Oficina-Motores-e-Sensores

Prévia do material em texto

Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
1 
 
 
 
2015 
Tutorial 
Motores e 
Sensores 
P3R3 - Robô na Escola 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
2 
 
 
Coordenador 
Marco José de Sousa 
 
Colaboradora - Diretora Escola Estadual Luiz Nunes Direito 
Maria de Belém Miranda de Souza 
 
Bolsista - LAPS Laboratório de Processamento de Sinais 
Adalbery Rodrigues Castro 
 
Bolsista – GVA Grupo de Vibrações e Acústica 
Gustavo da Silva Vieira de Melo 
 
Bolsista – Graduando Engenharia da Computação 
Alisson Ricardo da Silva Souza 
 
Equipe de Desenvolvimento 
Alisson Ricardo da Silva Souza 
Alexandre Van Der Vem 
Edson de Jesus Rodrigues Gonçalves 
José Heitor Linhares Mariano 
Yuri Chaves Freimann 
 
Colaboradores 
Arthur William da Silva Ramos 
Italo Tempes 
Wederson Silva 
 
Projeto Gráfico 
Alisson Ricardo da Silva Souza 
Edson de Jesus Rodrigues Gonçalves 
 
Realização: 
 
 
 
 
Apoio: 
 
 
 
 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
3 
 
 
Sumário 
1 Motores......................................................................................... 4 
1.1 História........................................................................... 4 
1.2 Tipos de Motores............................................................ 5 
 1.2.1 Servo Motor..................................................... 6 
 1.2.2 Motor de Passo................................................ 9 
 1.2.3 Motor corrente Continua................................. 11 
2 Sensores........................................................................................ 15 
2.1 Definições de Sensores................................................... 16 
2.1.1 Sensores de Linha com LDR........................... 17 
2.1.2 Sensor de Linha com Infravermelho............... 19 
2.1.3 Sensores de Obstáculos com Ultrassom.......... 21 
2.1.4 Sensor de Obstáculos com Infravermelho....... 24 
3 Bibliografia................................................................................... 25 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
4 
 
1. Motores 
1.1 - História 
 
Figura 1 - Obra De Magnete. 
641 a.C. O fenômeno da eletricidade estática já havia sido observado antes pelo 
grego Tales, ele verificou que ao atritar uma peça de âmbar com pano, esta adquiria a 
propriedade de atrair corpos (pelos, penas, cinzas, ...). 
1600 O cientista inglês William Gilbert publicou, em Londres a obra intitulada 
De Magnete, descrevendo a força de atração magnética. 
1663 Foi construída a primeira máquina eletrostática, pelo alemão Otto 
Guericke, e aperfeiçoada em 1775 pelo suíço Martin Planta. 
1820 O físico dinamarquês Hans Christian Oersted, ao fazer experiências com 
correntes elétricas, verificou que a agulha magnética de uma bússola era desviada de sua 
posição norte-sul quando esta passava perto de um condutor no qual circulava corrente 
elétrica, dando assim, o primeiro passo para em direção ao desenvolvimento do motor 
elétrico. 
 
Figura 2 - Experiencia de Faraday de 1821. 
1820 Michael Faraday cria duas experiências para a demonstração de rotação 
eletromagnética. 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
5 
 
1825 O sapateiro inglês William, em paralelo a usa profissão, inventa o 
eletroímã. 
 
Figura 3 - Rotary por Jedlik, 1827 a 1828. 
1828 Jedlik inventa a primeira máquina rotativa. 
1833 O inglês W. Ritchie inventou o comutador construindo um pequeno motor 
elétrico onde o núcleo de ferro enrolado girava em torno de um ímã permanente. 
1838 Com grande sucesso obteve o motor elétrico desenvolvido pelo arquiteto e 
professor de física Moritz Hermann von Jacobi, aplicou-o a um bote. Alimentados por 
células de baterias, o bote transportou 14 passageiros e navegou em uma velocidade de 
4,8 quilômetros por hora. 
O motor DC foi criado a partir do desenvolvimento de geradores de energia 
(dinamómetros). As bases foram lançadas por William Ritchie e Hippolyte Pixii, em 
1832 com a invenção do comutador e, mais importante, por Werner Siemens em 1856 
com o double-T, por seu engenheiro-chefe, Friedrich-Alteneck Hefner, em 1872, com o 
armadura na forma de tambor. Motores DC ainda tem uma posição dominante no 
mercado hoje no baixo consumo de energia (abaixo de 1 kW) e baixa tensão (abaixo de 
60 V). 
1.2 - Tipos de Motores 
 
