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Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Júlio Julinho

Marcondes de Moura”

CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

LAURA APARECIDA JACINTO

GARRA ROBÓTICA

Garça 2017

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Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Júlio Julinho

Marcondes de Moura”

CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

LAURA APARECIDA JACINTO

GARRA ROBÓTICA

Trabalho apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça-Fatec, como requisito para conclusão do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial.

Data de aprovação: 05/ 07/ 2017

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Prof. Ms. Ildeberto, de Genova Bugatti

FATEC Garça

Garça 2017

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Gostaria de agradecer primeiro a Deus por que sem ele nada teríamos, a família pelo apoio incondicional, aos meus queridos professores por tudo que aprendi nesses belíssimos anos dentro desta instituição. E a todos que diretamente e indiretamente me ajudaram a chegar até aqui. A todos vocês muito obrigado

4

Sumário

Resumo .................................................................................................................................... 5

Abstract .................................................................................................................................... 5

1.Introdução................................................................................................................................. 6

2.Referencial Teórico ............................................................................................................... 10

Conceitos e características de Garras .............................................................................. 11

Conceitos e características dos motores .......................................................................... 14

3. Desenvolvimento .................................................................................................................. 16

Programando – Biblioteca ................................................................................................... 16

Estrutura Mecânica .............................................................................................................. 18

4. Considerações Finais .......................................................................................................... 23

5. Referencias ........................................................................................................................... 24

APÊNDICE A - Programa criado no compilador Arduino ................................................... 26

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GARRA ROBÓTICA

Laura Aparecida Jacinto laurajacinto07@gmail.com

Resumo

O crescimento de uso de robôs nas indústrias é motivado pelos seguintes principais fatores: aumento de produtividade; melhoria de qualidade de produtos; aumentar segurança dos trabalhadores; diminuir acidentes de trabalho e diminuir custos de produção. Para tanto, os robôs substituem o homem em realizações de tarefas que necessitam de rapidez, precisão e repetitividade de movimentos. O objetivo geral desse trabalho foi desenvolver uma garra robótica para manusear objetos em uma linha de manufatura genérica e substituir a ação humana por um robô em ambientes e em atividades que comprometem a saúde do colaborador com movimentos repetitivos e exaustivos. Para atingir os objetivos do trabalho, foi desenvolvido um protótipo de uma garra robótica com movimentos simples controlada por um microcontrolador da família Arduino. No projeto mecânico e controle eletrônico da garra desenvolvida, foram utilizados conceitos, técnicas e ferramentas da mecatrônica industrial. Os resultados obtidos através de testes foram animadores, conseguindo diminuir os riscos ocupacionais dos colaboradores e agregar recursos de automação para aumentar a produtividade e a qualidade do processo de manufatura que exigem movimentos repetitivos. Palavras-chave: Automação Industrial; L.E.R; Garra Robótica, Sistemas

Microcontrolados; Servo Motores.

Abstract

The growth of the use of robots in the industries is motivated by the following main factors: increase of productivity; Product quality improvement; Increase worker safety; Reduce work accidents and reduce production costs. To do so, robots replace man in task accomplishments that require speed, accuracy, and repeatability of movement. The general objective of this work was to develop a robotic grip to manipulate objects in a generic manufacturing line and to replace human action by a robot in environments and activities that compromise the health of the collaborator with repetitive and exhaustive movements. To achieve the objectives of the work, a prototype of a robot with simple movements controlled by a microcontroller of the Arduino family was developed. In the mechanical design and electronic control of developed claw, concepts, techniques and tools of industrial mechatronics were used. The results obtained through tests were encouraging, reducing employees' occupational hazards and adding automation resources to increase productivity and the quality of the manufacturing process that require repetitive movements. Keywords: Industrial Automation, DORT;Robotic Claw, Microcontrolling Systems; Servo Motors

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1.Introdução

Este projeto é fruto de pesquisa para o Trabalho de Conclusão de Curso da

Faculdade de Tecnologia de Garça do curso Superior em Mecatrônica

Industrial. Com foco no aumento dos custos causados pela falta da ergonomia

na indústria buscou-se uma solução que emprega conhecimentos adquiridos

no decorrer do curso motivado pela necessidade de um sistema que manipule

e transfira objetos para diferentes localidades em ambiente de chão de fábrica.

