Semana 2: Construir um robô que anda

Duração da aula: 65 a 80 minutos

Objetivo de aprendizagem

Agora que os estudantes sabem o que é um robô, eles constroem um que realmente anda. Aprendem como um motor gira um eixo, como as rodas e as engrenagens transformam esse giro em movimento, e como as engrenagens trocam velocidade por força de giro (torque). Investigam por que algumas bases com rodas tombam e outras ficam firmes (o atrito e a aderência dão agarre, e um centro de massa baixo e largo dá estabilidade) e conhecem a tração diferencial, em que girar as duas rodas em velocidades diferentes é o que dirige o robô. Depois, cada estudante monta e testa a própria base com rodas.

Resultados esperados dos estudantes

Ao terminar esta semana, os estudantes vão conseguir:

Explicar como o motor, o eixo e as rodas transformam o giro em rolagem
Identificar as rodas, os eixos e as engrenagens de uma base com rodas
Comparar velocidade e torque, e como as engrenagens trocam um pelo outro
Usar o atrito e a aderência para explicar por que as rodas agarram ou patinam
Reconhecer projetos de chassi estáveis e instáveis
Explicar como a distância entre as rodas e o centro de massa afetam o equilíbrio
Montar ou simular uma base com rodas e dirigi-la com tração diferencial
Testar um projeto e melhorá-lo a partir dos resultados

Ritmo sugerido

About 65 a 80 minutos. Adjust to your group - these are guides, not limits.

Etapa	Foco	Minutos
Como os robôs andam	Motor, eixo, rodas, engrenagens trocando velocidade por torque, atrito e aderência.	15 min
Ficar em pé	Equilíbrio, estabilidade, centro de massa, projeto do chassi e tração diferencial.	10 min
Investigação virtual do chassi	Mudar uma coisa de cada vez e registrar o efeito na velocidade, na aderência e na estabilidade.	15 min
Preveja a base mais firme	Adivinhar qual base fica em pé por mais tempo, antes do teste de tombamento.	5 min
Desafio da base com rodas	Montar uma base que rola reto, é dirigível e fica em pé.	20 min
Testes de velocidade e tombamento	Registrar a velocidade, a retidão e o ângulo de tombamento de cada montagem.	10 min
Verificação de aprendizagem	Cinco perguntas sobre movimento, torque, aderência, estabilidade e direção.	8 min
Reflexão	Escrever sobre engrenagens, estabilidade e direção por tração diferencial.	7 min

Antes de começar

Preparação do espaço

Deixe à mostra rodas, engrenagens e peças de chassi (kit), ou papelão, tampinhas, espetinhos e fita (sem eletrônicos), separados para os estudantes trocarem rápido.
Imprima o Registro de Testes do Chassi e o registro dos testes de velocidade e tombamento, um por estudante ou por dupla.
Marque no chão uma pista de teste de um metro e monte uma rampa ou uma pilha de livros para o teste de tombamento.
Se for usar o simulador, abra a missão do laboratório de chassi em cada aparelho.

Prepare com antecedência

Monte você mesmo uma base com rodas que funcione, para poder mostrar um exemplo estável e identificar os problemas de balanço mais comuns.
Faça o teste de tombamento com uma base alta e com uma baixa e larga, para conseguir antecipar o que os estudantes vão ver.
Tenha elásticos de reserva à mão para resolver rodas com pouca aderência.

Materiais

Folha de atividade Registro de Testes do Chassi (para imprimir)(Kit, Simulador, Sem eletrônicos)
Lápis, papel e uma régua ou fita métrica(Kit, Simulador, Sem eletrônicos)
Uma rampa curta ou uma pilha de livros para formar um plano inclinado para o teste de tombamento(Kit, Sem eletrônicos)
Um kit de robótica programável com dois motores, rodas, eixos e engrenagens(Kit)
Rodas e engrenagens variadas do kit, para trocar e comparar(Kit)
Computador ou tablet com o simulador no navegador(Simulador)
Papelão para o chassi, além de fita adesiva e tesoura(Sem eletrônicos)
Tampinhas de garrafa ou de pote para as rodas e espetinhos de madeira ou canudos para os eixos(Sem eletrônicos)
Elásticos, moedas ou massinha para acrescentar aderência e pesoOpcional(Sem eletrônicos)
Uma bolinha de gude ou bolinha pequena para mostrar o centro de massa se deslocandoOpcional(Sem eletrônicos)

Segurança

cautionMantenha dedos, cabelo e roupas soltas longe das rodas e engrenagens em movimento, e desligue o motor antes de trocar peças.(Kit)
cautionUse tesoura sem ponta com um adulto para cortar o papelão e os furos dos eixos, e mantenha as pontas dos espetinhos protegidas.(Sem eletrônicos)
cautionTeste as bases com rodas numa área livre, longe das beiradas de mesa, escadas e desníveis.(Kit, Sem eletrônicos)
infoSalve o seu trabalho com frequência para que atualizar o navegador não apague o seu chassi e o seu registro de testes.(Simulador)

Orientações de segurança completas

Review these once with your group. They apply across the whole course; the notes above are what matters most this week.

