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Resumo
O objetivo do artigo é mostrar como a
robótica educacional pode tornar o aprendizado
de alunos do ensino médio mais significativo
com a utilização de kits de montagem. Serão
apresentados os equipamentos utilizados, o
desafio proposto e a participação da equipe de
robótica do Colégio ENIAC no campeonato
mundial realizado pela empresa VEX Robotics.
Através do histórico e planejamento das
atividades exercidas pelos alunos é possível
descrever quais problemas podem ser
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minimizados e quais benefícios são alcançados
ao inserir nas instituições de ensino a robótica
com fins educacionais.
Palavras-chave:
aprendizado.
robótica;
educação;
1. Introdução
A robótica com fins educacionais é uma
das novas possibilidades da inserção do uso da
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tecnologia no universo escolar o que
proporciona a modificação da forma de
transmissão de conteúdos, a aprendizagem do
aluno e a relação entre os responsáveis pelo
processo educativo. Antes de ser inserida em
instituições educacionais, a robótica atravessa
fases evolutivas, oferecendo contribuições
diversas para a sociedade, e perpassando pela
educação.
A palavra robô é uma contribuição tcheca
ao vocabulário universal, significa escravo e se
popularizou depois do sucesso do livro Robôs
Universais, de 1920, do autor tcheco, Karel
Capek. Ele lançou em 1923 a ideia de criação do
“Homem Mecânico” como obra de ficção, há
indícios também de referência ao “Homem
Mecânico” construído por relojoeiros com a
finalidade de exibição em feiras. Encontramos
vestígios na história de animações mecânicas,
como foi o caso do leão animado de Leonardo
Da Vinci e todos os seus esforços para construir
máquinas que reproduzissem o voo dos
pássaros, porém tais dispositivos eram
limitados, pois não podiam realizar mais de
uma tarefa. [3]
Hoje, através de estudos e aplicação
prática do conhecimento adquirido, os
protótipos robóticos podem assumir diversas
formas e desempenhar atividades que auxiliam
no melhoramento da qualidade de vida
humana. A robótica surge para trazer benefícios,
mesmo que remotamente, para a vida humana
e, dentre esses benefícios, os que se referem à
educação ganham a cada dia mais espaço por
gerar relevantes contribuições.
O objetivo da robótica educacional é
tornar o aprendizado mais significativo, através
de seu uso pedagógico e diferentes tipos de
conhecimento e competências. Por meio dos kits
de montagem e softwares especializados, os
alunos terão a oportunidade de adquirir meios
de solucionar problemas constantes, além de
que, o professor poderá demonstrar na prática
muitos conceitos teóricos, até os de difícil
compreensão, motivando todos os envolvidos
na atividade.
A oferta de kits didáticos de robótica no
mercado proporciona condições para a
30
montagem de sistemas e experimentos que
desenvolvam as competências básicas e
forneçam as bases tecnológicas necessárias ao
aprendizado
da
Robótica
em
geral.
Normalmente, estas ferramentas são utilizadas
no ensino fundamental, médio e técnico para
introdução aos conceitos de Mecânica, incluindo
assuntos relacionados a sistemas de transmissão
e movimento, equilíbrio, cinemática, energia,
sensores e lógica de programação [2].
No Colégio e Faculdade ENIAC, os
alunos começam a se interar com a robótica
desde o ensino fundamental através das aulas
com kits LEGO® e participando da equipe
ENIAC Challengers Junior, no qual se envolvem
em
competições
regionais
voltadas
exclusivamente para o uso desses kits. Assim
que o aluno passa para o ensino médio ele pode
fazer parte da equipe ENIAC Challengers High
School e logo em seguida ao ENIAC Challengers
College. Desta forma, gradualmente o aluno vai
se aperfeiçoando e aprendendo cada vez mais o
que é importante na área de robótica como
mecânica e programação. Após a utilização dos
kits didáticos LEGO® e VEX®, o aluno
consegue elaborar projetos utilizando recursos
da eletrônica e qualquer material disponível
devido aos anos de prática. Esse processo faz
com que o aluno se desenvolva rapidamente,
contribuindo para o seu ingresso no mercado de
trabalho.
Este artigo tem como objetivo mostrar as
possibilidades de aprendizado que as
competições de robótica realizadas pela empresa
VEX oferecem aos alunos através dos kits
educacionais oferecidos pela empresa e do
histórico de planejamento do robô da equipe de
robótica do Colégio ENIAC..