Um dos fatores que contribuem para gerar qualidade e boa produtividade

em processos de manufatura industriais está relacionado ao bem estar e

motivação dos colaboradores que atuam nesses processos. Estudos

comprovam que a ergonomia apropriada dos equipamentos e ferramentas

utilizadas pelos colaboradores contribui de forma efetiva para gerar maior

conforto no ambiente de trabalho, possibilitando aumento na produtividade

além de diminuir e ou evitar as lesões ocupacionais, diminuindo tanto

afastamentos temporários de funcionários da atividade produtiva necessidades

de alteração frequente das equipes de produção.

Um ambiente de trabalho ergonomicamente incorreto pode provocar

limitações físicas e mentais para o funcionário que insatisfeitos e

desconfortáveis produzem menos, sofre dores além de gerar desmotivação.

Um ambiente bem planejado que busque diminuir tais dificuldades é o primeiro

passo para se atingir a qualidade de trabalho dos colaboradores e

consequentemente uma melhor qualidade e produtividade dos funcionários.

Um dos grandes problemas atualmente encontrados nas lesões entre os

funcionários é o L.E.R (Lesões por Esforços Repetitivos) também chamada de

D.O.R.T. (Distúrbio Osteomuscular Relacionado ao Trabalho), L.T.C. (Lesão

por Trauma Cumulativo), A.M.E.R.T. (Afecções Musculares Relacionadas ao

Trabalho) ou síndrome dos movimentos repetitivos, L.E.R. é causada por

mecanismos de agressão, que vão desde esforços repetidos continuadamente

ou que exigem muita força na sua execução, até vibração, postura inadequada

e estresse. Não sendo necessariamente uma doença o L.E.R provocam um

grupo de doenças tais como tendinite, tenossinovite, bursite, síndrome do

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desfiladeiro torácico, síndrome do pronador redondo, mialgias entre outras que

atingem nervos, tendões e músculos na maioria dos casos dos membros

superiores que inflamados provocam dores e impedem que os colaboradores

realizem suas funções de forma correta e produtiva chegando a alguns casos

impedi-los de realizar suas funções.

Acredita-se que o primeiro médico a descrever o L.E.R tenha sido Bernardo

Ramazzini em 1713, hoje considerado o pai da Medicina Ocupacional,

descreveu um grupo de afecções músculo esqueléticas entre as quais a

encontrada em notários e escreventes que, acreditava ele, ser pelo uso

excessivo das mãos no trabalho de escrever, com o passar do tempo e a

implementação de novos ofícios dependentes de movimentos repetitivos

constantes mais e mais casos foram surgindo.

No Brasil, a primeira referência oficial a esse grupo de afecções do sistema músculo-esquelético foi feita pela Previdência Social, com a terminologia tenossinovite do digitador, através da portaria nº 4.062, de 06/08/87. Em 1992, a Secretaria de Estado da Saúde de São Paulo publicou a resolução SS 197/92, já introduzindo oficialmente a terminologia Lesões por Esforços Repetitivos (LER), após amplo processo de discussão entre os mais diferentes segmentos sociais. Nesse mesmo ano, a Secretaria de Estado do Trabalho e Ação Social e Secretaria de Estado da Saúde de Minas Gerais publicaram a resolução 245/92, baseada na resolução SS 197/92, de São Paulo. (SETTIMI, TOLEDO, PAPARELLI, MARTINS, SOUZA, SILVA,2000,p 9).

No tratamento do L.E.R além do uso de anti-inflamatórios em muitos casos

é indicado o repouso dos membros afetados e fisioterapia chegando a

situações mais graves a intervenção cirúrgica que afasta durante um grande

período o colaborador causando assim custos para as empresas.

E os setores com mais casos de LER são: Bancário; Comércio; Processamento

de dados; Têxtil; Confecção; Químico; Plástico; Serviços e Telecomunicações.

(SETTIMI, TOLEDO, PAPARELLI, MARTINS, SOUZA, SILVA,2000)

Ou seja, as indústrias estão em grande parte incluídas nessa situação onde

a tecnologia e as inovações podem vir trazer certo alivio e onde soluções são

bem vindas. Um sistema de transporte e que realize funções pode diminuir ou

até mesmo impedir que os casos de L.E.R possam a vir acontecer dentro da

empresa, apesar da sociedade temer que as máquinas tirem dos colabores

seus trabalhos a inovação surge para facilitar a vida, trazendo mais conforto,

saúde e facilidade a todos nós.

