análise e documentação de um manipulador com cinco graus de ...

i

ANLISE E DOCUMENTAO DE UM MANIPULADOR COM CINCO GRAUS

DE LIBERDADE

Rodrigo de Souza e Silva Picana

Projeto de Graduao apresentado ao Curso

de Engenharia Mecnica da Escola

Politcnica, Universidade Federal do Rio de

Janeiro, como parte dos requisitos

necessrios obteno do ttulo de

Engenheiro.

Orientador: Prof. Vitor Ferreira Romano;

Dott. Ric.

Rio de Janeiro

Maro de 2014

ii

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

Departamento de Engenharia Mecnica

DEM/POLI/UFRJ


DE LIBERDADE


PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO

DE ENGENHARIA MECNICA DA ESCOLA POLITCNICA DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS

REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE

ENGENHEIRO MECNICO.

Aprovado por:

________________________________________________

Prof. Vitor Ferreira Romano; Dott. Ric. (orientador)

________________________________________________

Prof. Thiago Gamboa Ritto; DSc

________________________________________________

Prof. Fernando Pereira Duda; DSc

________________________________________________

Prof. Armando Carlos de Pina Filho; DSc

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

MARO DE 2014

i

Picana, Rodrigo de Souza e Silva.

Anlise e documentao de um manipulador com cinco graus de

liberdade/ Rodrigo de Souza e Silva Picana- Rio de Janeiro - UFRJ/

Escola Politcnica, 2014.

VIII, 58 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Prof. Vitor Ferreira Romano.

Projeto de Graduao UFRJ/ Escola Politcnica/ Curso de

Engenharia Mecnica, 2014.

Referncias Bibliogrficas: p. 59-60.

1. Robtica. 2. CAD. 3. Parmetros DH. 4. Modelagem. 5.

Documentao. 6. Dimensionamento. 7. Desenho Tcnico. I. Romano,

Vitor Ferreira. II Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola

Politcnica, Curso de Engenharia Mecnica. III. Ttulo.

ii

DEDICATRIA

Dedico este trabalho minha famlia e amigos que sempre me apoiaram.

Durante esse tempo de graduao pude adquirir uma vasta gama de conhecimentos

tericos e prticos que certamente me tornaro um profissional mais completo. Assim,

quero dedicar instituio UFRJ e a todo seu corpo docente.

iii

AGRADECIMENTO

A Deus, por estar sempre ao meu lado, me dando foras quando preciso. Aos

meus pais Joo Pinheiro Picana e Elma coelho de Souza e Silva, pelo apoio e amor

incondicional e pelos ensinamentos fundamentais da vida que me tornaram o homem

que sou hoje. Ao meu irmo Marcio Renato Picana e a minha namorada Mait Lopes

de Almeida, por serem uma fonte de afeto e carinho mesmo nos momentos mais

difceis.

Agradecimento aos meus amigos e futuros Engenheiros Mecnicos: Filippe

Guedes, Mauricio Iglesias e Marcelo Martinez.

Agradeo ao meu orientador Vitor Ferreira Romano pela presena marcante na

minha formao, pelo tema sugerido, pela orientao e pela confiana depositada em

mim.

iv

Resumo da Monografia apresentada Escola Politcnica / UFRJ como parte dos

requisitos necessrios para a obteno do grau de Engenheiro Mecnico


DE LIBERDADE


Maro/2014

Orientador: Vitor Ferreira Romano

Curso: Engenharia Mecnica

O presente trabalho consiste da anlise de um manipulador robtico de cinco graus

de liberdade, projetado e construdo no Laboratrio de Robtica da Universidade

Federal do Rio de Janeiro em 1989, cuja documentao foi perdida ao longo dos anos.O

trabalho visa o estudo do manipulador atual para a sua futura recuperao do para fins

didticos. O Projeto de Graduao foi dividido nas seguintes etapas: documentao

tcnica (desenhos de peas e montagens), anlise cinemtica, anlise esttica, anlise do

sistema de transmisso e sugestes de modificaes de componentes em relao ao

projeto original. Durante o desenvolvimento do trabalho foram utilizados recursos

computacionais como a modelagem slida em CAD3D (programas TopSolid e

Solidworks) e simulao numrica com o aplicativo Robotics Tool Box do programa

MatLab. Como resultado obteve-se a documentao completa dos componentes com as

sequncias de montagens, a montagem fsica do manipulador, alm da verificao da

viabilidade de utilizao de novos atuadores e sistemas de transmisso para uso futuro

do equipamento.

Palavras-chave: Robotica, Modelagem, CAD, Parmetros DH, Montagem e Desenho

Tcnico.

v

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial

fulfillment of the requirements for the degree of Engineer.

DOCUMENTATION AND ANALYSIS OF A ROBOTIC HANDLER WITH FIVE

DEGREES OF FREEDOM


March/2014

Advisor: Vitor Ferreira Romano, DSc.

Course: Mechanical Engineering

This work consists of analyzing a robotic manipulator with five degrees of

freedom , designed and built in the Robotics Laboratory of the Federal University of

Rio de Janeiro in 1989 , whose documentation has been lost over the years .The work

aims to study the current handler for future recovery for didactic purposes. The

Graduation Project has been divided into the following steps: technical documentation

(drawings of parts and assemblies), kinematic analysis, static analysis, analysis of the

transmission system and suggestions for modifications of components to the original

design. During the development of the work computational resources work as solid

modeling CAD3D (TopSolid and Solidworks programs) and numerical simulation with

the Robotics Tool Box application from MatLab program were used. As a result we

obtained the full documentation of the components with the sequences of assemblies,

the physical assembly of the manipulator, besides verifying the feasibility for using new

actuators and drive systems for future use of the equipment.

Keywords: Robotics, modeling, CAD, DH parameters, assembling and technical

drawings.

vi

SUMRIO

DEDICATRIA ............................................................................................................... ii

AGRADECIMENTO ...................................................................................................... iii

NDICE DE FIGURAS ................................................................................................. viii

NDICE DE TABELAS ................................................................................................... x

1. INTRODUO ................................................................................................... 11

1.1. Motivao ........................................................................................................ 11

1.2. Objetivos Gerais .............................................................................................. 11

1.3. Organizao do Texto ....................................................................................... 11

2. UMA VISO GERAL DOS MANIPULADORES ROBTICOS....................... 13

2.1. Robtica ........................................................................................................... 13

2.1.1 reas de Aplicao da Robtica ...................................................................... 13

2.2. Robtica Industrial .............................................................................................. 15

2.2.1. Componentes do Rob Industrial ..................................................................... 16

2.2.2. Principais aplicaes industriais ....................................................................... 18

2.2.3. Efetuadores Mecnicos (end-effectors) ............................................................ 19

2.2.4. Principais configuraes e caractersticas de manipuladores mecnicos ......... 22

2. MODELAGEM E DOCUMENTAO............................................................ 23

3.1. Funes do Software ........................................................................................ 23

3.2. Documentao de Projeto ................................................................................ 23

3.2.1. Desenho Tcnico ...................................................................................... 23

3.2.2. Lista de Material ....................................................................................... 24

3.2.3. Manual de Montagem ............................................................................... 25

4. HISTRICO DO MANIPULADOR DE CINCO GRAUS DE LIBERDADE 27

5. DOCUMENTAO ........................................................................................... 29

5.1. Processo de registro ........................................................................................ 29

5.2. Modelagem ...................................................................................................... 31

vii

5.3. Documentao tcnica ..................................................................................... 33

5.4. Materiais utilizados .......................................................................................... 35

5.5. Itens .................................................................................................................. 37

5.6. Manual de montagem ....................................................................................... 37

6. MODELAGEM DA POSIO .......................................................................... 38

6.1. Parmetros de Denavit- Hartenberg: ................................................................ 38

6.2. Transformao Homognea Direta .................................................................. 38

6.3. Volume de trabalho .......................................................................................... 43

7. ANLISE ESTTICA ........................................................................................ 45

7.1. Propriedades dos Conjuntos ............................................................................. 45

7.2. Calculo das Foras e Momentos ...................................................................... 45

8. SISTEMA DE TRANSMISSO ........................................................................ 47

8.1. Anlise do sistema de transmisso ................................................................... 47

8.2. Dimensionamento das Engrenagens ................................................................ 49

8.3. Dimensionamento de Polias ............................................................................. 51

9. ANLISE DE SUGESTES DE MODIFICAES DE COMPONENTES. ... 52

10. CONCLUSO ..................................................................................................... 57

10.1. Resultados e Concluses; ............................................................................. 57

10.2. Sugestes Para Trabalhos Futuros ............................................................... 57

10.2.1. Modificaes no Manipulador; ................................................................. 57

10.2.2. Sistema de Comando Eletrnico............................................................... 57

APNDICE A TABELA DE MATERIAIS ................................................................ 61

APNDICE B ANALISE CINEMTICO E D-H ...................................................... 62

APNDICE C DESENHOS TCNICOS ................................................................... 63

APNDICE D MANUAL DE MONTAGEM ............................................................ 64

viii

NDICE DE FIGURAS

Figura 1 Rob Industrial UNIMATE [27] ...................................................................... 15

Figura 2 Exemplo de um rob industrial [27] ................................................................ 16

Figura 3 Detalhe do pulso de manipuladores [27] .......................................................... 19

Figura 4 Tipos bsicos de preenso de uma mo humana. [27] ..................................... 20

Figura 5 Esquemas de diversos tipos de garras.[27] ...................................................... 20

Figura 6 Exemplo de garras robticas sem dedo, pesquisa da Universidade de Chicago.

