Engenharia Mecatrônica Robótica Mesa De Coordenadas

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MESA DE COORDENADAS XZ Lucas Lira Santos Projeto Integrador do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, módulo Mecatrônica, 3˚ Semestre Eng. Marcus Valério Rocha Garcia. Professor Orientador Guarulhos 2013 FACULDADE ENIAC MESA DE COORDENADAS XZ Lucas Lira Santos _______________________________ Eng. Marcus Valério Rocha Garcia Orientador Acadêmico Guarulhos 2013 2 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS................................................................................................. 3 LISTA DE SIMBOLOS .............................................................................................. 4 CAPÍTULO 1 ............................................................................................................ 5 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 5 1.1 ROBÔS MANIPULADORES............................................................................... 5 1.2 FABRICANTES DE ROBÔS CARTESIANOS .................................................... 7 CAPÍTULO 2 ............................................................................................................ 8 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................ 8 2.1 MOTOR DC ........................................................................................................ 8 2.2 MOTORES DE CORRENTE CONTINUA: PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO 9 2.3 APLICAÇÕES....................................................................................................11 2.4 ELETROQUIMICA BATERIA E PILHAS ...........................................................11 2.5 BATERIAS RECARREGÁVEIS .........................................................................12 2.6 CAPACIDADES DE UMA BATERIA..................................................................13 2.7 SISTEMAS DE TRANSMISSÃO POLIA E CORREIA .......................................14 CAPITULO 03 .........................................................................................................17 DESENVOLVIMENTO.............................................................................................17 3.1 PROJETO MECÂNICO .....................................................................................22 3.2 PROJETO ELÉTRICO .......................................................................................42 CAPITULO 04 .........................................................................................................45 RESULTADOS ........................................................................................................45 CONCLUSÃO ..........................................................................................................49 ORIENTAÇÕES DO PROFESSOR.........................................................................52 3 LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 – Gantry-Robot................................................................................................ 6 Figura 2.1 – Motor DC...................................................................................................... 8 Figura 2.2 – Estrutura básica de um motor cc.................................................................. 9 Figura 2.3 – Estrutura do motor........................................................................................ 9 Figura 2.4 – Motor cc elementar de dois pólos............................................................... 10 Figura 2.5 – Tipos de Baterias........................................................................................ 11 Figura 2.6 – Bateria 12v.................................................................................................. 12 Figura 2.7 – Polia............................................................................................................ 14 Figura 2.8 – Polia e correia............................................................................................. 16 Figura 2.9 – Tensionamento entre polia e correia.......................................................... 16 Figura 3.1 – Controle de processo da mesa de coordenadas........................................ 18 Figura 3.2 – Estrutura do controle de processo.............................................................. 18 Figura 3.3 – Estrutura do controle de processo.............................................................. 19 Figura 3.4 – Desenvolvimento do cronograma de projeto.............................................. 19 Figura 3.5 – Gerenciamento e processo do gerenciamento de projeto.......................... 20 Figura 3.6 – Mesa de coordenadas................................................................................ 23 Figura 3.7 – Mesa de coordenadas xz............................................................................ 23 Figura 3.8 – Mesa de coordenadas................................................................................ 24 Figura 3.9 – Garra manipuladora.................................................................................... 25 Figura 3.10 – Dimensionamento do motor...................................................................... 26 Figura 3.11 – Diagrama de corpo livre da carga que será elevada................................ 27 Figura 3.12 – Diagrama de corpo livre de carga que será elevada................................ 28 Figura 3.13 – Circuito de acionamento de motor ponte H.............................................. 31 Figura 3.14 – Circuito de acionamento de motor ponte H.............................................. 32 Figura 3.15 – Circuito de acionamento de motor ponte H.............................................. 32 Figura 3.16 – Circuito de acionamento de motor ponte H.............................................. 33 4 LISTA DE SIMBOLOS Ω - Ohm  - Número PI Cc Corrente Continua rpm - Rotações por minuto s - Segundos m - Metros mA - Miliampére V - Volts A - Ampére mm - Milímetros 5 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO A disciplina de mecatrônica, ofertada especificamente para o curso de Engenharia Mecatrônica da Faculdade Eniac, tem por objetivos: - Compreender e aplicar um tratamento introdutório de teorias envolvendo o conceito de máquinas de elevação e transportes. A necessidade de movimentação de cargas nos diversos ambientes de mineração, industrial, portuário e de comércio aumenta proporcionalmente ao crescimento econômico exigindo equipamentos específicos que necessitam uma grande aplicação dos conhecimentos de engenharia. Os equipamentos de movimentação de carga existentes nas empresas modernas apresentam uma grande diversidade de formas construtivas devido à variedade de suas aplicações. Este projeto tem como objetivo desenvolver a aplicação dos conceitos de engenharia mecânica na construção dos equipamentos que estão mais presentes nas empresas modernas. Os conceitos utilizados neste projeto poderão auxiliar no estudo de outras aplicações mais especificas. As mesas de coordenadas são utilizadas nas indústrias de maquinas ferramenta, robôs industriais, dosadores de fluido, fabricação de placas de circuito impressos, etc. Um grande número de mesas de coordenadas, ainda existentes no mercado, é de acionamento manual, em que o operador deve posicionar a estrutura por meio de volantes, esse tipo de mesa apresenta a vantagem de reduzido custo de aquisição e de manutenção e pode se manuseada com facilidade por operários sem que haja necessidade de treinamento adicional. 