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No Brasil as lesões por esforços repetitivos e distúrbios ósteos-musculares

relacionados ao trabalho são quase uma epidemia que atinge e afasta do

trabalho cerca de 100 mil trabalhadores por ano. A Pesquisa nacional da

Saúde que é realizada todo ano pelo IBGE apontou que em 2013 cerca,

3.569.095 trabalhadores disseram ter sido diagnosticado com L.E.R, que nas

últimas décadas tem sido a doença ocupacional mais frequente no Instituto

Nacional de Seguro Nacional em suas estáticas.

Dados divulgados pelo site oficial do Instituto Nacional de Seguro Social, no

período de 2000 a 2011 apontam um crescimento de 163% na concessão do

auxílio doença previdenciário aquele ao qual é concedido a quem recebe

atestado de mais de que 15 dias pelo médico, benefício esse oferecido pelo

Ministério da Previdência Social no Brasil, tais afastamento tem um custo aos

cofres públicos de mais de 669 milhões ao ano.

Muitos acreditam que a evolução das máquinas vem para substituir os

trabalhadores de suas áreas de trabalho, no entanto a mecanização das

funções antes realizada por tais trabalhadores melhora sua qualidade de vida,

diminuindo riscos a saúde, doenças e acidentes até fatais.

Proprietários de empresas ao adquirir tecnologia não deve somente pensar

no lucro, mas também nos benefícios que com ela irão ter, um funcionário pode

sim ter um custo menor que uma máquina, mas em caso de acidente e risco de

saúde o custo pode ser maior. Um exemplo disso é o manuseio de produtos

químicos no qual o risco ao colaborador é maior que o custo de compra de uma

máquina especifica para tal trabalho.

Para atingir o objetivo de diminuir a incidência de problemas gerados aos

colaboradores de uma empresa que atuam em processos de manufatura

industrial que exigem movimentos repetitivos e exaustivos (L.E.R.) Foi

desenvolvida uma garra robótica para substituir o homem em atividades

repetitivas. Como consequência da utilização de garras robóticas é obtida

resultados animadores na uniformidade e aumento de qualidade dos objetos

manufaturados em chão de fábrica. O projeto verifica a viabilidade de substituir

a atuação humana em atividades que exijam movimentos repetitivos e

exaustivos em ambiente fabris através da utilização de garras robóticas que

apresentem uma boa relação de custo benefício. A garra robótica proposta

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pode ser utilizada em uma diversidade de atividades, possibilitando aumento

no padrão de qualidade e uniformidade nos produtos manufaturados.

O braço mecânico é um manipulador projetado para realizar diferentes

tarefas e ser capaz de repeti-las (ROSARIO 2005) funções que desde do séc.

IV AC já vinham sendo buscadas por Aristóteles, Leonardo da Vinci, Charles

Babbage, Nikola Tesla entre outro, mas somente foram atingidas na tecnologia

moderna.

A empresa Universal Automation Inc. fundada por George Devol e Joseph

F. Engelberger em 1956 juntamente com alguns engenheiros e programadores

da Universidade de Stanford teria sido a primeira companhia a produzir um

robô manipulador industrial, conhecidos na época como Máquinas de

transferência programadas, pois era essa a sua função transferir objetos de um

ponto ao outro ponto utilizando-se atuadores hidráulicos que eram

programados a partir de coordenadas. A Fig.1 mostra o primeiro manipulador

robótico utilizado pela General Motors (GM).

Figura 1 - UNIMATE o primeiro robô manipulador patenteado instalado na linha de produção da GM

Fonte: http://exame.abril.com.br/ciencia/a-historia-dos-robos-em-imagens/

O grande fator que elevou a robótica para o patamar que hoje ela se

encontra ocorreu nos anos 70, onde grandes empresas visualizaram suas

vantagens e se renderam a nova tecnologia. Dentre elas é possível citar a

General Eletric e a General Motors.

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2.Referencial Teórico

A norma ISO 10218 é a norma que especifica requisitos e diretrizes para o

design seguro inerentes, medidas de proteção e informações para uso de

robôs industriais. Ele descreve perigos básicos associados com robôs e

fornece requisitos para eliminar ou reduzir adequadamente os riscos

associados a esses perigos.