2. Desenvolvimento
2.1. Competições VEX
O material utilizado pela equipe de
robótica ENIAC Challengers está disponível no
kit
“Vex®
Robotics
Design
System”,
comercializado no Brasil pela empresa Index®
Robotics. Todos os anos a empresa realiza
competições regionais de robótica em várias
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!
partes do mundo. Essas competições têm o
intuito de estimular estudantes a ingressar no
mundo da robótica utilizando os kits didáticos
oferecidos pela VEX® através de um desafio
proposto que abrange regras e requisitos
mínimos de participação, sendo um deles a
utilização dos sistemas VEX® Robotics.
Uma vez por ano ocorre o VEX® Robotics
World Championship onde as melhores equipes
formadas por estudantes do mundo todo se
reúnem para competir com seus robôs
montados segundo o desafio proposto. A equipe
ENIAC Challengers esteve neste grande evento
realizado na cidade de Dallas, Texas – EUA
representando o Brasil e a cidade de Guarulhos
pelo terceiro ano consecutivo. Cerca de 400
equipes de todo o mundo estiveram presentes
no Dallas Convention Center and Arena durante
os dias 24, 25 5 26 de abril de 2010 para a
participação no VEX® Robotics World
Championship. O objetivo principal das
competições é estimular o aprendizado dos
jovens em áreas que envolvem robótica, ciência
e tecnologia de uma maneira fácil e prática.
2.1. Competições VEX
O VEX® Robotics Design System oferece
aos alunos uma plataforma interessante para
aprender sobre robótica, com oportunidades de
carreira de ciência, tecnologia, engenharia e
matemática. Estas são apenas algumas das
muitas áreas que os alunos podem explorar,
criando com o sistema VEX® Robotics.Além da
ciência e dos princípios de engenharia, o projeto
VEX® Robotics incentiva o trabalho em equipe,
liderança e resolução de problemas entre os
grupos.Ele também permite que os educadores
facilmente personalizem projetos para atender o
nível de habilidades dos alunos. A plataforma
VEX® está se expandindo rapidamente e agora
é encontrada em escolas de ensino fundamental,
escolas de ensino médio e laboratórios de
universidades ao redor do mundo. Hobistas
também apreciam as capacidades avançadas do
sistema VEX®. [1]
O sistema consiste basicamente de peças
estruturais; motores e engrenagens; conjunto
opcional de tração; esteiras e correntes; sensores
como: chave de limite, sensor de luz, chave de
pressão, codificador de eixo, ultrasom;
microcontrolador com 16 entradas/saídas
digitais, 16 entradas analógicas, 8 saídas PWM;
receptor de RF e transmissor de rádio controle;
software de programação em ambiente EasyC®
com interface USB-Serial RS232C.
A figura 1 mostra os componentes de um
sistema VEX® Robotics, enquanto a figura 2
ilustra em detalhes o microcontrolador, peça
fundamental da montagem do sistema robótico.
Figura 1. Partes integrantes de um kit de projeto de sistemas robótico VEX.
á
Figura 2. Microcontrolador Vex® com detalhes dos sinais disponíveis.
2.3. Desafio 2009/2010
2.3.1. Competição Clean Sweep
Anualmente o jogo do VEX Robotics World
Championship apresenta um novo desafio com
intuito de explorar ao máximo os conhecimentos
dos alunos no ramo da robótica. Em 2010 o
desafio foi o Clean Sweep.
O VEX® Clean Sweep é jogado em um
campo de 12'x12' quadrado configurado como
mostrado na figura 3. [4]
Figura 3 – Arena do desafio Clean Sweep.
Duas alianças - uma vermelha e uma azul
- composta de duas equipes cada competem em
jogos que consistem em um período de vinte
32
segundos de movimentação autônoma do robô
seguido por dois minutos de jogo comandado
pelo piloto. O objetivo do jogo é atingir uma
pontuação mais elevada do que aliança do seu
oponente movendo tantas bolas quanto possível
para o seu lado do campo e colocar pequenas
bolas verdes nas metas triangulares. Ganha a
aliança que tem o maior número de pontos ao
final do período autônomo e dos dois minutos
comandados pelo piloto.
Há um total de cinquenta (50) bolas
verdes pequenas, (21) bolas laranja médias e (2)
bolas brancas grandes disponíveis como objetos
de pontuação no jogo. O campo é dividido ao
centro por uma parede acrílico de 11,5 '' de
altura. Esse muro separa as duas alianças de
dois robôs em lados opostos do campo. Cada
robô (não maior do que 18" x18 "x18") começa o
jogo doseu lado do campo e toca a parede mais
distante da parede do centro.A parede possui
18" de altura e caixas triangulares fixadas na
parede no qual os robôs podem colocar as bolas
verdes. Existem duas ranhuras na parede que os
robôs podem empurrar as bolas verdes através
delas. No início da partida as bolas pequenas e
médias estão posicionadas no centro da parede,
e ao redor do campo. Cada aliança tem uma
bola branca que devem ser introduzida para o
jogo com menos de trinta segundos restantes.
