TCC-ARTHUR-DCO-vFINAL

Prévia do material em texto

Arthur Andrade Bezerra
Desenvolvimento de kit de Robótica
Educacional Lúdica
Natal – RN
Junho de 2019
Arthur Andrade Bezerra
Desenvolvimento de kit de Robótica Educacional
Lúdica
Trabalho de Conclusão de Curso de Enge-
nharia de Telecomunicações da Universidade
Federal do Rio Grande do Norte, apresentado
como requisito parcial para a obtenção
do grau de Bacharel em Engenharia de
Telecomunicações
Orientador: Julio Cesar Paulino de Melo
Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN
Departamento de Engenharia de Comunicações – DCO
Curso de Engenharia de Telecomunicações – CETEL
Natal – RN
Junho de 2019
Arthur Andrade Bezerra
Desenvolvimento de kit de Robótica Educacional
Lúdica
Trabalho de Conclusão de Curso de Enge-
nharia de Telecomunicações da Universidade
Federal do Rio Grande do Norte, apresentado
como requisito parcial para a obtenção
do grau de Bacharel em Engenharia de
Telecomunicações
Orientador: Julio Cesar Paulino de Melo
Trabalho aprovado. Natal – RN, 21 de Junho de 2019:
Prof. Dr. Aquiles Filgueira Burlamaqui - Convidado
UFRN - ECT
Prof. Dr. Marcio Rodrigues - Convidado
UFRN - DCO
Prof. Dr. Orivaldo Vieira - Convidado
UFRN - ECT
Prof. Dr. Julio Cesar Paulino de Melo - Orientador
UFRN - IMD
Natal – RN
Junho de 2019
AGRADECIMENTOS
Primeiramente à Minha família e ao meu amor Palloma
À Universidade Federal do Rio Grande do Norte, principalmente pelo aprendizado
nos laboratórios LAR e PROTOLAB.
Ao meu orientador Prof Dr. Julio Melo, pela sua calma e ajuda.
Aos professores Aquiles Burlamaqui e Luiz Eduardo.
Aos Sócios da VOID3D.
“O desenvolvimento humano depende fundamentalmente da invenção. Ela é o produto
mais importante de seu cérebro criativo. Seu objetivo final é o completo domínio da mente
sobre o mundo material e o aproveitamento das forças da natureza em favor das
necessidades humanas."
(Nikola Tesla)
RESUMO
O trabalho consiste no desenvolvimento de um Sistema Robótico com Programaçao Tátil
para uso com técnicas de robótica educacional que são aplicadas à crianças a partir de
3 anos. Esse sistema será usado como peça chave para criação de um produto na área
de robótica Tátil. O trabalho compreenderá a projeto e construção do sistema robótico
programável, com comunicação sem fio, compreendendo: projeto e implementação do
robô; projeto e implementação da prancheta lúdica de controle e programação e projeto e
implementação da comunicação entre o robô e a prancheta. A Prancheta de Controle usará
técnicas de codificação por blocos usando, uma metodologia lúdica para programação do
Robô
Palavras-chaves: Robótica Educacional. Robótica tátil, Robo com rodas.
ABSTRACT
The work is done in the development of a robotic system with Tactile programming for use
with educational robotics that is applied to children from 3 years. This system will be used
as a key to product creation in the field of Tactile robotics. The work includes a project
and the construction of the programmable robotic system, with wireless communication,
comprising: robot design and implementation; design and implementation of the playful
communication of control and programming and implementation of communication between
the robot and the drawing board. The Control Board uses block coding techniques using a
playful methodology for programming the Robot
Keywords: Educational Robotics, Tactile programming, Robot with wheels.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Brick EV3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figura 2 – Blocos de ação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figura 3 – Blocos de fluxo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figura 4 – Blocos de sensores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Figura 5 – Blocos de operação de dados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Figura 6 – Blocos Avançados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Figura 7 – Meccano-Erector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figura 8 – Meccano Ragdoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figura 9 – programação em blocos Meccano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figura 10 – robô mBot com programação por blocos . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figura 11 – Blocos de montar Modelix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figura 12 – Interface de programação baseada em fluxograma Modelix . . . . . . . 24
Figura 13 – Cubetto e prancheta programável . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figura 14 – Tapete representativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figura 15 – Robô solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figura 16 – Vistas CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figura 17 – Representação componentes impressora 3D . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Figura 18 – Alturas de camada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Figura 19 – Fluxograma de manufatura de placas de circuito por corrosão . . . . . 31
Figura 20 – Representação esquemática de fresadora de circuitos . . . . . . . . . . 32
Figura 21 – Microprocessador com encapsulamento diferentes . . . . . . . . . . . . 32
Figura 22 – Diferentes placas ESP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Figura 23 – representação de sensor TSC3200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figura 24 – Esquemático de ligação Sensor - Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Figura 25 – Detecção de variação de cor em produtos . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figura 26 – Motor DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Figura 27 – Driver L293 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Figura 28 – diagrama de conexão motor - driver - Arduino . . . . . . . . . . . . . . 37
Figura 29 – Modelo OSI x TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Figura 30 – Cliente/Servidor TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Figura 31 – Exemplos de conexão mestre escravo com bluetooth . . . . . . . . . . 39
Figura 32 – Diagrama geral do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Figura 33 – Vista superior robô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figura 34 – Exemplo de avatar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Figura 35 – Prancheta Versão I (teste de conceito) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Figura 36 – Prancheta Versão 2 (função adicionada) . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Figura 37 – Prancheta Versão 3 (Versão final) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Figura 38 – Versão final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Figura 39 – robô (base) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Figura 40 – robô (Avatar) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Figura 41 – Encaixes V1 - Final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Figura 42 – Encaixes V2 - Final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Figura 43 – Encaixes V3 - Final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Figura 44 – Prancheta - Final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Figura 45 – Esquemático Robô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Figura 46 – Esquemático prancheta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Figura 47 – Esquemático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Figura 48 – Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Figura 49 – Placa de circuito versão 1.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Figura 50 – Placa de circuito versão 1.0 (solda) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Figura 51 – Placa de circuito versão 2.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Figura 52– Placa de circuito versão 2.0 (solda) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Figura 53 – Fluxograma de funcionamento prancheta . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Figura 54 – Fluxograma de funcionamento das funções cor . . . . . . . . . . . . . . 53
Figura 55 – Fluxograma de funcionamento do robô . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Comparação entre kits de robótica educacional . . . . . . . . . . . . . 27
Tabela 2 – Tabela verdade para funcionamento do sensor de cor . . . . . . . . . . 35
Tabela 3 – tabela verdade para funcionamento da ponte H . . . . . . . . . . . . . 37
Tabela 4 – Tabela comparativa Bluetooth x WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
IoT Internet of Things
CAD Computer Aided Design
MIT Massachusetts Institute of Technology
STEAM Science, Technology, Engineering, the Arts and Mathematics
CPU Central Processing Unit
ROM Read-Only Memory
RAM Random Access Memory
GPIO General Purpose Input/Output
API Application Programming Interface
BNCC Nacional Comum Curricular
UFRN Universidade Federal do Rio Grande do Norte
IP Internet Protocol
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
WPANs Wireless Personal Area Network
ISM Industrial, Scientific and Medical
LAN Local Area Network
LCD Liquid Crystal Display
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.1 Motivaçao e Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.1 Objetivos Secundários . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.2 Organização do trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1 Conjuntos Montáveis e Programáveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.1 LEGO Mindstorms Robotics Invention System . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.2 Meccano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.3 mBOT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.4 Modelix Robotics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2 Robôs Programáveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.1 Cubetto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3 Kits de robótica educacional não programáveis . . . . . . . . . . . . 24
2.3.1 Solar Robot Kit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4 Comparação entre os kits apresentados . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3 EMBASAMENTO TEÓRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.1 Ferramentas CAD de desenho 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.1.1 Fabricação dos elementos via Impressão 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2 Projeto de circuitos utilizando software CAD . . . . . . . . . . . . . 30
3.2.1 Manufatura de placas de circuito. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3 Microcontroladores, sensores e atuadores . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3.1 Esp8266 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3.2 Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3.3 Atuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.3.1 Motores DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.4 Sistemas conectados utilizando protocolo TCP/IP . . . . . . . . . . 37
3.5 Sistemas conectados utilizando o protocolo Bluetooth . . . . . . . . 38
3.6 Protocolos de enlace Wi-Fi e Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4 RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.1 Projetos em CAD 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2 Fabricação do Robô e da Prancheta Controladora . . . . . . . . . . . 45
4.3 Projeto do circuito, sensores e atuadores . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3.1 Montagem dos circuitos da Prancheta e Robô em protoboard para testes de
bancada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.3.2 Projeto de circuitos do Robô em CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.3.3 Fabricação das placas de circuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.3.4 Projeto e implementação dos Firmwares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5 CONCLUSÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.1 Realização dos objetivos secundários . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.2 Trabalhos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
A APÊNDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
A.1 Código robô . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
A.2 Código prancheta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
13
1 INTRODUÇÃO
Cada vez mais, durante os últimos anos, o ensino de Robótica vem ganhando espaço,
principalmente na área da educação. A Robótica Educacional, ou Robótica Pedagógica,
pode ser entendida como o ambiente de aprendizagem no qual o professor ensina ao aluno
a montagem, automação e controle de dispositivos mecânicos e eletrônicos que podem ser
controlados.
O precursor da área da robótica educacional foi Seymour Papert, que via no
computador e suas possibilidades um recurso que atraía e motivava os estudantes e, com
isso, facilitava o processo de aprendizagem (PAPERT, 1985). Segundo Papert (1994),
existe um paradoxo em relação ao uso da tecnologia na educação, pois acarreta uma
mudança que virá através da utilização de meios técnicos para eliminar a natureza técnica
da aprendizagem.
Por meio do uso das tecnologias, é possível inovar métodos e técnicas do professor,
ampliando as possibilidades de aprendizagem. Papert desenvolveu uma linguagem de
programação chamada LOGO(PAPERT, 1985), inicialmente utilizada para programar
uma tartaruga mostrada graficamente na tela de um computador(GONCALVES, 2007).
Posteriormente, em conjunto com o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT),
Papert uniu o ambiente de programação da linguagem LOGO com um brinquedo físico
com blocos de montar, motores e sensores culminando no primeiro exemplo de aplicação
prática da robótica educacional (PAPERT, 1994)
Vários estudos já comprovam o sucesso da utilizaçao da robótica educacional
prática principalmente no ensino básico e fundamental[(ZILLI, 2004)(CAMPOS, 2017)].