Segundo a ISO um robô industrial é um manipulador reprogramável,

multifuncional, projetado para mover materiais, peças, ferramentas ou

dispositivos especiais em movimentos variáveis programados para a realização

de uma variedade de tarefas.

Para a realização do projeto foi necessária uma pesquisa teórica exaustiva

de temas envolvidos com mecatrônica tais como: mecânica, sistemas

microcotrolados, microcontroladores, linguagens de programação, braços

robóticos, servo motores, sensores e atuadores. Para realizar os movimentos

previstos para a garra robótica foram utilizados servos motores, que

apresentam dimensões reduzidas e torque relevante. A utilização de servo

motores proporciona ã obtenção de movimentos precisos e robustos.

Os movimentos em servo motores são gerados por pulsos elétricos

aplicados em seus terminais (PWM). Na garra desenvolvida, os pulsos elétricos

são gerados por um microcontrolador Arduino programado utilizando linguagem

C para gerar movimentos precisos e com potência adequada.

A substituição do ser humano por um equipamento automatizado gera

uniformidade no processo de manufatura consequentemente maior qualidade

do produto final. Para tanto, o sistema de controle deve ser projetado e

programado adequadamente para realizar movimentos sincronizados para

obter os resultados esperados em uma determinada aplicação.

O controle da garra robótica é realizado utilizando uma placa de

programação de desenvolvimento contendo um microcontrolador Arduino. O

sistema utilizado caracteriza-se como uma plataforma de prototipagem de

sistema de controle muito utilizada por propiciar um sistema de

desenvolvimento colaborativo, gerando maior velocidade de desenvolvimento.

Avaliações e dimensionamentos realizados contribuíram para definir o

microcontrolar Arduino utilizado.

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A placa utilizada neste projeto utiliza a linguagem de programação C, que é

uma linguagem de programação compilada de uso geral sendo uma das mais

utilizadas em sistemas microcontrolados, e diversas placas de programação

tais como PIC, ADK, Raspberry entre outras, tanto que é ensinada como

linguagem básica em cursos superiores de tecnologia.

Conceitos e características de Garras

Segundo Rosário (2005) ”O braço do robô executa movimentos espaço,

transferindo objetos e ferramentas de um ponto para outro. Na extremidade do

braço, existe um atuador usado na execução de suas tarefas.” O atuador na

extremidade do braço é próprio para a realização da atividade da qual o robô

foi projetado tendo, como o atuador é um dos elementos mais importantes para

a execução é necessário que seja adequado às condições e sua área de

trabalho que pode ser carregar e descarregar máquinas, manipular e paletizar

objetos e até mesmo realizar atividades mais precisas como cirurgias e solda.

Os atuadores existentes são classificados em dois tipos principais:

Garras e Ferramentas especializadas.

Existem vários tipos de Garras ou mãos mecânicas no mercado, cada

uma delas adequada a uma atividade ou aplicação específica:

Com sujeição por pressão – onde as laterais da garra realizam força para apoiar o objeto;

Com sujeição magnética – onde por meio de um imã o objeto é mantido na posição;

Com sujeição a vácuo – na qual a utilização do ar comprimido permanece a peça apoiada;

Com sujeição de peças a temperaturas elevadas;

Resistentes a produtos corrosivos e/ou perigosos;

Com sensores e entres outros.

As Ferramentas especializadas mais utilizadas são:

Pistolas pulverizadas – como, por exemplo, em pintura, metalização;

Soldagem por resistência por pontos;

Soldagem por arco;

Dispositivos de furação – com brocas ou outros equipamentos próprio em sua extremidade;

12

Polidoras e entre outras.

A garra ou mão mecânica busca o manuseamento dos objetos sendo

comparada a mão humana, mas, no entanto ela não é capaz de simular seus

movimentos tanto pela dificuldade de sua construção quanto pelo valor

agregado ao braço por tal tecnologia que em muitos casos nem se tem a

necessidade, limitando assim os movimentos a uma faixa de operação.