........................................................................................................................................ 21

Figura 7 Trocador de ferramenta rpida (Tool Changer)[25]......................................... 21

Figura 8 Tipos de juntas em manipuladores[27] ............................................................ 22

Figura 9 Exemplo de representao de desenho tcnico de um meio-corte em uma

engrenagem [25] ............................................................................................................. 24

Figura 10 Exemplo de vista explodida com materiais, referente disciplina [25] ........ 25

Figura 11 Exemplo de vista com manual de montagem ................................................. 26

Figura 12 Imagem de poca do manipulador ................................................................. 27

Figura 13 Imagem antes da restaurao ......................................................................... 28

Figura 14 Vista desmontada da junta ............................................................................. 29

Figura 15 Vista desmontada do antebrao ...................................................................... 29

Figura 16 Vista desmontada dos atuadores .................................................................... 30

Figura 17 Vista montada da junta ................................................................................... 30

Figura 18 Vista das peas que compoem da garra.......................................................... 30

Figura 19 Vista montada da garra .................................................................................. 31

Figura 20 Interface grfica do software de modelagem ................................................. 32

Figura 21 Vista isomtrica do conjunto .......................................................................... 32

Figura 22 Padro de legenda .......................................................................................... 33

Figura 23 Tabela de Rugosidade segundo a NBR 8404 [22] ......................................... 34

Figura 24 BA-04 Valor da massa obtido na balana ...................................................... 36

Figura 25 BA-05 Valor da massa obtido na balana ...................................................... 36

Figura 26 (a) Adesivo usado para fixao do rolamento, (b) Adesivo para juno de um

componente eletrnico. ................................................................................................... 37

Figura 27 Esquema simplificado do manipulador mecnico.......................................... 39

Figura 28 Representao do manipulador mecnico. ..................................................... 39

ix

Figura 29 Manipulador na posio de origem. ............................................................... 42

Figura 30 Manipulador numa posio A de captura....................................................... 42

Figura 31 Volume de trabalho do manipulador ZY ....................................................... 44

Figura 32 Volume de trabalho do manipulador XY ....................................................... 44

Figura 33 Foras e momentos do Manipulador .............................................................. 46

Figura 34 Posio do cabo de ao, em amarelo, para rotao da primeira junta ............ 47

Figura 35 Variao angular da junta 2............................................................................ 48

Figura 36 ngulos mximos obtidos na terceira junta ................................................... 48

Figura 37 Posio do cabo de ao na Junta3 .................................................................. 49

Figura 38 variao angular da garra. .............................................................................. 49

Figura 39 Conjunto Coroa Pinho .................................................................................. 50

Figura 40 Manipulador com suas polias expostas .......................................................... 51

Figura 41 Polia da Junta principal com seu canal largo ................................................. 51

Figura 42 Vista modelada e perpendicular ao conjunto coroa pinho ........................... 52

Figura 43 Vista real e perpendicular ao conjunto coroa pinho ..................................... 53

Figura 44 Um batente improvisado para fim de curso da junta principal ...................... 53

Figura 45 Duas Placas Maiores sendo utilizada entre o Anel e Chapa Lateral .............. 54

Figura 46 Chapinha compensando o espaamento entre o Apoio e a Carenagem ......... 54

Figura 47 Furo do Cilindro central ................................................................................. 55

Figura 48 Borracha para espaar apoio .......................................................................... 55

Figura 49 (a) Atuadores fixados na Chapa, (b) A chapa e todos seus detalhes cortados.

........................................................................................................................................ 56

Figura 50 Modelo de sistema de controle de um rob utilizando processamento de

imagem [28] .................................................................................................................... 58

x

NDICE DE TABELAS

Tabela 1 Resumo dos cdigos usados na montagem do conjunto. ................................. 35

Tabela 2 Relao massa da balana com massa terica. ................................................ 36

Tabela 3 Parmetros D-H ............................................................................................... 39

Tabela 4 Dimenses gerais de cada elo para calculo estrutural ..................................... 45

Tabela 5 Tabela com as medidas do par de engrenagens coroa - pinho ....................... 50

Tabela 6 Tabela com os ndices de cada coluna ............................................................. 61

11

1. INTRODUO

1.1.Motivao

Manipuladores so os braos do homem moderno. A robtica tem possibilitado ao

ser humano alcanar lugares que antes nunca foram possveis e em condies que o

homem no conseguiria atuar.

fato que, com novas tecnologias de fabricao, a automao se tornou o principal

expoente em desenvolvimento. Com isso, projetos mais desafiadores e precisos tm

surgido. Atualmente, muitos estudos na rea de simulao robtica esto voltados para o

desenvolvimento de sistemas que ofeream ao usurio maiores facilidades de criao,

modelagem e de simulao de manipuladores.

Na rea da robtica industrial, diversos sistemas de simulao e modelagem tm

sido desenvolvidos, aprimorados e atualizados por pesquisadores acadmicos, empresas

especializadas e, principalmente, pelos fabricantes de robs.

1.2.Objetivos Gerais

O objetivo principal desta monografia analisar e documentar o manipulador de cinco

graus de liberdade fabricado no Laboratrio de Robtica da Universidade Federal do Rio

de Janeiro. Esse processo ser composto pela documentao de todas as peas do

manipulador, interpretao dos seus movimentos, analise cinemtica, analise esttica, e

modificaes para uma otimizao do projeto.

1.3. Organizao do Texto

O contedo desta monografia apresentado em dez captulos, incluindo esta

introduo. No captulo 2, apresenta-se uma breve descrio histrica da robtica e de sua

introduo na indstria, descrevem-se tambm os principais componentes, caractersticas,

aplicaes e configuraes dos robs industriais. Ao abordar o captulo 3, encontram-se

informaes importantes sobre modelagem em Solidworks e organizao de documentao

tcnica. No capitulo 4, abordado todo o histrico do manipulador estudado para este

trabalho.

No captulo 5, descrito todo o processo de documentao do manipulador em

questo: processo de registro, modelagem, documentao tcnica, materiais utilizados e o

seu manual de montagem. Apresentam-se tpicos explicando todos os critrios utilizados

no layout da documentao tcnica e em consideraes utilizadas. Ao abordar o captulo 6,

12

feito o estudo terico da cinemtica atravs dos parmetros de Denavit-Hartenberg e das

matrizes de transformao, concluindo com a modelagem paramtrica de um rob

industrial real. Tambm a descrio da cinemtica direita e inversa, que se pode notar o

uso da ferramenta Robotics Toolbox para Matlab para estudar as posies do manipulador.

No captulo 7, foi feito o clculo da anlise esttica e seus momentos, que podero ser

usados para definir os atuadores. Ao abordar o captulo 8, ser estudado o sistema de

transmisso do rob e definido todos os elementos de transmisso. Ainda neste captulo,

sero estudados os tipos de engrenagem, correia e polia utilizada. No Captulo 9, sero

verificados erros e excessos cometidos no rob ao longo de sua fabricao, erros devido

m fabricao e a dimensionamentos de m qualidade.

Por ltimo, na concluso, sero expostos os resultados finais obtidos ao longo dos

estudos realizados e as modificaes futuras para uma otimizao do projeto do

manipulador. Neste captulo, tambm ser abordada uma introduo a um sistema de

controle para o manipulador robtico.

13

2. UMA VISO GERAL DOS MANIPULADORES ROBTICOS

Ao longo da histria, o homem sonhou com seres capazes de realizar movimentos e

terem comportamentos semelhantes aos dos animais e at mesmo com os do prprio

homem. Mas, no fundo, buscava livrar-se de tarefas indesejveis, perigosas ou cansativas, o

que permitiu a construo de mecanismos engenhosos que resultaram na robtica atual.

2.1.Robtica

O termo rob foi originalmente utilizado em 1921 pelo dramaturgo Tcheco Karen

Capek, na pea teatral Os Robs Universais de Russum - R.U.R., como referncia a

um autmato que acaba rebelando-se contra o ser humano. Rob deriva-se da palavra

"robota",de origem eslava, que significa "trabalho forado".

A palavra robtica foi usada pela primeira vez em Runaround, uma pequena fico

publicada em 1942 por Isaac Asimov (1920-1992), autor de Eu, Rob em 1950. Uma

aplicao cientfica do mesmo termo foi desenvolvida pelo Prof. Joseph Weizenbaum em

1966, no MIT, ao realizar um estudo de comunicao homem-mquina por meio de um

programa de computador que simulava um psicoterapeuta respondendo perguntas com

perguntas.

Uma definio realizada em [1] fornece uma ideia do contexto atual da Robtica:

"Robtica um grande campo de trabalho para pesquisa e desenvolvimento em uma srie

de reas interdisciplinares que incluem a cinemtica, a dinmica, o planejamento de

sistemas, o controle, os sensores, as linguagens de programao e a inteligncia artificial".

2.1.1 reas de Aplicao da Robtica

Teoricamente, o uso de sistemas robotizados poderia estender-se a quase todas as

reas imaginveis onde fosse necessrio executar tarefas manuais, tarefas hoje efetuadas

pelo homem ou que este no consiga realizar como, por exemplo, explorar a superfcie

de Marte. A seguir so relacionados alguns dos principais setores de aplicao da

robtica:

Entretenimento Favorecida pelo uso de robs para recriar situaes que at

pouco tempo atrs pareciam fictcias, o caso das mascotes-rob, humanides,

entre outros.

Medicina Setor com grande expectativa de expanso, basicamente utilizado

em sistemas de diagnsticos, sistemas de reabilitao, assistncia em cirurgias

etc.

14

Inspeo Usado na inspeo de tubulaes, reservatrio, barragens, esgotos,

estruturas, entre outros.

Explorao Submarina Principalmente usado como veculo de operao

remota ou autnoma, muito usado na indstria offshore e na explorao

cientfica dos oceanos.

Limpeza domstica e profissional Uma das principais realizaes dos

cientistas, o to sonhado ajudante de casa, j comercializado em alguns pases,

usado principalmente na limpeza de pisos, janelas, paredes, piscinas, entre

outros.

Defesa, resgate e aplicaes de segurana Usado na desativao de minas

terrestre e explosiva, robs de combate com armas de fogo e explosivos, robs-

vigias, sistemas areos autnomos de vigilncia etc.

Construo e demolio Indstria em que robs executam tarefas de

dimensionamento, transporte, montagem, etc.

Pesquisa e Explorao onde os robs apresentam vantagem em relao aos

seres humanos, por resistirem em ambientes hostis como na explorao espacial.

Automao Industrial Corresponde ao uso de robs na indstria a fim de

melhorar, agilizar e aumentar a produo nos diferentes processos.

Principalmente, na indstria automobilstica, alimentcia, agrcola, minerao,

madeireira. o mais relevante e de maior interesse nesta monografia.

Na atualidade, a robtica est engajada em atividades ambiciosas, como na articulao

de expresses faciais e corporais, que programaro futuras verses de robs-serventes.

Como, o enon, siglas para "exciting nova on network, uma expresso de difcil

traduo que procura ressaltar a sensao causada pelas habilidades do rob. O rob

ASIMO tambm um expoente desse novo desenvolvimento.