Seguindo essa tendência, esse trabalho tem como principal objetivo a criação de um kit de
robótica, que utiliza programação lúdica, onde pode ser utilizado em sala de aula como
uma ferramenta educacional. A idéia é que o kit tenha um formato intuitivo e lúdico, como
um brinquedo, com o intuito de desenvolver habilidades motoras e lógica desde cedo.
1.1 Motivaçao e Justificativa
A educação é fator prioritário no desenvolvimento das nações uma vez que seu
resultado impacta diretamente, e em cadeia, em todos os segmentos laborais trazendo
assim avanços para o país de ordem financeira, cultural ou pessoal para os indivíduos.
Segundo (COLL, 1999):
Capítulo 1. Introdução 14
"A educação é um conceito genérico utilizado para designar um conjunto
de práticas e atividades mediante as quais, e graças as quais, os grupos
sociais promovem o desenvolvimento e a socialização de seus membros e
garantem o funcionamento de um dos mecanismos essenciais da evolução
da espécie humana: a herança cultural."
Coll, define educação de forma genérica porém sem deixar de sustentar sua impor-
tância para a sociedade. Não é à toa que a Educação é apontada entre os 4 principais
problemas do brasil em pesquisas realizadas durante as eleições de 2018 (DATAFOLHA,
2018).
Na atual situação financeira em que o país se encontra, onde se observam déficits
orçamentários e cortes ou congelamento de receitas para setores prioritárioscomo o da
educação, são necessárias soluções inovadoras que, não somente otimizem a forma como
os recursos para a educação são aplicados, mas que também inspirem novas gerações a
seguirem o caminho do desenvolvimento tecnológico.
Segundo (ZILLI, 2004):
A educação é um campo fértil para o uso da tecnologia, tendo em vista
a gama de possibilidades que apresenta, tornando a aprendizagem mais
dinâmica e motivadora. Dentre os recursos tecnológicos utilizados na
educação, destaca-se a Robótica Educacional, que possibilita ao estudante
desenvolver habilidades e competências como trabalho de pesquisa, a
capacidade crítica, o senso de saber contornar as dificuldades na resolução
de problemas e o desenvolvimento do raciocínio lógico.
Na visão de Zilli, a robótica educacional pode ser vista com papel destacado no
sentido de encaixar o uso da tecnologia na prática docente uma vez que estimula diferentes
tipos de habilidades ao mesmo tempo. Essa característica pode ser vista ainda como uma
forma de otimizar os recursos aplicados, uma vez que os alunos estariam exercitando
diferentes habilidades enquanto o docente aplica práticas relacionadas com a robótica
educacional.
Ainda nesse mesmo sentido, com a reforma da Base Nacional Comum Curricu-
lar(BNCC) e do Ensino Médio, a programação e a robótica ganham espaço dentro do
currículo das escolas, criando uma grande oportunidade no oferecimento de produtos e
serviços relacionados a essa temática.
Haverão 184,1 mil escolas que precisam atualizar seus currículos para adaptar-se à
referida reforma. Em adição, a disponibilidade de robótica para o ensino fundamental e
para crianças em idade escolar vem crescendo nos últimos anos, pois tem o potencial de
impactar significativamente a natureza da engenharia e da educação científica em todos os
níveis, como já respaldado pela citação de Zilli.
Capítulo 1. Introdução 15
Existem diversas opções no mercado que podem ser usadas para promover o uso da
robótica educacional em sala de aula; alguns exemplos conhecidos são: Lego Mindstorms,
mBot e Meccano.
No entanto, os 3 os kits supracitados possuem um ou mais problemas em relação
ao custo de aquisição, forma de programação do robô, faixa etária de utilização ou de
expansibilidade do kit. Para diferentes práticas pedagógicas, o professor precisa se adaptar
de acordo com o que cada kit pode oferecer.
Um problema, no entanto, que permeia a maioria dos kits do mercado está relacio-
nado ao fato de eles usarem tecnologias fechadas ou protegidas por direitos autorais. Esse
ponto restringe o acesso da comunidade científica aos kits, limitando assim as possibilidades
de estudo, expansibilidade e de inovação que são importantes nessa área da educação.
Dessa forma, esse trabalho se propõe a desenvolver um kit de robótica educacional,
projetado para ser usado com turmas de ensino básico, nos níveis infantil e fundamental.
O kit será composto por um robô e uma prancheta controladora, que será usada para
programar o robô de uma forma lúdica visando envolver melhor alunos e professores
durante as aulas.
1.2 Objetivos
O objetivo do trabalho é propor e construir um kit de robótica educacional tátil,
capaz de ser programado a partir de blocos físicos com funções pré-definidas, especialmente
focando no uso de software e hardware abertos.
1.2.1 Objetivos Secundários
A fim de atingir o objetivo principal, os seguintes objetivos secundários foram
planejados:
• OS1 - Projetar o Robô em CAD 3D
• OS2 - Projetar a Prancheta Controladora em CAD 3D
• OS3 - Projetar os circuitos da Prancheta Controladora e Robô em CAD
• OS4 - Projetar e implementar o firmware do Robô
• OS5 - Projetar e implementar o firmware da Prancheta Controladora
• OS6 - Montar os circuitos da Prancheta e Robô em protoboard para testes de bancada
Capítulo 1. Introdução 16
• OS7 - Realizar testes de conectividade entre o robô a a prancheta controladora
usando os protocolos WIFI e Bluetooth a fim de determinar o melhor protocolo para
a aplicação
• OS8 - Realizar a fabricação das placas de circuito
• OS9 - Realizar a fabricação do Robô e da Prancheta Controladora
• OS10 - Realizar a montagem dos componentes
• OS11 - Realizar testes finais de integração entre os componentes
1.2.2 Organização do trabalho
O restante deste documento está organizado da seguinte maneira: No capítulo 2 será
abordada uma revisão bibliográfica, cobrindo alguns produtos do mercado relacionados
com o kit objeto deste trabalho; o capítulo 3 abordará os principais conceitos usados
no desenvolvimento deste trabalho, apresentando as tecnologias e técnicas que serão; no
capítulo 4 será abordado o desenvolvimento do kit educacional, serão apresentados todos
os diagramas de projeto, firmware e protocolos de comunicação que são usados no kit; por
fim, o capítulo 5 apresenta as conclusões e discussões finais.
17
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
De acordo com Costa e Guedes (2015) , Para facilitar a utilização da robótica
no contexto da sala de aula, kits de robótica educacional são normalmente utilizados.
Estes kits são compostos basicamente por três elementos principais: hardware, software e
documentação. No tocante ao hardware, os kits disponibilizam componentes podem ainda
ser divididos em três grupos(SILVA F. I. E SCHERER, 2013):
1. Componentes programáveis: Consiste dos controladores que irão receber e executar
os programas.
2. Componentes estruturais: São compostos principalmente por peças de encaixe, rodas,
garra, carcaça, entre outros.
3. Componentes eletrônicos: Permitem a adição de recursos de interação com o meio
através de atuadores, tais como motores, dispositivos de som ou luz, além de permitir
a sensibilidade do meio através de sensores.
Os elementos de software, dizem respeito à ferramentas de computador que per-
mitem a programação dos Componentes Programáveis. Devido ao fato de serem kits
educacionais, as possibilidades de programação desses componentes são divididas em dois
tipos: Programação por Blocos e Programação Textual.
O mais comum é que os kits permitam a programação por blocos, pois ela foca em
lógica e possui uma estrutura mais voltada à facilitar o aprendizado. Kits com Programação
Textual, são mais comuns no ensino médio e superior(SILVA EDIPO SABIãO SANCHES,
2015), nesse caso geralmente é utilizada uma linguagem de programação convencional,
como C++(CPP, 2019) ou Python(PYTHON, 2019).
Os elementos de documentação por sua vez, consistem de: (i) manual do usuário,
contendo geralmente exemplos de montagens e exemplos de programação dos componentes;
(ii) material de apoio pedagógico, com instruções para o mediador(que auxilia o aluno) ou
até mesmo para o próprio estudante(SILVA F. I. E SCHERER, 2013).
Atualmente existem diversos kits de robótica educacional(WSKITS, 2019), sendo
sua utilização em crianças a partir de 3 anos de idade. A escolha do conjunto vai depen-
der de alguns fatores como: Faixa etária, custo de aquisição, atividades que podem ser
desenvolvidas a partir do conjunto, interdisciplinaridade, entre outras (FORNAZA, 2015).
Nas subseções a seguir serão discutidas algumas soluções de robótica educacional,
as soluções foram divididas em 3 grupos: (2.1) Conjuntos Montáveis e Programáveis, são
Capítulo 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 18
kits modulares, onde o aluno vai montar a estrutura do robô e realizar a programação; (2.2)
Robôs Programáveis, compreendendo kits com robôs que já vem montados, prontos para
serem programados e utilizados; (2.3) Kits de Robótica Educacional não Programáveis,
que agrupam elementos de robótica com fins educacionais que vão ensinar e demonstrar
conceitos e funcionamento de experimentos científicos. Dependendo do tipo de solução
utilizada por cada kit. O objetivo é compará-las com a solução proposta neste trabalho,
bem como discutir as soluções já existentes no mercado.
2.1 Conjuntos Montáveis e Programáveis
Nesta categoria, se enquadram robôs que são comercializados contendo em sua
grande maioria peças de encaixe, sensores, atuadores e uma central controladora multifun-cional. A central pode ser programada via computador para captar os dados dos sensores
e aplicar comandos para os atuadores.
2.1.1 LEGO Mindstorms Robotics Invention System
O LEGO Mindstorms, é um kit de robótica educativa amplamente disponível em
todo o mundo. Esse kit foi integrado aos currículos em muitas instituições de ensino
básico até superior, incluindo MIT, onde foi desenvolvido(LEGO, 2019b). O kit pode ser
programado usando software proprietário chamado Ev3 Programmer (LEGO, 2019), que
é distribuído junto do kit. A programação desses kits usa programação por blocos, cada
um com funções pré definidas de acordo com o kit, na sua versão atual do software de
programação, é possível que o controlador (Figura 1) interaja com dispositivos, tais como
smartphones ou tablets.