Como em alguns casos são necessários apenas alguns movimentos

que a mão humana realiza, cada tipo de garra busca reproduzir tais

movimentos adaptando sua construção para tal. A Fig. 2. Mostra os principais

movimentos que uma garra robótica deve realizar, tais como: cilíndrico, ponta

de dedo, gancho, palmar (movimento de pinça entre polegar e indicativo),

esférico e lateral.

Figura 2- Formas de Preensão

Robson Merli (2016)

Conforme foi crescendo a demanda em diferentes ambientes foi sendo

desenvolvido diversos tipos de garras para que pudesse se adaptar a objetos

de diferentes tamanhos, formas e matérias cada qual própria a um tipo

especifico de atividades na área industrial, sendo assim podemos classificar

em:

Garra de dois dedos;

Garra de três dedos;

Garra para objetos cilíndricos;

Garra para objetos frágeis;

Garra articulada;

Garra a vácuo e eletromagnética, entre outras. Para a realização desse projeto foi determinada o uso da garra de dois

dedos, que se trata de uns dos tipos mais comuns que se encontra em diversas

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indústrias, além da classificação do tipo de garra dentro de cada uma há

também a classificação por número de contatos mecânico com o objeto, o tipo

e quantidade de contato do manipulador com o objeto interfere em muito em

sua precisão e na segurança no decorrer da peça se caso houver no perímetro.

Podemos definir os contatos em:

Simples - quando a peça é apoiada em apenas um contato (dedo) da garra;

Duplo – quando a peça é apoiada em dois elementos mecânicos; De acordo com o tipo de contato que a peça tem com garra:

Contato externo ou interno;

Encaixe, Fricção e Retenção;

Contato em “V”. A garra de dois dedos realiza a função de pinça que a partir de dois

contatos mecânicos que seria no caso da mão humana o dedo indicador e o

polegar, que o movimento que diferencia os seres humanos dos outros

animais. Tal movimento foi uma habilidade que adquirimos no processo

evolucionário e que permitiu a possível realização de diversos trabalhos pelo

homem desde grandes como as construções de até o preciso movimento de

escrita, com tal capacidade a garra tem uma precisão e força para realizar o

transporte de objetos desde que este possa ser encaixado de forma correta

nos contatos.

Tal garra pode ter dois tipos de movimentos que pode facilitar o trabalho

e aumentar sua precisão. Um deles é o movimento paralelo no qual os contatos

da garra que se movimento linearmente deslizando no apoio e prensando o

objeto ficando assim preso a partir da pressão dos contatos.

O segundo movimento que uma garra de dois dedos pode realizar é o

movimento rotativo, no qual os dois contatos estão conectados a um eixo

rotativo e a partir da movimentação deste eixo central é realizado o fechamento

e a pressão dos contatos no objeto, uma das grandes dificuldades deste tipo de

garra é a limitação da abertura dos dedos que faz com que seja a restritos

objetos de tamanhos que exceda a abertura máxima da garra, mas em

comparação com o movimento paralelo o movimento rotativo permite uma

maior abertura da garra e consequentemente uma oportunidade de trabalhos

realizados com objetos de maior volume, como podemos na fig.3.

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Figura 3- Formas de movimentação de garras. Rosário (2005)

Conceitos e características dos motores

Para controlar velocidade e precisão dos motores mais comuns

determinamos a quantidade de passos que ele dará no decorrer do tempo, ou

variando a tensão que se é aplicada nele. No servo motor diferente dos outros

motores é possível determinar a posição, em graus, com excelente precisão a

partir da programação, mas em comparação aos outros o servo motor não

completa o giro total chegando a apenas 180 graus.

O servo motor trabalha com servomecanismos que usa o feedback de

posição para controlar a velocidade e a posição final do motor, em seu interior

ele é composto por um motor com um circuito de realimentação, um

controlador e outros circuitos complementares. Ele usa um codificador

ou sensor de velocidade (encoder) que tem a função de fornecer o feedback de

velocidade e posição.

Ele contém três fios como é possível ver na Fig.4 a seguir, o fio preto,

vermelho, o branco, cada qual com sua função específica. O fio preto é o terra

(GND) para desviar corrente de uma sobrecarga evitando que o equipamento

entre em curto e que o usuário leve um choque. O fio vermelho é a alimentação

do motor que neste caso será utilizada 5 Volts vindos do controlador. Já o fio

branco é por onde será enviado o comando vindo da placa já programada.

