitos relacionados a imãs de neodymium (em inglês):
 http://www.kjmagnetics.com/neomaginfo.asp
http://apexmagnets.com/index.php?main_page=page&id=3

FAQ muito bom:
http://apexmagnets.com/index.php?main_page=faq

Sobre temperatura de operação:
http://www.kjmagnetics.com/blog.asp?p=temperature-and-neodymium-magnets

Grades:
http://www.kjmagnetics.com/blog.asp?p=magnet-grade

Meu baby finalmente wireless graças ao Wixel

Robit

Faz tempo que não posto nada aqui, mas não parei de trabalhar nos meus projetos. A ideia sempre foi fazer robôs de baixo custo e "made in home", comprar um kit pronto eu nem levo em consideração. E aos poucos estou fazendo alguns progressos. Esse robozinho da foto começou com o projeto que descrevi em Tutorial: Robô simples com sucata. E como o nome diz, era bem simples. Os pulsos para os motores de passo eram gerados pelo computador através de timers e iam praticamente direto para os motores de passo pela porta paralela. Tudo bem simples, o maior desafio foi soldar o conector para o (pesadão) cabo paralelo com todos os seus 25 pinos um quase encostando no outro.

Figura 2 - PicStamp da Grande Ideia Studio

 Mas depois ele evoluiu. Graças ao Prof. Mário Guimarães da Grande Ideia Stúdio que gentilmente forneceu um PicStamp 1 (figura 2) para algumas experiências. O PicStamp é uma plaquinha com um conector USB e um microcontrolador PIC 18F2550 já com o cristal e todos os componentes necessários que um microcontrolador exige. Dois arrays de pinos na parte de baixo da placa facilitam muito a instalação (e remoção) do PIC no dispositivo que será controlado. É um microcontrolador extremamente poderoso e cheio de recursos. Com essa plaquinha meu robozito deu adeus à porta paralela e passou a usar a porta USB. Muito mais rápida, com um cabo muito mais fino e mais leve (figura 3).

Figura 3 - Robô usando o PicStamp para comunicação via USB

Mas um cabo mais fino e mais leve, continua sendo um cabo. E um cabo amarra o robô ao computador, ele não fica livre pra explorar o mundo com suas próprias rodas. Então continuei procurando opções, de baixo custo, evidentemente. E aí topei com o Wixel (figura 3). Do mesmo modo que o PicStamp, o Wixel também tem um microcontrolador em uma plaquinha, já com o cristal e os arrays de pinos na parte de baixo. Mas com uma diferença fundamental, ele é também um transceptor (transmissor e receptor) de RF. Um par de wixels permite estabelecer uma comunicação direta sem fio entre os dois. Com mais de dois é possivel fazer uma rede. O microcontrolador embutido nele também não é pouca coisa, roda a 24Mhz, oferece 29k de memória flash disponível para o programa (de um total de 32k) e (quase) 4k de memória RAM, além de dispor de 15 pinos de IO (6 podem ser configurados para entrada analógica) e de quebra oferece 4 timers, sendo um de 16 bits e três de 8 bits. Dá pra brincar bastante com ele.

Figura 3 - Wixel

Ok, tudo isso é muito bom, mas e o custo? Afinal o propósito deste projeto é fazer robôs de baixo custo. Em uma palavra: barato. Uma plaquinha já pronta custa US$ 20,95, o que dá uns 42 reais. Um joguinho com dois wixels e o cabo USB sai por US$ 41,95. Ponha mais US$ 11,00 pelo envio e com pouco mais de 100 reais vc tem o conjunto. Muito mais barato que as outras opções de wireless como o Zig-Bee ou o Bluetooth. E fica melhor quando a gente considera que além de transceptor ele tem também um microcontrolador programável. O problema do wixel é que o alcance não é grande coisa. Em situaçoes ideais (e os astros favoráveis e ventos a favor), chega a 15 metros, mas situações ideais são ideais porque não são reais, então na prática não espere mais do uns 10 metros. Mesmo assim, 10 metros é bem melhor do que 1,80m do cabo USB.