1.1 ROBÔS MANIPULADORES Ao longo das últimas décadas, a abertura de mercado e o processo de globalização da economia têm levado o setor industrial a um novo padrão de concorrência, onde as formas tradicionais de gestão e produção não são mais suficientes para garantir a lucratividade e sobrevivência no mercado que se apresentam cada vez mais competitivas e exigentes em qualidade, custo e 6 atendimento de prazos. Visando o aumento de produtividade e padronização na qualidade de produtos, muitas indústrias têm implementado a automatização de sua produção baseada na utilização de robôs manipuladores para realização de tarefas pré-determinadas e repetitivas. Neste panorama, os robôs manipuladores estão sendo cada vez mais utilizados em atividades que envolvem precisão e alta velocidade (UNECE, 2004). Os robôs manipuladores são basicamente dispositivos de posicionamento que podem ter inúmeros graus de liberdade, formados por cadeias de elos, em cuja extremidade é fixada uma ferramenta ou dispositivo com o qual é realizada a tarefa. Os elos que foram a cadeia são interligados através de juntas ás quais determinam o grau de liberdade do mecanismo e podem ter movimentos de translação (prismático) ou de rotação (rotacional). Assim, um robô manipulador pode ser classificado, quanto ao sentido dos movimentos realizados e quanto á fonte de alimentação requerida. Quanto á configuração física, um robô manipulador pode ser de coordenadas cartesianas, coordenadas cilíndricas, coordenadas esféricas, SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm), entre outros. Quanto á fonte de alimentação requerida pode ser hidráulicos, pneumáticos, hidropneumáticos, elétricos, eletrohidráulicos, eletropneumáticos, eletromagnéticos, entre outros. Os primeiros trabalhos em robótica de manipulação datam do fim da Segunda Guerra Mundial no ano de 1945, máquinas do tipo Mestre-Escravo foram introduzidas e desenvolvidas para manipular materiais perigosos, como substâncias radioativas entre os anos 1940 e 1950. Em 1950 a General Mills Corporation (EUA) desenvolveu o robô gantry-robot, que era um manipulador cartesiano. Figura 1.1 Gantry-Robot 7 1.2 FABRICANTES DE ROBÔS CARTESIANOS Toshiba Machine system robots – Cartesian SINGLE-AXIS O sistema da Toshiba pode ser encontrado à venda no mercado em vários eixos ou em um único eixo separado. O sistema de controle pode ser programado via computador ou console de programação. Todos os eixos são controlados por servo-motores com fuso de esferas e guias lineares e o tamanho dos eixos varia tipicamente entre 50 mm e 1500 mm. Para aplicações onde um único eixo ou 2 eixos são suficientes para executar a tarefa, esta se torna uma opção muito mais barata pois, nestes eixos, os motores podem ser montados em linha com os eixos para reduzir o seu tamanho. Modelo I&J 2300-110 da Fisnar Um robô com 3 eixos, 110V, com área de trabalho em 300 mm x 320 mm, que possui “repetitividade” de 0,01 mm, é um sistema de fácil programação utilizando um console ou um software baseado no Windows 98/2000. O robô ainda pode operar com um cartão de memória de propósito geral que é inserido no seu sistema de controle, permitindo executar 100 programas, 6000 pontos por cartão de memória. Módulos Ez EPSON Robots É um módulo que possui um ou mais eixos, cada eixo com um servo-motor que é responsável pelo movimento e monitoramento da posição do eixo. Este servomotor é acionado por um servodrive que, por sua vez, é comandado por um computador. O usuário faz a programação dos movimentos no PC ou em um teach pendant acoplado ao PC. O modo de programação é o teach in, onde o programador posiciona o robô na posição desejada e memoriza as coordenadas dos eixos. O monitoramento de posição é feito com encoders absolutos, que possuem a característica de não precisar de contadores externos. Possui controles baseados em PC, e pode controlar até 12 eixos criando uma vasta área de possibilidades. 8 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 MOTOR DC Figura 2.1 Motor DC Um motor de corrente contínua converte energia elétrica em energia mecânica, como qualquer motor, mas tem uma característica que o individualiza: deve ser alimentado com tensão contínua. Essa tensão contínua pode provir de pilhas e baterias, no caso de pequenos motores, ou de uma rede alternada após retificação, no caso de motores maiores. Os principais componentes de um motor de corrente contínua (motor CC, por simplicidade) são descritos como segue: • Estator: contém um enrolamento (chamado campo), que é alimentado diretamente por uma fonte de tensão contínua, no caso de pequenos motores, o estator pode ser um simples imã permanente; • Rotor: contém um enrolamento (chamado armadura), que é alimentado por uma fonte de tensão contínua através do comutador e escovas de grafite; • Comutador: dispositivo mecânico (tubo de cobre axial mente segmentado) no qual estão conectados os terminais das espiras da armadura, e cujo papel é inverter sistematicamente o sentido da corrente contínua que circula na armadura. 9 A figura mostra a estrutura básica de um motor de corrente contínua elementar com imã permanente no estator. Observe que a armadura possui apenas uma espira (dois pólos) e que o comutador tem apenas dois segmentos. As escovas de grafite são fixas e, à medida que a armadura gira uma volta, hora cada uma delas fica em contato elétrico com uma metade do comutador, hora com a outra metade. Isso significa que a corrente na espira da armadura hora tem um sentido, hora o sentido contrário. Esse mecanismo é essencial para o funcionamento dos motores CC, evitando que a armadura estacione em uma posição de equilíbrio, como ficará claro mais adiante. Figura 2.2 Estrutura básica de um motor cc 2.2 MOTORES DE CORRENTE CONTINUA: PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO O funcionamento dos motores CC baseia-se no princípio do eletromagnetismo clássico pelo qual um condutor carregando uma corrente é mergulhado em um fluxo magnético e fica submetido a uma força eletromagnética. Embora tenha sido explicado anteriormente, esse princípio é repetido aqui por facilidade: “Um condutor transportando uma corrente elétrica e atravessada por um fluxo magnético fica submetido a uma força de natureza eletromagnética”. Figura 2.3 Estrutura do motor 10 Observe que o fluxo magnético pode ser produzido por um imã permanente, como na figura, ou um eletroímã. Note ainda que o sentido da força pode mudar se o sentido do fluxo ou o sentido da corrente também mudar. O mais importante, é perceber que as direções do fluxo, da corrente e da força eletromagnética são sempre