Construir um robô que anda

Transforme o giro de um motor em rolagem firme e projete um chassi que anda sem tombar.

65 a 80 minutos

Ideias principais

Do motor que gira ao robô que rola

Um motor gira quando recebe energia, mas um motor girando sozinho não vai a lugar nenhum. Para andar, o robô liga o motor a um eixo, e o eixo segura as rodas. Quando o motor gira o eixo, as rodas giram e o robô rola.

As engrenagens trocam velocidade por torque

Engrenagens são rodas dentadas que se encaixam para que uma gire a outra. Quando uma engrenagem pequena gira uma grande, a grande gira mais devagar, mas com mais força de giro. Quando uma grande gira uma pequena, a pequena gira mais rápido, mas com menos força.

Atrito e aderência: como as rodas agarram

Atrito é a força de roçamento entre duas superfícies que se tocam. Sem atrito, uma roda girando só patinaria no lugar e o robô não sairia dali, como pneus no gelo.

Equilíbrio, estabilidade e centro de massa

O centro de massa é o ponto médio onde o peso do robô se concentra. Um robô tomba quando o centro de massa dele passa para fora das rodas.

Projeto do chassi: a estrutura do robô

O chassi é a estrutura que mantém unidos os motores, os eixos, as rodas e a bateria. Um bom chassi mantém as rodas alinhadas, segura os motores com firmeza e coloca as peças pesadas embaixo.

Tração diferencial: dirigir pela velocidade

A maioria dos robôs pequenos é dirigida por tração diferencial: duas rodas, uma de cada lado, cada uma girada pelo próprio motor. Quando as duas rodas giram na mesma velocidade, o robô vai reto.

Palavras para conhecer

Motor:: Uma peça que gira quando recebe energia, dando ao robô o movimento de que ele precisa para rolar.
Eixo:: Uma haste em que a roda é presa, de modo que, quando o eixo gira, a roda gira junto.
Roda:: Uma peça redonda que faz o robô rolar pelo chão quando o eixo dela gira.
Engrenagem:: Uma roda dentada que se encaixa em outra para transmitir o giro e mudar a velocidade ou a força dele.
Velocidade:: O quão rápido o robô anda. Uma engrenagem pequena girando uma grande faz as rodas girarem mais devagar.
Torque:: A força de giro que um motor ou uma engrenagem tem. Mais torque significa mais força para mover um robô pesado ou para subir.
Atrito:: A força de roçamento entre duas superfícies que se tocam. Ela freia o deslizamento e faz as rodas agarrarem em vez de girar no mesmo lugar.
Aderência:: O quanto uma roda agarra no chão. Com boa aderência, a roda empurra o robô para a frente em vez de patinar.
Equilíbrio:: Distribuir o peso do robô para que ele fique em pé e não tombe.
Estabilidade:: O quanto é difícil tombar um robô. Uma base baixa e larga é mais estável do que uma alta e estreita.
Centro de massa:: O ponto médio onde o peso do robô se concentra. Quanto mais baixo o centro de massa, mais difícil é tombar o robô.
Chassi:: A estrutura ou base do robô que mantém os motores, as rodas e todo o resto unidos.
Tração diferencial:: Um jeito de dirigir girando as duas rodas laterais em velocidades diferentes: o robô vira para o lado da roda mais lenta.

A sua atividade

Investigação virtual do chassi

Objetivo: Explorar como o tamanho da roda, as engrenagens e o formato da base mudam o jeito de uma base com rodas andar, agarrar e ficar em pé.

Você vai mudar uma coisa de cada vez (tamanho da roda, engrenagens, largura da base ou peso) e observar como a base anda. Mudar uma coisa de cada vez é o jeito de saber qual mudança causou o quê.
A cada mudança, anote o que aconteceu com a velocidade, a aderência e a estabilidade. Escreva qual montagem rolou reto e rápido, e qual ficou mais firme.