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Figura-4 Constituição e funcionamento

André Tomaz de Carvalho

O servo motor é alimentado com tensões de 5 V e recebe um sinal no

formato PWM (Pulse Width Modulation - Modulação de largura de pulso). Este

sinal é 0 V ou 5 V. O circuito de controle do servo fica monitorando este sinal

em intervalos de 20 ms. Se neste intervalo de tempo, o controle detecta uma

alteração do sinal na largura do sinal, ele altera a posição do eixo para que a

sua posição coincida com o sinal recebido.

Um sinal com largura de pulso de 1 ms corresponde à posição do servo

todo a esquerda ou zero grau. Um sinal com largura de pulso de 1,5 ms

corresponde à posição central do servo ou de 90 graus. Um sinal com largura

de pulso de 2 ms corresponde à posição do servo todo a direita ou 180 graus,

como é possível ver na Fig.5 que se segue.

Figura-5 Pulsos para controle de um servo motor Wagner Ramb (2017)

Uma vez que o servo recebe um sinal de 1,5 ms (por exemplo), ele

verifica se o potenciômetro encontra-se na posição correspondente, se ele

estiver nada é feito. Se o potenciômetro não estiver na posição correspondente

ao sinal recebido, o circuito de controle aciona o motor até que o potenciômetro

esteja na posição correta. A direção de rotação do servo motor depende da

posição do potenciômetro. O motor vai girar na direção leva o potenciômetro

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mais rapidamente na posição correta. Ao se tentar alterar a posição do servo

motor, verifica-se uma resistência feita pelo motor.

3. Desenvolvimento

Para o desenvolvimento do projeto foi utilizado à placa Arduino R3 Uno

por causa de sua facilidade de programação e por usar a linguagem C já

estudada no decorrer do curso. A placa Arduino se trata de uma placa de

prototipagem eletrônica de hardware livre e de placa única com programação

padrão baseada na linguagem C, sua placa consiste em um

microcontrolador Atmel AVR de 8 bits, um regulador linear de 5 volts e

um oscilador de cristal de 16 MHz, que além de ser microcontrolador também é

pré-programado com um bootloader (programa para ativar sistemas), o que

simplifica o carregamento de programas para o chip de memória

flash embutido, em comparação com outros aparelhos que geralmente

demandam um chip programador externo, o Arduino utilizado possui 28 pinos,

sendo que 23 desses podem ser utilizados como I/O.

Quando é usado um computador para realizar a alimentação e/ou o

controle das funções pré-programadas da à tensão não precisa ser estabilizada

pelo regulador de tensão. Dessa forma a placa é alimentada diretamente pela

USB. O circuito da USB apresenta alguns componentes que protegem a porta

USB do computador em caso de alguma anormalidade.

Programando – Biblioteca

Dentro da estrutura dos copiladores encontramos bibliotecas que

facilitam a programação para que não seja necessária a busca contínua de

certos comandos e suas produções dentro do corpo do programa, como por

exemplo, a biblioteca “math.h” que o compilador Dev- C++ tem na sua

constituição na qual é utilizado para realizar funções matemáticas de maneira

simples.

Para a realização deste projeto foi utilizado o compilador próprio da

placa Arduino oferecido pela empresa desenvolvedora, juntamente com o

compilador vem diversas bibliotecas e entre elas será utilizada para a

programação a biblioteca “Servo.h”. Esta biblioteca no software do Arduino

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permite que ele controle até 12 servos motores na maioria das placas Arduino

e 48 no Arduino Mega. O uso da biblioteca desabilita o usa da função

analogWrite (desabilitando o sinal analógico e permitindo o sinal digital) nos

pinos 9 e 10 (exceto no Arduino Mega). No Mega o uso de 12 a 23

servomotores desabilitará o a função analogWrite nos pinos 11 e 12.

Para o controle do protótipo foi definido a utilização do teclado do

computador por se tratar de um método de controle comum dentro de uma

indústria, por causa da memória relativamente pequena não foi possível a

utilização da variável “char” para declarar as entradas por ser tratar de uma

variável que ocuparia um certo espaço na memória.

