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Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

1. Introdução à mecatrônica

2. A mecatrônica no contexto da automação

3. Sistema biológico versus sistema mecatrônico

4. Mecatrônica: definições básicas

5. Conceitos básicos de mecatrônica

6. Níveis de automação

CAPÍTULO 1

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Mecatrônica:

Aplicação combinada de conhecimentos de áreas tradicionais, como a engenharia mecânica, a eletrônica, controle e a computação de forma integrada e concorrente.

Objetivos:

Apresentação de conceitos e definições básica

Formação profissional em mecatrônica em nível nacional e internacional.

Estudo de impactos na sociedade (tecnológicos, sociais e econômicos)

1. Introdução à mecatrônica

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2. A mecatrônica no contexto da automação

Conceitos básicos adquiridos de forma sólida e o mais abrangente possível, incluindo a modelagem de sistemas, a simulação, o controle, a cinemática e a dinâmica de sistemas mecânicos e mecatrônicos.

Visão multidisciplinar e sistêmica abrangendo a mecânica, a eletroeletrônica e a informática.

Aprendizado baseado na experimentação, de modo a eliminar o fosso existente entre o projeto meramente acadêmico e o mundo real com suas limitações e compromissos entre a técnica, o custo e as idiossincrasias do mercado consumidor.

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3. Sistema biológico versus sistema mecatrônico

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Sistema biológico versus sistema mecatrônico

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É a combinação sinergética de engenharia mecânica, eletrônica e de computação aplicada ao desenvolvimento de produtos e sistemas (Ashley, 1997).

Definição 1Definição 1

4. Mecatrônica: definições básicas

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Mecatrônica: definições básicas

• Schweitzer, ETH de Zurich - Suíça (1996): área interdisciplinar que combina a engenharia mecânica, a engenharia eletrônica e ciências da computação.

• Van Brussel, KUL, Universidade Católica de Leuven - Bélgica (1996): combinação das áreas de mecânica, controle, microeletrônica e ciência da computação numa abordagem de engenharia concorrente, com uma visão simultânea das possibilidades nas diferentes disciplinas envolvidas, em contraste com as abordagens tradicionais que em geral tratam os problemas separadamente.

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• Salminen, Empresa Fimet - Finlândia (1996): combinação de mecânica e eletrônica, considerando as ciências da computação ferramenta integrante das engenharias, com o objetivo de melhorar a operação, aumentar a segurança e reduzir custos de máquinas e equipamentos.

• Acar, Universidade de Loughborough - Inglaterra (1996): filosofia de projeto, baseada na integração de microeletrônica, computação e controle em sistemas mecânicos, com o propósito de obter a melhor solução de projeto e produtos com certo grau de ‘inteligência’ e ‘flexibilidade’.

Mecatrônica: definições básicas

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Definição 2Definição 2

Mecatrônica: definições básicas

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Exemplos de aplicações

• Sistemas automotivos: freios ABS, sistemas de suspensão controlados por computador.

• Sistemas aeroespaciais: controle de altitude por satélite, sistemas fly-by-wire em aeronaves, controle ambiental em estações espaciais.

• Sistemas médicos: órgãos artificiais, cirurgias minimamente invasivas.

• Sistemas prediais: domótica, edifícios inteligentes.

• Bens de consumo: eletrodomésticos, equipamentos esportivos.

• Sistemas de manufatura: centros de usinagem, utilização de robôs na manufatura.

• Processamento de materiais: indústrias química, alimentícia etc.

Os sistemas mecatrônicos estão em toda parte!!

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Produtos x Sistemas

• A mecatrônica e o desenvolvimento de sistemas

O sistema desenvolvido é um sistema mecatrônico, composto por elementos mecânicos e eletrônicos e controlado por um sistema computacional.

• A mecatrônica e o desenvolvimento de produto

O desenvolvimento do produto segue uma abordagem mecatrônica: é realizado utilizando ferramentas de CAD, CAE, CAM, CAPP.

As duas interpretações podem ser combinadas!

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5. Conceitos básicos de mecatrônica

SensoresAtuadoresRealimentação

Sistemas mecatrônicos

Sensores: obtenção das informações do mundo físico, resultando em ações de controle.Atuadores: a partir do sistema de controle, interação sobre o sistema físico.

Realimentação: A estrutura de controle pode representar sistemas com diversos níveis de complexidade.

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Elementos de um sistema mecatrônico

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Mecatrônica

O conceito de mecatrônica representa a combinação adequada de materiais (resistência dos materiais, comportamento térmico etc.), mecanismos (cinemática, dinâmica), sensores, atuadores, eletrônica e processamento digital (controle, processamento de sinais, simulação, projeto assistido por computador), possibilitando o seguinte:

a) Desenvolvimento do projeto

b) Desenvolvimento do produto

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Desenvolvimento do projeto

• simplificação do sistema mecânico;

• redução de tempo e custo de desenvolvimento;

• facilidade de introduzir modificações ou novas capacidades;

• flexibilidade para receber futuras modificações ou novas funcionalidades.

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Desenvolvimento do produto

• flexibilidade de operação (programabilidade);

• inteligência (capacidade para sensoriamento e processamento das informações, permitindo a adaptação a diferentes condições de operação);

• automonitoramento e prevenção ativa de acidentes;

• autodiagnóstico em caso de falhas;

• redução do custo de manutenção e do consumo de energia;

• elevado grau de precisão e confiabilidade.

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6. Níveis de automação

1. Componente (circuitos integrados, sensores, atuadores, mecanismos);

2. Máquina (máquinas de usinagem, medição, inspeção, movimentação, embalagem);

3. Sistema (FMS – sistemas flexíveis de manufatura, FAS – sistema de automação de fábrica, CIM – sistemas integrados de manufatura).

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Complexidade de um sistema mecatrônico