Um carrinho de controle remoto de brinquedo pode parecer bastante limitado quando comparado a um automodelo hobby.
Normalmente encontramos algumas limitações:
rádio controle simples;
direção pouco proporcional;
eletrônica integrada e difícil de modificar;
alimentação por pilhas;
poucas possibilidades de expansão.
Mas isso não significa que precisamos abandonar um carrinho quando sua eletrônica começa a apresentar problemas.
Foi justamente o contrário que fiz em um dos meus projetos.
Tudo começou quando as pilhas recarregáveis do carrinho começaram a durar muito pouco. Olhei para meu rádio Turnigy 9X e pensei:
por que não retirar a eletrônica original e transformar esse brinquedo em algo muito mais próximo de um automodelo?
E foi exatamente isso que fiz.
O ponto de partida: um carrinho de brinquedo relativamente robusto
O carrinho já possuía uma estrutura interessante.
Não fazia sentido simplesmente descartá-lo porque a alimentação e a eletrônica original estavam ficando inadequadas.
A parte mecânica ainda poderia ser aproveitada.
Então o projeto passou a ser:
manter a estrutura do carrinho
e substituir aquilo que limitava seu funcionamento.
A transformação envolveu principalmente:
direção;
rádio e receptor;
alimentação;
controle do motor;
marcha a ré.
O resultado foi um brinquedo modificado que passou a ter características muito mais próximas das encontradas em um sistema RC hobby.
Primeira modificação: substituir a direção original por um servo
A direção era uma das primeiras coisas que precisava melhorar.
Em muitos carrinhos de brinquedo, o sistema funciona praticamente como:
esquerda
ou
direita.
Não existe necessariamente aquela precisão que encontramos em um servo utilizado no modelismo.
Por isso, decidi adaptar um servo RC ao sistema de direção.
Por que utilizar um servo?
O servo permite controlar a posição da direção de maneira muito mais precisa.
Em vez de simplesmente:
tudo para esquerda
ou
tudo para direita,
podemos ter posições intermediárias.
Quando movimentamos pouco o stick do transmissor, o servo movimenta proporcionalmente a direção.
Quando movimentamos mais, aumentamos o esterçamento.
Isso muda bastante a experiência de controlar o carrinho.
Utilizei um servo com engrenagens metálicas
Para essa adaptação, escolhi um servo com engrenagens de metal para proporcionar maior resistência mecânica ao conjunto.
A direção de um carrinho pode exigir bastante do servo.
As rodas encontram:
irregularidades;
pedras;
atrito com o chão;
impactos.
Esses esforços são transmitidos para o mecanismo de direção.
Por isso, a robustez do servo é uma característica importante.
A adaptação mecânica é tão importante quanto a eletrônica
Não basta colocar o servo dentro do carrinho.
Precisamos fazer o movimento do servo chegar corretamente às rodas.
Podemos pensar:
Servo
↓
braço do servo
↓
linkagem
↓
mecanismo de direção
↓
rodas.
Essa geometria precisa funcionar sem travamentos.
Verifique os limites do movimento
Depois de instalar o servo, movimente lentamente a direção.
Observe:
máximo para esquerda;
centro;
máximo para direita.
O servo não deve ficar tentando movimentar o mecanismo depois que as rodas já chegaram ao limite mecânico.
Isso força:
servo;
engrenagens;
linkagens;
suportes.
Dependendo do transmissor, podemos ajustar os endpoints para limitar eletronicamente o curso.
Centralize o servo antes da montagem definitiva
Uma prática interessante é ligar o servo ao receptor antes de fixar a linkagem.
Deixe:
trim centralizado
e
stick centralizado.
O servo encontra sua posição central.
Agora posicionamos as rodas aproximadamente retas e instalamos a linkagem.
Depois fazemos os pequenos ajustes necessários.
Segunda modificação: retirar a eletrônica original
Depois da direção, parti para uma mudança muito mais radical.
Retirei toda a eletrônica original do brinquedo.
Essa decisão muda completamente o projeto.
O carrinho deixa de depender do sistema proprietário que veio de fábrica.
Passamos a trabalhar com componentes tradicionais do modelismo.
Instalei o receptor do Turnigy
No lugar da eletrônica original, coloquei o receptor utilizado com meu rádio Turnigy.
Agora podemos imaginar:
Turnigy 9X
↓
sinal de rádio
↓
receptor
↓
servo de direção + controle do motor.