ortogonais entre si, ou seja, formam sempre ângulos de 90º. Dados os sentidos do fluxo e da corrente, o sentido da força pode ser obtido usando-se a regra da mão esquerda: • Coloque o dedo indicador no sentido do fluxo; • Coloque o dedo médio no sentido da corrente; • O sentido da força será aquele apontado pelo dedo polegar. No caso de um motor CC, a criação do torque que faz o rotor (armadura) mover-se pode ser explicada com a ajuda da figura 2.3, que mostra um motor CC elementar de dois pólos (o mais simples possível) em corte transversal. Figura 2.4 Motor cc elementar de dois pólos Na figura, o enrolamento de campo (estator) está dividido em duas partes ligadas em série (a ligação foi omitida na figura por simplicidade) que produzem um fluxo magnético constante no sentido norte-sul. A armadura (rotor) é formada por várias espiras enroladas sem um núcleo ferromagnético e cujos terminais são conectados nos dois segmentos do comutador (na parte central, em vermelho). A corrente que circula na armadura é fornecida por uma fonte CC e injetada através das duas escovas de grafite. Na situação ilustrada na figura, a corrente sai pela parte superior da armadura e entra na parte inferior. Em motores com mais de dois pólos, a armadura possui vários enrolamentos distribuídos pelo núcleo e o comutador é formado por vários segmentos. Aplicando-se a regra da mão esquerda, obtêm-se 11 os sentidos das forças eletromagnéticas que se estabelecem na parte lateral das espiras, criando um torque eletromecânico que faz a armadura girarem no sentido horário. 2.3 APLICAÇÕES Os motores CC de pequeno porte são muito utilizados em brinquedos e equipamentos portáteis pelo fato de poderem ser acionados por meio de pilhas e baterias. São também muito comuns em veículos (motor de arranque, limpador de pára-brisas, etc.) pela mesma razão. Pelo fato de permitirem fácil e precisa variação de velocidade, motores CC são muito utilizados para tração elétrica de trens, metrô e ônibus elétricos. Na indústria, é usado para acionar cargas que precisam ter sua velocidade alterada de forma controlada dependendo do processo. Em geral, um motor CC é mais caro que um de corrente alternada de mesmo porte, pois tem mais enrolamentos e o comutador. A manutenção do comutador deve ser feita periodicamente, o que encarece um pouco sua operação. 2.4 ELETROQUIMICA BATERIA E PILHAS Figura 2.5 Tipos de Baterias As pilhas secas são do tipo zinco-carbono, são geralmente usadas em lanternas, rádios e relógios. Esse tipo de pilha tem em sua composição Zn, grafite e MnO² que pode evoluir para MnO(OH). Além desses elementos também é importante mencionar a adição de alguns elementos para evitar a corrosão como: Hg, Pb, Cd, In. Estas pilhas contêm até 0,01% de mercúrio em peso para revestir o eletrodo de zinco e assim reduzir sua corrosão e aumentar o seu desempenho. O NEMA (Associação Nacional Norte-Americana dos Fabricantes Elétricos) estima que 3,25 pilhas zinco-carbono per capita são vendidas ao ano nos Estados Unidos da América. As pilhas alcalinas são compostas de um ânodo, um "prego" de aço envolto por zinco em uma solução de KOH alcalina (pH14), um cátodo de anéis de 12 MnO2 compactado envoltos por uma capa de aço niquelado, um separador de papel e um isolante de nylon. Até 1989, a típica pilha alcalina continha mais de 1% de mercúrio. Em 1990, pelo menos três grandes fabricantes de pilhas domésticas começaram a fabricar e vender pilhas alcalinas contendo menos de 0,025% de mercúrio. A NEMA estima que 4,25 pilhas alcalinas per capita são vendidas por ano nos EUA. 2.5 BATERIAS RECARREGÁVEIS Figura 2.6 Bateria 12V As baterias recarregáveis representam hoje cerca de 8% do mercado europeu de pilhas e baterias. Dentre elas pode-se destacar a de níquel-cádmio (Ni-Cd) devido à sua grande representatividade, cerca de 70% das baterias recarregáveis são de Ni-Cd. O volume global de baterias recarregáveis vem crescendo 15% ao ano. As baterias de níquel-cádmio têm um eletrodo (cátodo) de Cd, que se transforma em Cd(OH)², e outro (ânodo) de NiO(OH), que se transforma em Ni(OH)². O eletrólito é uma mistura de KOH e Li(OH)². As baterias recarregáveis de Ni-Cd podem ser divididas basicamente em dois tipos distintos: as portáteis e as para aplicações industriais e propulsão. Em 1995 mais de 80% das baterias de Ni-Cd eram do tipo portátil. Com o aumento da utilização de aparelhos sem fio, notebooks, telefones celulares e outros produtos eletrônicos aumentaram a demanda de baterias recarregáveis. Como as baterias de Ni-Cd apresentam problemas ambientais devido à presença do cádmio outros tipos de baterias recarregáveis portáteis passaram a ser desenvolvidos. Esse tipo de bateria é amplamente utilizado em produtos que não podem falhar como equipamento médico de emergência e em aviação. As baterias recarregáveis de níquel metal hidreto (NiMH) são aceitáveis em termos ambientais e tecnicamente podem substituir as de Ni-Cd em muitas de suas aplicações, mas o preço de sua produção ainda é elevado quando comparado 13 ao das de Ni-Cd.Foi colocado no mercado mais um tipo de bateria recarregável visando uma opção à utilização da bateria de Ni-Cd. Esse tipo de bateria é o de íons de lítio. As baterias de Ni-Cd apresentam uma tecnologia madura e bem conhecida, enquanto os outros dois tipos são recentes e ainda não conquistaram inteiramente a confiança do usuário. 2.3-Pilhas/Baterias e a Saúde Algumas substâncias que fazem parte da composição química das baterias são potencialmente perigosas e podem afetar a saúde. Especificamente, o chumbo, o cádmio e o mercúrio. Metais como o chumbo podem provocar doenças neurológicas; o cádmio afeta condição motora, assim como o mercúrio. É evidente que este assunto está em permanente pesquisa e a presença destes produtos está sendo reduzida. No entanto, não há ocorrência registrada de contaminação ou prejuízo à saúde. Também não há registro de ocorrência de qualquer dano causado ao meio ambiente decorrente da deposição de pilhas em lixões. As empresas que representam as marcas Duracell, Energizer, Eveready, Kodak, Panasonic, Philips, Rayovac e Varta, que compõem o Grupo Técnico de Pilhas da ABINEE têm investido nos últimos anos somas consideráveis de recursos para reduzir ou eliminar estes materiais. Hoje elas já estão atendendo as exigências do artigo seis Da Resolução 257 do CONAMA que estabelece os níveis máximos dessas substâncias em cada pilha/bateria. Cuidados: Pilhas novas: obedecer a informação dos fabricantes dos aparelhos, com relação á pólos positivos e negativos das pilhas. Não misturar pilhas velhas com novas ou pilhas de sistemas eletroquímicos diferentes. Não remover o invólucro das pilhas. Pilhas usadas: não guardar, principalmente de forma aleatória. No caso de ocorrer vazamento, lave as mãos com água abundante; se ocorrer irritação procure o médico. 