A Figura 2 mostra os blocos de ação, da linguagem usada para escrever programas
compatíveis com o controlador lego, esse blocos controlam as ações do programa. Exemplos
de ações possíveis são: as rotações de motores; emissão de sons; emissão de luz entre outros.
Os blocos de Fluxo, Figura 3, controlam o fluxo do programa, tais como funções
de decisão, repetição e espera. Todos os programas iniciam com o bloco “inicial” e são
compostos por uma combinação de blocos de fluxo e ação.
Os blocos de Sensores, mostrados na Figura 4, permitem que o programa interaja
com sensores pré definidos. Alguns sensores disponíveis são: sensor de cores; sensor de luz
infra-vermelho; sensor de toque entre outros.
Blocos de Operação de Dados: Os blocos de operação de dados, Figura 5 permitem
que você escreva e leia variáveis e compare valores.
Blocos Avançados: Os blocos avançados (Figura 6) permitem gerenciar arquivos,
conexões Bluetooth, texto e funções disponibilizadas pelo próprio software.
Capítulo 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 19
Figura 1 – Brick EV3.
Fonte – (LEGO, 2019a).
Figura 2 – Blocos de ação.
Fonte – (LEGO, 2019a).
Figura 3 – Blocos de fluxo.
Fonte – (LEGO, 2019a).
Capítulo 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 20
Figura 4 – Blocos de sensores.
Fonte – (LEGO, 2019a).
Figura 5 – Blocos de operação de dados.
Fonte – (LEGO, 2019a).
Figura 6 – Blocos Avançados.
Fonte – (LEGO, 2019a).
2.1.2 Meccano
O robô Meccano é um robô que visa principalmente a interação com o aluno.
Também feito de peças de encaixe, com diferentes tipos de montagens e kits diferentes
para níveis diferentes de aprendizado. Sua versão Meccano-Erector (Figura 7) é composta
de componentes eletromecânicos (motores), sensores de presença, sensor de voz, leds e
encoders.
A programação no Meccano pode ser feita de 3 modos diferentes: (i) Aprendizagem
de movimento inteligente, onde o aluno movimenta o robô, que grava os movimentos como
uma marionete, e logo em seguida o robô refaz o solicitado. (ii) Modo Ragdoll, que usa
Capítulo 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 21
o aplicativo da meccano, onde existe uma representação virtual do robô real, tudo que
for realizado no aplicativo, como movimento com os braços, andar, mudar cor dos olhos
ou falar, será refletido no robô real Figura 8. (iii) Programação por blocos, com já citado
anteriormente, é uma programação visual, feita a partir de blocos pré-definidos, utilizando
a linguagem proprietária da meccano Figura 9.
Figura 7 – Meccano-Erector
Fonte – (MECCANO, 2019).
Figura 8 – Meccano Ragdoll
Fonte – (MECCANO, 2019).
Capítulo 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 22
Figura 9 – programação em blocos Meccano
Fonte – (MECCANO, 2019).
2.1.3 mBOT
O mBot é um robô montável da Makeblock que utiliza a metodologia de aprendizado
STEAM(STEAM, 2019) para iniciantes na robótica. É composto de peças parafusáveis
e utiliza apenas uma chave de fenda. Os blocos são compostos por encaixes facilitados,
acompanhados com um manual de passo-a-passo para acelerar o aprendizado, em adição
alguns encaixes do kit são compatíveis com encaixes LEGO.
A ideia principal é que os alunos constroem o robô do zero, a partir dos componentes
disponibilizados na caixa. A medida que é construído e programado utilizando programação
por blocos Figura 10, novos componentes podem começar a ser inseridos, para adicionar
nova funcionalidades. No kit são disponibilizados, além dos componentes estruturais,
sensores de distância, seguidores de linha, módulos bluetooth e diversas outras placas de
expansão(MBOT, 2019).
2.1.4 Modelix Robotics
O kit Modelix Robotics (MODELIX, 2019a) visa o desenvolvimento de projetos
de robótica para diferentes níveis educacionais. Em sua última versão para o ensino
fundamental, o kit básico é composto por placa controladora, componentes eletrônicos
(sensores de luz, leds, placa fotovoltaica), bateria, atuadores e componentes estruturais
demonstrados na Figura 11.
A programação do robô deste kit é feita por meio de um software proprietá-
Capítulo 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 23
Figura 10 – robô mBot com programação por blocos
Fonte – (MBOT, 2019).
rio(MODELIX, 2019b) que provê uma interface de programação usando programação
baseada em fluxogramas, como mostrado na Figura 12.
Figura 11 – Blocos de montar Modelix
Fonte – (MODELIX, 2019a).
2.2 Robôs Programáveis
Nessa categoria enquadram-se robôs que não necessitam de montagem, e sua
utilização é feita a partir da programação, seja no computador, em pranchetas ou em
dispositivos celulares.
Capítulo 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 24
Figura 12 – Interface de programação baseada em fluxograma Modelix
Fonte – (MODELIX, 2019a).
2.2.1 Cubetto
O Cubetto Figura 13 é kit de robótica que inclui um robô de madeira desenvolvido
para crianças a partir de 3 anos pela PrimoToys(PRIMO TOYS, 2019). O kit ensina ao
aluno conceitos básicos de programação através por blocos, usando blocos de montar reais
inspirados na programação LOGO.
O kit do Cubetto inclui o robô, um console de programação e placas de instrução,
onde cada formato e cor diferente, significa um movimento ou função diferente. O kit
também vem com um tapete que representa o "mundo"do robô e um livro que narra uma
estória que é situada no tapete e protagonizada pelo robô e pelo programadorFigura 14.
Vários livros e tapetes estão disponíveis, separadamente, mas o kit também permite
que sejam projetadas estórias próprias, ao invés de usar histórias pre construídas(EXAME,
2019).
2.3 Kits de robótica educacional não programáveis
Nessa categoria encaixam-se os robôs que vão demonstrar experimentos físicos, ou
serão montados para funcionar com energia solar e fazer movimentos menos complexos
não programados, como andar para frente ou piscar luzes.
Capítulo 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 25
Figura 13 – Cubetto e prancheta programável
Fonte – (PRIMO TOYS, 2019).
Figura 14 – Tapete representativo
Fonte – (PRIMO TOYS, 2019).
2.3.1 Solar Robot Kit
É um kit de montar, com encaixes baseados em LEGO, com o qual é possível
montar até 14 estruturas distintas com os componentes disponibilizados na caixa. Todas
Capítulo 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 26
as estruturas possíveis tem o funcionamento à partir da luz solarFigura 15. Esse kit
visa principalmente o desenvolvimento de habilidades básicas, como segurar as peças e
encaixá-las.
Figura 15 – Robô solar
Fonte – (SOLARBOT, 2019).
2.4 Comparação entre os kits apresentados
Uma comparação entre os trabalhos apresentados é mostrada na Tabela 1. Os
parâmetros escolhidos são definidos como:
• Programável: diz respeito à capacidade do robô ser programado, pelo aluno, através
de qualquer linguagem de programação.
• Idade de utilização: foi utilizado para ilustrar a classificação e abrangência etária,
recomendada, por cada kit.
• Tipo de linguagem: refere-se ao tipo de linguagem usada na programação do kit,
comumente, blocos ou textual.
• Interface de programação: diz respeito à maneira como o programa pode ser
construído para o kit, em alguns casos ela é feita por programa de computador ou
Capítulo 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 27
por aplicativo de celular, exceto no cubetto onde a programação é feita através de
uma prancheta especial.
• Expansibilidade: diz respeito à capacidade de adição de novoselementos que
expandem as funcionalidades do kit, por exemplo, novos blocos de atuador, novos
sensores, entre outros.
• Open Source: diz respeito à acessibilidade aos projetos de software desses kits, essa
característica é importante, pois classifica o acesso da comunidade científica aos
elementos de projeto do kit.
Tabela 1 – Comparação entre kits de robótica educacional
Nome LEGO Meccano mBot Modelix Cubetto Solar robot
Programável Sim Sim Sim Sim Sim Sim
Idade de
utilização
5+ 5+ 12+ 12+ 3+ 3+
Tipo de lin-
guagem
Blocos Blocos/textual Blocos Fluxograma Blocos N/A
Interface
de progra-
mação
Software Software/APP Software Software Prancheta N/A
ExpansibilidadeSim N/A Sim Sim N/A N/A
Open
Source
Não Não Não Não Não Não
Com base nas informações mostradas na Tabela 1, podemos observar que o robô
proposto neste trabalho possui totais condições de concorrer com os kits exemplificados,
uma vez que tem como características básicas, a programação a partir de 3 anos de idade,
ser personalizável. Uma vantagem que o kit proposto tem, em relação aos demais, é de ser
concebido com objetivo de ser open source, dando acesso à comunidade a todos os dados
relacionados a software referente ao kit.
28
3 EMBASAMENTO TEÓRICO
3.1 Ferramentas CAD de desenho 3D
Para uma peça qualquer ser manufaturada, antes ela precisa ser projetada em
computador tridimensionalmente ou bidimensionalmente (caso seja uma forma simplificada)
utilizando um software CAD (AUTODESK FUSION, 2019). É possível ganhar tempo
de elaboração, qualidade e precisão de projetos mecânicos quando empregamos recursos
CAD tridimensionais paramétricos de maneira adequada Figura 16. Tais vantagens estão
relacionadas diretamente à precisão na modelagem 3D, elevada produtividade, facilidade
de edição pelos recursos paramétricos, culminando assim em uma economia significativa
na confecção de protótipos físicos (PATROCÍNIO, 2013).
Como primeira etapa do processo de desenvolvimento de um projeto em 3D, a mo-
delagem 3D consiste na criação dos elementos que vão compor o projeto final (VAUGHAN,
2012). Sejam objetos móveis, fixos, ou mesmo personagens que serão posteriormente anima-
dos, esses elementos são todos representações matemáticas de superfícies tridimensionais.
Para criar um objeto em 3D pode-se utilizar referências (imagens ou ideias), é basicamente
a criação de formas, objetos, personagens e cenários.
Figura 16 – Vistas CAD
Fonte – (AUTODESK, 2019)
Capítulo 3. EMBASAMENTO TEÓRICO 29
3.1.1 Fabricação dos elementos via Impressão 3D
Para fabricar peças com impressão 3D, é necessário projetar a peça em uma
ferramenta CAD 3D. Assim que o modelo tridimensional está pronto, é preciso enviá-lo para
o software da impressora para que se possa definir as características principais relacionadas
com a impressão 3D, tais como: a resolução da impressão; grau de preenchimento; tipo de
material em que será impresso, entre outras (TECMUNDO, 2019).
