Curso de Eletrónica para Robôs Humanoides

Aula 1 • Leitura de Diagramas de Circuito e Normas

Ensina símbolos de esquemas de circuito, designações de referência e convenções de diagramas de cablagem utilizados em robótica. Permite a interpretação precisa da documentação do fabricante.

Aula 2 • Medição Básica e Equipamento de Teste

Apresenta multímetros, osciloscópios e analisadores lógicos para diagnóstico de eletrónica de robôs. Relaciona as competências de medição com a deteção de avarias em capítulos posteriores.

Aula 3 • Revisão de Fundamentos Elétricos

Abrange as relações de tensão, corrente, resistência e potência essenciais para a eletrónica de robôs. Estabelece a base quantitativa utilizada ao longo do curso.

Aula 4 • Visão Geral da Arquitetura de Robôs Humanoides

Mapeia os principais subsistemas eletrónicos de um robô humanoide e as suas interdependências. Fornece contexto para todos os tópicos técnicos subsequentes.

Aula 1 • Arquitetura de Distribuição de Alimentação

Concebe redes de distribuição com múltiplas tensões com fusíveis, ORing e controlo hot-swap. Garante que cada subsistema recebe alimentação limpa e protegida.

Aula 2 • Tecnologias de Baterias e Seleção

Compara químicas de iões de lítio, polímero de lítio e estado sólido para aplicações humanoides. Orienta a seleção de capacidade e taxa de descarga com base na análise de carga.

Aula 3 • Conversão e Regulação CC-CC

Abrange topologias de conversores buck, boost e buck-boost utilizadas para fornecer tensões reguladas. Os estudantes calculam valores de componentes e avaliam compromissos de eficiência.

Aula 4 • Sistemas de Gestão de Baterias

Explica o balanceamento de células, estimativa do estado de carga e circuitos de proteção na conceção de BMS. Apoia diretamente o funcionamento seguro e de longa duração da bateria no robô.

Aula 1 • Eletrónica de Controlo Orientado ao Campo

Abrange a medição de corrente de fase, as transformadas de Clarke-Park e a geração PWM para FOC de motores BLDC. Liga a conceção de hardware ao desempenho de controlo de binário em malha fechada.

Aula 2 • Circuitos de Ponte H e Gate Driver

Explica a topologia de ponte H, gate drivers bootstrap e controlo de tempo morto para acionamentos de motores. Os estudantes concebem circuitos de comutação seguros, evitando falhas de shoot-through.

Aula 3 • Tipos de Motores em Robôs Humanoides

Examina tecnologias de motores DC de escovas, DC sem escovas, passo a passo e atuadores série-elásticos. Estabelece critérios de seleção que ligam o tipo de motor aos requisitos da articulação.

Aula 4 • Interfaces e Protocolos de Acionamento de Servos

Examina as interfaces RS-485, CAN e EtherCAT utilizadas para comandar módulos de servos inteligentes. Permite a integração de acionamentos de servos comerciais em redes de articulações de robôs.

Aula 1 • Tecnologias de Sensores Propriocetivos

Abrange codificadores, IMUs, sensores de binário e punhos de força-binário utilizados para estimativa do estado corporal. Estabelece a camada de sensores que alimenta os algoritmos de controlo de movimento.

Aula 2 • Interfaces de Sensores Exteroceptivos

Aborda câmaras, LiDAR, sensores de profundidade e arrays de microfones para perceção ambiental. Os estudantes cablam e configuram cada tipo de sensor para uma placa de processamento.

Aula 3 • Condicionamento de Sinal Analógico

Concebe circuitos amplificadores, filtros e de referência que preparam as saídas analógicas dos sensores para conversão ADC. Reduz diretamente o ruído e os erros de offset nos dados dos sensores.

Aula 4 • Conversão Analógico-Digital

Explica arquiteturas ADC, resolução, taxa de amostragem e multiplexagem de entrada para sensores de robôs. Os estudantes associam as especificações ADC aos requisitos de largura de banda dos sensores.