Esse rob tem um sistema de comunicao que lhe confere a capacidade de trabalhar

em equipe, partilhar informaes e coordenar tarefa. Por causa do sistema de ligao

desenvolvido, os robots partilham informaes, como a sua localizao ou a tarefa que

desempenham. Alm disso, na nova verso, o Asimo ganhou mais sensores, que do

sensibilidade aos dedos para que ele seja capaz, por exemplo, de abrir uma garrafa

trmica [2].

15

2.2. Robtica Industrial

O termo robtica industrial frequentemente usado para referir-se a um

equipamento capaz de executar uma tarefa especfica de modo automtico. A princpio,

todo equipamento automatizado projetado para realizar uma determinada tarefa,

assim, este poderia tambm ser considerado como um rob; no entanto, a diferena de

um rob para um equipamento automatizado reside no fato de que um rob, em

particular aqueles destinados a aplicaes industriais, podem realizar diversas tarefas,

modificando-as apenas de acordo com o tipo de servio, o software e o efetuador, no

sendo necessria a troca completa do equipamento.

Robs industriais so constitudos por vrios corpos rgidos, ligados em srie por

juntas, tendo uma das extremidades fixa base, e a outra livre para movimentar o

efetuador [3].

Os robs industriais foram desenvolvidos a partir de pesquisas realizadas

durante a Segunda Guerra Mundial, quando foi concebida uma estrutura mecnica

articulada do tipo mecanismo pantogrfico, capaz de realizar tarefas atravs de

movimentos comandados diretamente por um operador humano de curta distncia. Este

dispositivo foi denominado de sistema tele operado, empregado em atividades de

manipulao de materiais radioativos. Posteriormente, foram desenvolvidos outros

sistemas tele operados providos de servomotores com controle de posio (1947) e com

sensores de fora (1948) [1].

A UNIMATION Inc. instalou o primeiro rob industrial, denominado

UNIMATE,figura 1, no cho de fbrica de uma empresa em 1961. O projeto deste rob

resultou da combinao entre os mecanismos articulados e garras usadas no tele operador

master-slave" e a tecnologia de controle desenvolvida em mquinas operatrizes com

comando numrico [4].

Figura 1 Rob Industrial UNIMATE [27]

16

Assim, o Instituto Americano de Robtica (RIA), define rob industrial como um

dispositivo de manipulao reprogramvel e multifuncional, projetado para movimentar

materiais, partes, ferramentas ou equipamentos especializados, atravs de diversos

movimentos programados, a fim de realizar uma variedade de tarefas.

As configuraes de robs utilizadas mais comumente na automao

industrial incluem os robs articulados, o tipo mais comum, os robs SCARA, e os

robs conhecidos como robs x-y-z. No contexto da robtica geral, a maior parte dos

robs industriais seria categorizada como braos robticos [5].

Os robs industriais sempre realizam tarefas especficas, porm possuem uma srie

de caractersticas sobre os quais devem ser estritamente projetados. Por exemplo,

volume de trabalho, velocidade de movimento, capacidade de carga, preciso de

movimento, tempo de resposta, entre outros.

2.2.1. Componentes do Rob Industrial

Um rob industrial (Figura 2) basicamente pode ser formado pela integrao dos

seguintes componentes [1,3]:

Figura 2 Exemplo de um rob industrial [27]

I. Manipulador mecnico: refere-se principalmente ao aspecto construtivo do rob.

Consiste na combinao de elementos estruturais rgidos (elos ou corpos)

conectados entre si atravs de articulaes (juntas), formando, assim, o brao

manipulador que incorpora na prpria estrutura os atuadores, sensores e o efetuador.

a. Elo ou corpo: So estruturas rgidas que definem a relao entre dois eixos

de juntas adjacentes do manipulador. Sendo encarregados de transmitir os

movimentos gerados nos atuadores e direcion-los extremidade do

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Robo_SCARA&action=edit&redlink=1

17

manipulador, paralelamente e em sentido inverso, tambm responsvel

pela transmisso dos esforos atuantes no efetuador e por direcion-los em

direo base fixa.

b. Juntas: So as articulaes do manipulador que permitem a interligao

entre elos adjacentes para formar a cadeia cinemtica. Com o auxlio dos

atuadores e mecanismos de transmisso, permite de forma restrita o

posicionamento e/ou orientao consecutiva dos elos, de modo que o

manipulador atinja determinada pose.

c. Atuadores: So componentes que convertem energia eltrica, hidrulica ou

pneumtica em potncia mecnica. No rob, possibilitam a movimentao dos

corpos atravs da transmisso de foras e/ou torques nas juntas. Dessa forma,

ocorrem os deslocamentos relativos dos corpos.

d. Sensores: Fornecem parmetros sobre o comportamento do manipulador

unidade de controle, geralmente em termos de posio e velocidade dos corpos

em funo do tempo e do modo de interao entre o rob e o ambiente

operativo (fora, torque, sistema de viso).

e. Efetuador: o elo entre o rob e o meio que o cerca. Pode ser do tipo garra ou

ferramenta. A principal funo de uma garra pegar um determinado objeto,

transport-lo a uma posio pr-estabelecida e, aps alcanar tal posio, solt-

lo. A ferramenta tem como finalidade realizar uma ao ou trabalho sobre uma

pea, sem necessariamente manipul-la.

II. Unidade de controle: responsvel pelo gerenciamento e monitorao dos parmetros

operacionais requeridos para a realizao das tarefas designadas ao rob. Os comandos

de movimentao enviados aos atuadores so originados nos controladores de

movimento (computadores, CLPs, placas controladoras de passo) baseados em

informaes obtidas atravs de diversos sensores.

III. Unidade de potncia: responsvel pelo fornecimento da potncia necessria para a

movimentao dos atuadores. A bomba hidrulica, o compressor e a fonte eltrica so

as unidades de potncia associadas aos atuadores hidrulico, pneumtico e

eletromagntico, respectivamente.

18

2.2.2. Principais aplicaes industriais

O setor que mais usa robs o automobilstico. A razo mais provvel porque os

robs trabalham rapidamente, com mais exatido, por perodos de tempo mais longos e sem

intervalos.

Em uma linha de montagem simples onde o julgamento humano no seja

requerido, o rob tm mostrado bom desempenho, principalmente quando o servio

requer movimentos repetitivos e por longos perodos. A flexibilidade dos robs permite

sua aplicao em diversos setores de produo, como numa linha de montagem

automotiva, de equipamentos, no setor farmacutico, na movimentao de cargas, etc.

Qualquer que seja o tipo de indstria requer um cuidadoso planejamento na execuo do

projeto de automao robotizada, um planejamento mal elaborado pode resultar em

perdas de tempo e dinheiro. A utilizao de Robs Industriais est estruturada

basicamente nos seguintes setores [6]:

1. Movimentao:

Movimentao de peas entre posies definidas;

Transporte de peas entre esteira transportadora e mquinas operatrizes;

Carregamento e descarregamento de peas em mquinas operatrizes;

Paletizao.

2. Processamento:

Soldagem por resistncia eltrica (pontos) ou a arco (contnua);

Fixao de circuitos integrados em placas;

Pintura e envernizamento de superfcies;

Montagem de peas;

Acabamento superficial;

Limpeza atravs de jato de gua e abrasivos;

Corte atravs de processos por plasma, laser, oxi-corte ou jato de gua;

Fixao de partes com parafusos, deposio de cola, rebites;

Empacotamento.

3. Controle de qualidade:

Inspeo por viso;

Verificao dimensional de peas atravs de sensores.

19

Existem no mercado diversas empresas dedicadas fabricao de robs industriais e

uma ampla gama de modelos que normalmente recebem cdigos para identificar

famlias de robs de acordo com a configurao, modo de fixao, capacidade de carga,

nmero e tipo de juntas.

2.2.3. Efetuadores Mecnicos (end-effectors)

Para que uma determinada tarefa seja realizada, necessrio que haja uma

interao entre o rob e seu entorno, o efetuador o componente que permite esta

interao [1].

Os efetuadores podem ser divididos em dois grandes tipos: ferramentas especiais e

garras mecnicas. Geralmente, as ferramentas especiais realizam trabalho sobre uma

determinada pea, modificando sua posio e/ou orientao, assim como sua geometria.

J as garras mecnicas, normalmente, procuram posicionar e orientar a pea.

Em ambos os casos, a manipulao do objeto se d por meio da combinao atrito

e presso de contato (entre a garra e o objeto) buscando restringir a ao da gravidade,

acelerao e qualquer outra fora que possa surgir durante a realizao de determinada

tarefa.

Alguns fabricantes de robs industriais fornecem o manipulador sem o efetuador

como ilustra a figura 3 [7], contudo, a configurao conjunta destes dois equipamentos

deve prever o cumprimento dos requisitos necessrios do projeto da clula de produo.

Figura 3 Detalhe do pulso de manipuladores [27]

A mo humana apresenta extrema destreza quanto capacidade de agarramento

de peas. De acordo com Schlesinger, citado por ROMANO [4], existem seis tipos

bsicos de preenso, q podem ser vistos na figura 4.

20

Figura 4 Tipos bsicos de preenso de uma mo humana. [27]

Diversos fatores devem ser considerados tanto na especificao e seleo quanto

no projeto de garras mecnicas ou das ferramentas especficas. Dentre estes fatores,

pode-se citar: forma, peso, material, rigidez do objeto a ser manipulado, velocidade e

acelerao do manipulador durante a realizao do trabalho, estabilidade do

agarramento, ambiente de trabalho entre outros.

Na figura 5mostram-se alguns desenhos esquemticos de diversos tipos de garras

baseados nos fatores citados acima.

Figura 5 Esquemas de diversos tipos de garras.[27]

Enquanto nos centros de pesquisas de todo o mundo procuram-se desenvolver

garras mecnicas com funes to complexas quanto s realizadas pelas mos humanas,

nas indstrias, as garras so, na grande maioria, compostas de apenas dois ou trs dedos,

dependendo da sua finalidade, na figura 6 a seguir visto uma garra especial, sem

dedos. [8].

21

Figura 6 Exemplo de garras robticas sem dedo, pesquisa da Universidade de

Chicago.

