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Giroscópios em carrinhos de controle remoto

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Os giroscópios já são utilizados em modelismo de controle remoto (RC) há várias décadas. No início, eram giroscópios mecânicos utilizados para controlar o leme/pedal dos helicópteros, pois é muito difícil pilotar um helicóptero RC sem este auxílio.

A evolução tecnológica permitiu que os "gyros" fossem ficando cada vez menores e mais baratos. Os smartphones já embutem giros rotineiramente desde os anos 2000 para detectar movimento angular. Os quadcópteros ou drones dependem totalmente do gyro para voar (é humanamente impossível controlar um drone diretamente). Os helicópteros passaram a adotar gyros de 3 eixos para facilitar o controle em três dimensões, não apenas do leme. Até aviões de RC têm adotado gyros, o que permite por exemplo que sejam lançados à mão e estabilizem-se automaticamente.

Em carrinhos de RC, as primeiras experiências de direção estabilizada foram feitas com gyros de helicópteros, no final da década de 2000. Por volta de 2012, apareceram projetos baseados em Arduino, e em seguida vieram os produtos comerciais, gyros desenvolvidos especificamente para auto e nautimodelismo.

O que um giroscópio faz

Um gyro detecta movimento angular, ou seja, mudanças de ângulo. Pegue um hand spinner e gire-o rapidamente. Se você tentar girá-lo, ele oferece uma certa resistência. Este é o efeito giroscópico. O mesmo efeito ajuda bicicletas e motos a ficarem de pé.

Por outro lado, se você mover o hand spinner para cima, para baixo ou para os lados, sem mudar o ângulo, ele não oferece resistência nenhuma. Um gyro não detecta mudancas de posição no espaço, nem orientação absoluta, nem altitude, nem posição. Para isso, é preciso usar outros sensores, respectivamente: acelerômetros, bússola, barômetro e GPS.

Os chamados "giroscópios de 6 eixos" na verdade têm apenas 3 giroscópios e 3 acelerômetros, que é o mínimo necessário para estabilizar um drone. O chip MPU-6050, grande burro de carga de inúmeros drones e projetos envolvendo gyros, possui exatamente esse número de sensores. Os chips de "9 eixos" possuem ainda três magnetômetros, ou seja, bússolas. Um drone completamente autônomo precisaria ainda do barômetro e de GPS.

Funcionamento

Quando aplicado a um carrinho RC, o giroscópio passa a controlar a direção. O controle remoto apenas "sugere" para que lado ir. É um "drive-by-wire" de fato. O gyro é ligado ao receptor no canal 1 (que geralmente é o canal do volante) e o servo do esterçamento é por sua vez ligado ao gyro.

Demonstração básica do giroscópio GYC-300

Como o gyro só mede mudanças de ângulo, o gyro controla a direção de modo a manter o carrinho perfeitamente reto, ou a variar o ângulo de acordo com o comando do controle remoto, nem mais nem menos. O principal benefício do gyro é eliminar o "oversteering" ou "rabeada" típica de carrinhos com tração traseira. Outro benefício imediato é trajetória bem mais reta ao correr sobre pisos irregulares.

Naturalmente, um gyro completo não é apenas o mecanismo giroscópico, há um minúsculo computador dentro da caixinha, e o software implementa a estratégia de compensação. De certa forma, compensar um carrinho é mais difícil que um leme de helicóptero, porque um veículo terreste está muito mais sujeito a movimentos bruscos e pancadas.

Todo gyro precisa de calibração. Em geral, os gyros para RC calibram-se sozinhos ao serem ligados. Enquanto isso acontece, o modelo deve ficar em superfície plana e não deve ser mexido.

Um defeito inerente a todo gyro é o "drifting", ou seja, uma pequena porém constante leitura falsa de movimento angular. O software do gyro precisa detectar o drifting e ignorá-lo; é para isto que existe a calibração. Por um lado isso faz com que movimentos angulares muito pequenos não sejam detectados — instalar um gyro num carrinho não vai fazê-lo andar em linha perfeitamente reta, como talvez você esperava. Por outro lado, o drifting dá espaço para que o "trim" do controle remoto ainda funcione da maneira usual.

Falando em drifting, o gyro é um dispositivo muito popular em carrinhos de drift com aqueles pneus bem lisos. Parece um paradoxo, porque o objetivo do gyro é estabilizar o carro e a essência do drift é andar de lado... O gyro pode ajudar no drift porque permite andar de lado mantendo um ângulo constante. Isso é particularmente bem-vindo em carrinhos de tração traseira (RWD), que com pneus de drift fazem muito "oversteering" ou cavalo-de-pau. Já em carrinhos 4x4, o gyro pode inibir o drift.

Modelos testados

Os modelos que testei pessoalmente foram: GC-301 (custo de US$ 22, aproximadamente), GYC-300 (custo de aprox. US$ 8) e o receptor Radiolink R4EG-G.

Instalação

De maneira geral, basta seguir as instruções que acompanham o gyro, e as instruções giram em torno de:

Se o gyro estiver funcionando e corretamente configurado, as rodas devem esterçar para a direita quando o carrinho é bruscamente virado para a esquerda, e vice-versa. Note que o carrinho deve ser virado, não apenas deslocado, pois o gyro detecta mudança da ângulo, não mudança de posição.

