Rpibot: Robô Móvel de Baixo Custo e Expansível para Aprendizado de Sistemas Embarcados

Esta plataforma robô móvel simples e de baixo custo foi criada para dar desenvolvedores forma prática e hands-on de aprender sistemas embarcados.

Como engenheiro de software embarcado em empresa automotiva alemã, iniciei este projeto como plataforma de aprendizado. Embora projeto original tenha sido cancelado cedo, meu entusiasmo levou adiante como hobby, resultando no Rpibot.

Tinha conjunto claro de requisitos:

• Hardware mínimo, centrado em software
• Orçamento tudo-em-um €100
• Expansibilidade embutida para futuros módulos
• Fonte única 5 V (ex: powerbank USB) para todos componentes

Plataforma serve múltiplos propósitos — educação, vigilância e competições robótica — mas não é tutorial iniciante. Conhecimento básico de programação Python, eletrônica e controle PID é esperado.

Desafios foram inevitáveis, mas mindset curioso e persistente ajuda superá-los. Código-fonte é intencionalmente conciso, com seções críticas comentadas para orientação.

Código-fonte completo e esquemáticos hardware disponíveis no GitHub: https://github.com/makerobotics/RPIbot

Suprimentos:

Mecânica

• 1 × Placa compensado A4, 4 mm espessura
• 3 × Parafusos e porcas M4 × 80
• 2 × Motores gear com eixo saída secundário para encoders (rodas)
• 1 × Roda livre
• 1 × Mount pan-and-tilt câmera (opcional)

Eletrônica

• 1 × Raspberry Pi Zero (com header e câmera)
• 1 × Controlador servo PCA 9685
• 2 × Rodas encoder óptico e circuitos
• 1 × Jumpers fêmea
• 1 × Powerbank USB
• 1 × Driver motor dual DRV8833
• 2 × Micro-servos SG90 para pan/tilt câmera (opcional)
• 1 × IMU MPU9250 (opcional)
• 1 × Sensor ultrassônico HC-SR04 (opcional)
• 1 × Placa perfurada, fio solda, headers, etc.

Passo 1: Construir o Chassi

Chassi é intencionalmente simples, leve e rápido para montar e desmontar.

• Materiais acessíveis
• Montagem rápida
• Espaço para adições futuras de sensores
• Leve para reduzir consumo energia

Compensado ideal — fácil cortar com serra tico-tico e furar. Cole pequenas peças madeira para criar pontos montagem para sensores e motores. Partes críticas devem ser fixadas com parafusos para substituição ou debug sem desmontar frame inteiro. Pistola cola quente é conveniente mas pode não aguentar uso longo. Impressão 3D é alternativa mas pode ser cara e demorada.

Roda livre é leve e sem atrito, permitindo movimento suave. Espaçador madeira simples nivela roda traseira após rodas principais montadas.

Propriedades das rodas (para cálculos software)

Circunferência: 21,5 cm
Pulsos encoder: 20 pulsos/rev.
Resolução: ≈1 cm por pulso (simplifica cálculos distância)

Passo 2: Eletrônica e Fiação

Módulos seguintes interconectados conforme diagrama.

Raspberry Pi Zero – controlador central. Lê sensores e aciona motores via PWM. Conecta a PC remoto via Wi-Fi.

DRV8833 – driver dual H-bridge que fornece corrente suficiente aos motores (pinos GPIO do Pi não conseguem).

Encoders ópticos – entregam onda quadrada toda vez que caminho luz da roda interrompido. Interrupções hardware no Pi capturam cada transição.

PCA 9685 – controlador servo I²C fornecendo sinais PWM e 5 V para servos pan-tilt.

MPU9250 – acelerômetro 3-eixos, giroscópio e magnetômetro, primariamente usado para informação heading.

Todos componentes fios com jumpers. Protoboard serve como hub distribuição, fornecendo rails 5 V, 3,3 V e ground. Tabela conexão (ver anexo) detalha cada link. Nunca conecte 5 V diretamente a pino 3,3 V; verifique fiação duas vezes antes de energizar. Meça voltagens supply principal com multímetro após configurar protoboard.

Módulos fixados ao chassi com parafusos nylon, tornando estáveis e removíveis para manutenção.

Solda limitada a terminais motor, protoboard e pinos header. Jumpers convenientes mas podem soltar; diagnósticos software ajudam identificar conexões intermitentes.

Fonte: Rpibot – About Learning Robotics