A qualidade final da peça impressa depende (além do material, software e máquina
que foram usados) principalmente da espessura da camada que é configurada nos passos
iniciais do processo de impressão. Quanto mais detalhes, melhor será a qualidade do objeto,
porém maior será o tempo de impressão(Figura 18).
O processo de impressão 3D se dá da seguinte maneira: o injetor de material
(Figura 17 - 4) aquece e puxa o filamento plástico que fica enrolado em uma bobina
(Figura 17 - 1). Conforme o mecanismo derrete o material, ele o injeta em uma base
(Figura 17 - 7), movimentando-se nos eixos X e Y para criar as camadas. Assim que uma
camada fica pronta, a base, fixa no eixo Z desce alguns milímetros e o mecanismo procede
com a criação da próxima camada até que o objeto fique pronto. Esse processo pode levar
de poucos minutos até algumas horas, variando, basicamente, com a complexidade do
modelo impresso e a qualidade da impressora.
Figura 17 – Representação componentes impressora 3D
Fonte – (3DHUBS, 2019)
Capítulo 3. EMBASAMENTO TEÓRICO 30
Figura 18 – Alturas de camada
Fonte – (3DEEE, 2019)
3.2 Projeto de circuitos utilizando software CAD
As placas de circuito são utilizadas para a acomodação e interligação dos compo-
nentes eletrônicos sendo um dos constituintes principais dos equipamentos eletrônicos.
O processo de projeto e síntese de placas de circuito, no nível mais profissional, precisa
incluir o projeto em softwares de computador próprios para essa finalidade.
O projeto de placas de circuito em software softwares CAD (AUTODESK FUSION,
2019) pode ser divididos em 3 partes:
1. Esquemático: é a parte onde é feita a conexão lógica entre os componentes que
compõem o projeto, uma visão do projeto de circuito onde todos os blocos que
compõem o projeto são interligados. Nesta etapa, os blocos podem ser componentes
eletrônicos ou outros subsistemas previamente projetados projetados, o principal
ponto é identificar todos os elementos que compõem o projeto eletrônico bem como
suas interligações..
2. Simulador: Para validar se o circuito eletrônico foi planejado e montado corretamente,
após a etapa de esquemático é possível simular o funcionamento dos componentes.
Essa etapa é suportada por algumas ferramentas de CAD e tem por objetivo a
realização de testes preliminares de funcionamento do projeto.
3. Layout: Após as etapas de esquemático e simulação, a maioria das ferramentas de
CAD possuem uma forma do projetista visualizar e planejar o layout do projeto
eletrônico. A etapa de layout é a representação da parte física da placa de circuito,
onde serão traçadas as trilhas, os furos e onde serão soldados os os componentes
eletrônicos reais.
Capítulo 3. EMBASAMENTO TEÓRICO 31
Uma vez que o projeto passa pelas três etapas, ou pelo menos duas delas (esque-
mático e layout) as ferramentas de CAD são capazes de gerar arquivos digitais que são
usados para manufatura das placas de circuito.
3.2.1 Manufatura de placas de circuito.
Na indústria, as placas de circuito são fabricadas por meio da corrosão do cobre,
pois podem ser feitas diversas placas simultaneamente com um custo reduzido. O processo
está descrito no fluxograma abaixo (Figura 19).
Figura 19 – Fluxograma de manufatura de placas de circuito por corrosão
Fonte – O Autor
O processo corrosivo pode ser feito também em pequena escala, viabilizando a
execução de projetos menores em fase de prototipagem (onde as placas precisam ser refeitas
com frequência), a custo de ser mais artesanal o que pode implicar em uma menor acurácia
e menor qualidade final da placa protótipo.
Uma outra opção para projetos em fase de prototipagem é o método da fresadora.
O fresamento se diferencia dos demais processos de usinagem devido a sua cinemática,
na qual uma peça é transladada e fresada por uma ferramenta que gira, o que confere
à fresadora a capacidade de realização de uma grande variedade de trabalhos(SHAPLA
ADRIANO; KEMPKA, 2010).
A Figura 20 abaixo exibe um esquemático simplificado de uma fresadora usada na
confecção de placas de circuito, diferentemente do processo corrosivo, a fresadora remove
o cobre por esforço mecânico usinando a face cobreada da placa até que as trilhas sejam
formadas. A máquina fresadora, comumente, também é usada para furar a placa ao final
ou no começo do processo.
Capítulo 3. EMBASAMENTO TEÓRICO 32
Figura 20 – Representação esquemática de fresadora de circuitos
Fonte – (DOMINGOSDEAZEVEDO, 2019)
3.3 Microcontroladores, sensores e atuadores
Microcontrolador é um pequeno computador que reúne em um único componente
os elementos de um sistema microprocessado completo (memória ROM, memória RAM,
interface paralela, interface serial, temporizador, contador de eventos e controlador de
interrupções). A parte mais importante do microcontrolador é o unidade de processamento
central, como na Figura 21 abaixo. (CPU)(GUSTAVO, 2007).
Geralmente os microcontroladores são utilizados em projetos de sistemas eletrônicos,
onde um programa embutido no microcontrolador e interage com o meio externo executando
um conjunto de tarefas (EMBARCADOS,2019). Para a maioria desses sistemas, o
microcontrolador apresenta-se como a solução mais barata em função do baixo custo de
aquisição, facilidade de uso, versatilidade e da enorme aplicabilidade(MATHIAS, 2015).
Figura 21 – Microprocessador com encapsulamento diferentes
Fonte – (VANDERTRONIC, 2019)
Capítulo 3. EMBASAMENTO TEÓRICO 33
3.3.1 Esp8266
O ESP8266 é um microcontrolador do fabricante chinês Espressif Systems que inclui
capacidade de comunicação por Wi-Fi, que é o principal diferencial dele para os outros
microcontroladores(ESPRESSIF SYSTEMS, 2019).
Existem diversos tipos de modelos do ESP8266, como mostra a (Figura 22), do ESP-
1 até o ESP-14 e o mais recente produzido, ESP32.(OLIVEIRA, 2017). No desenvolvimento
deste trabalho, foi escolhido o modelo ESP8266 por apresentar uma quantidade de GPIO
suficientes para o referido circuito em desenvolvimento, possui Bluetooth 4.0 integrado,
encapsulamento reduzido e um bom custo/benefício se comparado com seu antecessor o
ESP12.
Figura 22 – Diferentes placas ESP
Fonte – (EMBARCADOS, 2019)
3.3.2 Sensores
Um sensor é um dispositivo eletrônico que responde a um estímulo físico ou químico
de maneira específica e que pode ser transformado em outra grandeza física para fins de
medição e/ou monitoramento. Os mais comumente encontrados tem sua saída corrente ou
tensão, ou uma saída digital.
Como um exemplo prático da aplicação de sensores, tomemos o a placa da Figura 24,
que é um componente que inclui o sensor de cor TCS3200. Esse sensor é usado para para
detectar os níveis de luz nos espectros verde, vermelha e azul dos objetos. O chip tem
64 fotodiodos: 16 com filtro para a cor vermelha, 16 para a verde, 16 para a azul e 16
sem filtro. Esses fotodiodos captam a intensidade da luz, filtrando as cores e gerando a
informação correspondente em um pino de saída, que pode ser lido pelo microcontrolador.
Capítulo 3. EMBASAMENTO TEÓRICO 34
Figura 23 – representação de sensor TSC3200
Fonte – (EMBARCADOS, 2019)
A utilização do sensor é feita junto de um microcontrolador, na Figura 24 sensor é
utilizado junto de uma placa Arduino. Como pode ser visto na figura, as saídas da placa
são ligadas ligado diretamente ao microcontrolador, o que facilita a prototipagem e testes
de aplicações que usem esse sensor.
Figura 24 – Esquemático de ligação Sensor - Arduino
Fonte – (CLUBEDAROBOTICA, 2019)
Para o microcontrolador interagir com o sensor, é necessário que ele seja programado
Capítulo 3. EMBASAMENTO TEÓRICO 35
Tabela 2 – Tabela verdade para funcionamento do sensor de cor
Pino S2 Pino S3 Fotodiodo
Baixo Baixo Vermelho
Baixo Alto Azul
Alto Baixo Sem filtro
Alto Alto Verde
com um firmware apropriado, capaz de entender as particularidades do sensor usado. A
tradução dos dados da saída é feita como mostra a Tabela 2. Ou seja, a cor lida pelo sensor
é indicada pelos valores de saída dos pinos S2 e S3.
Esse tipo de sensor pode ser aplicado na indústria, como mostrado na Figura 25,
para verificação de cores de produtos, detecção de superfícies polidas ou não polidas,
presença de componentes nas partes ou distinção de tonalidades de forma a garantir a
identidade visual de um produto (CITISYSTEMS, 2019)
Figura 25 – Detecção de variação de cor em produtos
Fonte – (CITISYSTEMS, 2019)
3.3.3 Atuadores
Um atuador é um elemento que atua no meio externo, atendendo a sinais de controle
que podem ser manuais, elétricos ou mecânicos. É o mecanismo pelo qual o sistema de
controle atua no ambiente, por exemplo, abrindo uma válvula(MACHINEDESIGN, 2019).
3.3.3.1 Motores DC
Os motores DC, ilustrado na Figura 26, são exemplos de atuadores eletromecânicos
formados por bobinas eletromagnéticas que produzem movimento quando alimentados
Capítulo 3. EMBASAMENTO TEÓRICO 36
por uma corrente elétrica DC. Onde os mais comuns dependem somente da alimentação e
também podem ser controlados para mudar velocidade da rotação e sentido.
Figura 26 – Motor DC
Fonte – (COMPONENTS101, 2019)
Para controle do motor DC, é comum usar um Driver Ponte H, por exemplo o
driver L298N, mostrado na Figura 27, que é baseado no circuito de diodos tipo ponte H. O
mesmo possui dois canais e permitindo assim o controle de velocidade e sentido de rotação
de até dois motores ao mesmo tempo.
Figura 27 – Driver L293
Fonte – (EMBARCADOS, 2019)
O controle da ponte H também é feito por o Arduino, como ilustrado na Figura 28,
no caso dos motores DC, a RPM pode ser controlada variando-se sua tensão de alimentação.
Além disso, o RPM é diretamente proporcional à tensão aplicada(FILIPEFLOP, 2019).