Batteries and circuitsKit

Use only appropriate low-voltage educational equipment - no wall outlets and no household batteries wired by hand.
Never connect a battery's two terminals directly to each other.
Stop right away if a motor, wire, or battery becomes hot, and tell an adult.
Disconnect the power before changing wheels, motors, or other mechanical parts.

Motors and gearsKit

Keep fingers, hair, jewelry, sleeves, and loose clothing away from moving gears and wheels.
Do not force a stalled motor that has stopped turning - switch it off and find out why.
Make sure moving parts are secured before you run a test.

Moving robots

Test on the floor, not on a table where the robot could drive off an edge.
Keep robots away from stairs, roads, water, pets, and people's feet.
Use a clear, open test area.
Always include a safe-stop behavior so the robot halts when the job is done or something is in the way.

Tools and materialsKit, Sem eletrônicos

Ask an adult for help with cutting or any sharp tools.
Use safe classroom materials - no sharp, toxic, or breakable items.
Never launch or swing an attachment toward a person.

Como conduzir a aula

1.Comece pela corrente motor-eixo-roda e pelas engrenagens que trocam velocidade por torque, antes de qualquer montagem.
2.Conduza a Investigação virtual do chassi, insistindo para que os estudantes mudem uma coisa de cada vez e registrem cada resultado.
3.Peça que os estudantes prevejam qual base será a mais firme e depois faça o teste de tombamento para conferir a previsão.
4.Passe para a montagem da base com rodas, depois para os testes de velocidade e tombamento, e encerre com a verificação de aprendizagem e a reflexão.

Ideias equivocadas frequentes

"Rodas maiores sempre fazem um robô melhor": rodas maiores dão velocidade, mas exigem mais torque para sair do lugar e podem levantar a base.
"Reduzir a relação de engrenagens deixa o robô mais lento e mais fraco": ele fica mais lento, mas mais forte; troca velocidade por torque.
"Se a roda gira, o robô está andando": num piso escorregadio ela pode girar no lugar, sem aderência.
"Robô se dirige com volante": robôs de tração diferencial são dirigidos girando as rodas em velocidades diferentes.
"Robôs mais altos são mais firmes": uma base baixa e larga, com centro de massa baixo, é muito mais difícil de tombar.

Perguntas para fazer

Por onde o giro do motor precisa passar para chegar ao chão?
Se você quer que este robô suba, precisa de mais velocidade ou de mais torque?
Por que esta roda está patinando em vez de agarrar?
Para que lado o robô vai virar se a roda esquerda desacelerar?
Onde está o peso, e como você poderia deixar esta base mais difícil de tombar?

Adaptações para a sala e para os grupos

Deixe mais fácil

Dê aos estudantes uma base já montada e peça só que troquem as rodas e façam o teste de tombamento na rampa, em vez de montar o chassi do zero.

Deixe mais difícil

Desafie os estudantes a ajustar as engrenagens da base para a melhor subida na rampa e a percorrer um quadrado preciso usando só curvas de tração diferencial.

Grupos e turma toda

In pairs or small groups, give each student a role that rotates - driver (builds or types), navigator (reads the plan), and recorder (fills the worksheet) - so everyone participates. For a whole-class demo, run one shared robot or simulator on the board, have students predict together, then let groups repeat it on their own path. Groups can also mix paths: one builds on the kit while another checks the same idea in the simulator or unplugged, then they compare results.

Observações com e sem equipamento

Every activity this week runs three ways - all three teach the same core idea, so pick whichever fits your room. No specific product is required.