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!
VEX® Clean Sweep
Cada Bola Verde
Cada Bola Verde no Triângulo
Cada Bola Média Laranja
Cada Bola Branca
Período Autônomo
Tabela 1 – Pontuação
Pontos Clean Sweep
1 ponto
3 pontos
5 pontos
10pontos
5 pontos
2.3.2. VEX Robotics Design Challenge
Para participar do desafio de melhor
vídeo é necessário levar em consideração pelo
menos uma ou qualquer combinação da lista a
seguir:
•Mostrar a experiência da equipe em toda
a temporada atual ou passada em Competições
VEX Robotics, incluindo cenas da competição,
construção do robô e todo o processo e
desenvolvimento do mesmo.
•Promover a forma como a VEX Robotics
Competition atua sobre os alunos, na
comunidade local ou escolas / clubes que
participam do evento.
•Promover
as
experiências
de
aprendizado dos alunos em todas as
participações no VEX Robotics Competition.
2.3.2.1. Julgamento
Os vídeos são exibidos no site
www.RobotEvents.com/Challenge e foram
pontuados pelos membros registrados. Os
vídeos são avaliados numa escala de 50 pontos.
A votação da comunidade determinou os dez
finalistas para serem julgados para o premio
final. Três finalistas foram escolhidos pelo
Conselho Consultivo dentre os dez finalistas
que forem para a última rodada de julgamento.
Os vídeos finalistas foram julgados levando-se
em consideração a pontuação da votação da
comunidade, as pontuações dadas pelo
Conselho
Consultivo
VEX
Robotics
e
pontuações dadas por representantes dos
patrocinadores da competição VEX Robotics
World Championship. A pontuação combinada
determina o vencedor do Prêmio Promocional
de melhor Vídeo 2010.
•Criar um anúncio de entretenimento ou
um filme curto destacando a importância da
VEX Robotics.
Tabela 2 – Escala de pontos.
Clareza e poder de persuasão; mostrar / promover a dinâmica da equipe descrito nos
20 pontos
detalhes acima.
15 Pontos Entretenimento e diversão para quem está assistindo o vídeo.
Qualidade do vídeo; técnica de vídeo, incluindo a composição, iluminação, roteiro,
15 pontos
som, imagem e edição de título.
2.4. Projeto
O sistema do robô da Equipe ENIAC
Challengers é composto por subsistemas:
Tração – executado por 4 rodas
ominidirecionais, permitindo agilidade e
liberdade nos movimentos laterais.
Cesta – capaz de armazenar até 5 bolas
laranjas e 3 verdes.
á
Braço Móvel – para o basculhamento das
bolas a serem jogadas na cesta.
O robô foi construído com perfis de
alumínio para que se tornasse mais ágil durante
o jogo. Assim a tração distribuiu igualmente a
força dos motores o suficiente para que fosse
possível percorrer toda a arena em busca das
bolas. Foram utilizados quatro motores na
tração, três motores na cesta e três motores no
braço móvel totalizando dez motores. A
utilização das redes de proteção foi essencial
para uma maior diminuição no peso total do
robô, diminuindo a quantidade de perfis de
ferro.
O planejamento das atividades da equipe
foram divididas em:
• Layout do robô – onde foram
elaborados vários protótipos em desenho.
• Montagem do robô – após o desenho
escolhido, as peças a serem utilizadas foram
separadas para a montagem.
• Programação – com a estrutura do robô
pronta, foram executados testes com a
programação de acordo com o desafio
proposto.
• Testes – a análise geral do
comportamento do robô foi necessária para
realizar pequenos ajustes de programação e
também na parte estrutural.
Os alunos do ensino médio/técnico em
mecatrônica
ficaram
responsáveis
pelos
desenhos e montagem do robô, já os estudantes
do técnico em informática se dedicaram a parte
de programação. Mesmo com a divisão da
equipe, em alguns momentos os alunos tiveram
a oportunidade de trocarem informações entre
si, o que possibilitou um aprendizado maior a
todos.