Para o microcontrolador se comunicar com a ponte-H, e consequentemente com o
motor DC é necessário que o firmware programado utilize portas digitais para controlar os
Capítulo 3. EMBASAMENTO TEÓRICO 37
Figura 28 – diagrama de conexão motor - driver - Arduino
Fonte – (FILIPEFLOP, 2019)
estados lógicos das entradas A e B da ponte H, de acordo como é mostrado na Tabela 3.
Usando uma modulação por largura de pulso (PWM), nas mesmas entradas, é possível
controlar a velocidade de giro do motor ou mesmo pará-lo completamente.
Tabela 3 – tabela verdade para funcionamento da ponte H
Entrada A Entrada B Estado do motor
Baixo Baixo Freio
Baixo Alto giro sentido anti-horário
Alto Baixo giro sentido horário
Alto Alto Freio
3.4 Sistemas conectados utilizando protocolo TCP/IP
Um protocolo define o formato e a ordem das mensagens trocadas entre dois ou
mais dispositivos comunicantes, bem como as ações realizadas na transmissão e/ou no
recebimento de uma mensagem ou outro evento (KUROSE, 2003). Em outras palavras,
protocolo é um conjunto de regras que determinam como será feita a comunicação entre
os dispositivos em uma rede.
O modelo OSI especifica um padrão de redes para criação de protocolos. Esse
modelo divide os subsistemas necessários para que uma aplicação se comunique com outra
via rede em uma pilha com 7 camadas, cada uma com suas responsabilidades.
A Internet utiliza como base para todas as suas comunicações a pilha TCP/IP que
possui apenas 4 camadas. Baseado no modelo OSI, o TCP/IP é atualmente o padrão mais
usado na comunicação de redes (KUROSE, 2003). A Figura 29 abaixo apresenta uma
comparação do modelo OSI com suas 7 camadas em relação ao modelo TCP/IP:
Capítulo 3. EMBASAMENTO TEÓRICO 38
Figura 29 – Modelo OSI x TCP
Fonte – (UNICAMP, 2019)
O modelo TCP pressupõe a presença de duas entidades, uma, denominada Servidor,
que espera por conexões da outra entidade, denominada Cliente. Antes de qualquer conexão
entre cliente e servidor TCP (Figura 30), cada extremidade deve especificar as informações
dos canais de conexão contendo: a porta local onde novas conexões serão recebidas, no caso
do servidor; o endereço IP e a porta onde a conexão será realizada, no caso do cliente..
Nos sistemas compatíveis com o padrão POSIX (OPENGROUP, 2019), as conexões
entre clientes e servidores é traduzida para código usando a API de sockets (CSIS, 2019).
Para essa API, ambos, cliente e servidor definem uma estrutura denominada socket e
precisam usar um conjunto de funções, pré definidas, em uma ordem específica. Inicialmente
o Servidor inicia com as funções bind e listen, que sinalizam para o sistema que novas
conexões estão sendo esperadas em uma determinada porta. O servidor fica esperando
conexões através da função accept.
Clientes iniciam a comunicação usando a função connect, passando como parâmetro
o IP e porta do servidor. Uma vez estabelecida a conexão entre cliente e servidor, a
comunicação entre eles acontece em loop , ambos, recebendo e enviando mensagens através
de funções projetadas para esse fim.
3.5 Sistemas conectados utilizando o protocolo Bluetooth
IEEE 802.15.1, também conhecido como padrão Bluetooth(IEEE, 2019) é uma
tecnologia sem fio usada para conectar e transmitir dados entre dispositivos em rede
pessoais (WPANs) e com frequência de 2.4GHz que funciona na banda ISM (banda não
licenciada). Com um alcance máximo de até 100m e velocidades de transmissão que podem
se aproximar de 24Mb/s, o Bluetooth é um o padrão em comunicação de curta distância
e possibilita a comunicação desses dispositivos uns com os outros quando estão dentro do
Capítulo 3. EMBASAMENTO TEÓRICO 39
Figura 30 – Cliente/Servidor TCP
Fonte – O Autor
raio de alcance(MORAES, 2010). Como dispositivos usam um sistema de comunicação via
rádio, por isso não necessitam estar na linha de visada um do outro, e podem estar até em
ambientes distintos, contanto que a potência de transmissão seja suficiente.
As redes Bluetooth usam um modelo mestre/escravo para controlar quando e onde os
dispositivos podem enviar dados via comunicação serial. Neste modelo, um único dispositivo
mestre suporta a conexão com até sete dispositivos escravos diferentes (Figura 31), e o os
dispositivos escravos não podem se comunicar entre sí (BLUETOOTH, 2019).
Figura 31 – Exemplos de conexão mestre escravo com bluetooth
Fonte – (SPARKFUN, 2019)
3.6 Protocolos de enlace Wi-Fi e Bluetooth
O Bluetooth e o Wi-Fi são as opções suportadas pela maioria dos smartphones
e dispositivos sem fio em geral, porém foram desenvolvidos com casos de uso bastante
específicos em mente. O Wi-Fi foi concebido para eliminar os fios nas redes LAN. O
Bluetooth foi projetado para criar redes de área pessoal entre dispositivos de computação
Capítulo 3. EMBASAMENTO TEÓRICO 40
e periféricos, geralmente em distâncias mais curtas do que o Wi-Fi. A Tabela 4 representa
a comparaçao das duas tecnologias de acordo com alguns parâmetros comuns no que se
diz respeito à protocolos de comunicação.
Como todas as funcionalidades do kit proposto neste trabalho ainda não foram
totalmente delimitadas, a tecnologia de comunicação escolhida foi o wifi, principalmente
por causa do alcance máximo e a quantidade de dispositivos possível de serem colocados
na mesma rede, além da maior compatibilidade com dispositivos existentessmartphone.
Tabela 4 – Tabela comparativa Bluetooth x WiFi
Nome Bluetooth Bluetooth 4.0 Wifi
Padrão IEEE 802.15.1 802.15.1 802.11 (a, b, g, n)
Frequência (GHz) 2,45 2,45 2,4 e 5
Taxa de transferência (Mbps) 0,7-2,1 0,27 7 (b), 25 (g), 150 (n)
Alcance máximo (m) 10 - 100 50 100-250
Energia consumida Médio Muito Baixa Alta
Tamanho máximo da rede 7 Indefinido 255
41
4 RESULTADOS
A proposta principal desse trabalho é construir um kit educacional, composto por
robô, linguagem de programação e interface de programação, que possa ser utilizado com
crianças a partir de 3 anos.
Devido à faixa etária baixa, foi escolhido construir uma interface de programação
usando blocos físicos em uma prancheta física, semelhante ao que foi visto no Cubetto, já
explicado na subseção 2.2.1.
A ideia é que o robô seja programado pelos blocos encaixados na prancheta e que a
comunicação entre o robô e a prancheta seja sem fios, como ilustrado na Figura 32.
Figura 32 – Diagrama geral do sistema
Fonte – O Autor
Assim como na maioria dos projetos mecânicos e de software, para a conclusão do
robô foram necessários alguns protótipos e testes antes de se chegar a uma possível versão
final. Por uma facilidade de acesso a impressora 3D da VOID3D (VOID3D, 2019), os
protótipos foram desenvolvidos com agilidade e qualidade. O desenvolvimento de cada parte
do sistema foi separado nas seções a fim de dar ênfase em cada etapa do desenvolvimento
da solução.
Capítulo 4. RESULTADOS 42
4.1 Projetos em CAD 3D
Como descrito no diagrama geral da Figura 32 o sistema é composto por duas
entidades principais, um robô e uma prancheta. Ambos foram projetados e modelados em
3D a fim de definir as dimensões e possibilitar a fabricação usando impressão 3D.
O robô projetado conta com 4 motores em conjunto com rodas, 2 controladores de
motor DC, bateria, display LCD e uma placa ESP8266 como mostrado na Figura 33. O
robô também possui encaixes para que seja possível modificar seu “avatar”, ilustrado na
Figura 34, de forma que a criança possa modificar a aparência do robô que está sendo
controlado com a prancheta.
Figura 33 – Vista superior robô
Fonte – O Autor
Para a prancheta controladora foram desenvolvidas 3 versões. A primeira versão,
Figura 35, foi inicialmente projetada para testes de conceito onde as placas eram da mesma
cor, e a diferenciação entre elas ocorria com a mudança da cor da seta e a posição de
encaixe na Montagem V1 por meio de um chanfro marcado em vermelho, em uma das
extremidades.
A partir da validação inicial e a solução de alguns problemas encontrados nos blocos
de encaixe, foi desenvolvida a versão II (Figura 36). Nessa versão foram projetados: dois
encaixes para blocos; um botão para ativação dos sensores e envio da informação para
o robô; blocos com cores sólidas (para facilitar a leitura do sensor); e um novo bloco de
função, representado pelo pato (inicialmente utilizado como bloco de repetição). Com essa
versão já era possível movimentar o robô e fazer testes de duração de bateria.
Após os testes de validação da versão II, foi desenvolvido a versão final (Figura 37).
Nesta versão até 9 blocos simultâneos podem ser lidos, onde os 6 primeiros blocos são de
fluxo, e os 3 últimos são para desenvolvimento de funções Figura 38. O bloco amarelo
Capítulo 4. RESULTADOS 43
Figura 34 – Exemplo de avatar
Fonte – O Autor
Figura 35 – Prancheta Versão I (teste de conceito)
Fonte – O Autor
foi adicionado justamente para chamar a função dos 3 últimos blocos. Para ler 9 blocos
simultaneamente foram utilizados também 9 sensores tsc3200(Figura 24), pois cada sensor
é responsável por a leitura de um bloco.
Capítulo 4. RESULTADOS 44
Figura 36 – Prancheta Versão 2 (função adicionada)
Fonte – O Autor
Figura 37 – Prancheta Versão 3 (Versão final)
Fonte – O Autor
Figura 38 – Versão final
Fonte – O Autor
Capítulo 4. RESULTADOS 45
4.2 Fabricação do Robô e da Prancheta Controladora
Por impressão 3D ser acessível em termos de custo e também ser uma manufatura
rápida, a versão final do robô (Figura 39), do avatar (Figura 40) e também a versão final
da prancheta (Figura 44) foram feitos o mais fidedígno possível do projetado em CAD.