Figura 4 - Motor elétrico parte interna. Photopin. 
Motores são dispositivos que convertem outros tipos de energia em energia 
mecânica, de forma a dar movimento a máquinas. Os robôs usam motores como 
propulsores, para a locomoção, como atuadores, para braços ou outros tipos de 
manipuladores, ou em qualquer componente que realize algum movimento dentro de 
um espaço de locomoção. 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
6 
 
 
Figura 5 - Motor DC presentes no circuitos do robô. Photopin. 
A especificação dos motores caracteriza uma das tarefas mais importantes no 
desenvolvimento de projetos de robótica, pois são eles que determinam o consumo de 
corrente elétrica e, consequentemente, os sistemas de alimentação e armazenamento de 
energia. O tamanho e a maneira de fixar o motor escolhido também influenciam no 
projeto mecânico do chassi e das eventuais caixas de transmissão e redução 
1.2.1 Servo Motor 
 
Figura 6 - Projeto de robô que se utilizam Servo motor. Photopin. 
Características 
Os servos motores são usados em várias aplicações quando se deseja 
movimentar algo de forma precisa e controlada. Sua característica mais importante é a 
sua capacidade de movimentar a uma posição e mantê-lo, mesmo quando sofre uma 
força contraria. 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
7 
 
 
Figura 7 – Servo Motor. Wikimedia 
 
Figura 8 - Estrutura do Servo Motor. 
Suas caraterísticas internas são: 
• Circuito de Controle – responsável pelo monitoramento do potenciômetro 
acionamento do motor visando obter uma posição pré-determinada. 
• Potenciômetro – ligado ao eixo de saída do servo, monitora a posição do 
mesmo. 
• Motor – movimenta as engrenagens e o eixo principal do servo. 
• Engrenagens – reduzem a rotação do motor, transferem mais torque ao eixo 
principal de saída e movimentam o potenciômetro junto com o eixo. 
• Caixa do Servo – caixa para acondicionar as diversas partes do servo. 
Funcionamento 
O servo motor gira conforme a polaridade da tensão aplicada, pois se trata de um 
motor de corrente contínua comum. De modo a impedir que ele movimente muito 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
8 
 
rápido os demais elementos do servo, um sistema simples de engrenagens (ou mesmo 
correias) pode ser usado. O motor movimenta tanto a alavanca que vai proporcionar o 
acionamento externo, ou seja, que vai ser acoplada ao dispositivo final como também o 
eixo de um potenciômetro. O potenciômetro funciona como sensor de posição para o 
circuito de realimentação. O circuito de realimentação tem por base um comparador de 
tensão comum. Um comparador de tensão nada mais é do que um amplificador 
operacional com um ganho muito alto, de modo a haver uma comutação muito rápida de 
sua saída em determinadas condições. 
 
Figura 9 - Gráfico do funcionamento do Servo motor. 
A ideia básica do servo é converte um sinal elétrico, por exemplo, uma tensão, 
num movimento proporcional de uma alavanca ou ainda um cursor. Se um servo pode 
ter uma alavanca que se movimente de 90 graus, por exemplo, quando a tensão de 
entrada varia de 0 à 1 volts, as tensões intermediária aplicadas na entrada do circuito 
podem levar a alavanca a qualquer posição intermediária cujo ângulo seja proporcional 
a estas tensões. Esta proporcionalidade entre o movimento e a tensão de entrada também 
leva estesdispositivos a serem classificados como de controles proporcionais. Em 
outras palavras, existe uma proporção direta entre o ângulo de giro da alavanca do 
Servo motor e a tensão aplicada à sua entrada. 
Vantagens 
Uma das principais vantagens do servo motor é a possibilidade de possível controlar 
o torque no eixo, de forma constante e em larga faixa de rotação. 
• Baixo Custo 
• Suavidade em baixas rotações 
• Sem consumo em paradas 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
9 
 
