Braço Robótico (V)

Módulo de relé de quatro canais de 5 V

O módulo de relé de quatro canais contém quatro relés de 5 V e os componentes de comutação e isolamento associados, o que facilita a interface com um microcontrolador ou sensor com o mínimo de componentes e conexões. Os contatos de cada relé são especificados para 250 VCA e 30 VCC e 10 A em cada caso, conforme marcado no corpo dos relés. É utilizado para acionar os coolers dos módulos L298N.

O circuito driver deste módulo de relé é ligeiramente diferente dos circuitos de acionamento de relé tradicionais, pois há uma camada adicional de isolamento opcional. Quando o jumper está em curto, o relé e a entrada compartilham a mesma VCC, e quando está aberto, uma fonte de alimentação separada deve ser fornecida ao jumper JD-VCC para alimentar a bobina do relé e a saída do optoacoplador.

As entradas deste módulo são ativas em nível baixo, o que significa que o relé é ativado quando o sinal no conector de entrada está em nível baixo. Isso ocorre porque o LED indicador e a entrada do optoacoplador estão conectados em série ao pino VCC em uma extremidade, portanto, a outra extremidade deve ser conectada ao terra para permitir o fluxo de corrente. Os optoacopladores utilizados aqui são o PCF817, que é um optoacoplador comum e também pode ser encontrado em encapsulamento through-hole.

Especificações do módulo de relé de quatro canais

Tensão de alimentação - 3,75 V a 6 V

Corrente de disparo - 5mA

Corrente quando o relé está ativo - ~70mA (único), ~300mA (todos os quatro)

Tensão máxima de contato do relé - 250 VCA, 30 VCC

Corrente máxima do relé - 10A

Motores NEMA

Um motor NEMA é um motor elétrico que segue as especificações definidas pela National Electrical Manufacturers Association (NEMA), uma associação norte-americana responsável por estabelecer normas para equipamentos elétricos. Essas normas garantem uniformidade nas dimensões físicas, métodos de montagem, classes de isolamento térmico e características de desempenho dos motores. Dessa forma, permitem que motores de diferentes fabricantes sejam intercambiáveis e facilmente integrados ou substituídos em sistemas industriais e de automação.

Entre as principais características dos motores NEMA destacam-se as dimensões padronizadas da face de montagem (por exemplo, NEMA 17, NEMA 23, etc., em que o número indica em décimos de polegada a dimensão da face), a padronização dos furos de fixação, diâmetro e comprimento do eixo, bem como especificações quanto à classe de isolamento térmico (A, B, F, H). Isso assegura a durabilidade, segurança e versatilidade dos motores em diferentes aplicações, como automação industrial, robótica, impressoras 3D e CNCs. Além disso, a NEMA também define tipos de montagem (flange, suportes, etc.) e categorias baseadas no torque e corrente de partida, facilitando ainda mais a seleção e aplicação dos motores em projetos diversos.

NEMA 14 (36 mm)

A menor dimensão ofertada pela SEM é o motor de passo NEMA 14. O “14” indica que a face de montagem do motor possui aproximadamente 1,4” (polegadas) quadradas, sendo que, ao consultar as especificações mecânicas, observa-se que a medida real é 1,39” quadradas.

Essa dimensão pode variar entre fabricantes, uma vez que o padrão NEMA estabelece que motores com flange quadrada devem encaixar dentro de uma dimensão circular máxima.

Além da face de montagem, motores que seguem o padrão NEMA apresentam as mesmas dimensões de furos para fixação, o mesmo espaçamento entre esses furos, o mesmo diâmetro do ressalto central para centralização e o mesmo diâmetro e comprimento do eixo.

Portanto, teoricamente, um motor NEMA adquirido de qualquer fabricante será compatível fisicamente com a montagem proposta por outro fabricante. No entanto, podem existir variações mecânicas, especialmente no diâmetro e comprimento do eixo. É importante ressaltar que é bastante provável encontrar diferenças entre os parâmetros elétricos das bobinas entre fabricantes.

NEMA 17 (42 mm)

O tamanho imediatamente superior é o NEMA 17, cuja face de montagem possui aproximadamente 1,7”. O valor exato é de 1,67”. Nos motores NEMA 17, surgem variações no comprimento do motor: a face de montagem permanece a mesma, mas o comprimento total pode variar conforme o número de empilhamentos de ímãs no rotor. Cada empilhamento adicional de ímãs aumenta o torque produzido pelo motor. Um motor com um único empilhamento gera menos torque que um motor com duplo empilhamento, e este, por sua vez, gera menos torque que um com triplo empilhamento.