Os efetuadores com ferramentas especiais so geralmente customizados para

atender operaes com um grau de complexidade maior. comum, na indstria, a

utilizao de trocadores rpidos de ferramentas, os quais so fixados entre o pulso do

rob e o efetuador (figura 7). A funo da instalao deste dispositivo, como o prprio

nome sugere, garantir uma rpida troca do efetuador, economizando tempo e perdas

na produo [9].

Figura 7 Trocador de ferramenta rpida (Tool Changer)[25].

As ferramentas especiais utilizam os mesmos atuadores das garras mecnicas,

permitindo economias de tempo e dinheiro no desenvolvimento de novos atuadores.

Existem ainda outros tipos de efetuadores, como os utilizados para a aplicao de

tintas e solda, em operaes de corte e manipulao, entre outras, cada uma com

caractersticas especficas. Entre os fatores que devem ser considerados, tanto na

especificao, na troca e no projeto de efetuadores relacionados na norma ISO/DIN

14539 [1] tem-se:

I. Geometria dos dedos e da palma;

22

II. Posicionamento dos dedos na palma;

III. Forma dos dedos e o seu movimento durante o agarramento;

IV. Nmero e posicionamento dos atuadores;

V. Nmero e posicionamento dos sensores;

VI. Mecanismos de transmisso da potncia;

VII. Mecanismo de fixao manipulador-efetuador;

VIII. Tipo e fora de agarramento;

IX. Tempo de operao (de agarramento, tempo do ciclo);

X. Tipo de sistema de controle empregado (fora e/ou posio);

XI. Nmero e material dos dedos;

XII. Nmero de graus de liberdade dos dedos;

XIII. Geometria, peso, temperatura mxima e mnima, propriedades magnticas e

caractersticas da superfcie do objeto a ser manipulado.

2.2.4. Principais configuraes e caractersticas de manipuladores mecnicos

Um manipulador mecnico usado para realizar determinadas tarefas em algum

ponto do espao, portanto necessrio que este tenha partes mveis para possibilitar o

alcance dos pontos alvos.

Pode-se fazer ainda uma analogia entre o brao humano e um manipulador. Da

mesma forma que o brao humano ligado ao nosso corpo, o manipulador instalado a

uma base que pode ser fixa, mvel, suspensa ou com qualquer uma destas trs

combinaes. O posicionamento do pulso geralmente alcanado atravs das trs

primeiras juntas do manipulador e a orientao do efetuador realizada pelas juntas do

pulso.

Apesar de existirem diversos tipos de juntas, os manipuladores mecnicos so,

em sua maioria, construdos por dois tipos de juntas: rotativas ou de rotao (R) e de

translao ou prismticas (P). Desta forma, tornam-se mais simples o controle

individual da direo do movimento e da rigidez do mecanismo [1]. Apresentam-se, na

figura 8, os tipos bsicos de juntas.

Figura 8 Tipos de juntas em manipuladores[27]

23

2. MODELAGEM E DOCUMENTAO

Com a evoluo da engenharia, a modelagem computacional se tornou um

importante passo de um projeto. Os softwares de CAD/CAM podem: organizar,

simular, enxergar e prever erros. O software Solidworks e Topsolid so exemplos

neste mercado de engenharia.

3.1. Funes do Software

Esse tipo de software tem a capacidade de simplificar muitas funes utilizadas na

engenharia. O Solidworks, Software desenvolvido pela Dassault Systmes Solid Works

Corp, capaz de otimizar e facilitar a criao de projetos mecnicos avanados. No

software, h diversos recursos:

Modelagem computacional:

Este recurso a origem de tudo, nele, o usurio transporta o elemento real para o

formato 3d. Usando as ferramentas do aplicativo, o modelo 3d desenhado e criado

dentro do software. Aps o elemento modelado, o software capaz de simular, desenhar

tecnicamente e alterar qualquer projeto.

Anlise de elementos finitos:

O software capaz de simular tenses em diversos materiais e escoamentos de diversos

fluidos. H tambm a simulao de movimento e anlise de tolerncia.

Desenho tcnico:

Umas das suas principais finalidades a execuo de desenhos tcnicos. Esse recurso

capaz de gerar: Listas de materiais, vistas explodidas, vistas em detalhes, manual de

montagem e vistas ortogrficas.

3.2. Documentao de Projeto

A organizao documental de um projeto fundamental para sua existncia. Para

a criao ou restaurao de um projeto mecnico, os principais itens so: Desenho

tcnico, Lista de material e Manual de montagem. Esses itens visam fabricao do

conjunto e ao reparo de algum elemento j existente. [26]

3.2.1. Desenho Tcnico

O desenho tcnico um ramo especializado do desenho, caracterizado pela sua

normalizao e pela apropriao que faz dos seguintes contedos:

Sistemas Projetivos: vistas ortogonais, cortes, sees, determinao de

24

distncias, reas e planificao de slidos.

Perspectivas: mtodos ilustrativos de representao do espao e de objetos.

Perspectiva isomtrica: Qualquer linha de faz trs ngulos iguais em relao ao

eixo de coordenada. [26]

Tal forma de representao grfica utilizada como base do projeto na arquitetura,

no design e na engenharia. O desenho tcnico a ferramenta necessria para a

interpretao e representao de um projeto por ser o meio de comunicao entre a

equipe de criao e a de fabricao (ou de construo). Nesse contexto, ele pode ser

interpretado como a linguagem grfica que representa as formas, dimenses e

posicionamento de objetos e suas relaes com o meio. Como representado no meio

corte de engrenagem da figura 9 [25]

Figura 9 Exemplo de representao de desenho tcnico de um meio-corte em uma

engrenagem [25]

3.2.2. Lista de Material

Lista de material o resumo de todos os itens usados em um conjunto ou

subconjunto de um projeto. Normalmente, essa lista representada em um conjunto

montado, explodido ou em corte, assim podendo ter a visibilidade de todas as peas do

conjunto.

Na figura 10, ter um exemplo de vista explodida com lista de materiais de um

guincho manual, desenho referente disciplina e apostila. [25]

25

Figura 10 Exemplo de vista explodida com materiais, referente disciplina [25]

3.2.3. Manual de Montagem

A necessidade de organizao em um projeto faz com que possua um manual de

montagem. Assim, todo trabalho acompanhado por um passo a passo de atividades de

montagem e desmontagem que esto num registro fcil e claro para o usurio poder

utilizar.

Em uma instruo, sempre so utilizadas figuras e indicaes para simplificar as

explicaes. Imagens essas acompanhadas de indicaes numricas de cada elemento

vinculadas com a lista de material. Na figura 11 a seguir h o exemplo de uma lista de

material com manual de montagem.

26

Figura 11 Exemplo de vista com manual de montagem

27

4. HISTRICO DO MANIPULADOR DE CINCO GRAUS DE

LIBERDADE

O manipulador foi desenvolvido em meados de 1989, sob a orientao do Prof.

Jan Leon Scieszko, e tambm do ento funcionrio da Universidade Jos Stockler. Aps

vrios anos de funcionamento, esse rob sofreu um processo de sucateamento. Na

imagem de poca da figura 12 notado o manipulador montado e ativo

academicamente.

Figura 12 Imagem de poca do manipulador

Aps esse perodo, toda a parte eletroeletrnica e de controle ficou inutilizvel,

mas a parte mecnica se manteve intacta. Sua documentao mecnica se perdeu em

uma inundao do Laboratrio de Robtica. Assim, na figura 13 exibido o

manipulador antes da restaurao com seus elementos deteriorados.

28

Figura 13 Imagem antes da restaurao

Ento, em 2011, o prof. Vitor Romano, no intuito de estimular seus alunos com

os fundamentos de projetos de mquinas e automao robtica, fez uma parceira com a

empresa Missler, detentora do software Topsolid. Assim, o professor montou um grupo

de iniciao cientfica que iria comear o processo de desmontagem, documentao,

modelagem e simulao desse manipulador, grupo esse composto pelos alunos Rodrigo

Picana, Filippe Guedes, Marcelo Martinez e Vicente Curi.

Durante o projeto em grupo, foi realizada toda a medio e o registro de todas as

peas do manipulador. Em seguida, foram modelados todos os componentes no

software TOPSOLID. Porm, aps essa primeira etapa do projeto, o grupo de IC foi

dissolvido por diversos fatores.

Nesse projeto final, as peas foram convertidas para o software SolidWorks,

com o objetivo de concluir as etapas de registro e de analise.

29

5. DOCUMENTAO

Durante a desmontagem, o grupo registrou fotos de todas as peas, depois da

modelagem no software, foram feitos os desenhos tcnicos e a remontagem do

manipulador.

5.1. Processo de registro

O primeiro passo foi o registro fotogrfico de cada pea durante sua

desmontagem, no intuito de auxiliar a futura remontagem e de facilitar a sua posterior

documentao.

As figuras de 14 a 19 apresentam o registro fotogrfico de algumas partes e

peas durante a desmontagem:

Figura 14 Vista desmontada da junta

Figura 15 Vista desmontada do antebrao

30

Figura 16 Vista desmontada dos atuadores

Figura 17 Vista montada da junta

Figura 18 Vista das peas que compoem da garra

31

Figura 19 Vista montada da garra

Procurei fotografar imagens de cada elemento e conjunto, em vistas

desmontadas e peas separadas, com isso, as imagens se tornaram uma grande

referencia para o trabalho.

5.2. Modelagem

Aps essa etapa de registro, todos os componentes foram medidos e modelados no

software Topsolid. Para o uso desse projeto foi feito a converso dos componentes para

o software Solidworks.

Foi modelado cada componente de forma separada, e depois foi feito as

montagens de cada conjunto para melhor organizao.

Para critrio de construo, a montagem foi dividida em 5 submontagens, que

esto representadas na vista explodida do manipulador no Apndice C e separadas nas

seguintes categorias :

1. Garra;

2. Brao;

3. Junta;

4. Antebrao;

5. Base.

32

Figura 20 Interface grfica do software de modelagem

Na figura 20, tem a tela de interface do software de modelagem. Na figura 22, a

montagem completa do manipulador.

Figura 21 Vista isomtrica do conjunto

33

5.3. Documentao tcnica

Com o passar dos anos, nenhum registro de desenhos tcnicos restou. Com isso,

foi elaborado um layout com todas as informaes necessrias para fabricao, sendo

condizentes com as normas da NBR 10067 e 10068 [10,11].

