Título Completo: Projeto de uma placa de desenvolvimento para mini drone
Orientado: Guilherme Oliveira Lemos
Categoria: drones, eletrônica e pesquisa.
Data de Conclusão: 2022
Link: TCC (Repositório)
O TCC publicado pelo aluno Guilherme Oliveira Lemos, do curso de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações da UFU - Patos de Minas, apresenta um projeto de uma placa de desenvolvimento para mini drone, tendo como características a segurança e o baixo custo para ser utilizada como ferramenta educacional e de pesquisa.
O trabalho descreve os principais conceito teóricos para que o leitor possa entender e aprofundar de forma mais especifica no processo de desenvolvimento do projeto, tendo também o relato das experiências adquiridas com o desenvolvimento do primeiro protótipo de mini drone (Figura 1).
Figura 1 - Primeiro protótipo do mini drone.
As pesquisas na área da robótica estão progressivamente aumentando o uso de robôs dentro da sociedade. A Figura 2 apresenta alguns Robôs Móveis Autônomos - RMAs, desenvolvidos por meio de pesquisas na área. Os drones, por exemplo, são empregados em diversas áreas: para entregas, filmagens aéreas, auxílio e resgate ou até mesmo em pesquisas, como ferramenta educacional. No entanto, para ser utilizado em pesquisas, um drone precisa ser seguro e fácil de operar.
Figura 2 - Exemplos de RMAs: a) Roomba, utilizado para limpeza domiciliar, b) Asimo, robô humanoide da Honda, c) BigDog robô militar e d) Drone equilibrista.
Os drones em escala reduzida são vantajosos para serem empregados como ferramenta educacional, já que oferecem maior segurança em caso de acidentes e uma maior facilidade de operar em ambientes fechados. Infelizmente, muitos pesquisadores acabam desenvolvendo o seu próprio protótipo, pois não é fácil encontrar no mercado drones com tamanho reduzido, de baixo custo e que ofereçam recursos para modificações. Para fins educacionais, no mercado se destaca o Crazyflie 2.1 (Figura 3), porém com preço elevado.
Figura 3 - Exemplo de um mini drone educacional, Crazyflie 2.1.
Vendo os benefícios do uso de mini drones e a dificuldade de encontrar placas especificas no mercado, projeto elaborou uma placa de desenvolvimento para mini drones de baixo custo e com a mesma qualidade de recursos que as disponíveis no mercado.
Dessa forma, o projeto facilita a realização de projetos e incentivar o aprendizado e o desenvolvimento de novos drones para o setor de estudo e pesquisa. A placa desenvolvida contém todo o hardware necessário para que o drone possa voar e ser controlado remotamente.
O resultado é visto na Figura 4, que apresenta a renderização 3D do modelo com a inserção dos componentes SMD e ao lado com a inserção da barra de pin header.
Figura 4 - Renderização 3D da vista frontal da PCI, sem e com os pin headers.
No trabalho, pode-se conferir todo o esquemático elétrico da placa de desenvolvimento, com a descrição de todos os circuitos envolvidos, como circuitos de alimentação, de proteção e os demais responsáveis por garantir o funcionamento dos vários circuitos eletrônicos, sensores e microcontrolador.
Após fazer a checagem dos erros do esquemático elétrico e corrigi-los, foi feito o layout, cujas configurações devem estar de acordo com as especificações do projeto e da empresa que realizará a fabricação.
Estas especificações foram definidas no KiCad, que é um programa que facilita a concepção do layout (Figura 5). No KiCad, também definiu-se a delimitação do tamanho da placa, posicionamento dos componentes e o roteamento. Finalizada a parte do layout, gerou-se os arquivos necessários para o processo de fabricação da placa. O pedido de confecção e montagem foi feito no site da JLCPCB. A Figura 6 mostra o carrinho de compras.
Figura 5 - Janela de configuração da PCI no KiCad.
Figura 6 - Tela do carrinho de compras.
Os arquivos para fabricar a placa e a lista de componentes, já foram validados, ou seja, passaram em todas as etapas de checagem sem apresentar nenhum problema, sendo assim, o projeto se encontra consolidado e a placa já está pronta para ser fabricada pela empresa JLCPCB (Figura 7).
Figura 7 - Tela com o valor final de fabricação, montagem e frete.
Todo o trabalho está disponível para uso, podendo, também, passar por futuras melhorias. Como tarefas futuras o autor sugeriu:
Realizar a confecção da placa de circuito impresso e montagem;
Adquirir peças;
Fazer a modelagem do sistema de controle;
Desenvolver e fazer a implementação do firmware;
Criar módulos de expansão para serem implementados no projeto.
Sendo assim, a comunidade acadêmica da UFU Campus Patos de Minas poderá se beneficiar com o projeto e desenvolve-lo para que possa ser melhorado.