O acréscimo de empilhamentos de ímãs também aumenta a inércia do rotor, um parâmetro relevante para o dimensionamento de motores.

NEMA 23 (56 mm)

O próximo tamanho é o NEMA 23, cujo valor indica aproximadamente a dimensão da face de montagem em polegadas. Essa série apresenta três versões quanto ao comprimento do empilhamento magnético. Na linha MDrive Plus, são quatro opções de comprimento de empilhamentos. Vale notar que, em determinado ponto, o aumento prolongado do comprimento torna-se inviável devido a limitações do processo fabril. Para incrementar o torque, uma alternativa mais eficiente e econômica é aumentar o diâmetro do motor juntamente com a quantidade de empilhamentos dessa série.

NEMA 34 (85 mm)

A seguir, tem-se o NEMA 34, novamente indicando a dimensão aproximada da face de montagem. Essa série apresenta três variações de empilhamento, tanto para o motor isoladamente quanto para versões MDrive.

Embora motores de passo sejam encontrados até o NEMA 42, acima do NEMA 34 a escolha por motores de passo torna-se economicamente inviável, visto que existem outras tecnologias de motores e sistemas de acionamento mais adequados para potências e torques superiores.

https://www.oyostepper.com/article-1074-Stepper-Motor-Sizing-and-NEMA-Standards-List.html

Projeto: Braço Robótico (IV)

 Programa Arduino para acionar o L298N:

// Defina os pinos conforme as ligações entre Arduino e L298N

#define IN1 8    // Input 1 (L298N - Out1)

#define IN2 9    // Input 2 (L298N - Out2)

#define IN3 10   // Input 3 (L298N - Out3)

#define IN4 11   // Input 4 (L298N - Out4)

#define ENA 5    // Enable A (para as saídas 1/2)

#define ENB 6    // Enable B (para as saídas 3/4)

int delayPasso = 5; // tempo entre passos em ms (ajuste conforme necessário)

void setup() {

  // Configurar pinos como saída

  pinMode(IN1, OUTPUT);

  pinMode(IN2, OUTPUT);

  pinMode(IN3, OUTPUT);

  pinMode(IN4, OUTPUT);

  pinMode(ENA, OUTPUT);

  pinMode(ENB, OUTPUT);

  // Habilita ambos canais do L298N

  digitalWrite(ENA, HIGH);

  digitalWrite(ENB, HIGH);

}

void loop() {

  // Gira para um sentido (horário)

  for (int i = 0; i < 200; i++) { // 200 passos = 1 volta em motores 1.8º/passo

    passoHorario();

  }

  delay(1000);

  // Gira para o sentido oposto (anti-horário)

  for (int i = 0; i < 200; i++) {

    passoAntihorario();

  }

  delay(1000);

}

// Sequência para um passo no sentido horário

void passoHorario() {

  digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW);

  digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW);

  delay(delayPasso);

  digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, HIGH);

  digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW);

  delay(delayPasso);

  digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, HIGH);

  digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, HIGH);

  delay(delayPasso);

  digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW);

  digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, HIGH);

  delay(delayPasso);

}

// Sequência para um passo no sentido anti-horário

void passoAntihorario() {

  digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW);

  digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, HIGH);

  delay(delayPasso);

  digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, HIGH);

  digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, HIGH);

  delay(delayPasso);

  digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, HIGH);

  digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW);

  delay(delayPasso);

  digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW);

  digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW);

  delay(delayPasso);

}

Projeto: Braço Robótico (III)

Para movimentação do braço, estou utilizando 3 motores NEMA 23 (Motion WS2301530820), com torque aproximado de 13 kgf.cm.

Cada motor é acionado por uma Ponte H 2 Canais L298N. 

https://newscrewdriver.com/2021/01/28/circuit-schematic-of-generic-l298n-driver-board/

O que é o Driver de Motor L298N

O L298N é um driver de motor amplamente utilizado para controlar dois motores DC de maneira econômica e eficiente. Suporta a manipulação de velocidade e direção de dois motores DC, incluindo motores de passo bipolares como o NEMA 17. O controle é realizado utilizando a técnica de modulação por largura de pulso (PWM), enviando pulsos de liga/desliga aos motores para ajustar a tensão de entrada. Em aplicações de prototipagem, o uso de placas breakout pode ser mais prático que circuitos integrados isolados.