O carrinho passa a responder ao mesmo tipo de sistema de rádio que podemos utilizar em outros projetos RC.
Isso oferece uma grande vantagem
Uma vez que utilizamos um receptor convencional, começamos a trabalhar com canais.
Por exemplo:
canal da direção → servo
canal do acelerador → ESC
e ainda podemos utilizar canais auxiliares para outras funções.
Dependendo do rádio e do receptor, podemos posteriormente acrescentar:
LEDs;
buzina;
faróis;
sirene;
outros mecanismos.
Ter vários canais abre possibilidades
Essa é uma das diferenças interessantes entre manter a eletrônica original de um brinquedo e migrar para um sistema hobby.
Imagine utilizar uma chave auxiliar do transmissor para:
acender os faróis.
Outra para:
ligar uma buzina.
Ou até integrar um Arduino e criar funções programáveis.
O carrinho passa a ser uma plataforma para novas experiências.
Terceira modificação: substituir as pilhas por uma bateria LiPo
As pilhas foram justamente aquilo que iniciou todo o projeto.
Elas já estavam segurando pouca carga.
Quando retirei a eletrônica original, também precisei decidir como alimentaria o novo conjunto.
Observei o compartimento original das pilhas e percebi que era possível instalar uma bateria LiPo naquele espaço. Foi exatamente o que fiz.
A LiPo pode ser muito interessante no modelismo
As baterias LiPo são muito utilizadas em aplicações RC devido à combinação de:
boa capacidade de descarga;
baixo peso relativo;
formatos variados;
boa densidade de energia.
Mas a troca de uma bateria por outra não deve ser feita simplesmente porque ela cabe fisicamente no compartimento.
Verifique a tensão antes da adaptação
Esse ponto é fundamental.
Precisamos saber:
qual era a tensão original do carrinho?
qual é a tensão nominal da nova bateria?
o motor suporta?
o ESC suporta?
os demais equipamentos suportam?
Uma LiPo 2S, por exemplo, possui tensão nominal de aproximadamente 7,4 V e chega a aproximadamente 8,4 V quando completamente carregada.
Uma 3S já trabalha em uma faixa de tensão maior.
Portanto, não escolha o número de células apenas pelo tamanho físico da bateria.
Mantive o motor original
Apesar das várias modificações, não substituí imediatamente tudo.
O motor original do carrinho foi mantido, pelo menos nessa etapa do projeto.
Essa é uma estratégia interessante.
Quando modificamos muitas coisas simultaneamente, fica mais difícil descobrir a origem de um problema.
Mantendo o motor, pude concentrar as alterações nos sistemas de controle e alimentação.
O motor era escovado
Isso significa que precisava de um ESC para motor brushed, ou motor com escovas.
E aqui apareceu outra oportunidade de construir alguma coisa.
Em vez de comprar o controlador, decidi:
construir meu próprio ESC.
Quarta modificação: ESC caseiro
O ESC é responsável por controlar a potência entregue ao motor a partir do comando recebido pelo receptor.
Temos:
Stick do acelerador
↓
Transmissor
↓
Receptor
↓
ESC
↓
Motor.
Quanto alteramos o comando, o ESC modifica o acionamento do motor.
Construí o ESC utilizando a eletrônica de um servo
Esse projeto é particularmente interessante porque aproveita algo que já existe dentro de um servo RC:
um circuito capaz de interpretar o comando enviado pelo receptor.
A construção do meu ESC caseiro foi baseada justamente no aproveitamento de um servo junto com poucos componentes eletrônicos adicionais.
Assim, em vez de construir do zero toda a parte responsável por interpretar o sinal RC, podemos reutilizar uma eletrônica que já faz esse trabalho.
O ESC caseiro resolveu o controle da velocidade, mas apareceu outro problema
O carrinho precisava fazer:
frente
e
ré.
O ESC que construí não fazia automaticamente a inversão do sentido de rotação do motor.
Portanto, precisava desenvolver outra solução.
Como inverter o sentido de um motor DC?
Em um motor escovado DC, podemos inverter seu sentido de rotação invertendo a polaridade aplicada aos terminais.
Imagine:
Terminal A = positivo
Terminal B = negativo
O motor gira em determinado sentido.
Agora fazemos:
Terminal A = negativo
Terminal B = positivo
O sentido de rotação é invertido.
Essa característica permite criar a marcha a ré.