2.6 CAPACIDADES DE UMA BATERIA A capacidade de uma bateria de armazenar carga é expressa em ampère-hora (1 Ah =3600 Coulomb). Se uma bateria puder fornecer um ampère (1 A) de corrente (fluxo) por uma hora, ela tem uma capacidade de 1 Ah em um regime de descarga de 1h (C1). Se puder fornecer 1 A por 100 horas, sua capacidade é 100 Ah em um regime de descarga de 100h (C100). Quanto maior a quantidade de eletrólito e maior o eletrodo da bateria, maior a capacidade da mesma. Assim uma pilha minúscula do tipo AAA tem muito menos capacidade do que uma pilha muito maior 14 (por exemplo, do tipo D), mesmo que ambas realizem as mesmas reações químicas (por exemplo: pilhas alcalinas). Por causa das reações químicas dentro das pilhas, a capacidade de uma bateria depende das condições da descarga tais como o valor da corrente elétrica, a duração da corrente, a tensão terminal permissível da bateria, a temperatura, e os outros fatores. Os fabricantes de bateria usam um método padrão para avaliar suas baterias. A bateria é descarregada em uma taxa constante da corrente sobre um período de tempo fixo, tal como 10 horas ou 20 horas. Uma bateria de 100 ampères-hora é avaliada assim para fornecer 5 A por 20 horas na temperatura ambiente. A eficiência de uma bateria é diferente em taxas diferentes da descarga. Ao descarregar-se em taxas baixas (correntes pequenas), a energia da bateria é entregue mais eficientemente do que em taxas mais elevadas da descarga (correntes elevadas). Isto é conhecido como a lei de Peukert. 2.7 SISTEMAS DE TRANSMISSÃO POLIA E CORREIA Polia Polias são elementos mecânicos circulares, com ou sem canais periféricos, acoplados a eixos motores e movidos por máquinas e equipamentos. As polias, para funcionar, necessitam da presença de vínculos chamados correias. Quando em funcionamento, as polias e correias podem transferir e/ou transformar movimentos de um ponto para outro da máquina. Sempre haverá transferência de força. As polias são classificadas em dois grupos: planas e trapezoidais. As polias trapezoidais são conhecidas pelo nome de polias em “V” e são as mais utilizadas em máquinas. Figura 2.7 Polia 15 Correia As correias são elementos de máquinas cuja função é manter o vínculo entre duas polias e transmitir força. As mais utilizadas são as planas e as trapezoidais. As correias trapezoidais também são conhecidas pelo nome de correias em “V”. Os materiais empregados na fabricação de correias são os seguintes: borracha; couro; materiais fibrosos e sintéticos à base de algodão, viscose, perlon, náilon e materiais combinados à base de couro e sintéticos. A grande maioria das correias utilizadas em máquinas industriais são aquelas constituídas de borracha revestida de lona. Essas correias apresentam cordonéis vulcanizados em seu interior para suportarem as forças de tração. Existem cinco perfis principais padronizados de correias em “V” para máquinas industriais e três perfis, chamados fracionários, usados em eletrodomésticos. Cada um deles tem seus detalhes, que podem ser vistos nos catálogos dos fabricantes. As correias em “V” com perfis maiores são utilizados para as transmissões pesadas, e as com perfis menores para as transmissões leves. O uso de correias com perfis menores, em transmissões pesadas, é contraproducente, pois exige a presença de muitas correias para que a capacidade de transmissão exigida seja alcançada. Colocação de Correias Para colocar uma correia vinculando uma polia fixa a uma móvel, deve-se recuar a polia móvel aproximando-a da fixa. Esse procedimento facilitará a colocação da correia sem perigos de danificá-la. Não se recomenda colocar correias forçando-as contra a lateral da polia ou usar qualquer tipo de ferramenta para forçá-la a entrar nos canais da polia. Esses procedimentos podem causar o rompimento das lonas e cordonéis das correias. Após montar as correias nos respectivos canais das polias e, antes de tencioná-las, deve-se girá-las manualmente para que seus lados frouxos fiquem sempre para cima ou para baixo, pois se estiverem em lados opostos o tensionamento posterior não será uniforme. 16 Figura 2.8 Polia e Correia Tensionamento de Correias O tensionamento de correias exige a verificação dos seguintes parâmetros: • Tensão ideal: deve ser a mais baixa possível, sem que ocorra deslizamento, mesmo com picos de carga; • Tensão baixa: provoca deslizamento e, consequentemente, produção de calor excessivo nas correias, ocasionando danos prematuros; • Tensão alta: reduz a vida útil das correias e dos rolamentos dos eixos das polias. Transmissão por Polia e Correia Para transmitir potência de uma árvore à outra, alguns dos elementos mais antigos e mais usados são as correias e as polias. As transmissões por correias e polias apresentam as seguintes vantagens: • Possuem baixo custo inicial, alto coeficiente de atrito, elevada resistência ao desgaste e funcionamento silencioso; • São flexíveis, elásticas e adequadas para grandes distâncias entre centros. Figura 2.9 Tencionamento entre Polia e Correia 17 CAPITULO 03 DESENVOLVIMENTO Com a inicialização do projeto, a primeira parte a ser desenvolvida pelo grupo do projeto integrador foi a elaboração do cronograma do projeto robô com seguimentos de coordenadas com deslocamento em xz, para dar inicio ao projeto o grupo se reuniu seguindo cada etapa do planejamento, com isso foram inicializados a busca de pesquisas voltada aos componentes sendo respectivamentes: Motores Dc que serão responsáveis por todo o acionamento mecânico tendo como principio de funcionamento converter toda energia elétrica em energia mecânica trazendo toda aplicabilidade de movimentação e rotação para o projeto, para a projeção dos motores sobre a mesa de coordenadas o grupo utilizou o software solidworks que foi responsável nesta primeira etapa por toda a projeção mecânica do projeto, assim a fixação dos motores serão feitas através de parafusos e mancais sobre o corpo físico do projeto composto de hastes metálicas (hyspex), no seguimento do projeto foram desenvolvidas pesquisas sobre o tipo de transmissões utilizados para toda a movimentação do robô sendo elas no seguimento do eixo x e z, para determinar esses movimentos o grupo utilizará o esquema mecânico de transmissões entre polia e correia tendo como principio de funcionamento no projeto, a aplicação de uma polia acoplada no eixo do motor constituindo de um vinculo simples chamado de correia o esquema mecânico quando em funcionamento, as polias e correias podem transferir e/ou transformar movimentos de um ponto para outro da mesa. Com o projetos em andamento foram relevantes e de suma importância apresentar neste documento os cálculos inicias do projeto mecânico sendo: o torque determinado para que o robô percorra sua trajetória com uma carga determinada em seu braço manipulador, velocidade angular, frequência do motor entre outros cálculos apresentado no projeto mecânico que compõe o documento. As etapas desenvolvidas pelo grupo no projeto também foram constituídas de pesquisas no projeto elétrico onde são determinados os parâmetros para as ligações elétricas para o acionamento dos motores do robô com isso determinando os movimentos do mesmo. O grupo utilizou nesta primeira etapa do projeto diferentes tipos de organizações para que o mesmo se conclua com sucesso, 18 abaixo será representado o controle de processo do projeto que determinará