Pra quem se interessar em obter um par, uma dica importante: se não quiser ser extorquido pelo governo, de maneira nenhuma use o Fedex  pra importar o Wixel. Caí nessa besteira uma vez. Chegou em 3 dias, rapidinho, mas aí tive que desenbolsar R$ 111,00 de IMPOSTO pelo conjunto que me custou R$ 85,00, o imposto é mais caro que o produto... Só no Brasil mesmo. Se optar pelo correio e o total da compra não ultrapassar US$ 50,00, aí demora pra chegar, mas não tem imposto. E pra aproveitar o envio sem passar dos 50 dólares, sugiro encomendar na mesma compra um ou dois pacotinhos de jumpers macho-macho. São muito úteis pra testar o wixel em uma proto-board, ou vc pode usar em uma plaquinha própria para o wixel como essa que eu fiz aí na foto abaixo.

Figura 5 - Placa de teste caseira para o Wixel

Medindo distâncias com um laser - 1

Como citei no post anterior, adquiri a câmera com a intenção de tentar implementar, ou pelo menos pesquisar técnicas de navegação por imagens. Por alguns problemas técnicos (muito consumo de energia e muito peso) não posso instalar a câmera no meu robô, mas isso não me impede de fazer algumas experiências. E uma ideia que eu já tinha bem antes de comprar a câmera é usar um ponto de laser para medir distâncias. Se não contarmos com o custo da câmera, que afinal tem outras utilidades também, essa talvez seja a  forma mais barata de medir distâncias para um robô. Canetinhas laser podem ser adquiridas em camelôs e lojas de quinquilharias por preços que variam de R$ 3,00 a R$ 10,00.

Então comprei uma canetinha laser, desmontei e comecei a fazer a adaptação. Tem vários modelos disponíveis, esse que comprei além do laser, também tem dois leds, um de alto brilho pra funcionar como lanterna e outro que, se formos acreditar no vendedor, serve pra detectar dinheiro falso (!). Não tenho nenhuma nota falsa (que eu saiba) pra testar o led, mas descobri algo bem interessante sobre ele. A luz que ele emite está bem no limite do ultra-violeta, na verdade só uma pequena parte da luz dele é visível, a maior parte está logo acima do limite de frequências que nossos olhos conseguem captar, então só enxergamos uma fraca luz azulada, mas as câmeras normalmente captam uma faixa de frequências ligeiramente maior que os nossos olhos então para a câmera, esse led ilumina muito mais do que o outro que emite luz visível. Vai ser útil em outro projeto. Abaixo uma foto do laser enquanto estava inteiro.

Figura 1 - Laser tipo chaveiro usado no projeto

O próximo passo é desmontar o laser e nessa fase é preciso tomar muito cuidado para não estragar o equipamento. O laser é montado em uma plaquinha já com a lente adaptada à placa. É importante que a lente não seja separada da placa, ou o laser fica inutilizado e o projeto termina aí.

Figura 2- Laser desmontado

Conforme o tipo do laser, a plaquinha vai ter também um ou dois botões e no caso deste tinha também dois leds. O ideal é remover tudo isso, com muito cuidado. Perto da lente, tem um resistor SMD, daqueles minúsculos. É importante que ele não seja removido, ele é necessário pra proteger o laser. A figura 3 mostra  a placa do laser já com os botões e os leds removidos.

Figura 4 - Placa do laser com os botões e leds removidos

A seguir é preciso descobrir dois pontos na plaquinha pra ligar a alimentação. Um dos buracos onde ficavam os contatos do botão que liga/desliga o laser é um deles. O outro ponto provavelmente é a carcaça da lente, mas deve ter algum lugar na placa conectado à carcaça que pode ser usado para soldar o fio de alimentação. Use as próprias baterias do laser pra testar. Conecte-as com uma fita adesiva e ponha fios nos dois polos para ir testando até fazer o laser acender. Depois que descobrir os pontos para alimentação, solde dois pedaços de fio rígido de aproximadamente 1,5 cm cada. Estes fios serão soldados em um pedaço de placa padrão, aquela cheia de furinhos.  Nessa placa será colocado o borne para ligar a alimentação, e pra garantir coloquei também dois diodos. No caso, o laser funciona com 4,5 volts, mas a saída da câmera chega quase a 6 volts, então os diodos além de dar alguma proteção contra inversão de polaridade, também servem pra provocar uma queda de tensão e deixar a alimentação dentro do limite para o laser. É interessante deixar um espaço reservado para um parafuso de 3mm na placa padrão para facilitar a fixação do laser.