A solução eletrônica clássica seria uma ponte H
Uma ponte H é um circuito muito utilizado para controlar motores DC nos dois sentidos.
Ela permite selecionar eletronicamente:
sentido A
ou
sentido B.
Em projetos com microcontroladores, robótica e automação, é uma solução extremamente comum.
Mas neste carrinho resolvi fazer de outra maneira.
Minha marcha a ré foi feita com relé
Em vez de construir uma ponte H, utilizei um relé com dois contatos, acionado através de uma chave no transmissor.
O princípio era:
Chave no Turnigy
↓
comando pelo rádio
↓
receptor
↓
acionamento do relé
↓
inversão da polaridade
↓
motor muda de sentido.
Assim consegui fazer o carrinho andar para frente e para trás.
O relé funciona como um inversor de polaridade
Com os contatos adequadamente configurados, podemos fazer o relé trocar as conexões elétricas do motor.
Em uma posição:
+ → terminal A
– → terminal B
Na outra:
– → terminal A
+ → terminal B.
É uma solução eletromecânica simples para realizar a inversão.
Isso permitiu separar velocidade e direção de rotação
No meu projeto, podemos pensar em duas funções distintas.
O ESC caseiro determina quanto o motor é acionado.
O relé determina para qual lado a polaridade será aplicada.
Temos então:
ESC → velocidade
e:
Relé → frente/ré.
Essa separação resolveu uma limitação do controlador que havia construído.
É importante não inverter o sentido com o motor em alta velocidade
Embora a ideia seja simples, existe um cuidado importante.
Imagine o motor girando rapidamente para frente.
De repente invertemos imediatamente sua polaridade.
O sistema mecânico possui inércia e o motor pode ser submetido a um esforço elevado.
Portanto, uma utilização mais cuidadosa consiste em:
reduzir a velocidade
↓
parar
↓
selecionar a direção
↓
acelerar novamente.
Isso reduz o esforço sobre motor, engrenagens, transmissão e contatos do relé.
O relé precisa suportar a corrente do motor
Não escolha o relé apenas pela tensão de sua bobina.
Os contatos possuem uma capacidade máxima de corrente e tensão.
O motor pode exigir uma corrente considerável, principalmente na partida ou quando é bloqueado.
Portanto, precisamos verificar a especificação dos contatos para a carga utilizada.
A corrente de partida merece atenção
Um motor parado pode exigir uma corrente muito maior no instante da partida do que durante o funcionamento normal.
Existe ainda uma situação pior:
motor travado.
Se as rodas ficarem presas e continuarmos aplicando potência, a corrente pode aumentar significativamente.
Por isso, todos os componentes do caminho de potência precisam estar dimensionados adequadamente.
Não é apenas o ESC que precisa suportar a corrente
A corrente passa por:
bateria;
conectores;
fios;
ESC;
relé;
motor.
Se qualquer um desses pontos for inadequado, podemos ter:
aquecimento;
queda de tensão;
mau funcionamento;
danos.
Uma boa modificação precisa considerar o sistema inteiro.
Faça as primeiras experiências com as rodas suspensas
Antes de colocar o carrinho no chão, deixe as rodas livres.
Teste:
direção para esquerda;
direção para direita;
motor em baixa velocidade;
parada;
inversão;
marcha a ré.
Observe se tudo responde corretamente.
Depois teste progressivamente no chão
Quando o sistema estiver funcionando com as rodas suspensas, coloque o carrinho no chão.
Comece devagar.
Faça pequenas acelerações.
Observe:
direção;
resposta do motor;
ruídos;
temperatura;
comportamento da transmissão.
Não comece imediatamente em velocidade máxima.
A nova bateria pode aumentar bastante o desempenho
Ao substituir o sistema de alimentação, o comportamento do carrinho pode mudar.
Dependendo das tensões e características das baterias, podemos perceber alterações em:
aceleração;
velocidade;
autonomia;
aquecimento.
Isso significa que uma melhoria de bateria precisa ser acompanhada de observação do restante do conjunto.
Mais velocidade também exige mais da mecânica
O carrinho foi originalmente projetado para determinadas condições.
Quando fazemos modificações, talvez aumentemos a exigência sobre:
engrenagens;
eixos;
rodas;
suspensão;
direção.
Por isso, transformar um brinquedo não é apenas uma questão de instalar eletrônica melhor.
Precisamos observar se a parte mecânica acompanha a nova configuração.