cada passo para a conclusão do mesmo: Figura 3.1 Controle de processo da mesa de coordenadas A imagem acima representa o processo em que o grupo adotou como metas a serem realizadas pelo grupo com ênfase no projeto. Para que o grupo chegasse aos parâmetros do controle de processo foi elaborada uma pesquisa sobre gerenciamento de projetos com isso o grupo chegou as seguintes sínteses: Figura 3.2 Estrutura do controle de processo 19 Cada processo acima se refere a um aspecto a ser considerado dentro da gerência de projetos e, todos os processos devem estar presentes quando da execução do projeto para que esse tenha sucesso. O conjunto de conhecimentos técnicos de gerenciamento de projetos necessários para o perfeito desempenho da função percorre seis áreas do conhecimento, descrita abaixo. Figura 3.3 Estrutura do controle de processo Em conjunto com esses seguimentos o grupo realizou uma série de analise sobre o andamento do projeto e controle assim o grupo definiu os parâmetros de cada etapa a ser desenvolvida do projeto ciando assim o cronograma do projeto: Figura 3.4 Desenvolvimento do cronograma de projeto 20 Figura 3.5 Gerenciamento e processo do gerenciamento de projeto Gerenciamento da integração: O objetivo principal é realizar as negociações dos conflitos entre objetivos e alternativos do projeto com a finalidade de atingir ou exceder as necessidades e expectativas de todas as partes interessadas. Envolve o desenvolvimento e a execução do plano do projeto, e o controle geral de mudanças. .Gerenciamento do escopo: O objetivo principal é definir e controlar o que deve e que não deve estar incluído no projeto. Consistem da inicialização, planejamento, definição, verificação e controle de mudanças do escopo. Gerenciamento do prazo: O objetivo principal é garantir o término do projeto no tempo certo. Consiste da definição, ordenação e estimativa de duração das atividades, e de elaboração e controle de prazo. Gerenciamento do custo: O objetivo principal é garantir que o projeto seja executado dentro dos orçamentos aprovado. Consiste de planejamento de recursos, e estimativa, orçamento de qualidade. 21 Gerenciamento da qualidade do projeto: O objetivo principal é garantir que o projeto vai satisfazer as exigências. Consiste de planejamento, garantia e controle de qualidade. Gerenciamento da comunicação: O objetivo principal é garantir a geração adequada e apropriada, coleta, disseminação, armazenamento e disposição final das informações do projeto. Consiste do planejamento da comunicação, distribuição da informação, relatório de acompanhamento e encerramento de atividades. Gerenciamento de risco: O objetivo principal é maximizar os resultados de ocorrências positivas e minimizar as consequências de ocorrências negativas. Consiste de identificação, quantificação, tratamento e controle de tratamento de riscos. 22 3.1 PROJETO MECÂNICO Principio de funcionamento do sistema mecânico do robô manipulador e posicionador. A ilustração descreve a relação entre os conceitos de robô, manipulador e posicionador. Manipulador Robô Posicionador Manipulador Termo geral para unidades mecânicas usadas para movimentar objetos, ferramentas, etc. O termo manipulador inclui robô e posicionador. Os conceitos de robô e posicionador estão incluídos no termo genérico Manipulador. Robô Unidade mecânica. Posicionador Unidade mecânica usada para movimentar um objeto de trabalho. Pode ter um ou vários eixos, normalmente no máximo 3. O que é uma unidade mecânica? Um mecanismo que pode ser manobrado é comumente chamando de unidade mecânica. Uma unidade mecânica pode ser um robô, um único eixo externo ou conjunto de eixos externos, por exemplo, um posicionador com dois eixos. 23 Figura 3.6 Mesa de coordenadas xz A ilustração (Detalhe A) mostra o ponto central é o ponto do qual se define a orientação do braço articulado/ manipulador. O braço articulado define o posicionamento do robô. Em geral, o braço articulado é manobrado ou movido através de acionamentos manuais, definindo a origem do sistema de coordenadas do robô. 500 300 Figura 3.7 Mesa de coordenadas xz 24 O objetivo de trabalho é um sistema de coordenadas com propriedades especificas associada a ele. O seu uso principal é simplificado devido aos seus deslocamentos e tarefa especifica do processo do objeto. As cargas são importantes ao trabalhar com agarradores. Para posicionar e manipular um objeto da forma mais precisa possível, é preciso considerar o seu peso. Deve-se escolher qual usar para a manobra. O que é um sistema de coordenadas: Um sistema de coordenadas define o espaço em duas ou três dimensões e um ponto zero fixo a partir do qual todos os pontos no espaço do sistema de coordenadas podem ser descritos. A representação do sistema de coordenadas da mesa do modulo de mecatrônica constitui um trabalho nas seguintes coordenadas: 500 300 Z X Figura 3.8 Mesa de coordenadas O sistema de acionamento das coordenadas é executado através dos movimentos manuais do joystick. O sistema de coordenadas da base é mais fácil de usado, pois só depende dos acionamentos mecânicos gerados pelo motor através de polias e correias. 25 Figura 3.9 Garra manipuladora A imagem acima representa o atuador da mesa de coordenadas, sistema montado na extremidade do vinculo da base do robô, cuja tarefa é agarrar objetos com a principal função de transferi-los de um lugar para outro. A operação do atuador é o objetivo final na operação de um robô, assim todos os demais sistemas são projetados para habilitar sua operação. O atuador é de extrema importância na execução de uma tarefa, portanto é necessário que o mesmo sege adequadamente projetado e adaptado as condições do seu meio e área de trabalho. A garra projetada acima tem como função agarrar objetos de diferentes tamanhos e formas, os vínculos são movimentados por pares de cabo, onde um cabo flexiona a articulação e o outro a estende, sua destreza em segurar objetos de formas irregulares e tamanhos diferentes se deve ao grande número de vinculo. 26 500 300 Figura 3.10 Dimensionamento do Motor A imagem acima demonstra o percurso a ser exercido pelo robô para a captura dos materiais, o objetivo é determinar o torque, a potência e a rotação de um motor para elevar uma carga de 1kg a uma altura de 300mm em 3s. A velocidade linear para a carga ser elevada é calculada através da equação 1. (1) ∆𝑠 ∆𝑡 0,3 𝑉= 3 𝑉= 𝑉 = 0,1 𝑚𝑠 −1 A velocidade angular pode ser determinada pela equação 2. 𝑉 =𝜔 ∙𝑅 (2) 0,1 = 𝜔 ∙ 0,004 𝜔 = 25 𝑟𝑎𝑑𝑠 −1 Parreto (2002) forneceu a relação entre a velocidade angular e a rotação pela equação 3. (3) 𝜋 ∙𝑛 30 𝜋 ·𝑛 25 = 30 𝜔= 𝑛 = 238,73 𝑟𝑝𝑚 27 O diagrama de corpo livre representado na figura abaixo, indica que durante o movimento da carga, o motor irá executar uma força tangencial igual a tração na haste que por sua vez é igual a força peso. Figura 3.11 Diagrama de corpo livre da carga que será elevada Com analise da imagem acima chegamos aos seguintes conceitos abaixo: 𝐹𝑡 = 𝑇 = 𝑊 (4) 𝐹𝑡 = 𝑚 ∙ 𝑔 𝐹𝑡 = 1 ∙ 9,8 𝐹𝑡 = 9,8𝑁 Conforme Halliday (2002), a potencia é dada pela equação 5. (5) 𝑃 =𝐹∙𝑉 𝑃 = 9,8 ∙ 0,1 𝑃 = 0,98𝑤 O torque é calculado utilizando a equação 6 (Melconian/2008). (6) 30 ∙ 𝑃 𝜋. 