3. Resultados
3.1. Cleansweep
A competição foi dividida em quatro
divisões de 100 equipes cada: SCIENCE,
TECHNOLOGY, ENGINEERING e MATH. No
total, 400 equipes de todo o mundo estiveram
presentes com seus robôs representando seus
países e colégios. O Brasil foi representado por
quatro equipes:
• Equipe #7002 (Powerfull Team) – Porto
Alegre, RS
• Equipe #7011 (ENIAC Challengers) –
Guarulhos, SP
34
• Equipe #7020 (XC274) – Porto Alegre,
RS
• Equipe #7008A (EREM) – Porto Alegre,
RS
A equipe brasileira melhor colocada ficou
em sexto lugar e a equipe ENIAC Challengers
obteve a quadragésima quarta colocação das 100
equipes da divisão ENGINEERING.
3.1. VEX Robotics Design Challenge
Dentre os vinte e oito vídeos
participantes a equipe ENIAC Challengers
ganhou o prêmio de melhor Vídeo Promocional
pelo segundo ano consecutivo. O vídeo postado
com o tema “What’s the Meaning to be a VEX
Team?” foi feito com o intuito de mostrar os
novos projetos da equipe e o significado de ser
um “Challenger” através de depoimentos dos
membros da equipe. A produção e edição foram
feitas em parceria com a equipe da TV ENIAC,
responsável pela edição do vídeo e também pela
cobertura e registro em vídeo de todo o evento
VEX Robotics World Championship 2010.
Tabela 3 - Resultados Desafio Melhor Vídeo
Promocional 2010.
1st Place: #7011 (ENIAC Challengers) – Brasil
Vídeo: “What’s the meaning to be a VEX Team?”
2nd Place: #2243B – Nova Zelândia
Vídeo: “A Journey into VEX”
3rd Place: #2012 (Discobots) – EUA
Vídeo: “Enter the Discobots”
3.3. Projeto ENIAC Challengers
Durante os testes realizados, o robô
apresentou um ótimo desempenho, porém não
se levou em consideração o fato de que os testes
não foram feitos na arena onde seria realizado o
desafio. Percebeu-se que essa situação seria um
problema ao colocar o robô na arena de testes do
evento, pois os resultados foram totalmente
diferentes dos obtidos em primeira instância. A
tração não respondeu de forma adequada
devido
ao
maior
atrito,
o
que
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!
consequentemente, levou a um consumo maior
das baterias, afetando as outras funções do robô.
Após os ajustes necessários na tração a
programação também teve que ser readequada,
porém como o tempo necessário para testes era
escasso alguns acertos tiveram que ser
realizados entre os intervalos das partidas,
prejudicando o desempenho da equipe.
Ao se deparar com situações em que
foram necessárias tomar decisões e ações
rápidas, os alunos tiveram a oportunidade de
aprimorar os conhecimentos já adquiridos
desempenhando
funções
que
exigiram
raciocínio rápido diante de situações adversas.
Considerações finais
Após o término da competição, algumas
fases do processo de elaboração do projeto
foram reavaliadas para que se obtenha um
melhor aproveitamento no trabalho executado
pelos alunos. As estratégias de jogo, a
programação do autônomo, o uso de sensores e
a realização dos testes em arenas iguais aos
ambientes de competição foram alguns dos
assuntos abordados para se obter um melhor
desempenho nos próximos desafios.
De maneira geral, a equipe colocou em
prática boa parte dos conhecimentos adquiridos
nas disciplinas escolares, além de ter a
oportunidade de se trabalhar em grupo e
aprender a lidar com situações onde foram
necessárias ações rápidas para a resolução de
problemas.
á
A competição VEX é um meio de
aprendizado prático para os alunos que desejam
ingressar no ramo da robótica e automação.
Durante todo o processo de construção e
programação dos robôs foi possível observar a
evolução de todos os alunos. No Brasil a
utilização dos kits didáticos de robótica como
disciplina escolar ainda está no começo, porém
o que ficou bem claro é que outros países em
especial os Estados Unidos da América e
Canadá já aderiram a este recurso durante as
aulas o que torna o aprendizado mais dinâmico
e divertido aos estudantes.
Referências Bibliográficas
(1) Vex Inventor’s Guide. Disponível em
< h t t p : / / w w w. v e x f o r u m . c o m / w i k i /
indexphp/Inventor%27s_Guide>. Acesso:
Setembro 2010.
(2) Carvalho, José Antônio Dias de; Grechi,
Roberto. Metodologias de Ensino em
Robótica Industrial e proposta de
aprendizagem vivencial. XXXVI Congresso
Brasileiro de Educação em Engenharia,
setembro de 2008, São Paulo, Brasil.
(3) HISTÓRICO da Robótica. Disponível
em<http://www.colegiosale.com.br/
robotica/historico.html>.
Acesso
em:
Setembro 2010.
(4) Round Up Challenge Description. Disponível
em
<http://www.vexforum.com/wiki/
index.php/Round_Up>.
Acesso em:
Setembro 2010.