Ao utilizar a variável “int” na programação para se ter acesso ao teclado

foi necessário o uso da tabela ASCII (American Standard Code for Information

Interchange; "Código Padrão Americano para o Intercâmbio de Informação") é

um código binário que codifica um conjunto de 128 sinais: 95 sinais gráficos

(letras do alfabeto latino, sinais de pontuação e sinais matemáticos) e 33 sinais

de controle, utilizando portanto apenas 7 bits para representar todos os seus

símbolos, como é possível visualizar na figura 6 a seguir.

Figura 6 -Tabela ASCII(códigos de caracteres 0 – 127) Fonte - http://nunovictor.blogspot.com.br/2015/10/padroes-de-codificacao-de-

carateres.html

No programa é definido que os sinais enviados do teclado são inseridos

na variável inserida anteriormente “n”, que utilizando uma sequência de “if’s”

envia para a o servo motor o valor já definido em graus, como é possível ver

nas tabelas a seguir.

Com o programa é controlado três (3) servos motores, o motor

responsável pela movimentação da base da garra que a permite que gire 0º

18

,90º e 180º em relação ao possível braço que ele seja inserido (tabela 1),

o segundo motor permite a movimentação de um dedo da garra em 20º,

45º e 65º (tabela 2) e o terceiro motor que realiza a movimentação do

segundo dedo da garra que contém dois dedos em 45º, 70º e 90º (tabela

3). O programa permite que se movimente os dedos da garra tanto de

maneira isolada quanto os dois dedos a partir de outras teclas diferentes

como é possível ver na tabela 4.

Tabela 1 - Base

Servo Motor – Base

Tecla Valor tabela Ascii Graus

1 49 90º

2 50 180º

3 51 0º

Tabela 2 – Garra 1

Servo Motor – Garra 1

Tecla Valor tabela Ascii Graus

q 113 20º

w 119 45º

e 101 65º

Tabela 3 – Garra 1

Servo Motor – Garra 2

Tecla Valor tabela Ascii Graus

a 97 45º

s 115 70º

d 100 90º

Tabela 4 – Garra 1 e 2

Servo Motor – Garra 1 e 2

Tecla Valor tabela Ascii Braço 1- Graus Braço 2 - Graus

z 122 20º 45º

x 120 45º 70º

c 99 65º 90º

Estrutura Mecânica

Para o desenvolvimento foi utilizado 3 (três) servos 9g SG90

TowerPro por causa de mesmo tendo uma pequena estrutura ele tem uma

velocidade considerável e um grande torque conhecido por ser muito utilizado

em projetos de robótica e aeromodelismos.

O projeto tem como objetivo principal a produção de uma garra que

transporte objetos e cargas para posições diferentes no perímetro de uma

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empresa, mas para a tal realização foi visto que havia a necessidade de

produção de suporte para ela que se movimentasse e levasse a garra a realizar

este objetivo original.

Para a adaptação do projeto foi necessário uma estrutura que na atual

condição seria a garra encontrará em seu extremo de um braço robótico, a

garra realizará o movimento de pinça como explicado anteriormente que é

movimento em que no caso da mão humana é realizado pelo dedo polegar e

indicador o qual utilizamos, por exemplo, para segurar objetos pequenos e/ou

finos tais como canetas, chaves e etc., mas sua construção a permite que

utilize o arco que cria ao fazer o movimento de pinça para segurar e transportar

objetos maiores desde que seu volume possa ser suportado.

A garra robótica construída foi produzida a partir da substância de

MDF (Medium Density Fiberboard – “Fibra de Média Densidade, um material

oriundo da madeira) cortado a laser que encaixado e parafusado suporta tanta

a estrutura da garra quanto dos três servos motores que realizam os

movimentos da garra. Foram utilizados para este protótipo 3 (três) servos

motores, no qual um deles é utilizado na base e os outros dois motores para os

dedos da garra.

O servo base é o responsável para o movimento da garra, como dito

anteriormente o servo motor realiza movimento até 180 graus levando a

estrutura a se movimentar da esquerda para direita que conforme a

programação realiza a volta da direita para a esquerda atingindo os valores de

0º,90º e 180º.