• Altos torques de pico 
• Operação em altas velocidades 
Desvantagens 
Em relação com outros tipos de motores podemos destacar os seguintes fatos como 
desvantagens no uso desses motores. 
• Circuito mais complexo 
• Baixo desempenho em baixa velocidade 
• Comutações limitadas 
 
Figura 10 - Robô construído usando Servo motor. Photopin. 
1.2.2 Motor de passo 
 
Figura 11 - Rodas que se utilizam de motores servos. Photopin. 
Características 
O motor de passo é um dispositivo empregado na conversão de pulsos elétricos 
em movimentos rotativos e possuem três estágios: parado, ativado como rotor travado 
ou girando em etapas. São utilizados cada vez mais em áreas como informática e 
robótica, pois possuem uma alta precisão em seu movimento, além de serem rápidos, 
confiáveis e fáceis de controlar. 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
10 
 
 
Figura 12 - Rodas que se utilizam de motores servos. Photopin. 
Os mais usados são os motores Unipolares que possuem 2 ou 4 bobinas. Nestes, 
cada fase consiste de um enrolamento com derivação central ou mesmo de dois 
enrolamentos separados, de forma que o campo magnético possa ser invertido sema 
necessidade de se inverter o sentido da corrente. Já os bipolares, exigem circuitos mais 
complexos por possuírem muitas bobinas na mesma carcaça. Sua grande vantagem é 
prover maior torque, além de ter uma menor proporção no tamanho. Fisicamente este 
motor tem enrolamentos separados, sendo necessária uma polarização reversa durante a 
operação para o passo acontecer. 
 
Figura 13 - Estrutura interna de um motor de passo. Photopin. 
Funcionamento 
 
Figura 14 - Funcionamento do motor de passo. Wikimedia. 
O funcionamento básico do motor de passo é dado pelo uso de solenoides 
alinhados dois a dois que quando energizados atraem o rotor fazendo-o se alinhar com o 
eixo determinado pelos solenoides, causando assim uma pequena variação de ângulo 
que é chamada de passo. A velocidade e o sentido de movimento são determinados pela 
forma como cada solenoide é ativado (sua ordem e a velocidade entre cada ativação). 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
11 
 
Vantagens 
Os motores de passo possuem como vantagem em relação aos outros tipos de 
motores: 
• Precisão no torque 
• Excelente resposta a aceleração e desaceleração 
• Seguem uma lógica digital 
• Alta precisão em seu posicionamento. 
Desvantagens 
 
Figura 15 - Movimentação do motor. Wikimedia. 
Em relação com outros tipos de motores podemos destacar os seguintes fatos 
como desvantagens no uso de motores de passo: 
• Baixo desempenho em altas velocidades 
• Requer certo grau de complexidade para ser operado 
• Ocorrência de ressonância por controle inadequado. 
1.2.3 Motor de Corrente Continua 
 
Figura 16 - Projeto de robótica utilizando motor DC. Photopin. 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
12 
 
Características 
Existem diversos tipos de motores DC, tais como os de imã permanente, sem 
escovas ou ainda de relutância variável. Os mais comuns (e baratos), que podem ser 
encontrados numa enorme faixa de tamanhos e tensões de trabalho, são os que fazem 
uso de escovas. Nelas, um conjunto de bobinas gira tendo sua corrente comutada por 
escovas que invertem o sentido da corrente a cada meia volta de modo a manter o 
movimento. 
 
Figura 17 - Parte de um motor de corrente continua. Photopin. 
Estes motores possuem um rendimento razoável quando usados em projetos de 
Robótica e Mecatrônica, sendo por este motivo os preferidos de muitos projetistas. Eles 
podem ser encontrados numa ampla faixa de tensões nominais, tipicamente entre 1,5 e 
48 volts. 
Funcionamento 
Os motores de corrente contínua (CC) ou motores DC (Direct Current), como 
também são chamados, são dispositivos que operam aproveitando as forças de atração e 
repulsão geradas por eletroímãs e imãs permanentes. 
 