Figura 22 Padro de legenda

Na figura 23 todos os itens da legenda foram feitos segundo as normas da NBR.

Foram colocados os seguintes itens:

Desenhista: Rodrigo de Souza e Silva Picana, o prprio autor.

Cotas: em mm. Foram utilizadas cotas em milmetros durante o projeto.

Escalas: Escalas dentro da norma da NBR 8196 [14]. Utilizando sempre 5:1,

2:1, 1:1, 1:2 e 1:5.

Massa: Massa foi indicado em Kg. Clculo feito pelo programa tendo como

base o material utilizado em cada pea.

Formato: Foi utilizado A3 e A4.

Diedro: Usado no 3 diedro. Seguindo a NBR 10067 [10]

Tolerncias dimensionais:

Devido ao projeto j ter sido criado e no ter tido necessidade de uma fabricao

muito precisa, foi usada uma classe de tolerncia grossa seguindo o padro da norma.

No layout, foram registrados intervalos menores do que a norma, sendo colocada

a maior tolerncia de cada intervalo selecionado.

34

Figura 24 Tabela de tolerncias lineares da NBR ISO 2768-1[21]

Tolerncias geomtricas:

Foi utilizado um valor dentre uma mecnica corrente. Para as tolerncias de

inclinao, perpendicularidade e concentricidade, foram usadas o valor de 0,1. Seguindo

ao NBR 6409 [20].

Rugosidade:

Foi usada uma indicao de rugosidade exigida.

Figuras:

Foram utilizados os logos do Laboratrio de robtica e da Engenharia mecnica

da Universidade Federal do Rio de Janeiro.

Figura 23 Tabela de Rugosidade segundo a NBR 8404 [22]

Ttulo: nome de cada pea indicada no desenho.

Descrio: descreve cada item, com detalhes de suas dimenses externas e

35

caractersticas.

Conjunto:

Cada item ser indicado com seus respectivos conjuntos. Que so:

1. Garra

2. Brao

3. Junta

4. Antebrao

5. Base

Sendo que nenhum item comercial ter essa indicao.

Cdigo do desenho:

Foi criado um sistema de cdigos para melhor organizao.

Cdigo Conjunto

MA Manipulador

GA Garra

BR Brao

JU Junta

AB Antebrao

BA Base

CO Comercial

Tabela 1 Resumo dos cdigos usados na montagem do conjunto.

Sendo, por exemplo:

I. GA-01

Uma pea fabricada que compem o conjunto garra.

II. CO-10

Um item comercial que pode compor mais de um conjunto.

Anexo no Apndice C, todos os desenhos tcnicos gerados do manipulador e as

vistas explodidas dos conjuntos.

5.4. Materiais utilizados

Devido ausncia de informaes, foi pesquisado um alumnio comumente usado

em projetos de robtica: o alumnio 5052.

Para comprovar seu valor, foram obtidas as massas de duas peas e comparadas

com o valor que o software gerou, atravs da massa especifica do Al 5052.

36

Item Massa da Balana Figura Massa Terica

Perna-BA-04 0.080 0.005 Kg Figura 26 0.079 Kg

Trava Sextavada

BA-05 0.010 0.005 Kg Figura 27 0.008 Kg

Tabela 2 Relao massa da balana com massa terica.

Figura 24 BA-04 Valor da massa obtido na balana

Figura 25 BA-05 Valor da massa obtido na balana

Dessa forma conclui-se que o Alumnio 5052 uma boa suposio de

material utilizado,

Foi tambm informado pelo Prof. Vitor, que foi usado um adesivo epxi para a

37

juno de alguns elementos, representados na figura 29. Mas, com o passar do tempo,

no foi possvel descrever o tipo de adesivo utilizado.

(a) (b)

Figura 26 (a) Adesivo usado para fixao do rolamento, (b) Adesivo para juno

de um componente eletrnico.

5.5. Itens Com a modelagem concluda, foi feito o levantamento de todos os itens. Foram

encontrados:

60 peas fabricadas

19 itens comerciais

5 conjuntos de montagem

Em Anexo, no Apndice A, tabela com todos os componentes do manipulador.

Para elaborao da lista foi usada norma NBR 13272 [23].

5.6. Manual de montagem

Foi elaborado um manual de montagem para conjunto do manipulador. Foram 6

conjuntos: Garra, Brao, Junta, Antebrao, Base e montagem final.

Em Anexo, no Apndice D, Manuais com descrio de montagem de cada

conjunto.

38

6. MODELAGEM DA POSIO

6.1. Parmetros de Denavit- Hartenberg:

Denavit e Hartenberig criaram, em 1955, um mtodo sistemtico representado

por uma matriz de transformao homognea 4 x 4 capaz de descrever as relaes

de translao e rotao entre elos adjacentes.

Nesse mtodo, cada elo associado a um sistema de coordenadas locais, fixo

relativamente ao elo. Desse modo, atravs de transformaes sequenciais, os

deslocamentos locais dos elos adjacentes da cadeia cinemtica, expressos por

coordenadas locais, podem ser transformados em termos de coordenadas de base,

compondo, assim, o sistema de referncia inercial. [27]

Portanto, atravs dessa sequncia de operaes, chega-se matriz de

transformao homognea para o manipulador mecnico aqui abordado. A equao

apresenta, a matriz de transformao homognea para o manipulador mecnico [27].

i-1Ti =

(1)

Sendo :

- Seni - Cos - Sen - Cos - Distncia de zi-1 a zi, medida ao longo de xi - ngulo entre zi-1 e zi ao longo de xi - Distncia entre xi-1e xi, medida ao longo de zi-1 - ngulo entre xi-1 e xi, medido em zi-1

6.2. Transformao Homognea Direta

O manipulador mecnico abordado possui cinco graus de liberdade. Todas as suas

juntas so de rotao e esto representadas no Apndice B. Nas figuras 30 e 31, est

representado esquema simplificado do manipulador mecnico e a sua representao.

39

Figura 27 Esquema simplificado do manipulador mecnico.

No projeto estudado, o sistema 3 e 4 tm o mesmo elo, sendo o elo 5 a garra do

manipulador.

Figura 28 Representao do manipulador mecnico.

lo ai[mm] i di[mm] i imin imax

1 0 /2 112,7 1(varivel) -180 +180

2 279,2 0 0 2(varivel) -23,1 +30,7

3 257,1 0 0 3(varivel) -79,6 +170

4 0 /2 0 4(varivel) -157,5 +156,9

5 0 0 82,2 5(varivel) -180 +180

Tabela 3 Parmetros D-H

40

Os valores de Min e Max esto registrados no Apndice B.

Os valores da tabela 3, foram aplicados na matriz de transformao homognea

para cada elo.

0T1 =

(2)

1T2 =

(3)

2T3 =

(4)

3T4 =

(5)

4T5 =

(6)

Assim, a matriz de transformao homognea composta ficar:

0T5=

0T1

1T2

2T3

3T4

4T5

0T5=

=

Onde:

X0 =

41

Y0 =

Z0 =

=

Foi plotado, no software Robotic toolbox para Matlab, o manipulador na posio

de origem e numa posio de captura. Software esse que tem como sada clculo de

cinemtica direta e inversa para um determinado ponto. Para este projeto, foi

determinado um ponto A onde ser capturado um objeto para uma operao.

Usando os comandos do software, foi possvel determinar a transformao direta

do ponto A. Os passos foram:

Primeiro construir o rob com os parmetros DH.

>> L =

theta=q1, d= 0.113, a= 0, alpha= 1.571 (R,stdDH)

theta=q2, d= 0, a= 0.279, alpha= 0 (R,stdDH)

theta=q3, d= 0, a= 0.257, alpha= 0 (R,stdDH)

theta=q4, d= 0, a= 0, alpha= 1.571 (R,stdDH)

theta=q5, d= 0.082, a= 0, alpha= 0 (R,stdDH)

>> R = seriallink(L)

Aps isso, foi determinado um ponto A, sendo cada coordenada uma rotao ,em

rad em cada junta.

>>qa = [01.1694 -1.3963 0.7589 0]

Aps isso, foi calculado a cinemtica direta .

.>>Tr = fkine(R,qa)

Tr =

0.8618 -0.0000 0.5073 0.4010

0.0000 -1.0000 -0.0000 0.0000

0.5073 0.0000 -0.8618 0.2413

42

0 0 0 1.0000

Sendo essa a Matriz Tr transformada da posio de origem ao ponto A. Nas

figuras 32 e 33, mostrada a posio zero do manipulador e a posio A.

Figura 29 Manipulador na posio de origem.

Figura 30 Manipulador numa posio A de captura

Ao contrrio da Transformao homognea direta existe a transformao

homognea inversa, a cinemtica inversa fornece, a partir da posio, a orientao da

garra 0Tn,o conjunto das variveis de juntas, bem como o ngulo entre os elos e, logo, as

43

suas posies no plano. Isso possvel a partir dos parmetros do manipulador

mecnico DH, sua configuraoe as condies de contorno baseadas no esquema

simplificado do manipulador mecnico[27]. Sendo sua soluo geral abaixo.

(8)

Devido aos 5 graus e a liberdade, a matriz transformao ter muitas possibiliadades

de solues. Com isso, foi encontrado de maneira inversa o ponto A utilizando

ferramenta Robtico Tollbox do Matlab.

Nas figuras anteriores, esto representadas a posio de origem e a posio A.

Agora, utilizando o comando de inversa, ser calculada a sua Matriz

Usando o comando:

>>qo = ikine(R,Tr,qa,M)

qo =

0 1.1694 -1.3963 0.7589 0

Assim, encontrando o qa usado anteriormente.

6.3. Volume de trabalho

o volume de espao gerado pelo somatrio das posies possveis do efetuador

dada uma especfica configurao do manipulador.

O espao de trabalho limite alcanado por um manipulador representado pelo

lugar geomtrico dos pontos Pi obtido, considerando a equao cinemtica direta em

termos de posio.[27]

Esta regio finita, fechada e contnua, sendo definida na fronteira.

Onde:

P - funo escalar que representa o volume (somatrio dos pontos) gerado

por um manipulador. Equivalente ao campo de trabalho limite.

qi - coordenada generalizada de posio do elo i.

qimin- posio de fim de curso mnimo da coordenada qi

44

qimx - posio de fim de curso mximo da coordenada qi

O volume gerado pelo manipulador em questo foi formado pelas posies Max e

Min das juntas e plotado no Solidworks. Documento que est no Apndice B, e na

figuras 31 e 32.