Figura 39 – robô (base)
Fonte – O Autor
Figura 40 – robô (Avatar)
Fonte – O Autor
As versões da prancheta mostradas nas Figura 41, Figura 42 e Figura 43 foram
desenvolvidas usando metodologias de prototipagem rápida. Com um tempo curto de
projeto, qualquer erro voltado à estrutura mecânica poderia ser corrigido e reimpresso na
impressora 3D.
4.3 Projeto do circuito, sensores e atuadores
Ambas as entidades principais do sistema, o robô e a prancheta de controle, requerem
um projeto eletrônico composto por sensores e atuadores. No caso do robô, o diagrama
Capítulo 4. RESULTADOS 46
Figura 41 – Encaixes V1 - Final
Fonte – O Autor
Figura 42 – Encaixes V2 - Final
Fonte – O Autor
Figura 43 – Encaixes V3 - Final
Fonte – O Autor
geral do sistema é mostrado na Figura 45, já a prancheta é ilustrada na Figura 46.
Capítulo 4. RESULTADOS 47
Figura 44 – Prancheta - Final
Fonte – O Autor
4.3.1 Montagem dos circuitos da Prancheta e Robô em protoboard para testes
de bancada
O circuito do Robô foi montado, para simulação, em uma plataforma online (CIR-
CUITIO, 2019). Nessa plataforma, a partir da montagem, é possível fazer a programação
do microcontrolador e simular, inicialmente, o comportamento dos circuitos. Depois da
validação por simulação o firmware deve ser carregado em um microcontrolador real para
que seja possível testar a troca de dados entre o robô e prancheta de controle.
Figura 45 – Esquemático Robô
Fonte – O Autor
Seguindo o mesmo padrão, o esquemático da prancheta de controle também foi
montado utilizando a plataforma online, porém de maneira simplificada. Como os sensores
Capítulo 4. RESULTADOS 48
Tsc3200 utilizam muitas portas de entrada e saída, a programação não pode ser feita
diretamente no ESP, para tal foi usado um Arduino Mega(ARDUINO, 2019), como
mostrado na Figura 46. Para que a comunicação com o MEGA e o ESP ocorra, é necessário
a adição de um conversor de nível lógico bidirecional de tensão, pois oarduino trabalha
com 5v, enquanto o esp trabalha com 3v3.
Figura 46 – Esquemático prancheta
Fonte – O Autor
4.3.2 Projeto de circuitos do Robô em CAD
A placa de circuito impresso do robô foi desenvolvida no software Autodesk Ea-
gle(AUTODESK EAGLE, 2019). Onde é composto de duas partes (i) Esquemático,
ilustrado na Figura 47 e (ii) Layout mostrado na Figura 48.
No esquemático as ligações dos componentes foram feitas por nomeação. Como o
eagle não possui representação para todos os componentes usados no projeto, somente o dri-
ver do motor de passo e os resistores foram adicionados a placa, o restante dos componentes
foram representados utilizado barras de pinos com a quantidade correspondente a cada
componente físico do projeto. No layout as barras de pinos foram espaçadas corretamente,
de acordo com cada componente, a fim garantir a fabricação correta.
A placa foi desenvolvida em forma de cruz, justamente porque no robô foi deixado
esse espaço de encaixe. Na Figura 48 as trilhas na cor azul representam a parte inferior da
placa (bottom layer) e as trilhas na cor vermelha, representam a parte superior da placa
(top layer). A Marcação em laranja é a linha de corte.
Capítulo 4. RESULTADOS 49
Figura 47 – Esquemático
Fonte – O Autor
Figura 48 – Layout
Fonte – O Autor
4.3.3 Fabricação das placas de circuito
Assim como o desenvolvimento e fabricação dos componentes estruturais, as placas
de circuito do robô também tiveram mais de uma versão. A primeira foi para teste de
conceito, mostrada na Figura 49, onde foi feito em uma placa de circuito ilhada, e os
componentes foram soldados direto na placa, com as conexões feitas por fios, exemplificado
na Figura 50.
A versão final da placa de circuito do robô, mostrada na Figura 51, por ser mais
complexa que a de teste, foi feita somente após a validação do sistema e também após o
projeto do robô em CAD.
A placa final necessitava de uma máquina de fazer placas de circuito, pois contém
duas camadas, como demonstrado no layout. A placa da Figura 52, foi feita somente com
Capítulo 4. RESULTADOS 50
Figura 49 – Placa de circuito versão 1.0
Fonte – O Autor
Figura 50 – Placa de circuito versão 1.0 (solda)
Fonte – O Autor
uma camada, sendo usados fios para prover a função da camada 2, afim de economizar
material e tempo.
4.3.4 Projeto e implementação dos Firmwares
Cada entidade do sistema possui um firmware em cada um dos seus microcontrola-
dores. Remetendo ao modelo cliente/servidor, a prancheta é sempre o cliente enquanto o
robô é sempre o servidor, esperando que a prancheta inicie a comunicação na intenção de
controlá-lo.
No caso da Prancheta Controladora (Figura 53), após ser ligada, ela tentará se
conectar ao robô, caso a conexão seja bem sucedida o botão de execução será habilitado,
caso não, a prancheta tentará se conectar ao robô indefinidamente, até que consiga.
Capítulo 4. RESULTADOS 51
Figura 51 – Placa de circuito versão 2.0
Fonte – O Autor
Figura 52 – Placa de circuito versão 2.0 (solda)
Fonte – O Autor
Após a conexão ser feita, o usuário pode controlar o robô encaixando os blocos
na Prancheta Controladora. Com os blocos encaixados, um botão precisa ser pressionado
para que a execução será iniciada. Para a execução o armazena a leitura do sensor de cor
referente ao bloco disponível em cada encaixe, caso não haja algum bloco encaixado em
um determinado espaço será atribuído zero, representando um espaço em branco. Após
finalizado esse procedimento, os dados referentes à programação são enviados, via rede,
para o robô, onde os comandos serão executados.
Capítulo 4. RESULTADOS 52
Figura 53 – Fluxograma de funcionamento prancheta
Fonte – O Autor
Para o robô, inicialmente é criada uma rede que fica aguardando a conexão da
prancheta. Caso algum dado seja recebido pelo robô, ele sairá do stand-by, e iniciará a
execução da programação enviada. Na prancheta, cada cor é referente a uma função de
Capítulo 4. RESULTADOS 53
movimento, no caso do robô o movimento é feito através dos motores, a codificação de
cores é processada como ilustrado pela Figura 54. Após a execução de cada função, é
inserido um pequeno delay evitar picos de corrente e prolongar a vida útil da bateria, como
mostrado na Figura 55.
Figura 54 – Fluxograma de funcionamento das funções cor
Fonte – O Autor
Capítulo 4. RESULTADOS 54
Figura 55 – Fluxograma de funcionamento do robô
Fonte – O Autor
55
5 CONCLUSÃO
Desde o início está sendo proposta uma nova solução de kit de robótica educacional,
que foi desenvolvida com as melhores características de robôs similares e já existentes
no mercado, pois as tendências têm fomentado diversos novos segmentos da robótica
educacional e também o aparecimento de novas empresas.
O objetivo principal do trabalho era realizar uma análise comparativa entre kits de
robótica existentes e propor o desenvolver de um kit de robótica educacional, munido de
sensores e atuadores, com comunicação sem fio, controlado por prancheta e capaz de ser
utilizado o para o aprendizado de forma lúdica. Com os resultados apresentados é possível
concluir que o objetivo principal foi atingido.
5.1 Realização dos objetivos secundários
Como forma de facilitar o desenvolvimento e de atingir o objetivo principal proposto
no trabalho, o objetivo principal foi dividido em diversos objetivos secundários. Os objetivos
dividiam o trabalho a ser executado por grandes áreas, de forma que fosse mais fácil
acompanhar o progresso e que fosse possível garantir que todos os requisitos supracitados
fossem atingidos.
Por os objetivos secundários OS1 e OS2 tratarem de desenvolvimento e fabricação
de projeto de cad 3D, foram agrupados nas subseções 4.1 e 4.2, onde a mesma mostra o
seu desenvolvimento, projeto e versões finais reais, portanto os objetivos foram concluídos.
Por os objetivos secundários OS3, OS7, OS8 e OS9 tratarem de desenvolvimento e
fabricação projeto de circuitos em CAD, foram agrupados na seção 4.3, onde a mesma
mostra o seu desenvolvimento, projeto e versões finais reais, portanto os objetivos foram
concluídos.
Na seção 4.3.4 é possível verificar os fluxogramas de firmware tanto do robô, quanto
da prancheta, assim como no apêndice A, o código final de cada um dos componentes.
Portanto os objetivos OS4, OS5 e OS6 foram concluídos.
As seções 4.3.3 e 4.2 apresentam as montagem finais, tanto dos elementos em 3D
e das placas de circuito, que foram testadas e validadas, com relação à comunicação e
quanto ao funcionamento por bateria, portanto os objetivos OS10 e OS11 também foram
concluídos.
Capítulo 5. CONCLUSÃO 56
5.2 Trabalhos futuros
Esse trabalho será utilizado principalmente como base para o desenvolvimento de
outros produtos relacionados a área. Também serão realizadas melhorias e/ou modificações
a fim de configurar um produto comercializável.
57
REFERÊNCIAS
3DEEE. preenchimento em impressão 3D. 2019. Disponível em:
<https://www.3deee.ch/?p=862>. Acesso em: 25 de Maio. 30
3DHUBS. 3D hubs services. 2019. Disponível em: <https://www.3dhubs.com/guides/3d-
printing/technologies>. Acesso em: 25 de Maio. 29
ARDUINO. Arduino mega 2560. 2019. Disponível em: <https://www.arduino.cc/en-
/Guide/ArduinoMega2560>. Acesso em: 30 de Maio. 48
AUTODESK. Fusion Forecast: Drawings. 2019. Disponível em: <https://www.autodesk-
.com/products/fusion-360/blog/fusion-forecast-drawings-necessary-evil/>. Acesso em: 24
de Abril. 28
AUTODESK EAGLE. EAGLE PCB design software. 2019. Disponível em:
<https://www.autodesk.com/products/eagle/overview>. Acesso em: 21 de Maio. 48
AUTODESK FUSION. Fusion 360. 2019. Disponível em: <https://www.autodesk.com.br-
/solutions/cad-software>. Acesso em: 24 de Abril. 28, 30
BARANAUSKAS, M. L. C. . M. C. C. Taprec: Desenvolvendo um ambiente de
programação tangível de baixo custo para crianças. Universidade Estadual de Campinas
UNICAMP, Instituto de Computação - Campinas/SP, 2015.