Figura 18 - Rotação do motor DC. Wikimedia. 
Quando passar correntes elétricas por duas bobinas próximas, os campos 
magnéticos criados poderão fazer com que surjam forças de atração ou repulsão. 
Partindo então da posição inicial, em que os polos da bobina móvel (rotor), ao ser 
percorrido por uma corrente e alinhados com o imã permanente temos a manifestação 
de uma força de repulsão. Esta força de repulsão faz o conjunto móvel mudar de 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
13 
 
posição. A tendência do rotor é dar meia volta para seu polo Norte se aproxime do polo 
Sul do imã permanente e seu polo Sul se aproximará do polo Norte pelo qual será 
atraído. 
 
Figura 19 - Rotação do Motor DC. Wikimedia. 
No entanto, no eixo do rotor, por onde passa a corrente que circula pela bobina, 
existe um comutador. A finalidade deste comutador é inverter o sentido da circulação da 
corrente na bobina, fazendo com que os polos invertam-se. O resultado disso será uma 
transformação da força de atração em repulsão, o que fará com que o rotor continue seu 
movimento em outro sentido. Mais meia volta, e quando isso poderia ocorrer, a nova 
posição faz com que o comutador entre em ação e temos nova comutação da corrente. 
Com isso os polos se invertem. 
 
Figura 20 - Rotação do Motor DC. Wikimedia. 
O resultado disso é que o rotor não para, pois deve continuar em busca de sua 
posição de equilíbrio. Evidentemente isso nunca vai acontecer, e enquanto houver 
corrente circulando pela bobina o rotor não vai parar. A velocidade de rotação deste tipo 
de motor não depende de nada a não ser da força que o rotor tenha de fazer para girar. 
Desta forma, os pequenos motores de corrente contínua têm uma velocidade muito 
maior quando giram livremente do que quando girar fazendo algum tipo de esforço 
(movimento alguma coisa). Igualmente, a corrente exigida pelo motor depende da 
oposição que o rotor encontra para sua movimentação. Fazendo mais força, o consumo 
aumento. 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
14 
 
Normalmente, as velocidades de operação dos pequenos motores são elevadas e 
para os casos em que necessitamos de mais força e de um movimento mais lento, 
precisamos contar com recursos, como uma caixa de redução. 
 
Figura 21 - Motor usando sistema de redução baseado em correia. Photopin. 
A redução é facilmente calculada bastando para isso medir o diâmetro do eixo 
do motor e o diâmetro da polia maior. A relação entre os dois valores indica a taxa de 
redução, portanto o fator pelo qual ficará multiplicado o torque do motor. 
A exemplo, considere um eixo de 5 mm e uma polia de 5 cm de diâmetro 
teremos uma taxa de redução de 10 para 1. Isso significa que a força fica aumentada em 
10 vezes e a velocidade fica reduzida em 10 vezes. Sistemas mais sofisticados incluem 
o uso de engrenagens como, por exemplo, a caixa de redução ou sistema de correia. 
Vantagens 
A principal forma de propulsão de muitos dispositivos que tenham partes 
mecânicas como robôs, braços mecânicos, videocassetes, automação, é o motor elétrico 
corrente continua. Os motores de corrente contínua consistem numa forma simples e 
barata de se obter propulsão mecânica para dispositivos eletromecânicos. 
 
Figura 22 - Motor de correntes continua do tipo sem escova. Photopin. 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
15 
 
DesvantagensFigura 23 - Robô que utiliza motores DC. Photopin. 
No entanto, sua variedade de características e o seu princípio de funcionamento 
exigem recursos especiais para que eles possam ser utilizados corretamente. Estes 
motores possuem um rendimento razoável quando usados em projetos de Robótica e 
Mecatrônica. 
2. Sensores 
A Internet das Coisas e Sensores 
 
Figura 24 - Representação de um sistema de carro e casa conectado. Photopin. 
A nova tendência da tecnologia é uso de sensores para obter informações de 
forma mais ágil e eficiente de tudo aquilo que possa ser medidos e torna relevante para 
pesquisas, indústria, saúde, meio ambiente e residências, ou seja, na vida das pessoas. 
Os sensores já eram utilizando há muito tempo, porém, pelo avanço da internet 
processos antes caros se tornaram mais acessíveis, desde comunicação, computação e 
processamento de dados. 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
16 
 