O driver L298N possui dois canais independentes, denominados canal A e canal B. Para operar um motor no canal A, é necessário conectar os pinos Out 1 e Out 2, bem como os pinos Enable A e Enable B ao motor. O pino Enable A deve ser mantido em nível lógico alto para ativar o motor. Para operar o motor no sentido anti-horário, o pino Input 1 deve ser mantido em nível lógico baixo. Para melhor desempenho, recomenda-se utilizar uma fonte de alimentação de 5V.

O módulo L298N integra dois blocos terminais de parafuso: um destinado à conexão dos motores e outro ao terminal de aterramento (GND). Adicionalmente, o módulo dispõe de um pino 5V, que pode atuar tanto como entrada quanto como saída. O sinal PWM gerado pelo controlador determina a velocidade do motor. O circuito foi projetado para operar de forma integrada com outros componentes eletrônicos e mecânicos, como sensores, chaves e detectores.

O que é o Módulo L298N

O L298N é um circuito integrado (CI) cuja folha de dados (datasheet) detalha características técnicas, especificações, diagramas em blocos e circuitos recomendados, inclusive para uso com plataformas como Arduino Uno R3. O CI dispõe de dois pinos de controle: um para o sentido de rotação e outro para o ajuste de velocidade.

Este driver utiliza uma arquitetura de ponte H dupla (double H-bridge), que reduz significativamente a dissipação térmica e as interferências eletromagnéticas. Suporta correntes de até 2A com potência máxima de 25W. O módulo é capaz de acionar dois motores DC, um motor de passo de 2 fases ou um de 4 fases. O funcionamento requer uma tensão de alimentação dedicada ao driver e uma fonte externa de 5V para alimentação lógica. Após a instalação dos componentes, o módulo está pronto para operação.

O módulo L298N aceita sinais de nível TTL padrão, sendo amplamente utilizado em projetos de robótica móvel e automação, incluindo controle de motores com rodas e ajuste de intensidade luminosa via modulação (PWM), aceitando tanto variações de polaridade quanto de ciclo de trabalho.

Funcionamento do Driver de Motor L298N

O circuito integrado L298N possui dois pinos de alimentação: Vs, responsável pela alimentação do motor, e Vss, dedicado à alimentação dos circuitos lógicos internos. Ambos devem compartilhar um ponto comum de terra (GND). O módulo inclui um regulador 78M05 para fornecer 5V, que pode ser habilitado ou desabilitado conforme necessidade. O L298N é compatível com plataformas como Arduino Uno e Raspberry Pi.

A principal função do L298N é controlar a velocidade e o sentido de rotação dos motores DC através de modulação por largura de pulso (PWM). A largura do pulso determina a velocidade de rotação; quanto mais largo o pulso, maior a velocidade. O valor ótimo para o ciclo de trabalho do PWM depende das características do motor utilizado, sendo necessário ajustar na prática.

O funcionamento do driver L298N é definido por uma Tabela-Verdade, que relaciona os níveis lógicos dos pinos de entrada e saída, baseando-se em funções booleanas. Para operar corretamente o módulo, é necessário configurar os pinos de entrada e saída (TTL) de acordo com a lógica especificada na tabela.

Tabela-Verdade do L298N

O CI L298N utiliza o conceito de ponte H para comandar motores DC e motores de passo, determinando a direção de rotação e o acionamento da carga. A lógica de controle é baseada em dois sinais de entrada por canal (Input 1/2 para canal A e Input 3/4 para canal B) e um sinal de habilitação (Enable A/B para cada canal).

A seguir, está a Tabela-Verdade para um canal típico (canal A), sendo aplicável de forma similar ao canal B:

Enable: Se estiver em nível alto (1), a ponte H está habilitada para funcionar. Em nível baixo (0), o canal correspondente está desativado.

Input 1 / Input 2: Definem o sentido de rotação do motor ou o estado das bobinas no caso de motor de passo.

X: Pode ser 0 ou 1 (não interfere pois o canal está desabilitado).