Aula 1 • Barramentos de Comunicação em Tempo Real

Concebe redes CAN FD, EtherCAT e UART que ligam nós de computação a placas de atuadores e sensores. Garante latência determinista através da rede eletrónica do robô.

Aula 2 • Abstração de Hardware e Firmware de Arranque

Apresenta bootloaders, camadas de abstração de hardware e mecanismos de atualização de firmware para placas de computação de robôs. Faz a ponte entre a conceção de hardware e as tarefas de integração de software.

Aula 3 • Seleção e Configuração de Microcontroladores

Compara núcleos ARM Cortex-M, RISC-V e DSP para tarefas de controlo ao nível da articulação. Os estudantes avaliam a velocidade de relógio, periféricos e memória em relação aos requisitos do ciclo de controlo.

Aula 4 • FPGA em Ciclos de Controlo de Robôs

Explica a utilização de FPGA para geração PWM determinista, contagem de codificadores e periféricos personalizados. Os estudantes implementam blocos lógicos simples e ligam-nos ao processador principal.

Aula 1 • Planeamento de Empilhamento e Camadas de PCB

Seleciona o número de camadas, materiais dielétricos e pesos de cobre para placas de robôs de sinais mistos. Afeta diretamente o controlo de impedância e o desempenho EMI.

Aula 2 • Melhores Práticas de Captura Esquemática

Estabelece a organização esquemática hierárquica, bibliotecas de símbolos e identificação de malhas para placas de robôs complexas. Reduz erros antes do início do layout.

Aula 3 • Encaminhamento de Sinais de Alta Velocidade

Aplica correspondência de comprimento, encaminhamento de pares diferenciais e costura de vias para sinais USB, Ethernet e MIPI. Previne falhas de integridade de sinal em ligações de robôs de alta velocidade.

Aula 4 • Conceção para Fabrico e Teste

Abrange painelização, colocação de fiduciais, estratégia de pontos de teste e conformidade com regras DFM. Garante que as placas são produzíveis e testáveis em volume.

Aula 1 • Circuitos de Monitorização de Segurança e Watchdog

Implementa watchdogs de hardware, supervisores de tensão e monitores de corrente que detetam e respondem a falhas. Garante que o robô entra num estado seguro após a deteção de uma anomalia.

Aula 2 • Análise de Perigos e Avaliação de Riscos

Apresenta métodos FMEA, FTA e HAZOP aplicados a subsistemas eletrónicos de robôs. Produz um registo de riscos que orienta as decisões subsequentes de conceção de segurança.

Aula 3 • Arquiteturas de Circuitos Redundantes e Diversos

Concebe circuitos de canal duplo, votação e redundância diversa para funções robóticas críticas para a segurança. Demonstra como a redundância reduz a probabilidade de falha perigosa.

Aula 4 • Paragem de Emergência e Safe Torque Off

Concebe cadeias de paragem de emergência cabladas e circuitos STO que cortam a alimentação dos atuadores sem intervenção de software. Cumpre o requisito de segurança mais crítico na colaboração humano-robô.

Aula 1 • Planeamento e Sequenciação da Integração

Desenvolve um plano de integração ascendente que verifica cada subsistema antes de os combinar. Reduz o risco de falhas em cascata durante o arranque do sistema completo.

Aula 2 • Verificação Elétrica e Testes de Continuidade

Aplica testes de continuidade, resistência de isolamento e hi-pot para verificar cablagens e PCBs. Detecta defeitos de montagem antes de energizar o robô completo.

Aula 3 • Procedimentos de Arranque Funcional

Orienta a sequenciação de ligação, carregamento de firmware e comissionamento inicial dos atuadores para cada subsistema. Cria confiança na correção do hardware antes dos testes de movimento.

Aula 4 • Teste de Desempenho ao Nível do Sistema

Executa testes de carga, testes de imersão térmica e testes de esforço de comunicação no robô integrado. Valida que todos os subsistemas cumprem as suas especificações de desempenho em conjunto.