 
Figura 25 - Monitoramento do meio que se encontra a planta. Photopin. 
As grandes quantidades de informações obtidas por meio de sensores em 
conjunto com internet e bancos de dados poderão resultar em soluções para diversos 
problemas cada vez mais comuns na vida das pessoas – desde a área de saúde até os 
meios de transporte. Assim, por meio de sensores que vão desde sistemas de câmeras 
até sensores de toques, os objetos são capazes de monitorar, coordenar ou controlar 
através de uma rede de dados ou da Internet. Assim define-se A Internet das Coisas 
ou Internet of Things (IOT). 
2.1 - Definições de Sensores 
Em geral, Sensores são dispositivos capazes de detectar ações ou estímulos 
externos e responder em consequência. Estes aparelhos podem transformar as grandezas 
físicas ou químicas em grandezas elétricas. 
 
Figura 26 - Robô com sensores de Infravermelho e ultrassom. Photopin. 
Na eletrônica, um sensor é conhecido como qualquer componente ou circuito 
eletrônico que permita a análise de uma determinada condição do ambiente, podendo 
ela ser algo simples como temperatura ou luminosidade; uma medida um pouco mais 
complexa como a rotação de um motor ou a distância de um carro até algum obstáculo 
próximo. 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
17 
 
Nos projetos de robótica adotasse em geral três tipos de sensores; ultrassom, 
infravermelho e LDR. Podem-se divididos em duas categorias sensores de linha e 
obstáculos. 
2.1.1 Sensores de Linha com LDR 
 
Figura 27 - LDR. Wikimedia. 
O sensor de linha é utilizado comumente em robôs seguidores de linha ou 
qualquer aplicação que necessite identificar maior ou menor reflexão de luz. 
Características 
Os sensores resistivos são aqueles que em circuitos comportam-se como 
resistores, mas, devido a certas propriedades físicas ou químicas, variam o valor de sua 
resistência de acordo com certas características, como luminosidade ou temperatura. 
Esses são os modelos mais comuns, dentre os quais podemos destacar o LDR. 
Quando um LDR, um dispositivo cuja resistência varia de acordo com a 
luminosidade, é submetido a uma luz cada vez mais intensa, pode-se verificar que sua 
resistência diminuirá gradativamente. Utilizando um circuito divisor de tensão, 
podemos fazer com que através dessa variação da resistência, haja uma variação na 
tensão. E assim, utilizados em projeto com dispositivos com Arduino. 
 
Figura 28 - Funcionamento de LDR. Wikimedia. 
Funcionamento 
O sensor de linha com LDR e composto por um LED emissor e LDR receptor 
com esse conjunto de dispositivo é possível detectar a linha preta. O emissor emite a luz 
infravermelha e quando essa luz for refletida, o receptor LDR irá receber a luz, através 
de um dispositivo especifico como Arduino é possível detectar essa recepção. Quando 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
18 
 
for refletida e recebida pelo receptor, será indicado que abaixo do nosso receptor tem 
uma superfície que reflete a luz. 
 
Figura 29 - Funcionamento de sensor de linha com LDR. 
Quando o sensor estiver acima da faixa preta, haverá pouca reflexão de luz, 
então com isso podemos afirmar que está sobre a faixa preta. Ao se detectado que o 
sensor saiu da faixa preta pode-se acionar motores que conduziram para a faixa da linha 
novamente, por essa razão chamamos de seguidor de linha ou sensor de linha. 
 
Figura 30 - Funcionamento do sensor de linha com LDR. 
Vantagens 
 
Figura 31 - Projeto de robô usando sensor de LDR. Photopin. 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
19 
 
Projetos de sensores de linhas construídos com esse sensores são mais baratos 
que os utilizados com infravermelho. 
Desvantagens 
• Necessita de uma superfície com poucas variações de coloração e tonalidade. 
• Interferência de luz externa. 
• Pouco sensível comparado com infravermelho. 
2.1.2 Sensor de Linha com Infravermelho 
Características 
 
Figura 32 - Sensor de linha com LDR. Photopin. 
Um sensor de infravermelho pode ser passivo ou de recepção ou ativo ou de 
emissão ativo é composto por um emissor de luz infravermelha e um receptor, que reage 
a essa luz. Por sua vez, um sensor de infravermelho passivo não emite luz 
infravermelha, mas apenas capta esse tipo de luz no ambiente. 
 