BLUETOOTH. bluetooth core specification. 2019. Disponível em: <https://www-
.bluetooth.com/specifications/bluetooth-core-specification/>.Acesso em: 21 de Maio.
39
CAMPOS, F. R. Escola e comunidade: um novo compromisso. 12. ed. São Paulo: [s.n.],
2017. 2108-2121 p. 13
CIRCUITIO. Circuit design app. 2019. Disponível em: <https://www.circuito.io>. Acesso
em: 22 de Maio. 47
CITISYSTEMS. Sensor de cor. 2019. Disponível em: <https://www.citisystems.com.br-
/sensor-de-cor/>. Acesso em: 19 de Maio. 35
CLUBEDAROBOTICA. Sensor de cor TSC3200. 2019. Disponível em: <https:-
//cluberobotica.wordpress.com/2017/11/12/tcs3200/>. Acesso em: 1 de Junho.
34
COLL, C. Escola e comunidade: um novo compromisso. 10. ed. São Paulo: Revista Pátio,
1999. 9 p. 13
COMPONENTS101. Toy DC Motor. 2019. Disponível em: <https://components101.com-
/motors/toy-dc-motor>. Acesso em: 1 de Junho. 36
CPP. C++ programming. 2019. Disponível em: <http://www.cplusplus.com/info-
/description/>. Acesso em: 25 de Maio. 17
https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoMega2560
https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoMega2560
https://www.autodesk.com/products/fusion-360/blog/fusion-forecast-drawings-necessary-evil/
https://www.autodesk.com/products/fusion-360/blog/fusion-forecast-drawings-necessary-evil/
https://www.autodesk.com/products/eagle/overview
https://www.autodesk.com.br/solutions/cad-software
https://www.autodesk.com.br/solutions/cad-software
https://www.bluetooth.com/specifications/bluetooth-core-specification/
https://www.bluetooth.com/specifications/bluetooth-core-specification/
https://www.circuito.io
https://www.citisystems.com.br/sensor-de-cor/
https://www.citisystems.com.br/sensor-de-cor/
https://cluberobotica.wordpress.com/2017/11/12/tcs3200/
https://cluberobotica.wordpress.com/2017/11/12/tcs3200/
https://components101.com/motors/toy-dc-motor
https://components101.com/motors/toy-dc-motor
http://www.cplusplus.com/info/description/
http://www.cplusplus.com/info/description/
Referências 58
CSIS. socket API. 2019. Disponível em: <http://csis.pace.edu/˜marchese/CS865/Lectures-
/Liu4/sockets>. Acesso em: 21 de Maio. 38
DATAFOLHA. Principais problemas do país segundo os eleitores. 2018. Disponível em:
<https://g1.globo.com/politica/eleicoes/2018/eleicao-em-numeros/noticia/2018/09-
/11/saude-e-violencia-sao-os-principais-problemas-para-os-eleitores-brasileiros-segundo-
datafolha.ghtml>. Acesso em: 22 de Maio. 14
DOMINGOSDEAZEVEDO. Linguagem de programação. 2019. Disponível em:
<http://www.domingosdeazevedo.com/cam/ling5>. Acesso em: 30 de Maio. 32
EDITORA BRASIL. Portal da educação Infantil. 2019. Disponível em: <http://www-
.editoradobrasil.com.br/educacaoinfantil>. Acesso em: 21 out.
EMBARCADOS. Introdução aos sistemas embarcados e microcontroladores.
2019. Disponível em: <https://www.embarcados.com.br/sistemas-embarcados-e-
microcontroladores/>. Acesso em: 25 de Maio. 32, 33, 34, 36
ESPRESSIF SYSTEMS. Espressif Systems - Wifi and bluetooth. 2019. Disponível em:
<https://www.espressif.com/>. Acesso em: 25 de Maio. 33
EXAME. Brinquedos ensinam programação. 2019. Disponível em: <https://exame-
.abril.com.br/tecnologia/brinquedos-ensinam-programacao/>. Acesso em: 2 de junho.
24
FILIPEFLOP. Controle de motor dc. 2019. Disponível em: <https://www.filipeflop-
.com/blog/controle-motor-dc-pwm-arduino-uno/>. Acesso em: 30 de Maio. 36,
37
FORNAZA, C. G. W. e. V. V.-B. R. SCIENTIA CUM INDUSTRIA (SCI. CUM IND.).
3. ed. [S.l.: s.n.], 2015. 17
GONCALVES, P. C. Protótipo de um robô móvel de baixo custo para uso edu-cacional.
Dissertação (Mestrado) — Universidade Estadual de Maringá, Maringá - Paraná, 2007. 13
GOOGLE. Project blocks research. 2019. Disponível em: <https://projectbloks.withgoogle-
.com/>. Acesso em: 24 de Junho.
GUSTAVO, B. E. Apostila Microcontroladores 8051. 1. ed. [S.l.]: Departamento Acadêmico
de Eletrônica. UTFPR, 2007. 32
IEEE. IEEE STANDARDS ASSOCIATION. 2019. Disponível em: <https:/standards.ieee-
.org/standard/802 15 1-2002.html>. Acesso em: 3 de junho. 38
JACOB, M. S. H. . R. J. Designing tangible programming languages for classroom use.
Tufts University Department of Computer Science, 2006.
JR., E. B. G. Almir de O. C. Uma anáise comparativa de kits para a robótica educacional.
Escola Superior de Tecnologia Universidade do Estado do Amazonas, 2015. 17
KUROSE, J. F. K. W. R. Rede de computadores e a Internet: uma nova abordagem. 1. ed.
São Paulo: Wagner Luiz Zucchi, 2003. 37
http://csis.pace.edu/~marchese/CS865/Lectures/Liu4/sockets
http://csis.pace.edu/~marchese/CS865/Lectures/Liu4/sockets
https://g1.globo.com/politica/eleicoes/2018/eleicao-em-numeros/noticia/2018/09/11/saude-e-violencia-sao-os-principais-problemas-para-os-eleitores-brasileiros-segundo-datafolha.ghtml
https://g1.globo.com/politica/eleicoes/2018/eleicao-em-numeros/noticia/2018/09/11/saude-e-violencia-sao-os-principais-problemas-para-os-eleitores-brasileiros-segundo-datafolha.ghtml
https://g1.globo.com/politica/eleicoes/2018/eleicao-em-numeros/noticia/2018/09/11/saude-e-violencia-sao-os-principais-problemas-para-os-eleitores-brasileiros-segundo-datafolha.ghtml
http://www.domingosdeazevedo.com/cam/ling5
http://www.editoradobrasil.com.br/educacaoinfantil
http://www.editoradobrasil.com.br/educacaoinfantil
https://www.embarcados.com.br/sistemas-embarcados-e-microcontroladores/
https://www.embarcados.com.br/sistemas-embarcados-e-microcontroladores/
https://www.espressif.com/
https://exame.abril.com.br/tecnologia/brinquedos-ensinam-programacao/
https://exame.abril.com.br/tecnologia/brinquedos-ensinam-programacao/
https://www.filipeflop.com/blog/controle-motor-dc-pwm-arduino-uno/
https://www.filipeflop.com/blog/controle-motor-dc-pwm-arduino-uno/
https://projectbloks.withgoogle.com/
https://projectbloks.withgoogle.com/
https:/standards.ieee.org/standard/802_15_1-2002.html
https:/standards.ieee.org/standard/802_15_1-2002.html
Referências 59
LEGO. ev3 programmer app. 2019. Disponível em: <https://www.lego.com/en-us-
/mindstorms/apps/ev3-programmer-app>. Acesso em: 30 de Maio. 18
LEGO. Learning Lego Mindstorms. 2019. Disponível em: <https://www.lego.com/pt-br-
/mindstorms/learn-to-program>. Acesso em: 15 de Maio. 19, 20
LEGO. Learning Mindstorms. 2019. Disponível em: <https://www.lego.com/en-
us/mindstorms/?domainredir=mindstorms.lego.com>. Acesso em: 15 de Maio.
18
MACHINEDESIGN. Difference between pneumatic and eletrical actuators. 2019.
Disponível em: <https://www.machinedesign.com/linear-motion/what-s-difference-
between-pneumatic-hydraulic-and-electrical-actuators>. Acesso em: 30 de Maio.
35
MATHIAS, O. H. M. da S. . L. C. Possíveis aplicações do arduino em equipamentos
interativos de ambientes planejados à educação não formal: uma proposta equivalente nas
escolas. CINTED - UFRGS - Rio Grande do Sul, 2015. 32
MBOT. Robot kits for kids. 2019. Disponível em: <https://www.makeblock.com/steam-
kits/mbot>. Acesso em: 19 de Maio. 22, 23
MCNERNEY, T. S. Tangible Programming Bricks: An approach to making programming
accessible to everyone. Dissertação (Mestrado) — Massachusetts Institute of Technology -
MIT, 2000.
MECCANO. Erector by meccano. 2019. Disponível em: <http://www.meccano.com/>.
Acesso em: 22 de Maio. 21, 22
MODELIX. Kit de robótica para ensino. 2019. Disponível em: <https://www.modelix-
.com.br/kit-robotica-ensino-fundamental-1-a>. Acesso em: 15 de Maio. 22, 23,
24
MODELIX. Software de programação. 2019. Disponível em: <https://www.modelix.com-
.br/software-de-programacao-robotica>. Acesso em: 15 de Maio. 23
MORAES, A. F. de. Redes sem Fio. Instalação, Configuração e Segurança. Fundamentos.
1. ed. São Paulo: Editora Érica, 2010. 39
OLIVEIRA, R. R. USO DO MICROCONTROLADOR ESP8266 PARA AUTOMAÇÃO.
Tese (PhD dissertation) — Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2017. 33
OPENGROUP. posix faq. 2019. Disponível em: <http://www.opengroup.org/austin-
/papers/posix faq.html>. Acesso em: 21 de Maio. 38
PAPERT, S. Logo: Computadores e Educação. 1. ed. [S.l.]: Editora Brasiliense, SP, 1985.
13
PAPERT, S. A Máquina das Crianças: repensando a escola na era da informática. 1. ed.
[S.l.]: Artes Médicas. Porto Alegre., 1994. 13
PATROCÍNIO, E. L. J. L. E. N. do. Modelagemem cad tridimensional paramÉtrico.