O servo pode revelar folgas na direção
Depois de instalar um servo proporcional, talvez percebamos algo que antes passava despercebido.
O servo posiciona corretamente.
Mas as rodas continuam com folga.
Isso pode acontecer devido ao próprio mecanismo original do brinquedo.
Então precisamos avaliar:
terminais;
braços;
pivôs;
linkagens;
encaixes.
Quanto menor a folga, mais precisa tende a ficar a direção.
A distribuição do peso também pode mudar
Uma LiPo pode ter formato e peso diferentes do conjunto original de pilhas.
Além disso, adicionamos:
receptor;
servo;
ESC;
relé;
fiação.
Tudo isso altera a distribuição interna.
Tente posicionar os componentes de maneira que o carrinho permaneça equilibrado.
Fixe bem a bateria
Uma bateria solta dentro do carrinho pode se movimentar durante:
acelerações;
frenagens;
curvas;
impactos.
Isso pode alterar o comportamento do modelo e ainda puxar fios ou atingir outros componentes.
Utilize uma fixação adequada que permita também retirar a bateria para carga e inspeção.
Organize os fios
Quando retiramos a placa original e começamos a acrescentar módulos, é fácil transformar o interior do carrinho em um emaranhado.
Organize:
fios do motor;
fios da bateria;
cabos do servo;
cabos do receptor;
ligações do relé.
Mantenha os fios afastados de:
engrenagens;
eixos;
partes móveis;
rodas.
Proteja as soldas
Uma conexão soldada não deve ficar exposta de maneira que possa encostar em outra ligação.
Utilize isolamento adequado.
O espaguete termo retrátil é muito útil para esse tipo de montagem.
Além de isolar eletricamente, deixa o trabalho muito mais organizado.
Posicione o receptor corretamente
O receptor é um componente relativamente leve, mas importante.
Prenda-o em uma região protegida contra:
impactos;
vibração excessiva;
partes móveis.
A antena também deve ser posicionada conforme as recomendações do fabricante do sistema de rádio.
Faça o teste de alcance
Antes de utilizar o carrinho a uma distância maior, faça o procedimento de teste de alcance recomendado para seu equipamento.
O sistema agora não utiliza mais o rádio original do brinquedo.
Temos um rádio hobby e um receptor instalado por nós.
É importante verificar se toda a instalação está funcionando adequadamente.
Uma adaptação como essa é também uma excelente aula de eletrônica
O projeto começa com:
“as pilhas do carrinho estão ruins.”
E rapidamente nos leva a estudar:
baterias;
servos;
receptores;
ESC;
motores DC;
relés;
inversão de polaridade;
corrente elétrica;
sistemas de rádio controle.
Esse é justamente um dos aspectos que mais gosto no modelismo.
Um problema simples acaba se transformando em uma oportunidade para aprender várias coisas.
O carrinho deixa de ser um sistema fechado
Originalmente temos:
brinquedo pronto.
Apertamos o controle e ele funciona.
Se a placa eletrônica apresenta problema, muitas vezes não sabemos nem como começar o reparo.
Depois da modificação passamos a ter blocos independentes:
receptor;
servo;
ESC;
relé;
motor;
bateria.
Agora conseguimos compreender e testar cada parte separadamente.
Se a direção parar, investigamos o servo
Se o carrinho não virar, podemos verificar:
o receptor está enviando o comando?
o servo está funcionando?
a linkagem soltou?
existe alimentação?
O diagnóstico fica muito mais lógico.
Se o motor parar, investigamos outro caminho
Podemos verificar:
bateria;
ESC;
relé;
fiação;
motor.
Em vez de uma única placa misteriosa controlando tudo, temos um sistema modular.
E podemos continuar modificando
Depois que o carrinho já utiliza um receptor hobby, as possibilidades aumentam bastante.
Podemos acrescentar, por exemplo:
faróis;
lanternas traseiras;
luzes de freio;
buzina;
câmera;
FPV;
Arduino;
sensores.
O projeto não precisa terminar na primeira versão.
Poderíamos acrescentar LEDs controlados pelo rádio
Imagine utilizar um canal auxiliar do Turnigy.
Acionamos uma chave.
Faróis acendem.
Outra possibilidade é utilizar um pequeno circuito ou microcontrolador para produzir funções automáticas.
Por exemplo:
acelerou → faróis permanecem ligados
parou → luz de freio acende
marcha a ré → LEDs brancos traseiros acendem.