Escreva o que aconteceu:

Desafio da base com rodas

Objetivo: Montar uma base com rodas que anda reto, fica em pé e consegue ser dirigida por tração diferencial.

Monte uma base com duas rodas motrizes, uma de cada lado, mais um apoio na frente ou atrás para ela não tombar. Mantenha as peças pesadas embaixo e as rodas bem alinhadas.
Teste três coisas: ela rola reto? Dá para dirigi-la girando as rodas em velocidades diferentes? Ela fica em pé quando para e quando faz curva? Corrija uma coisa de cada vez até as três funcionarem.

Escreva o que aconteceu:

Preveja

Escreva o seu palpite antes de testar.

Antes do teste de tombamento: qual base você acha que fica em pé por mais tempo na rampa, a alta e estreita ou a baixa e larga? Por quê?

Antes de trocar as engrenagens: você acha que uma relação mais baixa vai deixar a base mais rápida ou mais forte para subir? Preveja o que ela vai perder em troca.

Teste e registre

Teste de velocidade e retidão da base com rodas

Marque uma linha de largada e uma de chegada com um metro de distância. Faça a base andar da largada e registre quantos segundos ela leva e o quanto ela termina fora da linha. Repita três vezes.

Registre: O tempo para percorrer a distância e o quanto a base se desviou da linha reta

Run	Tempo até a chegada (segundos)	Desvio da linha reta (cm)	Observações

Teste de estabilidade contra tombamento

Coloque a base na rampa e levante a rampa devagar até a base tombar. Registre o ângulo de tombamento (ou o número de livros) para uma montagem baixa e larga e para uma alta e estreita.

Registre: O ângulo ou a altura da rampa em que cada montagem tomba

Montagem	Tomba com quantos livros / em que ângulo	Ficou em pé? (S/N)

Verificação de aprendizagem

Responda cada pergunta. Nas de múltipla escolha, circule a melhor resposta.

Diagnostique o problema de projeto.
O robô de um estudante é alto e estreito, com a bateria montada em cima. Ele anda reto sem problema, mas tomba toda vez que faz uma curva rápida.
- A.O centro de massa está alto demais
- B.As rodas têm aderência demais
- C.O motor tem pouco torque
- D.Os eixos são compridos demais
Como um motor girando faz um robô rolar pelo chão?
- A.O motor gira um eixo, e o eixo gira as rodas
- B.O motor sopra ar para trás para empurrar o robô
- C.O motor deixa o robô mais leve
- D.As rodas giram sozinhas, sem o motor
Você troca as engrenagens de um robô para as rodas girarem mais devagar. O que você ganha e o que você abre mão?
- A.Você ganha velocidade e abre mão de torque
- B.Você ganha torque (força de giro) e abre mão de velocidade
- C.Você ganha velocidade e torque ao mesmo tempo
- D.Você perde velocidade e torque ao mesmo tempo
As rodas de um robô giram rápido, mas ele quase não sai do lugar num piso liso e escorregadio. Qual é o problema?
- A.Torque demais
- B.O motor está desligado
- C.Pouca aderência: as rodas estão patinando em vez de agarrar
- D.O centro de massa está baixo demais
Qual base de robô é a mais difícil de tombar?
- A.Uma base alta e estreita com as peças pesadas lá em cima
- B.Uma base baixa e larga com as peças pesadas perto do chão
- C.Uma base com as rodas maiores, não importa o formato
- D.A base mais colorida
Na tração diferencial, como um robô de duas rodas vira à esquerda?
- A.Ele usa um volante, como um carro
- B.A roda esquerda gira mais devagar que a direita
- C.As duas rodas aceleram juntas
- D.O motor se inclina para o lado

Refletir

Que mudança mecânica fez a maior diferença no movimento do seu robô, e por quê?

Que mudança deixou a sua base mais estável, e por que isso ajudou?

Descreva como você faria o seu robô virar à esquerda usando apenas as duas rodas dele.