Figura 33 - Robo que utiliza sensor de linha com IR. Photopin. 
 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
20 
 
Funcionamento 
 
Figura 34 - Robô se movimentando na faixa preta. Photopin. 
Com um emissor e um receptor infravermelho é simples detectar a linha preta. O 
emissor emite a luz infravermelha e quando essa luz for refletida, o receptor irá receber 
a luz e através do Arduino é possível detectar essa recepção. Quando for refletida e 
recebida pelo receptor, será indicado que abaixo do nosso receptor tem uma superfície 
que reflete a luz. 
Quando o sensor estiver acima da fita isolante, por ela ser preta, não refletirá luz, 
então com isso podemos afirmar que está sendo detectando a linha preta. Ao detectar se 
o carrinho está saindo da linha, acionamos os motores de forma a nunca permitir que 
saia da linha. 
 
Com essa montagem de emissor + receptor, estamos trabalhando com uma 
lógica binária, reflete luz ou não reflete, ou seja, ou o sensor está acima de superfície 
clara ou o sensor está acima da linha preta. 
 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
21 
 
Vantagens 
 
Figura 35 - Sensor de linha com LDR. Photopin. 
Umas das grandes vantagens do uso do infravermelho estão a sua imunidade a 
interferências sonoras e possibilidade de ser transmitido e recebido com componentes 
comuns de baixo custo e fácil utilização. 
Desvantagens 
O problema com essa tecnologia é que pode ser facilmente interferida por outras 
fontes de luz ao redor, diminuindo sua precisão sendo bloqueado por obstáculos e 
refletindo-se em alguns materiais. Para que esse sistema funcione é preciso observar 
diversos fatores que podem influir no seu desempenho. À medida que se necessita de 
um alcance maior, a velocidade de transmissão de dados começa a ser comprometida. 
2.1.3 Sensores de Obstáculos com Ultrassom 
 
Figura 36 - Robô que se utiliza de sensor de obstáculo de ultrassom. Photopin. 
 
 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
22 
 
Características 
Os sensores de ultrassom ou ultrassônicos são sensores que detectam a presença 
de obstáculos e que podem calcular a distância em que se encontram estes obstáculos. O 
seu princípio de funcionamento baseia-se na emissão de ondas sonoras de alta 
frequência e na medição do tempo que o eco produzido, quando esta onda se choca com 
um objeto capaz de refletir o som, leva para voltar até o receptor. Possuem este nome 
por trabalharem com frequências acima das frequências audíveis. 
 
Figura 37 - Ultrassom. Photopin. 
FuncionamentoFigura 38 - Circuito do ultrassom dispositivo para Arduino. Photopin. 
O princípio de operação desses sensores é exatamente o mesmo do sonar, usado 
pelo morcego para detectar objetos e presas em seu voo cego. O pequeno comprimento 
de onda das vibrações ultrassônicas faz com que elas se reflitam em pequenos objetos, 
podendo ser captadas por um sensor colocado em posição apropriada. O comprimento 
de onda usado e, portanto, as frequências são muito importantes nesse tipo de sensor, 
pois ele determina as dimensões mínimas do objeto que pode ser detectado. Levando-se 
em conta a velocidade do som, pode-se determinar com precisão a velocidade de 
aproximação ou afastamento do objeto pela medida da alteração de sua frequência. 
Vantagens 
Esses sensores se caracterizam por operar por um tipo de radiação não sujeita a 
interferência eletromagnética e totalmente limpa, o que pode ser muito importante para 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
23 
 
determinados tipos de aplicações. Podendo operar de modo eficiente detectando objetos 
em distâncias que variam entre milímetros até vários metros, eles podem ser 
empregados para detectar os mais variados tipos de objetos e substâncias. 
Desvantagens 
Como qualquer tipo de sensor, o posicionamento correto e a observação de 
eventuais fontes capazes de interferir no funcionamento são fundamentais para se obter 
um bom desempenho de um sistema. 
 