Agora começamos a transformar um simples brinquedo em uma plataforma eletrônica.
Também poderíamos instalar uma câmera
Uma pequena câmera de bordo pode produzir uma perspectiva muito interessante.
Imagine dirigir olhando a imagem transmitida pelo próprio carrinho.
Temos:
câmera
↓
transmissor de vídeo
↓
receptor
↓
monitor ou óculos FPV.
O carrinho passa a ser utilizado em primeira pessoa.
Um Arduino ampliaria ainda mais as possibilidades
Como o receptor já está instalado, podemos ligar um canal auxiliar a um Arduino.
O microcontrolador pode interpretar o sinal do rádio e executar funções programadas.
Assim, uma chave do Turnigy poderia iniciar uma sequência de ações.
Por exemplo:
ligar faróis
↓
piscar LEDs
↓
acionar buzina.
Tudo através de programação.
O mais interessante foi reaproveitar o que já existia
Eu não comecei construindo um automodelo do zero.
Comecei com um carrinho de brinquedo que já possuía:
chassi;
rodas;
transmissão;
motor;
carroceria.
E substituí justamente os sistemas que estavam limitando seu funcionamento.
Foi uma forma de aproveitar a estrutura original e melhorar bastante o conjunto.
A transformação pode ser feita por etapas
Se você possui um carrinho semelhante, não precisa modificar tudo de uma vez.
Uma sequência possível seria:
- Avalie o estado mecânico do carrinho.
- Identifique o motor e sua tensão de trabalho.
- Retire cuidadosamente a eletrônica original.
- Planeje onde ficará o receptor.
- Adapte um servo para a direção.
- Centralize o servo e ajuste a linkagem.
- Escolha uma bateria compatível com o conjunto.
- Instale um ESC adequado ao motor.
- Teste a aceleração com as rodas suspensas.
- Implemente a marcha a ré, caso o ESC não possua reversão.
- Organize e isole a fiação.
- Fixe bateria, receptor e demais componentes.
- Faça o teste de alcance do rádio.
- Teste o carrinho lentamente no chão.
- Observe o aquecimento dos componentes antes de aumentar a exigência.
Não jogue fora um bom brinquedo apenas porque a eletrônica ficou limitada
Essa experiência mostrou justamente o contrário.
O carrinho começou a dar sinais de envelhecimento porque as pilhas recarregáveis já não mantinham a carga como antes.
Em vez de simplesmente comprar outro, transformei o problema em um projeto.
A direção recebeu um servo com engrenagens metálicas.
A eletrônica original saiu.
Entrou o receptor do Turnigy.
As pilhas deram lugar à LiPo.
O motor original ganhou um ESC caseiro.
E um relé passou a inverter sua polaridade para criar a marcha a ré.
E o resultado?
O resultado me agradou bastante.
Depois das modificações, o carrinho passou a funcionar muito bem com o novo conjunto.
Mais importante do que simplesmente melhorar o brinquedo, porém, foi tudo aquilo que o projeto permitiu experimentar.
Em uma única adaptação trabalhamos com:
mecânica;
eletricidade;
eletrônica;
rádio controle;
baterias;
servos;
motores;
controle de potência.
É justamente por isso que gosto tanto desse tipo de projeto.
Veja no vídeo o carrinho modificado
No vídeo da página mostro o resultado da transformação e o funcionamento do carrinho depois das adaptações.
É interessante observar que a estrutura continua sendo a de um carrinho originalmente vendido como brinquedo.
O que mudou foi aquilo que existe por dentro.
E isso demonstra uma característica muito interessante do modelismo:
não precisamos necessariamente começar com um equipamento sofisticado para criar um projeto interessante.
Podemos começar com aquilo que já temos, compreender seu funcionamento e modificar.
Quer aprender a fazer suas próprias modificações em modelos RC?
Projetos como esse mostram por que entender elétrica e eletrônica muda completamente aquilo que conseguimos fazer no modelismo.
Quando compreendemos como funcionam:
motor;
ESC;
servo;
receptor;
bateria;
relés;
transistores;
alimentação e fiação,
deixamos de enxergar o modelo como uma caixa fechada.
Assim, em vez de apenas utilizar aquilo que veio pronto de fábrica, você começa a compreender como adaptar, reparar e criar seus próprios sistemas de rádio controle, aproveitando inclusive equipamentos que poderiam acabar esquecidos ou descartados.