Revista eletrônica de tecnologia e cultura 13a edição, Outubro, 2013. 28
https://www.lego.com/en-us/mindstorms/apps/ev3-programmer-app
https://www.lego.com/en-us/mindstorms/apps/ev3-programmer-app
https://www.lego.com/pt-br/mindstorms/learn-to-program
https://www.lego.com/pt-br/mindstorms/learn-to-program
https://www.lego.com/en-us/mindstorms/?domainredir=mindstorms.lego.com
https://www.lego.com/en-us/mindstorms/?domainredir=mindstorms.lego.com
https://www.machinedesign.com/linear-motion/what-s-difference-between-pneumatic-hydraulic-and-electrical-actuators
https://www.machinedesign.com/linear-motion/what-s-difference-between-pneumatic-hydraulic-and-electrical-actuators
https://www.makeblock.com/steam-kits/mbot
https://www.makeblock.com/steam-kits/mbot
http://www.meccano.com/
https://www.modelix.com.br/kit-robotica-ensino-fundamental-1-a
https://www.modelix.com.br/kit-robotica-ensino-fundamental-1-a
https://www.modelix.com.br/software-de-programacao-robotica
https://www.modelix.com.br/software-de-programacao-robotica
http://www.opengroup.org/austin/papers/posix_faq.html
http://www.opengroup.org/austin/papers/posix_faq.html
Referências 60
PEGORARO, T. M. M. M. B. S. R. Blok - sistema robótico educacional utilizando
programação em blocos. FLBrazil, Outubro, 2016.
PRIMO TOYS. Primo Toys. 2019. Disponível em: <https://www.primotoys.com/>.
Acesso em: 2 de junho. 24, 25
PYTHON. python programming. 2019. Disponível em: <https://www.python.org/>.
Acesso em: 25 de Maio. 17
SHAPLA ADRIANO; KEMPKA, A. N. F. L. P. R. M. G. Fresadora. Universidade
Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões, Erechim, 2010. 31
SILVA EDIPO SABIãO SANCHES, I. S. S. K. Robotica educacional na educação superior.
Faculdade de Ciencias Exatas e Tecnologia (FACET) Universidade Federal da Grande
Dourados (UFGD) Dourados – MS – Brasil, 2015. 17
SILVA F. I. E SCHERER, D. da. Praxedes: Protótipo de um kit educacional de robótica
baseado na plataforma arduino. Revista EAD e Tecnologias Digitais na Educacação, 2013.
17
SOLARBOT. solar robot product. 2019. Disponível em: <https://www.velleman.eu-
/products/view/?id=438578>. Acesso em: 30 de Maio. 26
SPARKFUN. Bluetooth basics. 2019. Disponível em: <https://learn.sparkfun.com-
/tutorials/bluetooth-basics>. Acesso em: 2 de Junho. 39
STEAM. Metodologias que precisa conhecer. 2019. Disponível em: <https://www-
.positivoteceduc.com.br/blog-inovacao-e-tendencias/steam-metodologia-que-precisa-
conhecer/>. Acesso em: 25 de Maio. 22
TECMUNDO. como funciona uma impressora 3D. 2019. Disponível em: <https://www-
.tecmundo.com.br/impressora-3d/38826-como-funciona-uma-impressora-3d-ilustracao--
.html>. Acesso em: 25 de Maio. 29
UNICAMP. Modelo Cliente/Servidor e Introdução a Sockets. 2019. Disponível em:
<http://www.ic.unicamp.br/˜juliana/cursos/mc833/aula4.pdf>. Acesso em: 2 de Junho.
38
VANDERTRONIC. microcontroladores. 2019. Disponível em: <http://www.vandertronic-
.com/index.php/microcontroladores/>. Acesso em: 30 de Maio. 32
VAUGHAN, W. Digital Modeling. 1. ed. [S.l.]: New Riders, 2012. 28
VOID3D. void3d index. 2019. Disponível em: <https://www.void3d.com.br/>. Acesso em:
21 de Maio. 41
WSKITS. Kit robô educativo. 2019. Disponível em: <https://www.wskits.com.br/kit-robo-
educativo>. Acesso em: 26 de Maio. 17
ZILLI, S. A Robótica Educacional no ensino fundamental: Perspectivas e prática.
Dissertação (Mestrado) — Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Florianópolis
- SC, 2004. 13, 14
https://www.primotoys.com/
https://www.python.org/
https://www.velleman.eu/products/view/?id=438578
https://www.velleman.eu/products/view/?id=438578
https://learn.sparkfun.com/tutorials/bluetooth-basics
https://learn.sparkfun.com/tutorials/bluetooth-basics
https://www.positivoteceduc.com.br/blog-inovacao-e-tendencias/steam-metodologia-que-precisa-conhecer/
https://www.positivoteceduc.com.br/blog-inovacao-e-tendencias/steam-metodologia-que-precisa-conhecer/
https://www.positivoteceduc.com.br/blog-inovacao-e-tendencias/steam-metodologia-que-precisa-conhecer/
https://www.tecmundo.com.br/impressora-3d/38826-como-funciona-uma-impressora-3d-ilustracao-.html
https://www.tecmundo.com.br/impressora-3d/38826-como-funciona-uma-impressora-3d-ilustracao-.html
https://www.tecmundo.com.br/impressora-3d/38826-como-funciona-uma-impressora-3d-ilustracao-.html
http://www.ic.unicamp.br/~juliana/cursos/mc833/aula4.pdf
http://www.vandertronic.com/index.php/microcontroladores/
http://www.vandertronic.com/index.php/microcontroladores/
https://www.void3d.com.br/
https://www.wskits.com.br/kit-robo-educativo
https://www.wskits.com.br/kit-robo-educativo
61
A APÊNDICE
A.1 Código robô
#inc lude <ESP8266WiFi . h>
#inc lude <WiFitcp . h>
const char ∗ s s i d = " c i r c u i t s 4 y ou " ;
const char ∗pass = " password " ;
unsigned i n t l o c a lPo r t = 2000 ; // l o c a l port to l i s t e n f o r tcp packets
IPAddress ServerIP (192 , 168 , 4 , 1 ) ;
IPAddress Cl i ent IP (192 , 168 , 4 , 2 ) ;
// A tcp in s t ance to l e t us send and r e c e i v e packets over tcp
WiFitcp tcp ;
char packetBuf f e r [ 9 ] ; //Where we get the tcp data
St r ing Z ;
char b [ 5 ] ;
// Set Motor Control Pins
i n t r ightMotor2 = 13 ; // D7 − r i g h t Motor −
i n t r ightMotor1 = 15 ; // D8 − r i g h t Motor +
in t l e f tMotor2 = 0 ; // D3 − l e f t Motor −
i n t l e f tMotor1 = 4 ; // D2 − l e f t Motor +
in t eneLeftMotor = 12 ; // D6 − enable Mortor Le f t
i n t eneRightMotor = 14 ; // D5 − enable Mortor Right
i n t ledConnect = 16 ; // D0 − Led ind i cado r conectado
//======================================================================
// F u n e s
//======================================================================
/∗ command motor forward ∗/
void l e f tMotor ( ) // esquerda
Apêndice A. Apêndice 62
{
d i g i t a lWr i t e ( eneLeftMotor , HIGH) ;
d i g i t a lWr i t e ( eneRightMotor , HIGH) ;
d i g i t a lWr i t e ( le f tMotor1 , HIGH) ;
d i g i t a lWr i t e ( le f tMotor2 , LOW) ;
d i g i t a lWr i t e ( rightMotor1 , HIGH) ;
d i g i t a lWr i t e ( rightMotor2 , LOW) ;
}
/∗ command motor backward ∗/
void r ightMotor ( ) // d i r e i t a
{
d i g i t a lWr i t e ( eneLeftMotor , HIGH) ;
d i g i t a lWr i t e ( eneRightMotor , HIGH) ;
d i g i t a lWr i t e ( le f tMotor1 , LOW) ;
d i g i t a lWr i t e ( le f tMotor2 , HIGH) ;
d i g i t a lWr i t e ( rightMotor1 , LOW) ;
d i g i t a lWr i t e ( rightMotor2 , HIGH) ;
}
/∗ command motor turn l e f t ∗/
void forwardMotor ( )
{
d i g i t a lWr i t e ( eneLeftMotor , HIGH) ;
d i g i t a lWr i t e ( eneRightMotor , HIGH) ;
d i g i t a lWr i t e ( le f tMotor1 , LOW) ;
d i g i t a lWr i t e ( le f tMotor2 , HIGH) ;
d i g i t a lWr i t e ( rightMotor1 , HIGH) ;
d i g i t a lWr i t e ( rightMotor2 , LOW) ;
}
/∗ command motor turn r i g h t ∗/
void reverseMotor ( )
{
d i g i t a lWr i t e ( eneLeftMotor , HIGH) ;
d i g i t a lWr i t e ( eneRightMotor , HIGH) ;
Apêndice A. Apêndice 63
d i g i t a lWr i t e ( le f tMotor1 , HIGH) ;
d i g i t a lWr i t e ( le f tMotor2 , LOW) ;
d i g i t a lWr i t e ( rightMotor1 , LOW) ;
d i g i t a lWr i t e ( rightMotor2 , HIGH) ;
}
/∗ command motor stop ∗/
void stopMotor ( )
{
d i g i t a lWr i t e ( eneLeftMotor , LOW) ;
d i g i t a lWr i t e ( eneRightMotor , LOW) ;
d i g i t a lWr i t e ( le f tMotor1 , LOW) ;
d i g i t a lWr i t e ( le f tMotor2 , LOW) ;
d i g i t a lWr i t e ( rightMotor1 , LOW) ;
d i g i t a lWr i t e ( rightMotor2 , LOW) ;
de lay ( 1 0 0 ) ;
}
//======================================================================
// Setup
//======================================================================
void setup ( )
{
S e r i a l . begin ( 9600 ) ;
S e r i a l . p r i n t l n ( ) ;
pinMode ( rightMotor2 , OUTPUT) ;
pinMode ( rightMotor1 , OUTPUT) ;
pinMode ( le f tMotor2 , OUTPUT) ;
pinMode ( le f tMotor1 , OUTPUT) ;
pinMode ( eneLeftMotor , OUTPUT) ;
pinMode ( eneRightMotor , OUTPUT) ;
pinMode ( ledConnect , OUTPUT) ;
WiFi . begin ( s s id , pass ) ; //Connect