 

Figura 5 - Laser montado em uma placa padrão

Impressões sobre a Câmera IP Feasso F-IPCam01

Ha uma semana finalmente comprei uma câmera IP wireless, coisa que eu estava querendo a muito tempo.  É um lançamento recente da marca Feasso, modelo F-IPCAM01, brinquedinho bem legal, ela tem pan-tilt, consegue girar 270 graus na horizontal, quase 90 na vertical e vem com um programa de controle que pra falar a verdade nem tive a curiosidade de instalar pra ver como é.

E aí tive boas e más surpresas. Minha intenção era tentar instalar a câmera no meu robozinho e tentar algo com navegação por imagens, mas assim que vi a fonte dela já percebi que não ia dar. A fonte fornece 2 amperes pra câmera, alimentar isso com baterias é complicado, a não ser que eu faça outro robô bem mais parrudo que o atual. Com o que eu tenho não tem jeito mesmo.

A outra decepção, mas que eu já meio que esperava, é que em lugar nenhum, nem no manual, nem no CD ou no site tem qualquer referência aos comandos que a câmera aceita, cheguei até a mandar um email pro representante da Feasso no Brasil, e adivinha... nenhuma resposta. As vezes eu acho que alguns fabricantes de hardware têm titica de galinha na cabeça, fazem um equipamento cheio dos recursos e não dizem como usar esses recursos em aplicações, será que não passa pela cabeça deles que se os programadores conseguirem desenvolver aplicações para o equipamento deles isso incentivaria a venda desses produtos? Ou eles têm tão pouca imaginação que pensam que o programa que vem junto com a câmera atende todas as aplicações possíveis para o equipamento?

Mas felizmente a câmera tem dentro dela algumas páginas web que permitem controlar boa parte dos recursos e com a ajuda do Google Chrome não foi difícil interceptar toda a comunicação entre a página e a câmera, no fim acabei descobrindo quase todos os comandos da câmera. Que felicidade... Imediatamente fiz uma aplicaçãozinha em delphi pra testar o controle da câmera e consegui que ela fizesse todo tipo de movimento.

E aí a outra decepção, pra isso ser útil em um robô, não adianta apenas poder mover a câmera, é preciso poder também quantificar esse movimento e isso a câmera não faz. Não tem como você dizer pra ela girar tantos graus e a câmera também não diz quantos graus ela girou. Na verdade, não tem nenhuma precisão nos movimentos dela, mas afinal de contas é uma câmera de segurança, não foi feita pra robôs.

Ela tem três tipos básicos de movimento: patrulha, linear e por passo, e cada um desses tipos tem opções em todas as direções. Na patrulha ela fica repetindo o mesmo movimento esquerda-direita, pra cima pra baixo sem parar. No movimento linear, você manda ela ir pra alguma direção e ela vai, até chegar no fim de curso e para. No movimento por passo, ela vai pra alguma direção em passos, cada comando faz ela mover um pouco naquela direção. Até que seria útil se os passos fossem sempre iguais movendo sempre o mesmo angulo, mas não é assim, é uma coisa meio aleatória quantos graus cada passo gira a câmera.

Mas também tive boas surpresas com a câmera. Ela tem uma saída de 5 volts que serve pra ativar algum alarme caso a câmera detecte movimento e é possível enviar comandos pra ativar ou desativar essa saída. É claro que não tenho nenhuma intenção de usar alarmes com a câmera, mas uma saída de 5 volts que pode ser ligada e desligada via programa é extremamente útil e me animou a implementar uma idéia que eu já tinha a algum tempo: de instalar um laser na câmera pra medir distâncias. E olha só... Funcionou... e com um laser comprado em camelô por 6 reais... No próximo post falo sobre esse projeto. Abaixo uma foto de como ficou.