Figura 31 Volume de trabalho do manipulador ZY

Figura 32 Volume de trabalho do manipulador XY

45

7. ANLISE ESTTICA

Neste tpico sero calculados os valores das foras e torques necessrios para a

manipulao de uma determinada carga. Inicialmente, sero apresentadas as

propriedades de cada conjunto e depois os clculos referentes aos torques.

Na concepo da anlise foram levadas em considerao as massas dos elos e das

juntas, em um cenrio de caso crtico, no qual a carga manipulada a mxima

estipulada no projeto, foi arbitrado, 2 kg, e o manipulador se encontra com o elo 2 na

vertical, o elo 3 em posio horizontal e a o elo 4, que o mesmo do 5, em posio

horizontal.

7.1. Propriedades dos Conjuntos

Utilizando as propriedades geradas no software Solidworks, foi montada a tabela

com dimenses gerais e peso. Para esse estudo as dimenses de cada elo sero

simplificadas as trs dimenses gerais.

Nome Dimenses gerais Lx

H x C(mm x mm x

mm)

Massa (kg) PESO W

Elo1 49 x 49 x 113 0,309 3,1 Elo2 53,7 x 50,6 x 330 0,143 1,4 Elo3 49 x 33 x 262 0,212 2,1 Elo4 52 x 52 x161 0,127 1,3 Elo5 52 x 52 x161 0,127 1,3

Tabela 4 Dimenses gerais de cada elo para calculo estrutural

7.2. Calculo das Foras e Momentos

Alm da posio crtica, foi adotada outra considerao no clculo de que os centros

de massas de cada elo foram estimados no seu ponto mdio. Assim, tendo um resultado

conservador.

As variveis so:

MJi :

o somatrio de momento em cada Junta i (2,3 ou 4)

WAB, WGA, WBR:

Valores dos pesos registrados na tabela 4 e inserido no centro do seu respectivo corpo.

46

Figura 33 Foras e momentos do Manipulador

Na figura 33 calculado as reaes e momentos das juntas 2, 3 e 4, usando a

simplificao geomtrica o centro da garra ser no mesmo ponto onde esta sua junta.

Isolando os corpos tem se:

Garra (elo 4 e 5)

MJ4 = 20 x 80 = -1600 Nmm

Sendo a reao da junta, R4 = WGA + 20 = 21,3 N

Antebrao (elo3)

MJ3 = 20 x (80+262) + 1,3 x 262 + 2,1 x 262/2 = -7455,7 Nmm

Sendo a reao da junta, R3 = WGA + 20 + WAB = 23,4 N

Brao (elo2)

Para o elo2 foi considerado uma posio esttica, assim seu peso no irar gerar

momento em relao junta 2.

MJ2 = MJ3

Sendo a reao da junta, R2 = WGA + 20 + WAB + WBR = 24,8 N

47

8. SISTEMA DE TRANSMISSO

Neste captulo, so analisados elementos do sistema e seus ngulos limites. Que so

gerados atravs da transmisso de torque dos atuadores para as polias e engrenagens.

Foi informado que o antigo sistema do manipulador todo movido por cabos de ao.

Para este capitulo tambm sero usadas informaes do Apndice B.

8.1.Anlise do sistema de transmisso

O Projeto composto por juntas rotacionais. Foi estudado o manipulador atravs do

Solidworks e definido os ngulos limites de cada junta

A primeira junta rotacionada de + 180 a -180. Sua articulao dada,

provavelmente, por um atuador fixado na base inercial SCR{0}, que assim transmite

movimento para a Base Circular Superior (BA-08), como representado na figura 34.O

elemento que est acoplado na Haste (BA-07). Como descrito anteriormente, esses

movimentos eram transmitidos por cabos de ao.

Figura 34 Posio do cabo de ao, em amarelo, para rotao da primeira junta

48

Na segunda junta,figura 35, foi verificado o movimento angular de +30,7 a -

23,1.

Figura 35 Variao angular da junta 2.

Na Terceira junta, figura 36, foram verificados os ngulos de +105,1 a -79,6.

Na figura

Figura 36 ngulos mximos obtidos na terceira junta

O movimento angular da terceira junta criado atravs de cabos conectados em

polias fixadas na base. Na figura 37 demonstrao da posio de cabo de ao.

49

Figura 37 Posio do cabo de ao na Junta3

A quarta e quinta junta, figura 38, tem a mesma origem. Na junta4 possvel

um angulo de +156,9 e -157,4. Essa angulao devido rotao das engrenagens

pinho, no eixo X que movimentam a garra. Quando acionadas simultaneamente em um

sentindo positivo, a garra se eleva, num sentido negativo a garra se abaixa. Se acionada

em sentidos opostos, a garra ir rotacionar sobre seu prprio eixo. Sendo possvel em Z

uma rotao de +180 e -180

Figura 38 variao angular da garra.

8.2. Dimensionamento das Engrenagens

Para a modelagem da engrenagem, foram coletados os mdulos, nmeros de dentes,

largura dos dentes, ngulos de presso e ngulos de eixos, utilizando a norma da NBR

para engrenagens [15].

50

Com isso, foram reproduzidas as dimenses das engrenagens utilizadas. na tabela

5, h todos os valores necessrios para sua construo.

Denominao Smbolo Coroa Pinho

Elementos Fundamentais

Mdulo M 1

Nmero de dentes Z 28 18

Passo do dente p 3,14 3,14

Espessura do Dente e 1,57 1,57

ngulo de presso 20 20

ngulo entre Eixos 90,00

Elementos complementares

Semingulos do cone

primitivo 57,26 32,74

Diam. Primitivo Dp 28 18

Diam. Externo De 29,08 19,68

Geratriz do cone

Primitivo R 16,64 16,64

ngulo da Cabea a 3,44 3,44

ngulo do p b 4,30 4,30

Altura da Cabea a 1 1

altura do p b 1,25 1,25

Altura do Dente h 2,25 2,25

Raio do P r 0,17 0,17

Tabela 5 Tabela com as medidas do par de engrenagens coroa - pinho

Figura 39 Conjunto Coroa Pinho

51

8.3. Dimensionamento de Polias

O projeto original foi desenvolvido para o uso de cabos de ao. Porem, nas polias

notado uma dimenso maior que a necessria para cabos de ao. Tendo no total 12

polias para transmitir seus movimentos. Na figura 43 exposto as polias do conjunto do

manipulador

Figura 40 Manipulador com suas polias expostas

Nas polias, usadas para cabos de ao foi observado um canal mais largo que o

necessrio e de seo retangular, que poderia ser adaptado para uma correia.(figura 41)

Figura 41 Polia da Junta principal com seu canal largo

52

9. ANLISE DE SUGESTES DE MODIFICAES DE

COMPONENTES.

Ao longo da pesquisa no manipulador, foram verificados erros de projeto e erros que

vieram da fabricao. H tambm o excesso de componentes desnecessrios ou ausncia

de alguns elementos de fixao. Alguns dos seguintes erros foram encontrados:

a) Erro de fabricao da engrenagem cnica (GA-12):

A engrenagem em questo possui: nmero de dentes igual a 28, mdulo 1,

ngulo de presso de 20 e ngulo entre eixos de 90. Com esses dados, foi aplicado o

modelo terico seguindo a teoria do manual DESENHO TCNICO PARA

ENGENHARIA MECNICA [25], modelo esse que gerou os dados que esto na tabela

4 do captulo 8 desse projeto e est representada na figura 42.

Figura 42 Vista modelada e perpendicular ao conjunto coroa pinho

Porm, a engrenagem fabricada possui medidas diferentes da terica. Foi

observado e medido que o dimetro externo igual ao dimetro primitivo, sendo assim,

diferente dos dimetros externo e primitivo tericos. Vide a figura 43:

53

.

Figura 43 Vista real e perpendicular ao conjunto coroa pinho

b) Batente da junta improvisada:

Foi observado um elemento de batente para a junta principal, mas um elemento

improvisado, sendo uma chapa fina de alumnio colada de maneira no ajustada.(figura

44)

Figura 44 Um batente improvisado para fim de curso da junta principal

c) Chapa entre o Anel e a ChapaLateral do brao:

Foi observado um elemento que foi documentado como Placa maior (BR-03), porm

54

no havia necessidade da sua existncia, pois um Anel mais largo supriria o elemento

Placa Maior. a hiptese de que o elemento foi criado devido a um erro de fabricao

do elemento Anel. Sendo assim, a placa maior resolveria o espaamento deixado entre o

Anel e a Chapa Lateral.(figura 45)

Figura 45 Duas Placas Maiores sendo utilizada entre o Anel e Chapa Lateral

d) Chapa entre Apoio Central e Carenagem Lateral no antebrao:

Assim como no item C, um apoio central mais largo supriria a necessidade da

chapinha (AB-01). Abaixo vemos que, um apoio central usou a pea Chapinha, porm o

outro Apoio no.

Figura 46 Chapinha compensando o espaamento entre o Apoio e a Carenagem

55

e) Furao no cilindro central (JU-06):

Foram localizados dois furos na pea analisada. Um desses furos estava muito

prximo aresta do cilindro. Isso ocorreu, provavelmente, por um erro de fabricao.

Sendo assim, partir das anlises, foi constatado que os furos deveriam ter a mesma

distncia ao centro.

Figura 47 Furo do Cilindro central

f) Apoio de borracha para a Chapa de Apoio:

O elemento de borracha BA-10 tem a finalidade de espaar a Chapa de apoio,

porm, devido a um improviso, foi utilizada uma borracha escolar como separador. a

hiptese de que o apoio de borracha tinha como finalidade reduzir a vibrao de

algum atuador. Contudo, a escolha de uma borracha escolar como polmero no a mais

adequada para um projeto mecnico.

Figura 48 Borracha para espaar apoio

56

g) Excesso de furo na Chapa Superior (BA-03):

Aps a retirada de todos os atuadores antigos, foi observado um excesso de furos

na Chapa Superior. Isso ocorreu devido tecnologia da poca em que foi fabricada essa

chapa necessitar de muitos furos para fixar os seus atuadores. Atualmente, atuadores

mais recentes teriam uma fixao mais fcil e sem a necessidade de tantos furos.