Aplicação para Motor de Passo

No controle de motores de passo bipolares com L298N, utiliza-se a sequência correta de ativação/desativação dessas entradas para gerar o avanço nas fases do motor. Normalmente, cada bobina do motor é conectada a um canal, e a lógica acima se repete para cada uma.

L298N com Motor de Passo

O módulo L298N, quando utilizado com motores de passo, atua como um controlador avançado baseado em dois drivers de ponte H completos (full-bridge), permitindo o acionamento de motores DC, motores de passo e, adicionalmente, cargas indutivas como solenóides. O módulo L298N dispõe de dois canais independentes e integra o regulador de tensão 78M05 para fornecimento de 5V. Sua arquitetura é simples, facilitando a programação e integração em projetos eletrônicos, especialmente com plataformas Arduino.

Conexão de Motor de Passo ao Módulo L298N

Para realizar a conexão de um motor de passo ao módulo L298N, é fundamental identificar corretamente os fios do motor. Motores de passo requerem que os terminais de entrada possuam polarização idêntica em cada fase ou bobina. O procedimento básico para conexão envolve:

Identificação dos fios de cada fase do motor de passo.

Conexão dos fios das bobinas do motor aos terminais de saída do módulo L298N (Out 1, Out 2, Out 3 e Out 4).

Utilização de um microcontrolador, como o Arduino Uno ou Raspberry Pi, preferencialmente alimentados com tensão mínima de 5V para garantir operação estável.

Configuração dos sinais de controle nos pinos de entrada do módulo L298N para operar o motor na sequência desejada.

Características Técnicas e Aplicação

O módulo L298N é capaz de fornecer até 2A por bobina, o que é suficiente para aplicações básicas e prototipagem de sistemas com motores de passo. Para projetos mais exigentes, outra solução pode ser necessária devido ao limite de corrente. O CI apresenta alta robustez e durabilidade, sendo os componentes projetados para suportar longos períodos de funcionamento.

Projeto: Braço Robótico (II)

Instalei 2 motores NEMA 17 acoplados a eixos rosqueados, comandados pelo Arduino. Estes 2 motores comandam uma base giratória, que é apoiada em uma guia linear com mesa.

Projeto: Braço Robótico (I)

Estou elaborando um novo projeto, um braço robótico. À medida que ele for evoluindo, vou colocando aqui fotos e informações. Toda a infra estrutura será modelada em CAD e impressa numa impressora 3D.

Para leitura de sensores e acionamento de motores, estou usando um Arduino Mega.

Inicialmente o braço será controlado por atuadores como joystick ou potenciômetros. No futuro, a ideia é acoplar um Raspberry para processamento inteligente.

Soyuz "Globus" Mechanical Navigation Computer

Sim, eram componentes mecânicos, alguns eletrônicos. Nada de chips, LCDs. Este é o computador de navegação mecânica das naves Soyuz (ou do início da carreira destas naves, que ainda estão operando quase 60 anos após seu projeto inicial).

O principal objetivo do Globus (em russo, "Индикатор Навигационный Космический" - indicador de navegação espacial) era indicar a posição da espaçonave. O globo girava enquanto as miras fixas na cúpula de plástico indicavam a posição da espaçonave. Assim, o globo correspondia à visão que os cosmonautas tinham da Terra, permitindo-lhes confirmar sua localização. Dispositivos de medição de latitude e longitude ao lado do globo forneciam uma indicação numérica da posição. Enquanto isso, um mostrador de luz/sombra na parte inferior mostrava quando a espaçonave seria iluminada pelo sol ou estaria na sombra, informações importantes para a acoplagem. O Globus também tinha um contador de órbitas.

Globus ИНК (INK) - Vista frontal

O Globus possuía um segundo modo, indicando onde a espaçonave pousaria se ativassem os retrofoguetes para iniciar um pouso. Ao acionar um interruptor, o globo girava até que a posição de pouso estivesse sob as miras, e os cosmonautas poderiam avaliar a adequação deste local de pouso.

Os cosmonautas configuravam o Globus girando botões para definir a posição inicial da espaçonave e o período orbital. A partir daí, o Globus acompanhava a órbita de forma eletromecânica. Diferente do Computador de Navegação Apollo, o Globus não recebia informações de navegação de uma unidade de medição inercial (IMU) ou outras fontes, portanto, não conhecia a posição real da espaçonave. Era puramente uma exibição da posição prevista.

