Modelo 7: Robô de limpeza

O robô anti-migalhas

Série escolar

5-7

Tempo necessário

2 aulas duplas

Nível de dificuldade

Modelo: leve Programação: média

Tipo de modelo

robô móvel / veículo

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DESCRIÇÃO DO MODELO / TAREFA

Os alunos planejam e realizam um robô de limpeza autônomo para uma área. Dois sensores localizados nos para-choques esquerdo e direito impedem o deslocamento de objetos ou o travamento do robô. Um sinal desses sensores faz com que o robô ande para trás, mude de direção e depois continue seu percurso. Para diferenciação, um sensor de gestos RGB pode ser instalado como proteção contra quedas. Assim, o dispositivo também pode limpar mesas sem cair.

REFERÊNCIA DO DIA A DIA

O tema da automação de processos e o uso de sistemas robóticos desempenham um papel cada vez maior no cotidiano dos alunos. Além dos já existentes robôs cortadores de grama ou aspiradores, certamente no futuro outros assistentes pessoais ou veículos auxiliares complementarão a vida.

Devido à crescente relevância no dia a dia, o tema é adequado para a orientação pré-profissional. Ele desperta a curiosidade dos alunos sobre a tecnologia cotidiana correspondente e os aspectos profissionais relacionados ao tema da condução autônoma.

Perguntas orientadoras

Quais funções um robô de condução autônoma deve cumprir de forma sensata? (Comunicação, Colaboração)
Quais problemas podem surgir no uso de um veículo autônomo? (Pensamento crítico)
Quais aspectos do design devem ser considerados para uma operação tranquila? (Criatividade)

Relação com a disciplina

Informática

Fundamentos da programação de vários sensores

Tecnologia

Calibrador de transmissão, estabilidade de um veículo, sistemas de direção, fabricar e otimizar um objeto, condução autônoma, trânsito

Física

Atrito e pressão de contato

Desenvolvimento da aula

Conversa de aula (sem aplicativo)

Coletar diferentes veículos autônomos possíveis do cotidiano dos alunos.
Desenvolver as funções técnicas básicas de um veículo autônomo.
Apresentação da tarefa.
Discussão sobre sensores possíveis/úteis e definição da solução de sensor a ser implementada, bem como do ângulo a ser usado para desviar do obstáculo.
Discussão sobre possibilidades de realização da fixação e da pressão da unidade do limpador

Se necessário, suporte

Mostrar sensores, atuadores e componentes do kit de construção, usar mídias de apresentação se necessário.

Conversa em sala de aula

O procedimento para a construção do modelo e a função a ser alcançada são desenvolvidos em conjunto.
As etapas do aplicativo são definidas ou discutidas

Trabalho em dupla ou individual (com aplicativo)

Os alunos se familiarizam com o aplicativo e carregam a tarefa correspondente.
Os alunos priorizam as funções do sistema a ser construído.
Os alunos criam, por meio do aplicativo, uma lista de requisitos para as peças mecânicas e os sensores do limpador automático de mesa.

Conversa em sala de aula (sem aplicativo)

A estrutura do robô é discutida.
São discutidos possíveis materiais para os meios de limpeza e é explicado um breve experimento de teste.

Trabalho em dupla ou em grupo (sem aplicativo)

Os alunos testam diferentes meios de limpeza (esponja, lenço de papel, pedaço de tecido, papel toalha) e fazem uma avaliação sobre sua eficácia no uso.

Trabalho opcional em dupla ou em grupo (sem aplicativo)

Opcionalmente, os alunos esboçam a possível instalação.
Os alunos discutem os resultados em grupo e escolhem um design.

Trabalho em dupla ou em grupo

O robô de limpeza é colocado em operação, posicionado em uma superfície plana e testado.
Possíveis falhas no funcionamento devem ser identificadas e corrigidas. Ajuda é oferecida no aplicativo.
Eventuais otimizações no hardware (por exemplo, pressão do pano de limpeza) e na programação do percurso (movimento para trás e alteração do ângulo de direção) são realizadas.

Opcional: Apresentação de uma alocação das diferenciações

A possibilidade de diferenciação para alunos rápidos é oferecida no aplicativo.
O professor aborda os alunos em questão. O procedimento subsequente é realizado pelo aplicativo.

Discussão em plenário

Revisão do projeto em grupo na sala de aula.
Se aplicável, os resultados da diferenciação são discutidos: a utilização do sistema de proteção contra quedas e sua função são demonstradas.
Esclarecimento de como são alcançadas as devidas proteções em robôs de limpeza comerciais ou veículos autônomos.
Esclarecimento das necessidades futuras em soluções do dia a dia (transferência do tema para o cotidiano):

Informações e Avisos

Observações metodológicas e didáticas

Possibilidades de diferenciação

O modelo é especialmente adequado para a construção sistemática e para experimentar diferentes modos de condução por meio da alteração do ângulo de correção durante a condução. Através da diferenciação, o veículo pode ser ampliado com pouco esforço para incluir um sensor adicional (sensor de gestos RGB) para aumentar o grau de autonomia.

Aspectos motivacionais

O desejo de construir um veículo que se controle de forma o mais autônoma possível, utilizando vários sensores diferentes, é grande. Pode haver também interesse em complementar o sistema com outros componentes úteis (por exemplo, interruptor principal, interruptor traseiro, otimização da função do limpador por meio da integração de um reservatório de gotas …). Isso pode ser abordado durante a conversa em aula.

Materiais adicionais

Se disponível, um robô aspirador, caso contrário, possivelmente imagens
Meios para desenhar (papel, quadro branco, superfície de projeção)
Diversos meios para limpar (lenço de papel, papel toalha, esponja, ...)

Instruções de montagem

Diagrama elétrico

Funções do modelo e suas soluções técnicas

Função do equipamento

Solução técnica

Acionamento da limpeza

Pressionar o botão de início no controlador RX

Limpeza frontal

Ativação dos dois motores

Colisão com obstáculo

Acionamento de um dos botões, parada dos motores

Correção da direção devido a obstáculo detectado à direita

Recuar o veículo, girar cerca de 20° (4 impulsos) para a esquerda, continuar o percurso

Correção da direção devido a obstáculo detectado à esquerda

Recuar o veículo, girar cerca de 20° (4 impulsos) para a direita, continuar o percurso

Nova limpeza frontal

Ativação dos dois motores

Diferenciação: Acionamento da proteção contra queda na borda da mesa

Parada dos motores, marcha ré dos motores e contagem dos impulsos, mudança de direção, continuação do percurso

Troca do meio de limpeza

Abrir o dispositivo de fixação para um pano de limpeza na parte traseira do veículo

Ajuste do meio de limpeza

Ajustar a articulação da fixação do limpador

Lista de materiais

Lista de materiais do circuito básico

Sensores

Função

2 Botões

Detecção de obstáculos

2 Botões

Contagem de impulsos dos motores

Diferenciação: 1 sensor de gestos RGB

Evita queda de uma posição elevada

Atuadores

Função

2 Motores

Cada um para um eixo

Modelo 7: Robô de limpeza

DESCRIÇÃO DO MODELO / TAREFA

REFERÊNCIA DO DIA A DIA

Perguntas orientadoras

Relação com a disciplina​

Desenvolvimento da aula​

Informações e Avisos​

Observações metodológicas e didáticas​