(a) (b)

Figura 49 (a) Atuadores fixados na Chapa, (b) A chapa e todos seus detalhes

cortados.

57

10. CONCLUSO

10.1. Resultados e Concluses

Neste trabalho teve como resultado a documentao completa do manipulador, todo

o desenhos, manuais de montagem e vistas explodidas nos Apndices. Tambm Foi

realizada a montagem fsica, aps a desmontagem.

Portanto, o manipulador timo para o uso acadmico, e com os resultados citados

poder acrescentar contedo nas disciplinas referentes ao tema.

10.2. Sugestes Para Trabalhos Futuros

O projeto mecnico do manipulador est vivel, porm h a necessidade de

atualizao de elementos da montagem original e a construo de um sistema de

comando eletrnico.

Foi verificada a viabilidade de utilizao de novos atuadores, sendo necessrio um

novo estudo para calcular os torques dinamicamente e os atuadores.

Para o sistema de transmisso foi comprovado sua funcionalidade, contudo, uma

nova engrenagem e correias aperfeioariam o projeto do manipulador.

10.2.1. Modificaes no Manipulador

Para uma futura otimizao do projeto seria necessria uma alterao e uma

remoo de diversos erros no projeto original. Como, por exemplo, o item b do captulo

anterior em que deveria ser removido o batente improvisado, assim como a borracha

escolar localizada no item f que deveria ser trocada por um elemento polimrico.

Tambm para um prximo trabalho adaptao de correias no lugar de cabos de

ao. Sendo que, o manipulador tem polias com dimenses compatveis com as correias

usuais no mercado e em relao aos cabos de ao so mais silenciosas e maior

capacidade de amortecimento, que reduzem a transmisso de choques mecnicos e

vibraes em relao aos cabos de aos, isso em funo da sua flexibilidade.

10.2.2. Sistema de Comando Eletrnico

Para um trabalho futuro a criao de uma unidade de controle, para gerenciar e

monitorar as operaes do manipulador estudado. Tambm, a instalao de sensores

para medio das velocidades e acelerao da juntas.

58

A unidade tem como modelo um sistema de controle que consiste de

subsistemas e processos reunidos com o propsito de controlar as sadas dos processos,

onde uma entrada de referncia comparada com a sada do sistema, gerando um sinal

de erro. O elemento controlador trata estes sinais que posteriormente so amplificados e

enviados aos atuadores do sistema. [28].

Figura 50 Modelo de sistema de controle de um rob utilizando processamento de

imagem [28]

59

BIBLIOGRAFIA

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Intelligence, New York: McGraw-Hill, 1987.

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[3] PIRES, J.N., Os desafios da Robtica Industrial, Jornal Pblico, caderno de

Computadores, DEM - Universidade de Coimbra, 28 Abr. 2003, Pgina consultada em

15 de maro de

2014

[4] ROMANO, V.F., Robtica Industrial - Aplicao na Indstria de Manufatura e de

Processos. Editora Edgard Blcher Ltda., 2002.

[5] ROB INDUSTRIAL, Novembro de 2012 , Pgina consultada em 15 de maro de

2014, .

[6] ROMANO, V.F., VENTURA, R.B., Programao de Robs, Minicurso INCOM 2004,

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[7] REIS GmbH&Co. Pgina consultada em 15 de Fevereiro de 2014,

.

[8] MO ROBOTICA SEM DEDO, Inovao tecnolgica, . Pgina consultada em 15 de

Fevereiro de

2014,.

[9] TOOL CHANGERS, RoboticsAccessoriesDivision, Pgina consultada em 15 de abril

de 2008, .

[10] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 10067 - Princpios gerais de

representao em desenho tcnico. [S.l.: s.n.], 1995

[11] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 10068 - Folha de desenho -

Leiaute e dimenses. [S.l.: s.n.], 1987

[12] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 10126 - Cotagem em desenho

tcnico. [S.l.: s.n.], 1987

[13] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 12298 - Representao de corte

http://robotics.dem.uc.pt/norberto/publico/robotica_industrial_desafios.pdfhttp://www.reisrobotics.de/http://www.robotic-accessories.com/files/Pro_Too.pdf

60

em desenho tcnico. [S.l.: s.n.], 1995

[14] Associao Brasileira de Normas Tcnicas. NBR 8196: Desenho Tcnico:

emprego de escalas. [S.l.: s.n.], 1999.

[15] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 11534 - Representao de

engrenagem em desenho tcnico. [S.l.: s.n.], 1991

[16] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 6389 - Polias de transmisso.

[S.l.: s.n.], 1971

[17] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR ISO 261 - Seleo de dimetros

para parafusos e porcas. [S.l.: s.n.], 2004

[18] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 8993 - Representao

convencional de partes roscadas em desenhos tcnicos. [S.l.: s.n.], 1985

[19] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 6158 - Sistema de tolerncias e

ajustes. . [S.l.: s.n.], 1995

[20] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 6409 - Tolerncias geomtricas.

[S.l.: s.n.], 1997

[21] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR ISO 2768-1 e 2768-2 -

Tolerncias gerais. [S.l.: s.n.], 2001

[22] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 8404 - Indicao do estado de

superfcies em desenhos tcnicos. [S.l.: s.n.], 1984

[23] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR13272 - Elaborao das listas de

itens. [S.l.: s.n.], 1999

[24] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR13273 - Referncia a itens . [S.l.:

s.n.], 1999

[25] PINA FILHO, A.C., Desenho tcnico para engenharia mecnica. Universidade

federal do Rio de Janeiro, 2011.

[26] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR ISO 10209-2 Termos relativos

aos mtodos de projeo [S.l.: s.n.], 2005

[27] ROMANO, V.F. , Apostila de Robtica, UFRJ-Poli / Engenharia Mecnica,

2011.

[28] OGATA, Katsuhiko. Engenharia de Controle Moderno. Traduo de Prof.

Bernardo Severo. Rio de Janeiro: LTC Editora, 1998.

61

APNDICE A TABELA DE MATERIAIS

Neste apndice, foi elaborada uma tabela com a descrio de todos os itens do

projeto.

A tabela est composta pelas seguintes colunas:

Tabela 6 Tabela com os ndices de cada coluna

Titulo. Nome do item em questo.

Cdigo. Para melhor organizao,os itens foram separados em cdigos.Vide a Tabela 1.

Descrio. Uma breve descrio do elemento com seu tipo e medida gerais

Material. Nome do material do respectivo elemento.

Conjunto. Cada elemento est enquadrado em um dos 6 itens possveis.

Massa. Massa calculada pelo software, a partir da massa especifica e volume do item modelado.

Foram usadas trs casas decimais em Quilograma.

QTD. Quantidade de itens de cada elemento na montagem completa.

TTULO CODIGO DESCRIO MATERIAL CONJUNTO MASSA QTD.

TTULO CODIGO DESCRIO MATERIAL CONJUNTO MASSA QTD.

Chapinha AB-01 Chapa 0.9mm Furada Alumnio 5052 Antebrao 0,630 4

Apoio Central AB-02 41.8 x 29.4mm Alumnio 5052 Antebrao 0,012 2

Carenagem frontal AB-03 Chapa 1.5mm Dobrada Alumnio 5052 Antebrao 0,044 1

Carenagem Traseira AB-04 Chapa 1.5mm Dobrada Alumnio 5052 Antebrao 0,039 1

Cruz AB-05 52 x 23.2 mm Alumnio 5052 Antebrao 0,009 1

Polia com Guia AB-06 C=13.7 e= 26.1 Polia com Guia Alumnio 5052 Antebrao 0,003 2

Engrenagem Cnica Pinho AB-07 Z=18 M=1 =20 =90 Pinho Nilon 101 Antebrao 0,001 2

Carenagem Lateral AB-08 Chapa 1.6mm Dobrada Alumnio 5052 Antebrao 0,034 2

Chapu AB-09 21 x 3mm Alumnio 5052 Antebrao 0,001 2

Capa da carenagem lateral AB-10 Chapa 1.5mm Dobrada Alumnio 5053 Antebrao 0,001 2