𝑛 30 ∙ 0,98 𝑀𝑡 = 𝜋 ∙ 238,73 𝑀𝑡 = 𝑀𝑡 = 0,0392𝑁𝑚 𝑀𝑡 = 0,0392 ∙ 0,102𝑘𝑔𝑓 ∙ 100𝑐𝑚 𝑀𝑡 = 0,39984𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚 28 Para calcular a frequência em Hz. (7) ℎ = 60 ∙ 𝑓 𝑓= 238,73 60 𝑓 = 4𝐻𝑧 Figura 3.12 Diagrama de corpo livre da carga que será elevada A imagem acima retrata o equilíbrio de um corpo rígido, com isso a imagem demonstra os vetores sendo eles: → = Força de reação no ponto A; 𝑹𝒂 → = Força de reação no ponto B; 𝑹𝒃 → = Força peso; 𝑾𝟏 → = Força peso. 𝑾𝟐 A haste que faz parte do mecanismo de sustentação da mesa de coordenadas constitui de um hyspex ref 74300 homogêneo de massa 1kg está apoiada nos seus extremos A e B, distanciados de 0,5m. Foi colocado uma haste para a sustentação do braço manipulador de 1kg a 23cm da extremidade B. 29 As equações abaixo representaram os módulos das forças que os apoios exercem sobre a barra em A e B, respectivamente. A equação representada abaixo nos mostra uma definição sobre a somatória das forças no eixo x, na situação em que está representada acima não a forças representativas no sentido do eixo x com isso se resultando na somatória das forças em zero. (8) ∑ 𝐹𝑥 = 0 A equação abaixo representará os valores respectivos da força peso atuantes na mesa de coordenadas. (9) 𝜔1 = 𝜔2 = 𝑚. 𝑔 𝜔1 = 𝜔2 = 1 ∙ 9,8 𝜔1 = 𝜔2 = 9,8𝑁 Para chegarmos a esses resultados devemos encontrar o valor respectivo atuante sobre o mesmo, em nosso projeto a haste que sustenta o braço manipulador se torna a carga em que devemos efetuar os cálculos para que o trabalho seja regular. Com isso encontramos w2=1kg se refere a massa da haste do braço manipulador, multiplicando pela equação (m x g) encontramos o valor real do peso da haste sendo 9,8N. A equação aplicada abaixo é uma condição que será adotada para a próxima aplicação, sendo assim: (10) ∑ 𝐹𝑦 = 0 30 A equação tem como objetivo gerar os valores respectivos das forças de reação na vertical do ponto Ra e Rb, portanto: (11) 𝑅𝑎 + 𝑅𝑏 = 𝜔1 + 𝜔2 𝑅𝑎 + 𝑅𝑏 = 9,8 + 9,8 𝑅𝑎 + 𝑅𝑏 = 19,6𝑁 Com a equação acima chegamos ao valor de 19,6N, representando as forças de reação na mesa de coordenadas em sua barra homogênea. A próxima equação a ser abordada nos dará o valor exato da reação de um determinado ponto sendo assim apresentada a somatória dos momentos: (12) ∑𝑀 = 0 Colocando-se zero em uma das extremidades do ponto chegamos a seguinte resolução: (13) 𝑀𝑅𝑎 + 𝑀𝑤1 + 𝑀𝑤2 − 𝑀𝑅𝑏 = 0 Zerando a incógnita MRa e convertendo as unidades de cada valor temos os seguintes resultados: 𝜔1 ∙ 0,25 + 𝜔2 ∙ 0,27 − 𝑅𝑏 ∙ 0,5 = 0 9,8 ∙ 0,25 + 9,8 ∙ 0,27 = 𝑅𝑏 𝑅𝑏 = 2,45 + 2,64 𝑅𝑏 = 5,1𝑁 31 Voltando a equação de (11) encontraremos o valor da incógnita Ra: (14) 𝑅𝑎 + 5,1 = 19,6 𝑅𝑎 = 19,6 − 5,1 𝑅𝑎 = 14,5𝑁 Com a equação efetivada acima chegamos ao valor da ultima incógnita sendo o valor de 14,5N, portanto definisse os valores dos esforços atuantes na barra homogênea e na haste de sustentação do braço manipulador. Analise de simulações mesa de coordenadas xz Propriedade do estudo Nome do estudo Estudo de simulação Tipo de análise Estático Tipo de malha: Malha sólida Tipo de Solver FFEPlus Efeito no plano: Desativado Mola suave: Desativado Atenuação inercial: Desativado Efeito térmico: Inserir temperatura Temperatura de deformação zero 298.000000 Unidades Kelvin 32 Inclui efeitos da pressão de fluidos do Desativado SolidWorks SimulationXpress Atrito: Ignorar Desativado folga para contato com Desativado superfície Usar método adaptável: Desativada Unidades Sistema de unidades: SI Comprimento/Deslocamento mm Temperatura Kelvin Velocidade angular: rad/s Tensão/pressão N/m^2 Propriedades do material Nome do material: 3,1655 (EN AW-2011) Descrição: AlCu6BiPb Origem do material: Tipo de modelo do material: Isotrópico elástico linear Critério de falha predeterminado: Tensão de von Mises máxima Dados do aplicativo: Nome propriedade da Valor Unidades Tipo de valor 33 Módulo elástico Coeficiente 7e+010 N/m^2 Constante de 0.3897 NA Constante de 2.7e+010 N/m^2 Constante 2700 kg/m^3 Constante à 4e+008 N/m^2 Constante de 3.5e+008 N/m^2 Constante de 2.4e-005 /Kelvin Constante 204 W/(m.K) Constante 940 J/(kg.K) Constante Poisson Módulo cisalhamento Massa específica Resistência tração Limite escoamento Coeficiente expansão térmica Condutividade térmica Calor específico Restrições e Cargas Nome da restrição Fixo-1 haste Conjunto de seleção superior Ativado 4 Face(s) fixo. lateral-2, haste superior2, haste superior lateral1, haste superior-1. Fixo-1 haste superior Ativado 4 Face(s) fixo. lateral-2, haste superior2, haste superior lateral1, haste superior-1. Descrição 34 Carga Nome da carga Conjunto de Tipo de seleção carregamento Força-1 haste Ativado 8 Face(s) Carregamento superior lateral-1, aplicar força sequencial haste superior-1, normal 1N haste superior-2, usando haste superior distribuição lateral-2 uniforme Gravidade-1 Gravidade com Carregamento relação à Plano sequencial Descrição superior com aceleração da gravidade-9.81 m/s^2normal ao plano de referência Contato Estado do contato: faces em contato-Livres Contato global Componente de contato: ativado Mesa de Coordenadas Descrição: Informações de malha Tipo de malha: Malha sólida Gerador de malhas usado: Malha padrão Unido 35 Transição automática: Desativada Superfície lisa: Ativada Verificação Jacobiana: 4 Points Tamanho do elemento: 13.73 mm Tolerância: 0.68648 mm Qualidade: Alta Número de elementos: 111080 Número de nós: 205692 Tempo para conclusão da malha 00:01:55 (hh;mm;ss): Nome do computador: USER Forças de reação Conjunto Unidades Soma X Soma Y Soma Z Resultante de seleção Todo corpo o N 0.000882328 66.9144 0.000948053 66.9144 36 Forças de corpo livre Conjunto Unidades Soma X Soma Y Soma Z Resultante 5.15338e- 3.76205e- 2.58492e- 4.59352e- 006 005 005 005 Soma X Soma Y Soma Z Resultante 0 0 0 1e-033 de seleção Todo o N corpo Momento de corpo livre Conjunto Unidades de seleção Todo o N-m corpo Resultados do estudo Resultados predeterminados Nome Tipo Tensão1 VON: tensão 0.965026 de von Mises Mín N/m^2 Nó: 160259 Local Máx. (7.20029 mm, 315038 -282.101 mm, -214.336 mm) N/m^2 Nó: 84867 Local (312.489 mm, -22.8946 mm, -210 mm) 37 Deslocamento1 URES: Deslocament o resultante Deformação ESTRN 1 Esforço equivalente 0 mm (440.7 mm, Nó: -21.1014 mm, 18263 : 2.11079e -010 Elemento : 83115 -250 mm) 0.001067 31 mm Nó: 77987 (5.23566 mm, 2.49855e -281.538 mm, -212.84 mm) -006 Elemento : 37005 (306.489 mm, -36.6024 mm, 5.96601e-006 mm) (312.741 mm, -24.1789 mm, -206.609 mm) Figura 3.13 Analise de plotagem deformação estática mesa de coordenadas xz 38 Figura 3.14 Analise de plotagem deformação estática mesa de coordenadas xz A imagem acima retrata os estudos mecânicos executados na aplicação da mesa de coordenadas eixos xz, a simulação anterior retrata o nível de deformação gerada na estrutura dos perfis, os testes gerados se adequaram a uma determinada situação onde é gerada uma carga de 1N sobre a parte superior dos perfis de alumínio, assim gerando os pontos críticos para uma possível deformação dos elementos estruturais do projeto. Com base nas analise a figura 3.14 representa os pontos críticos diante de uma escala de cores onde cada cor é determinada a um nível de deformação, a região que é representada pela cor azul atribui a possibilidade de não sofrer deformações na atribuição de uma determinada carga de no máximo 1N, nestas analises os ponto que representam maiores criticas são os pontos de ligação da estrutura onde se atribuem a fixação dos elementos sendo eles cantoneiras e parafusos, esses elementos sofrem uma determinada forção de deformação na escala se atribui a cor amarela levando a um nível de atenção. 