É prudente fazer alguns testes antes da montagem definitiva, embora não seja difícil remover um gyro fixado com fita dupla-face. Caso o gyro aparente mau funcionamento, experimente um pouco com posição e orientação de instalação, tente deixar o carrinho parado mais tempo ao ligá-lo porque talvez a calibração demora, etc. antes de declará-lo defeituoso.

Configuração

A principal configuração de um gyro é o ganho, ou seja, a amplitude da resposta frente a uma mudança de ângulo. Como cada carrinho é diferente, o jeito é experimentar com diversas regulagens de ganho até atingir o ponto ideal: o carrinho fica estável mas ainda agradavelmente manobrável, e a atuação do gyro não se faz notar.

Um ganho excessivo deixa o carrinho "duro" de dirigir, ele não faz mais curvas fechadas mesmo em baixa velocidade. Um ganho realmente excessivo pode fazer o carrinho oscilar ao andar em linha reta, mas este último sintoma nunca aconteceu comigo. A sugestão universal é regular o ganho para 50% e experimentar a partir daí.

O modelo GC-301, bastante popular entre os modelistas, também possui uma micro chave normal/reverso. Se a compensação estiver invertida (e.g. esterça para a direita quando o carrinho é girado para a direita), basta trocar a posição da chave.

O modelo GYC-300 não tem esta chave, mas como ele é montado na vertical, tem duas posições possíveis e uma delas produz o efeito desejado.

Outra regulagem é o limite de esterçamento. Já que o carrinho virou "drive-by-wire", faz sentido configurar o esterçamento máximo no gyro. O modelo GYC-300 possui um trimpot denominado "setup" para este fim.

Já o modelo GC-301 não tem um trimpot separado. É possível usar o mesmo trimpot para regular o limite quando o ganho está sendo regulado remotamente: o GC-301 tem uma tomada para um canal do receptor, cujo uso é opcional, e permitiria em tese o controle do ganho por e.g. um terceiro canal do controle.

Porém, nos testes que fiz, o ganho parece fixo, não responde a mudanças do canal auxiliar. Já vi reclamações semelhantes em fóruns de RC. Abrindo a caixinha do GC-301, há uma segunda microchave na placa de circuito, talvez virar esta chave ative o controle remoto do ganho, mas é algo que ainda preciso tentar.

O modelo Radiolink cumpre o prometido e permite que o ganho do giro seja facilmente ajustado pelo potenciômetro do terceiro canal.

Problemas potenciais

Nos fórums RC, diz-se que o servo de esterçamento desgasta bem mais rápido quando é comandado por um giroscópio, principalmente se for servo analógico, mas a causa exata não é clara. Pode ser devido ao fato do servo trabalhar o tempo todo. Mas há quem diga que o sinal de controle do gyro atualiza numa freqüência acima do padrão (50Hz), o que pode forçar um servo analógico.

Se o gyro possuir uma chave ou configuração para servo analógico/digital, é importante que esteja correta, em particular se o servo for analógico, pois taxas de atualização realmente altas (300Hz ou acima), que visam melhorar o tempo de resposta de servos digitais, podem destruir um servo analógico.

O giroscópio é uma caixinha a mais instalada no seu modelo, portanto é uma coisa a mais para estragar, molhar, verificar em caso de problemas, etc. Também há um ou dois cabos a mais.

Alguns acham que o uso de gyro tira a graça do automodelismo, pois o carro fica muito "fácil" de dirigir, mas isso é fácil resolver, basta diminuir o ganho do mesmo.

Outros produtos com giroscópio

Os receptores de 4 canais da RadioLink podem vir com giroscópio embutido. Além do ganho ser controlável remotamente, e haver um potenciômetro no transmissor para isto, é uma caixinha a menos para instalar. A única desvantagem é que um canal é ocupado pelo controle do ganho, então acabam sendo 3 canais "líquidos". O Radiolink também tem um arremedo de integração com o acelerador e desliga a correção de rota no movimento reverso.

O rádio Spektrum com sistema AVC vai muito além e implementa controle de tração e estabilidade. Chega ao ponto de estabilizar o carrinho "em voo" durante um salto. A Traxxas oferece um recurso parecido em seus carrinhos mais caros, que inclusive executa o truque de usar a inércia da transmissão para desvirar o carrinho remotamente!

Comentários soltos

Pessoalmente, eu gostaria muito de analisar o software desses giroscópios, e até alterá-los. Para mim, um sistema tão avançado como o Spektrum AVC tira a graça da pilotagem, e essa graça seria mais que 100% restaurada se e somente se o AVC fosse um sistema de código-fonte aberto e passível de modificação. Infelizmente o mundo do modelismo é dominado por incompatibilidades e softwares proprietários.

Seja como for, é notório que um módulo giroscópico (que custa apenas US$ 20) já adiciona uma enorme dirigibilidade a um modelo. O receptor Spektrum AVC adiciona um sistema completo de controle de estabilidade por apenas US$ 70. Enquanto isso, automóveis de verdade continuam sendo fabricados sem esse tipo de recurso, que poderia salvar muitas vidas.

A maioria dos sistemas de freio ABS também controla trajetória durante a frenagem, então o hardware necessário ao controle de tração (giroscópios, acelerômetros e sensores de rotação nas rodas) já está todo lá, bastaria que o software usasse os sensores o tempo todo em vez de apenas durante frenagens de emergência.

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