Para a maioria das equipas estreantes e intermédias do FIRST Tech Challenge (FTC), a resposta curta é não: não precisa estritamente de módulos de odometria com rodas passivas (dead-wheels) para pontuar na fase autónoma. Os encoders integrados nos motores, combinados com a Unidade de Medição Inercial (IMU) interna do seu REV Control Hub, conseguem realizar de forma fiável uma rotina autónoma de duas ações — como estacionar e pontuar uma peça de jogo pré-carregada. No entanto, se a sua equipa pretende executar ciclos de múltiplas amostras a alta velocidade, seguir trajetórias contínuas em curva (splines) ou recuperar de forma fiável de colisões a meio do campo, os encoders integrados irão falhar. A razão não reside na qualidade do software; está na física fundamental das rodas de tração sob carga.

A Física: Porque é Que os Encoders dos Motores Mentem

Os encoders integrados (como os encoders de efeito de Hall integrados nos motores goBILDA YellowJacket ou REV HD Hex) medem a rotação da armadura interna do motor antes ou depois da caixa de velocidades. Respondem com precisão a uma pergunta: quantas vezes rodou este veio de saída do motor?

No entanto, não conseguem dizer onde o seu robô está no tapete de placas de espuma do campo. A conversão da rotação do veio para a posição no campo falha devido a três fenómenos físicos distintos:

• Derrapagem das Rodas (Wheel Slip): Sempre que o seu robô acelera bruscamente, desacelera ou muda de direção, as rodas derrapam contra as placas macias de espuma. Quando uma roda patina no mesmo sítio mesmo que apenas durante 50 milissegundos num arranque, o encoder do motor regista um avanço que nunca aconteceu.
• Perda Vetorial em Mecanum: Os chassis Mecanum movem-se omnidirecionalmente através da vetorização de forças diagonais por meio de roletes passivos. Sob cargas de deslocação lateral (strafing), esses roletes arrastam-se e derrapam significativamente mais do que as rodas de tração padrão. O cálculo padrão com encoders não consegue prever de forma consistente o deslocamento lateral real quando o atrito dos roletes varia ao longo de placas desgastadas.
• Folga da Caixa de Velocidades e da Transmissão (Backlash): As caixas redutoras planetárias, a folga da corrente e a elasticidade das correias introduzem folga mecânica entre o impulso do encoder e a superfície de contacto do pneu. Ao longo de uma rotina autónoma de 30 segundos com dez mudanças de direção, esta histerese mecânica acumula-se em erros de 10 a 20 centímetros.

Quando os Encoders Integrados e a IMU São Genuinamente Suficientes

Antes de gastar orçamento e espaço no chassis com rodas passivas, considere se a sua estratégia autónoma realmente as exige. Não necessita de rodas passivas se a sua rotina autónoma cumprir estes critérios:

• Movimentos em linha reta e a baixa velocidade: Conduzir em frente a 40% de potência gera uma derrapagem insignificante das rodas.
• Correção de orientação através da IMU: O recurso ao giroscópio integrado do Control Hub para controlar todas as rotações e a manutenção da orientação elimina o desvio rotacional da transmissão.
• Reinicialização através de sensores: Se o seu robô se deslocar até que um sensor de distância detete a parede perimetral, ou se alinhar contra o perímetro do campo através de encosto mecânico (squaring/bumping), o desvio acumulado dos encoders é reposto a zero.
• Período autónomo de tarefa única: Entregar um elemento pré-carregado, ultrapassar uma linha e estacionar não requer seguimento de trajetória com precisão milimétrica.

Para as equipas nas suas duas primeiras temporadas, passar três semanas a depurar a afinação de PID do Road Runner em módulos de odometria personalizados sem suspensão é muitas vezes uma perda líquida de pontos na competição em comparação com a construção de um mecanismo de recolha (intake) fiável.

O Ponto de Viragem: Quando as Rodas Passivas se Tornam Essenciais

Os módulos de odometria com rodas passivas (também chamadas rodas de rastreio não motorizadas ou dead-wheels) consistem em pequenas rodas omnidirecionais de rotação livre mantidas contra as placas do campo por tensão de mola, cada uma ligada a um encoder rotativo independente. Como estas rodas não transmitem binário do motor nem suportam o peso do robô, rolam livremente sem raspar nem patinar.

Atingiu o limite dos encoders integrados e necessita de rodas passivas quando constata o seguinte:

• Está a executar trajetórias em spline: Bibliotecas de trajetórias como o Road Runner ou o Pedro Pathing requerem atualizações contínuas e com precisão de microssegundos tanto das coordenadas (x, y) como da orientação (θ) enquanto o robô acelera na potência máxima do motor.
• Está a deslocar-se lateralmente a alta velocidade: Se a sua rotina autónoma depende de movimentos diagonais ou laterais pelo centro do campo, as estimativas dos encoders de tração desviar-se-ão do alvo em 15 centímetros ou mais numa única tentativa.
• Rotinas autónomas de ciclos múltiplos: Se estiver a tentar recolher três ou quatro peças de jogo do chão durante a janela autónoma de 30 segundos, um erro de 2 centímetros significa falhar completamente o alinhamento da recolha.
• Colisão defensiva ou contacto entre robôs: Se outro robô colidir com o seu chassis durante o período autónomo, as rodas de tração derraparão no chão. Os encoders dos motores assumirão que o robô avançou, enquanto as rodas passivas medirão a deslocação real resultante do empurrão.

Comparação de Abordagens de Localização

Realidades de Implementação

Se a sua equipa decidir dar o salto para o rastreio com rodas passivas, tenha em mente duas regras mecânicas. Em primeiro lugar, os módulos têm de ser pressionados para baixo com força de mola constante; se uma roda passiva saltitar sobre uma junção nas placas de espuma, perde o rastreio instantaneamente. Em segundo lugar, assegure-se de que tem portas de encoder suficientes disponíveis no seu REV Control Hub ou Expansion Hub, uma vez que cada roda passiva ocupa uma entrada de encoder tipicamente reservada para um motor.

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O Veredito

Não instale odometria com rodas passivas apenas porque viu equipas de topo a fazê-lo no YouTube. Instale-a quando o teto de pontuação no período autónomo estiver genuinamente limitado pela derrapagem mecânica das rodas. Se o seu robô tem atualmente dificuldade em pontuar de forma fiável um único elemento pré-carregado, afine primeiro os seus mecanismos e utilize os encoders integrados com controlo de orientação por IMU. Quando estiver pronto para poupar segundos nos trajetos de ciclo e executar rotinas autónomas de múltiplos elementos na velocidade máxima, as rodas passivas são a melhoria individual mais eficaz que pode fazer.