39 Figura 3.15 Analise de plotagem deslocamento estático mesa de coordenadas xz Os estudos elaborados no deslocamento estático retribuem na construção do projeto com suma importância na analise de estrutura, pois é a parte de um corpo que deve suportar os esforços nele aplicados. Sendo assim, é possível classificar os esforços que atuam nesta estrutura sendo os esforços externos e esforços internos. Os esforços externos neste protótipo são aqueles que são aplicados por outros agentes. Os esforços internos são aqueles que aparecem nos pontos internos dos sólidos acima, oriundos da existência dos externos. Os esforços externos gerados nesta prototipagem podem ser divididos em esforços de ação e esforços de reação. Na figura 2.15, uma carga é determinada nas faces superiores dos perfis sendo respectivamente de 1N está força corresponde a um esforço de ação para está estrutura, representando pela força F. Note-se que se esta mesa de coordenadas não estivesse apoiada em um plano, ela sofreria um deslocamento vertical no sentido da força. 40 Figura 3.16 Analise de plotagem deslocamento estático mesa de coordenadas xz A força atribuída da face superior traz as margens da escala que representa o ponto centra da estrutura como uma parte critica no projeto, ao ser atribuída uma força de 1N, o projeto submetido a tal esforço pode geral a ruptura da estrutura em seu perfil central, as cores amarela e vermelha representada na imagem é demonstrada na escala de analise como regiões que são submetidas a grandes esforços de deslocamento. Os ensaios anteriormente mencionados objetivam a conduta dos componentes ou materiais sujeitos a esforços específicos e os limites físicos desses tipos de esforços nas estruturas e na estabilidade, além de determinar as características mecânicas inerentes tais componentes ou ao material envolvido. Existem outros teste, denominados ensaios de fabricação, que objetivam determinar a conduta dos materiais envolvidos diretamente na fabricação, em geral nos processos que envolvem a conformação mecânica de perfis, chapas, tubos e outros, e por meio desses resultados, determinar ou alterar os processos e os equipamentos envolvidos. Nestes ensaios podem ser constatados, efetivamente, na grande maioria dos casos, que a resistência á fadiga é seriamente reduzida quando existe na peça um acidente geométrico, como por exemplo, um entalhe ou um orifício, que provoca o aparecimento de concentração de tensões. Como órgãos de máquinas e estruturas metálicas como neste projeto contêm invariavelmente concentradores de tensão, furos, rasgos, filetes de rosca, orifícios, concordâncias, 41 rebaixos, entre outros, é de se esperar que as trincas de fadiga iniciem nestas irregularidades geométricas. Portanto, uma das melhores maneiras de se reduzir o risco da falha por fadiga é tentar eliminar ao máximo esses concentradores de tensões, é por meio de um projeto cuidadoso e pelo controle mais cuidadoso e pelo controle mais adequado na fabricação. O efeito de concentradores de tensão é estudado geralmente por meio de ensaios de corpos de prova com detalhes, sendo estes normalmente e forma de “V” ou circular. Um entalhe, além de produzir uma concentração de tensão, também cria condição de tensão localizada triaxial (SOUSA, 1982, MEYERS e CHAWLA, 1982). 42 3.2 PROJETO ELÉTRICO Ponte H é um circuito eletrônico que permite que o micro controlador forneça a corrente necessária para o funcionamento do Motor de corrente contínua, visto que o micro controlador normalmente trabalha em 5V e em baixas correntes, enquanto o motor DC costuma exigir altas potências. Além disso, a Ponte-H torna possível que o motor rode tanto para um sentido quanto o outro. Estes circuitos são geralmente utilizados em robótica e estão disponíveis em circuitos prontos ou podem ser construídos por componentes. Figura 3.17 Circuito de acionamento de motor Ponte H O nome ponte H é dado pela forma que assume o circuito quando montado. O circuito é construído com quatro "chaves" (S1-S4) que são acionadas de forma alternada (S1 e S4 ou S2 e S3). Para cada configuração das chaves o motor gira em um sentido. As chaves S1 e S2 assim como as chaves S3 e S4 não podem ser ligadas ao mesmo tempo, pois podem gerar um curto circuito. Para construção da ponte H pode ser utilizado qualquer tipo de componente que simule uma chave liga-desliga como transistores, relés, MOSFETs. Para que o circuito elétrico fique protegido, é aconselhável que sejam configuradas portas lógicas com componentes 7408 e 7406 a fim de que nunca ocorram as situações de curto circuito descritas acima. Para evitar possíveis danos quando os transistores são desligados, é ideal adicionar um diodo em paralelo com cada transistor com a finalidade de drenar a corrente que poderia forçar a passagem através dos transistores, pois as propriedades indutivas do motor forçam a corrente a continuar fluindo. 43 Figura 3.18 Circuito de acionamento de motor Ponte H A imagem abaixo representa o acionamento do motor para a movimentação do eixo no sentido horário. Figura 3.19 Circuito de acionamento de motor Ponte H A imagem abaixo representa o acionamento do motor para a movimentação do eixo no sentido anti-horário. Figura 3.20 Circuito de acionamento de motor Ponte H 44 Determinando para o projeto a resistividade de um fio de cobre [𝜚 = 1,7 ∙ 10−8 Ω ∙ 𝑚] de comprimento de 2m (Cruz/2006): (15) 𝑅= 𝜚∙ℓ 𝐴 = 1,7 ∙ 10−8 ∙2 441,7 10−3 = 𝑅 ≅ 7,69 ∙ 10−8 Ω Calculo para área do fio (Cruz/2006): (16) 𝐴=𝜋∙ ∅2 0,752 = 𝐴=𝜋∙ = 441,7 10−3 𝑚2 4 4 45 CAPITULO 04 RESULTADOS Os resultados apresentados correspondem ao desenvolvimento do projeto integrador mesa de coordenadas eixos x e z. O grupo pode chegar aos conhecimentos científicos de diversas áreas do módulo de mecatrônica deis da elaboração de projeto como no desenvolvimento de atividades praticas de cada componente, o grupo teve como foco na matéria de desenho técnico desenvolver a leitura e interpretação de desenhos técnicos mecânicos do projeto envolvendo em uma integração com a matéria de mecânica básica onde seguem neste documento os cálculos mecânicos para a descrição e evolução do projeto, a disciplina de elétrica contribui neste trabalho com conceitos de suma importância para o acionamento geral dos mecanismos, com isso englobando com os fundamentos de mecatrônica. A seguir serão mostrados resultados do projeto as imagens impostas representam o decorrer da construção do mesmo onde a equipe absorveu diversas experiências na construção de projeto dando assim um ponta