Globus ИНК (INK) - Interior

Veja os seguintes vídeos explicativos:

A few orbits with the Soyuz Globus

7 Orbits with the Soyuz Globus Mechanical Computer

Soyuz "Globus" Mechanical Navigation Computer Part 1: Grand Opening

Soyuz "Globus" Mechanical Navigation Computer Part 2: Powering Up

Soyuz "Globus" Mechanical Navigation Computer Part 3: Landing Function

Uma explicação mais detalhada está neste interessantíssimo blog de Ken Shirriff:

Inside the Globus INK: a mechanical navigation computer for Soviet spaceflight

Soviet Surface to Air Missile Poorly Explained

Você já se perguntou como funciona o sistema de orientação de um míssil? Trago aqui um vídeo explicativo. Claro, é um míssil do início dos anos 60. Não esperem Arduinos e GPSs...

Veja o vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=L0LhTFIutSo

Robótica Móvel • DCC-UFMG

 

Canal do Departamento de Ciência da Computação da UFMG.

https://www.youtube.com/@roboticamovel-dcc-ufmg/featured

Brincando com Ideias

 

Canal do Flávio Guimarães

Pensou em Arduino ? Internet das Coisas ? Está no lugar certo!

Aqui você vai aprender sobre Arduino e tudo o que esta relacionado. Desde a base, passando pelos conceitos básicos da eletrônica e lógica de programação até módulos para usar com o Arduino e conceitos avançados e complexos. Também exploramos tudo o que esta relacionado ao Arduino. Como RaspberryPi, ESP8266, aplicativos para smartphone e muito mais. E como queremos que nossa comunidade cresça e seja referência no mercado de Arduino e Internet das Coisas, tratamos até temas profissionalizantes como Automação Industrial e Residencial. Neste canal, queremos democratizar a tecnologia deixando tudo explicado de uma forma simples para que todos possam entender e aprender. Neste canal, não existe pré-requisitos! Seja muito bem vindo!

https://www.youtube.com/@BrincandocomIdeias/featured

https://brincandocomideias.com.br/

Pós-graduação lato sensu em Robótica da Universidade Federal de Viçosa

 📢 Hoje é o ÚLTIMO DIA! 🤖🎓

As inscrições para o curso de pós-graduação lato sensu em Robótica da Universidade Federal de Viçosa (UFV) se encerram HOJE, 28/01/2025! ⏳

🔧 Por que fazer este curso?

✅ Aprenda com especialistas renomados na área

✅ Prepare-se para as demandas do futuro

✅ Potencialize sua carreira no mercado de tecnologia 🚀

Não deixe essa oportunidade escapar! 🕒

🖥 Garanta sua inscrição agora: https://portalead.cead.ufv.br/saaf/portal/curso/ver/robotica/

Expresso Arduino

Projetos com Arduíno e Eletrônica para automatizar e dar vida a sua maquete ferroviária: DCC, JMRI, Movimento, Luzes e Som para seu cenário!!!

How To Control a Stepper Motor with A4988 Driver and Arduino

Link

Pilentum

Bem-vindo ao Pilentum Television! Descubra o mundo fantástico dos trens miniaturas, das maquetes ferroviárias e do ferromodelismo.

Pilentum quer apresentar as maiores maquetes ferroviárias e as mais belas locomotivas do mundo.

Há mais de 250 filmes sobre ferromodelismo com locomotivas a vapor, com locomotivas elétricas e com trens de alta velocidade em um mundo em miniatura.

PILENTUM TELEVISION
60314, Frankfurt am Main, DE
E-Mail: youtube@pilentum.org

Arduino IMU: Pitch & Roll from an Accelerometer

One day, looking for cheap sensors on ebay, I found this interesting board which contained everything I was looking for. It basically consists of a 3-axis accelerometer (ADXL345), a 3-axis magnetometer (HMC5883L), a 3-axis gyroscope (L3G4200D) and a barometric pressure sensor (BMP085). My plan is to build an Inertial Measurement Unit (IMU) (or maybe I should call it Attitude and heading reference system (AHRS)) and in the process learn how to interact and interpret the information all of this sensors provide. The fact is I have some experience using IMUs since I used one on my master thesis and another one on the Avora AUV, but the fact is they come preprogrammed and there is not much point in working with the raw sensor data unless you want to improve the measurement or give it another use.

Leia o resto em The C Continuum.