Base Circular Inferior BA-01 Chapa 11mm Usinada Alumnio 5052 Base 2,125 1

Apoio Central da Base BA-02 80 x 22.8mm Alumnio 5052 Base 0,231 1

Chapa Superior BA-03 Chapa 3.1mm Usinada Alumnio 5052 Base 0,333 1

Perna BA-04 HEX R=10.9mm C=96mm Alumnio 5052 Base 0,079 4

Trava Sextavada BA-05 HEX R=14.5mm C=8.2mm Alumnio 5052 Base 0,008 4

Pino BA-06 12.6 x 136.8mm Alumnio 5052 Base 0,046 1

Haste BA-07 C=105.2mm Alumnio 5052 Base 0,178 1

Base Circular Superior BA-08 Polia com Guia e=210mm Alumnio 5052 Base 0,475 1

Chapa de Apoio BA-09 Chapa 2mm Cortada Alumnio 5052 Base 0,104 1

Apoio de Borracha BA-10 14 x 32.5 x 9mm Borracha natural Base 0,004 2

Barra Retangular BA-11 16 x 128.5 x 9.4mm Alumnio 5052 Base 0,048 1

Pino de ligao BA-12 C=55.9mm Alumnio 5052 Base 0,010 1

Polia Dupla BA-13 Polia Guia Dupla Escalonada Alumnio 5052 Base 0,017 2

Polia Simples BA-14 Polia com Guia e=49.7mm Alumnio 5052 Base 0,013 1

Anel interno BA-15 26 x 11.9mm Alumnio 5052 Base 0,010 1

N de marinheiro BA-16 Chapa 2.9mm Usinada Alumnio 5052 Base 0,034 1

Anel BR-01 46.6 x 46.8mm Alumnio 5052 Brao 0,016 2

Placa Menor BR-02 12 x 21.3 x 2mm Alumnio 5052 Brao 0,001 4

Placa Maior BR-03 Chapa 2mm Furada Alumnio 5052 Brao 0,002 4

Pino Redondo BR-04 6.4 x 7.8mm Alumnio 5052 Brao 0,000 1

Cabea Simples BR-05 Chapa 3mm Usinada Alumnio 5052 Brao 0,035 1

Pino Retangular BR-06 4.2 x 9mm Alumnio 5052 Brao 0,001 1

Chapa Inferior BR-07 Chapa 1.5mm Dobrada Alumnio 5052 Brao 0,062 1

Chapa Lateral Brao BR-08 Chapa 1.5 Usinada Alumnio 5052 Brao 0,062 2

Capa Externa do Menor Rolamento BR-09 16.7 x 6.1mm Alumnio 5052 Brao 0,001 2

Capa Externa do Maior Rolamento BR-10 40 x 4.3mm Alumnio 5052 Brao 0,008 2

Capa Interna do Maior Rolamento BR-11 25.2 x 6mm Alumnio 5052 Brao 0,003 2

Capa Interna do Menor Rolamento BR-12 23 x 2mm Alumnio 5052 Brao 0,002 2

Parafuso Phillips - M3 6 CO-01 Comercial - Comercial 0,680 6

Parafuso Phillips - M1.6 3 CO-02 Comercial - Comercial 0,000 18


Parafuso Allen - M5 25 CO-04 Comercial - Comercial 0,006 6

Porca Sextavada - M4 CO-05 Comercial - Comercial 0,580 6

Arruela - M4 CO-06 Comercial - Comercial 0,770 6

Arruela da Garra M3 CO-07 Comercial - Comercial 0,180 1






Parafuso Phillips - M2.5 6 CO-13 Comercial - Comercial 0,280 6

Rolamento- 3 10 4 CO-14 Modelo NSK 6023 - Comercial 0,460 2

Rolamento - 4 13 5 CO-15 Modelo NSK 6024 - Comercial 0,330 2




Porca Sextavada M2 CO-19 Comercial - Comercial 0,400 1

Base da Garra GA-01 Chapa 1.1mm Dobrada Alumnio 5052 Garra 0,007 1

Triangulo GA-02 Chapa 1.1 mm Dobrada Alumnio 5052 Garra 0,003 2

Triangulo do Polimero GA-03 Chapa 1.1mm Dobrada Alumnio 5052 Garra 0,003 2

Polimero de Contato GA-04 27.5 x 9.8mm NEOPRENE Garra 0,000 2

Batente Eixo GA-05 13 x 4.5mm + Rosca M2 Interna Ao carbono simples Garra 0,001 1

Pino do Triangulo GA-06 1.5 x 7mm Alumnio 5052 Garra 0,000 2

Barra GA-07 Chapa 1.2mm Usinada Alumnio 5052 Garra 0,460 4

Bucha GA-08 C=11.5 Rosca M2 Interna Bronze Alumnio Garra 0,000 8

Base do Atuador GA-09 33.3 x 14.3mm Alumnio 5052 Garra 0,016 1

Tampa do Atuador GA-10 31.4 x 9mm PET Garra 0,003 1

Base da Engrenagem da Garra GA-11 C=32.5 Ao carbono simples Garra 0,024 1

Engrenagem Conica Coroa GA-12 Z=28 M=1 =20 =90 Coroa Nilon 101 Garra 0,002 1

Cilindro Perfurado GA-13 31.4 x 45.5mm Alumnio 5052 Garra 0,015 1

Eixo GA-14 C=58.7mm + Rosca M2.5 Ao carbono simples Garra 0,006 1

Polia Menor JU-01 Polia com Guia e=28.10mm Alumnio 5052 Junta 0,005 2

Chapa da Junta JU-02 Chapa 3mm Usinada Alumnio 5052 Junta 0,034 2

Polia Maior JU-03 Polia com Guia e=29mm Alumnio 5052 Junta 0,004 2

Polia do Cilindro JU-04 Polia com Guia e=50.2 Alumnio 5052 Junta 0,023 1

Bucha de Juno JU-05 6.4 x 4.3 Alumnio 5052 Junta 0,270 4

Cilindro Central JU-06 50.1 x 22mm Alumnio 5052 Junta 0,023 1

Eixo Cilindro JU-07 C=56.4mm Alumnio 5052 Junta 0,005 1

Eixo Polia Menor JU-08 C=31.5 Rosca M2.5 Interna Alumnio 5052 Junta 0,001 1

62

APNDICE B ANALISE CINEMTICO E D-H

A seguir, sero apresentados os desenhos para anlise cinemtica nos parmetros

DH calculados no capitulo 6.

Neste anexo consta:

Analise DH;

Volume de trabalho;

Cinco desenhos com as anlises angulares dcada junta;

APPROVEDP.E. CHECKBYDATEDESCRIPTIONECO NO.REV

165

137

,7 2

52

257,1

82,2

112

,7

531

,2

279

,2

XYZ

X1

Y1Z1

X2

Y2

Z2

X3

Y3

Z3

X4Y4

Z4

Z5

Y5X5

SCR{0}

Junta ai [mm] i di [mm] i imin imax

1 0 /2 112,7 1(varivel) -180 +1802 279,2 0 0 2(varivel) -23,1 +30,73 257,1 0 0 3(varivel) -79,6 +105,14 0 /2 0 4(varivel) -157,5 +156,95 0 0 82,2 5(varivel) -180 +180

11

6

5

4

3

2

1

B C D E

10

9

8

7

F G H J K L M N P QA

DATA:

69 / 81

CONJUNTO:Manipulador Robotico

FOLHAS

TTULO:

CDIGO DESENHO:

MA-00

Rodrigo de Souza e S Picana 28/02/2014DESENHISTA: DESCRIO:

MASSA: 4.858 Kg

ESCALA:

0.10.5mm-6mm : 0.3mm

1:5

6mm-120mm : 0.8mm

120mm-1000mm : 2mm1000mm-4000mm : 4mm

:0.1 Eixo:0.1 Eixo

N.B.RRUGOSIDADE :

MATERIAL:

ANGULAR:

TOLERANCIAS GEOMTRICAS N.B.RTOLERANCIAS LINEARES & N.B.R

COTAS : mm

FORMATO: A3

Montagem Manipulador

Parametro DH para analise cinemtica

1.6

-

APPROVEDP.E. CHECKBYDATEDESCRIPTIONECO NO.REV APPROVEDP.E. CHECKBYDATEDESCRIPTIONECO NO.REV

330

138

,10

R617,36

R341,05

R80,21

872

,18

866,60

VOLUME DE TRABALHO NO PLANO ZY

Z

Y

11

6

5

4

3

2

1

B C D E

10

9

8

7

F G H J K L M N P QA

DATA:

70 / 81

CONJUNTO:

Manipulador Robotico

3 DIEDRO

FOLHAS

TTULO:

CDIGO DESENHO:

MA-00


MASSA : 4.858 Kg

ESCALA:

0.10.5mm-6mm : 0.3mm

1:4

6mm-120mm : 0.8mm

120mm-1000mm : 2mm1000mm-4000mm : 4mm

:0.1 Eixo:0.1 Eixo

N.B.RRUGOSIDADE :

MATERIAL:

ANGULAR:


COTAS : mm

FORMATO: A3

Volume de trabalho

Volume de trabalho gerado pelo manipulador

1.6

-

JUNTA 1

Junta 1 tem uma variao angular de +180 e -180

y

Z

y

x

DATA:

71 / 81

CONJUNTO:


3 DIEDRO

FOLHAS

TTULO

CDIGO DO DESENHO:

MA-00


MASSA : 4.858Kg

ESCALA :

0.10.5mm-6mm : 0.3mm

1:5

6mm-120mm : 0.8mm

120mm-1000mm : 2mm1000mm-4000mm : 4mm

1.6

:0.1 Eixo:0.1 Eixo

N.B.RRUGOSIDADE :

MATERIAL: -

ANGULAR:


COTAS : mm

FORMATO: A4

Variao angular da Junta 1

Junta 1

23,1

30,7

JUNTA2

X

Z

Y

DETALHE JUNTA2 ESCALA 2 : 5

BatenteJunta

A junta 2 tem um angulo variavel de +30,7 a -23,1.Isso deivo aos seus batentes acoplados no Antebrao

que limita seu movimento.

DATA:Variao angular da Junta 2

72 / 81

CONJUNTO:

-

3 DIEDRO

FOLHAS

TTULO

CDIGO DO DESENHO:

MA-00


MASSA : 4.858Kg

ESCALA :

0.10.5mm-6mm : 0.3mm

1:5

6mm-120mm : 0.8mm

120mm-1000mm : 2mm1000mm-4000mm : 4mm

1.6

:0.1 Eixo:0.1 Eixo

N.B.RRUGOSIDADE :

MATERIAL: -

ANGULAR:


COTAS : mm

FORMATO: A4

Junta 2

105,1

79,6

JUNTA 3

Y

X

Z

Junta 3 tem uma variao angular de +105,1 a -79,6.Seus movimentos so limitados pela garra e pela junta principal

DATA:

73 / 81

CONJUNTO:


3 DIEDRO

FOLHAS

TTULO

CDIGO DO DESENHO:

MA-00


MASSA : 4.858Kg

ESCALA :

0.10.5mm-6mm : 0.3mm

1:5

6mm-120mm : 0.8mm

120mm-1000mm : 2mm1000mm-4000mm : 4mm

1.6

:0.1 Eixo:0.1 Eixo

N.B.RRUGOSIDADE :

MATERIAL: -

ANGULAR:


COTAS : mm

FORMATO: A4

Junta 3

Variao angular da Junta 3

-

MA-00-

156,9

0

157,40

Y

Z

CONJUNTO COROA PINHO

X

Z

Na junta4 possivel um angulo de +156,9 e -157,4.Essa angulao devido a rotao da engrenagens pinho, no eixo Xque movimentam a garra .

Quando acionadas simultaneamentes em um sentindo positivo, a garra se eleva, num sentido negativo a garra se abaixa.Se acioanda em sentidos opostos, a garra ir rotacionar sobre seu prprio eixo. Sendo possivel em Z uma rotao de +180 e -180

DATA:Variao angular da Junta 4

74 / 81

CONJUNTO:

3 DIEDRO

FOLHAS

TTULO

CDIGO DO DESENHO:


MASSA : Kg

ESCALA :

0.10.5mm-6mm : 0.3mm

1:2

6mm-120mm : 0.8mm

120mm-1000mm : 2mm1000mm-4000mm : 4mm

1.6

:0.1 Eixo:0.1 Eixo

N.B.RRUGOSIDADE :

MATERIAL:

ANGULAR:


análise e documentação de um manipulador com cinco graus de ...

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Transcript of análise e documentação de um manipulador com cinco graus de ...