Kit

Folha de atividade Registro de Testes do Chassi (para imprimir)
Lápis, papel e uma régua ou fita métrica
Uma rampa curta ou uma pilha de livros para formar um plano inclinado para o teste de tombamento
Um kit de robótica programável com dois motores, rodas, eixos e engrenagens
Rodas e engrenagens variadas do kit, para trocar e comparar

Simulador

Folha de atividade Registro de Testes do Chassi (para imprimir)
Lápis, papel e uma régua ou fita métrica
Computador ou tablet com o simulador no navegador

Sem eletrônicos

Folha de atividade Registro de Testes do Chassi (para imprimir)
Lápis, papel e uma régua ou fita métrica
Uma rampa curta ou uma pilha de livros para formar um plano inclinado para o teste de tombamento
Papelão para o chassi, além de fita adesiva e tesoura
Tampinhas de garrafa ou de pote para as rodas e espetinhos de madeira ou canudos para os eixos
Elásticos, moedas ou massinha para acrescentar aderência e peso
Uma bolinha de gude ou bolinha pequena para mostrar o centro de massa se deslocando

Resolução de problemas

Problemas comuns das atividades desta semana e o que tentar.

A base faz curva em vez de ir retoKitTry: Verifique se as duas rodas estão bem apertadas e se os motores giram na mesma velocidade; uma roda frouxa ou motores desiguais fazem a base curvar.
Uma roda gira, mas a base não sai do lugarKitTry: A roda está patinando: pouca aderência. Tente uma roda que agarre mais ou uma superfície mais áspera.
Todas as montagens andam igualSimuladorTry: Confira se você mudou o ajuste e rodou de novo; mude um ajuste de cada vez para o efeito ficar claro.
A base sempre tomba nas curvasSimuladorTry: Abaixe o centro de massa ou alargue a base, e depois faça a curva um pouco mais devagar.
A base rola tortaSem eletrônicosTry: Alinhe os eixos para ficarem paralelos e use rodas do mesmo tamanho de cada lado.
As rodas deslizam em vez de rolarSem eletrônicosTry: O eixo pode estar preso. Aumente um pouco o furo para o eixo girar livre.
Ela sempre puxa para um ladoKitTry: Um motor pode estar mais rápido ou uma roda frouxa; iguale a velocidade dos motores e aperte as duas rodas.
Ela tomba para a frente quando paraKitTry: O centro de massa está alto demais ou muito à frente; abaixe o peso e recue-o para cima das rodas.
A base só anda reto, nunca viraSimuladorTry: Coloque valores diferentes na velocidade das duas rodas; velocidades iguais sempre vão reto.
A base tomba nas curvasSimuladorTry: Abaixe o centro de massa ou afaste mais as rodas, e depois faça a curva com mais suavidade.
Ela rola tortaSem eletrônicosTry: Os eixos não estão paralelos ou as rodas têm tamanhos diferentes; endireite os furos e iguale as rodas.
As rodas patinam na mesaSem eletrônicosTry: Enrole um elástico em cada roda para dar aderência.

Gabarito da verificação de aprendizagem

As respostas aparecem aqui só para o adulto; a folha do estudante mantém tudo escondido.

1. Diagnostique o problema de projeto.
Resposta correta: O centro de massa está alto demais
Por quê: Alto e pesado em cima quer dizer centro de massa alto, e isso tomba nas curvas rápidas. Abaixe o peso ou afaste mais as rodas.
2. Como um motor girando faz um robô rolar pelo chão?
Resposta correta: O motor gira um eixo, e o eixo gira as rodas
Por quê: O motor gira um eixo, o eixo gira as rodas presas nele, e as rodas girando fazem o robô rolar.
3. Você troca as engrenagens de um robô para as rodas girarem mais devagar. O que você ganha e o que você abre mão?
Resposta correta: Você ganha torque (força de giro) e abre mão de velocidade
Por quê: As engrenagens trocam velocidade por torque. Fazer as rodas girarem mais devagar dá mais força de giro para subir ou empurrar.
4. As rodas de um robô giram rápido, mas ele quase não sai do lugar num piso liso e escorregadio. Qual é o problema?
Resposta correta: Pouca aderência: as rodas estão patinando em vez de agarrar
Por quê: Pisos lisos dão pouco atrito, então as rodas têm pouca aderência e patinam no lugar em vez de fazer o robô andar.
5. Qual base de robô é a mais difícil de tombar?
Resposta correta: Uma base baixa e larga com as peças pesadas perto do chão
Por quê: Uma base baixa e larga mantém o centro de massa baixo e dentro das rodas, o que a torna difícil de tombar.
6. Na tração diferencial, como um robô de duas rodas vira à esquerda?
Resposta correta: A roda esquerda gira mais devagar que a direita
Por quê: Na tração diferencial o robô vira para o lado da roda mais lenta, então desacelerar a roda esquerda faz ele virar à esquerda.