Figura 39 - Reflexão em objeto superfície regular. 
Reflexões → Dependendo da natureza do material a ser detectado, o ultrassom 
pode tanto penetrar como passar por reflexões múltiplas, podem alterar as indicações 
por um efeito de interferência destrutiva. 
 
Figura 40 - Reflexão em superficie irregular. 
Limite → É preciso definir a faixa de distância de detecção do sensor para que 
problemas de sinal não ocorram. 
Direção → Em uma aplicação em que se utilizem elementos que irradiam sinais 
de qualquer tipo deve-se considerar a direção do sensor e do emissor. 
Reverberação → Quando um pulso ultrassônico é aplicado a um objeto, ele 
consiste numa forma de energia que será em parte absorvida e em parte refletida por 
esse objeto. O que ocorre é que a energia absorvida pode levar o objeto a vibrar na 
mesma frequência por alguns instantes. O resultado é que o pulso refletido pode ter uma 
duração maior do que a do pulso transmitido por esse efeito de “prolongamento” ou 
reverberação. 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
24 
 
2.1.4 Sensor de Obstáculos com Infravermelho 
 
Figura 41 - Projeto de robô usando sensor de obstáculo infravermelho. Photopin. 
Características 
Existem sensores de infravermelho ativos e passivos. Um sensor 
de infravermelho ativo é composto por um emissor de luz infravermelha e um receptor, 
que reage a essa luz. Por sua vez, um sensor de infravermelho passivo não emite luz 
infravermelha, mas apenas capta esse tipo de luz no ambiente. 
 
Figura 42 - Sensor de obstáculo com infravermelho. Photopin. 
Funcionamento 
Neste tipo de aplicação, um feixe é projetado por LED emissor de luz 
infravermelha que, ao ser refletido por algum obstáculo, é detectado por um foto-
transistor. Quanto mais próximo o obstáculo estiver do conjunto emissor-receptor, 
maior será a intensidade do sinal recebido. 
Vantagens 
Umas das grandes vantagens do uso do infravermelho estão na sua imunidade à 
interferências e possibilidade de ser transmitido e recebido com componentes comuns 
de baixo custo e fácil utilização. 
 
 Robô na Escola - UFPA – 2015 Autor: José Heitor Linhares Mariano 
 
25 
 
Desvantagens 
 
Figura 43 - Sensores de obstáculos com infravermelho. Photopin. 
O problema com essa tecnologia é que pode ser facilmente interferida por outras 
fontes de luz ao redor, diminuindo sua precisão sendo bloqueado por obstáculos e 
refletindo-se em alguns materiais. Para que esse sistema funcione é preciso observar 
diversos fatores que podem influir no seu desempenho. À medida que se necessita de 
um alcance maior, a velocidade de transmissão de dados começa a ser comprometida. 
3. Bibliografia 
[1] História do motor elétrico – http://www.eti.kit.edu/english/1376.php 
[2] http://www.sabereletronica.com.br/artigos/1753-sensores-ultra-snicos 
[3] http://labdegaragem.com/profiles/blogs/tutorial-carrinho-seguidor-de-linha-que-
desvia-de-obstaculos-com- 
[4] http://eletricamentefalando.blogspot.com.br/2011/09/sensor-infravermelho.html 
[5] http://www2.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/4---
sensores-v2.0.pdf 
[6] http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/110-mecatronica/robotica?Itemid=140 
[7] Internet das Coisas - sensores. 
http://convergenciadigital.uol.com.br/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?infoid=38222 
[8] Imagens obtidas da Wikimedia e Photopin com licenças da creative commons. 
http://www.eti.kit.edu/english/1376.php
http://www.sabereletronica.com.br/artigos/1753-sensores-ultra-snicos
http://labdegaragem.com/profiles/blogs/tutorial-carrinho-seguidor-de-linha-que-desvia-de-obstaculos-com-
http://labdegaragem.com/profiles/blogs/tutorial-carrinho-seguidor-de-linha-que-desvia-de-obstaculos-com-
http://eletricamentefalando.blogspot.com.br/2011/09/sensor-infravermelho.html
http://www2.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/4---sensores-v2.0.pdf
http://www2.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/4---sensores-v2.0.pdf
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/110-mecatronica/robotica?Itemid=140
http://convergenciadigital.uol.com.br/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?infoid=38222