pé inicial na carreira acadêmica da engenharia mecatrônica. Figura 4.1 Mesa de coordenadas eixo x e z desenvolvimento 46 A imagem acima corresponde à evolução do projeto como na parte mecânica e elétrica para o acionamento dos motores assim o grupo encontrou resultados no desenvolvimento das atividades. O desenvolvimento da parte elétrica para o acionamento dos motores foi concluída com êxito e agilidade, pois o grupo concluiu o sistema de acionamento em um período de um mês e meio antes da data para a apresentação do projeto diante da banca examinadora, não encontrado quais querem dificuldades na implantação da mesa de coordenadas, seguindo o esquema desenvolvido no titulo 3.2 projeto elétrico deste documento. Os resultados apresentados a seguir se referem às evoluções do projeto mecânico envolvendo em seu escopo o controle de medidas respeitando os termos para a aprovação do projeto, dimensionamentos mecânicos como apoio, esforços aplicados na estrutura e analises. Figura 4.2 Mesa de coordenadas eixo x e z garra mecânica A imagem acima representa o planejamento e evolução da garra mecânica do projeto responsável pelo objetivo centrar o transporte de cargas no ambiente industrial pelo eixo x se locomovendo nos extremos da mesa e para coletar o objeto trabalhando no eixo z, na construção do projeto foram desenvolvidas diversas prototipagens para o ambiente de trabalho teste, chegando assim em conceitos para a criação da garra mecânica neste trabalho os conceitos de automação e controle que estão intimamente relacionados com a hidráulica, pois 47 está área da tecnologia possui dispositivos para a atuação mecânica rotacional e translacional para uma vasta gama de forças, torque, velocidade e rotações tendo como principal função trabalhar nos parâmetros da evolução e criação da garra mecânica para a coleta da carga de transporte. O fluido utilizado no projeto para o acionamento mecânico da garra é uma substancia que se deforma continuamente sob a aplicação de uma tensão de cisalhamento, não importando quão pequena possa ser esta tensão. De acordo com os estados da matéria o fluido compreende a fase liquida, a distribuição de a distribuição de um fluido e os demais estados possíveis da matéria torna-se clara quando comparado um fluido. Por sua vez, o sistema hidráulico empregam líquidos, como óleos minerais, fluidos á base de água e fluidos sintéticos, tratados como viscosos e na maioria das vezes, como incompressíveis (LINSINGEN, UFSC 2001). Figura 4.3 Garra mecânica por acionamento hidráulico A imagem acima retrata as características de construção da garra mecânica para o acionamento de trabalho, o fluido que contem no cilindro (a) é gerado da composição H2O onde se encontra em uma ligação por uma determinada tubulação do material látex que está diretamente ligada no cilindro (b) que está acoplado na haste da garra que é composta por (-[CO-O-pPh-C(CH3)2-pPh-O])n policarbonato, para a junção da garra foram empregados parafusos para a união dos materiais. 48 Figura 4.4 Acoplamento da união dos eixos x e z com garra A imagem acima retrata a união dos eixos x e z com a garra de acionamento mecânico a união se trata dos sistemas mecânicos entre polia e correia tratados neste documento 2.7 sistema de transmissão polia e correia, na evolução das atividades praticas o grupo encontrou uma serie de atividades a serem trabalhados para realizar a junção dos determinados mecanismos os principais fatores de execução para a junção foram à criação e adaptação de peças reaproveitadas para a construção que viabiliza a economia e sustentabilidade do mesmo. A utilização da oficina mecânica da instituição foi de grande proveito para a evolução das tarefas, como na perfuração de peças para o acoplamento das polias do eixo direcional x, como para a criação de peças reaproveitadas que passariam pelo processo de corte e perfuração. 49 CONCLUSÃO Através do desenvolvimento deste trabalho, conclui-se que sua primeira etapa diante dos novos recursos que serão implementados no decorrer dos próximos semestres da engenharia mecatrônica, foi possível estudar uma variedade de teorias que são utilizadas na formação deste projeto no qual se consiste de aplicações envolvendo o conceito de máquinas de elevação e transporte. Esse trabalho englobou duas grandes áreas do curso de engenharia que são: mecânica básica implementando todos os conceitos sendo teóricos quanto práticos e a elétrica que programa no projeto todo o conjunto para os acionamentos, este conjunto permite ao aluno aplicar os conhecimentos obtidos em algo prático que tem o retorno visual do comportamento da mesa de coordenadas xz. Os fatores que se ressalta no desenvolvimento desse trabalho é a mecânica implementada, no decorrer são explorados cálculos para o dimensionamento de elementos implementado sendo o motor responsável pelas coordenadas de elevação e transporte, os resultados obtidos nesse estudo traz a definição da teoria para a prática visual do projeto, os principais fatos também são determinados diante do diagrama de corpo livre, são analisados e associados no projeto para que não venha a ocasionar desgastes mecânicos inesperados, como elemento crucial a estrutura da garra de elevação de carga, sendo os desgastes possíveis a serem apresentados: tensão, deslocamento estático, fadiga, falhas e aquecimento de propriedades materiais. No ambiente estrutural foram desenvolvidas analises e simulações representativas do projeto, para obter resultados sendo eles: restrições e cargas, forças de reação a uma determinada força desconhecida exercida sobre a estrutura central, analise de plotagem de deformação estática, contatos entre elementos mecânicos e deformações. Este trabalho não só contribuiu na aplicação das teorias mecânicas e elétricas de acionamentos, mas também no ambiente externo do projeto sendo o ambiente industrial que tem implementado esse tipo de processo em sua manufatura de produção, baseada na utilização de robôs manipuladores para realização de tarefas pré-determinadas e repetitivas, neste panorama os robôs manipuladores 50 estão sendo cada vez mais utilizados em atividades que envolvem precisão e alta velocidade. Para dar continuidade neste trabalho de conclusão de modulo, a partir dos resultados obtidos através de cálculos e simulações mecânicas deve-se trabalhar os graus de liberdade a serem desenvolvidas a alta precisão e velocidade, também na evolução buscando a implementação de elementos programáveis para acionamentos autônomos. 51 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CRUZ, E. Eletricidade Aplicada em Corrente Contínua: Teoria e Exercícios; Editora Érica; 2006. MELCONIAN, S. Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais, Érica. São Paulo, 1999. HALLIDAY. Física – Volume 1 – 5 edição, Ltc. 2002. LINSINGEN, Irlan von. Fundamentos de sistemas hidráulicos. Florianópolis: Edufsc, 2001. SOUZA, Sérgio A. de. Ensaios mecânicos de materiais metálicos: Fundamentos teóricos e práticos. 5.ed. São Paulo: Ed. Edgard Blucher, 1982. 52 ORIENTAÇÕES DO PROFESSOR __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________