Discente: Vítor Rios Luccas
Orientador: Prof. Dr. Daniel Costa Ramos
Título: Desenvolvimento de um Robô para a Automação de uma Cortina por Meio do Comando de Voz via Echo Dot.
Esse Projeto Final de Curso desenvolvido pelo Vítor Rios Luccas apresenta como proposta, um trabalho que possa unir as áreas de eletrônica e telecomunicações através do desenvolvimento de um robô com a função de abrir ou fechar cortinas por meio de comandos de voz via assistente pessoal Echo Dot Alexa, ou smartphone, com a utilização de plataformas como aplicativo Blynk e o software VoiceFlow.
Introdução
A automação residencial consiste no controle remoto de dispositivos instalados no ambiente doméstico, por meio de smartphones ou comandos de voz, com o intuito de proporcionar praticidade, segurança e economia. Com a automação residencial surge o conceito de casas inteligentes, que até anos atrás era um conceito pouco falado. Estas casas inteligentes são casas equipadas com dispositivos que contribuem e facilitam as tarefas do dia a dia, coisas como o echo dot e lâmpadas que acendem por movimento são exemplos disso.
O objetivo deste trabalho é justamente o desenvolvimento de um dispositivo inteligente que possa facilitar o cotidiano de alguma forma. Então fica proposto para este Projeto Final de curso o projeto e construção de um protótipo de baixo custo para a automação de uma cortina por um robô que responde a comandos de voz, que permite o aprofundamento de conceitos, práticas e fundamentos aprendidos no curso de engenharia.
Metodologia e materiais
Para o desenvolvimento do trabalho é utilizado um conjunto de componentes, equipamentos e softwares que juntos formam a base necessária para a montagem do protótipo. Os itens utilizados foram os seguintes:
Tabela 1 - Itens utilizados na montagem do protótipo.
Nome | Quantidade |
ESP8266 NodeMCU | 1 |
Motor de passo – Nema 17 | 1 |
Módulo driver - L298N | 1 |
Sensor ultrassônico | 1 |
Bateria Li-Íon 18650 - 3,7V | 2 |
Porta bateria | 1 |
Rolamento em 3D | 1 |
Engrenagem em 3D | 1 |
Estrutura em 3D | 1 |
Computador | 1 |
IDE Arduino | 1 |
Blynk | 1 |
VoiceFlow | 1 |
Placa ilhada 2x8 | 1 |
Resistor 3,3kΩ | 1 |
Resistor 10kΩ | 1 |
Componentes adicionais | 1 |
TOTAL: | 15 |
Com o que foi listado acima, foram feitas as seguintes etapas planejadas para a montagem final do protótipo:
Revisão e estudo;
Definição dos componentes;
Planejamento e construção da estrutura;
Leitura dos dados com o ESP8266 NodeMCU;
Comunicação entre o Arduino IDE e o ESP8266 NodeMCU;
Comunicação entre o ESP8266 NodeMCU e o BLYNK;
Comunicação entre o BLYNK e o VOICEFLOW;
Integração entre todas as plataformas;
Melhoria nas versões anteriores, até uma versão mais estável e funcional.
Primeira versão
O protótipo inicial consiste em um sistema com três compartimentos acoplados, nos quais possuem aberturas entre eles para passagem dos fios que fazem a conexão dos dispositivos internos (Figura 1). Para que o motor possa entrar em movimento é necessário energizá-lo com as baterias que ficam na parte inferior da estrutura, entretanto, essa energia percorre um caminho que passa pelo módulo L298N até chegar de fato ao NEMA 17, como é possível observar na Figura 2.
No compartimento superior foi posicionado um sensor ultrassônico que detecta a posição atual em que o protótipo se encontra, com a finalidade de evitar acidentes caso seja acionado um comando de abertura e a cortina já esteja aberta, ou o contrário. Para isso, precisou de uma alimentação de 5V, na qual foi necessário interligar um regulador de tensão no circuito, visto que a alimentação de entrada é de 7,4V.
O ESP8266 que fica no terceiro compartimento da estrutura atua no sistema por meio dos comandos recebidos da IDE do Arduino. Optou-se por utilizar a placa NodeMCU para facilitar a implementação e a comunicação com a plataforma, pois ela é capaz de enviar e receber dados por meio da conexão WiFi.
Figura 1 - Esquema das ligações internas dos materiais utilizados.
Figura 2 - Estrutura do robô.
Com os esquemas e ideias de montagem feitas, as peças da estrutura foram impressas, que junto aos componentes necessários posicionados em seus lugares, formaram a primeira versão do robô.
Figura 3 - Primeira versão do robô.
Versão final
No desenvolvimento da revisão da estrutura do robô, foi criado um modelo no Tinkercad, que diminuísse o superaquecimento, melhorasse o desempenho e fornecesse maior confiabilidade. A ideia inicial era tirar a divisão de três compartimentos pensando em um design mais compacto e integrado, que acomodasse todos os componentes em uma única seção.
Essa reorganização visava não só a economia de material, mas também a simplificação da montagem e manutenção do equipamento. Essa revisão da estrutura foi um dos desafios do trabalho, visto que o acúmulo de calor e a estabilidade do robô eram os principais problemas a serem resolvidos.
A partir disso foi criada mais uma segunda versão que foi descartada, mas que abriu espaço para a terceira e última versão. Nesta versão foram adicionados rolamentos para a fixação do robô no varão, um tipo de garra para retirar o robô sem retirar o suporte da parede e foram adicionados furos nas partes frontal e posterior do robô, para que componentes críticos que enfrentavam problemas de aquecimento pudessem dissipar melhor o calor, mitigando esse problema. Com estas modificações nas estruturas e mudanças pontuais em amarrações para criar uma estrutura mais sólida chegou-se à versão final do robô.
Figura 4 - projeto da estrutura final.
Figura 5 - Estrutura final impressa.
Esta versão final ainda conta com otimizações em relação a eficiência de uso dos componentes, para que o robô desligue seu funcionamento e não superaqueça por conta do uso constante.
Para a velocidade de abertura e fechamento foram feitos 30 testes em cortinas de pano. Na média a velocidade foi de 10cm/s, valor que foi 150% mais alto que sua primeira versão.
Conclusão
Este Projeto Final de curso ilustra o desenvolvimento de um protótipo real de um robô abridor de cortinas, com melhorias estruturais e de software a cada versão dele, fazendo com que sua versão final fosse mais estável e eficiente, o que reforça a importância da experimentação e da melhoria contínua em projetos de engenharia, enfatizando como a teoria pode ser transformada em prática e ser aplicada para facilitar a vida cotidiana.
Mesmo com aplicação limitada, este trabalho contribui para o campo da domótica, oferecendo um protótipo de baixo custo que não apenas automatiza cortinas de varão de forma eficiente, mas também serve como ferramenta didática, enriquecendo e auxiliando no ensino prático de estudantes de engenharia com experiências práticas aplicáveis ao cotidiano.
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