Figura 7 – Garra na posição inicial da base Fonte – Autor

20

Figura 8 - Garra com a base em movimento Fonte – Autor

Já os dois motores restantes realizam a movimento dois dedos da garra,

o servo motor do braço 1 que contém apenas um dedo controla ele permitindo

a ela três posições, a posição da base de descanso que se encontra a 20º

permitindo que ele atinja a 45º que seria a metade do trajeto deixando a garra

semiaberta posição esta que permite que a garra segure um objeto de maior

volume e a posição em 65º no qual o dedo se encontrará como segundo dedo

totalizando o fechamento da garra. O terceiro motor se encontra na garra 2 que

contém na sua construção dois dedos permitindo que ele realize três

movimentos, a posição da base de descanso se encontra em 45º a segunda

posição que seria a metade do trajeto se encontra a 70º e a última posição no

qual os dois dedos se encontram a 90º para que assim as duas se encontrem e

fechem por completo a garra em volta do objeto que será transportado dentro

do perímetro da empresa. A programação permite o controle isolado de cada

servo motor e com isso a estrutura própria que ele movimenta, porém há um

comando que permite o controle dos dois servos motores responsáveis pelos

dedos da garra permitindo assim uma facilidade e velocidade para o transporte

do objeto, como é possível visualizar nas imagens a seguir a garra aberta,

semiaberta e completamente fechada.

21

Figura 9 - Garra totalmente aberta Fonte – Autor

Figura 10 – Garra semiaberta com dois dedos na posição média Fonte – Autor

Figura 11 – Garra totalmente fechada com os dedos na posição final Fonte – Autor

22

Resumindo a ideia principal do projeto é retirar o trabalhador da função

que traz riscos ao seu bem e traze-lo a uma função menos arriscada e com

nível de instrução no qual possa ser mais rentável a ele. Como demonstrado no

fluxograma a seguir agora o operador trabalha no sistema IHM(Interação

Homem Máquina) onde controla todos os comandos que a placa envia para

motores que realiza os movimentos da garra sendo assim sem contato direto e

sem a realização de movimentos repetitivos mas mesmo assim com controle

total de todas as atividades realizadas, trazendo toda a viabilidade para a tarefa

sem perder o controle caso algo venha a acontecer durante processo dentro do

piso da indústria em questão.

Figura 12 – Diagrama de funcionamento Fonte - Autor

23

4. Considerações Finais

A garra produzida como protótipo para o projeto realizou ao

realizar os movimentos necessários dentro de uma empresa e de forma

repetitiva de maneira simples e rápida onde a tempo e a simplicidade é de

extrema necessidade.

Porém mesmo com a adaptação para que fosse alterada para um

modelo mais próprio para ser capaz de manusear objetos de mais diferentes

tipos, a garra manteve seu tipo físico original de dois dedos que realiza o

movimento de pinça, tipo esse que inibe o manuseio de objetos que fuja do

padrão. Ainda se encontra a necessidade da produção de um braço que a

garra possa ser inserida e que permita o movimento da base.

O projeto para sua inserção no meio comercial teria a necessidade de

diversas alterações inicialmente tais como o material usado, adaptar os

movimentos em graus da garra para o objeto que será transportado e alterar o

programa para realizarem loop a partir da existência de peça sendo claro que

teria que ser inseridos sensores no modelo final.

A partir do projeto foi concluído que sua utilização reduz as doenças

causadas pela falta de ergonomia no meio industrial, e que sua produção

realizada com uma placa que permite uma nova programação facilita que sua

adaptação na diversos meios e atividades, pois cada empresa pode alterar sua

programação original e produzir uma própria a partir dos aspectos de sua linha

de produção, atividades necessárias e consequentemente ao ser atualizado

toda sua linha ou apenas uma parte não haverá necessidade de adquirir um

novo mecanismo.

A necessidade de um robô neste meio vem crescendo a cada dia que

passa, pois os colaboradores já não têm velocidade e repetitividade exigida e

com isso correm o risco de desenvolver LER que afeta tanto o colaborador,

quanto a empresa e a economia do Brasil. Aos nos adaptamos ao novo

aspecto industrial evitamos tais riscos e criamos novas e melhores vagas de

emprego onde o colaborador possa manter sua saúde ao exercer atividades

24

menos desgastantes e maiores salários gerados por uma qualificação maior,

onde tanto a empresa quanto todos do país.

5. Referencias

Abergo,Brasil,2000.O que é ergonomia. Disponível em

<http://www.abergo.org.br/internas.php?pg=o_que_e_ergonomia> Acesso em

06 de março 2017.

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<https://www.arduino.cc/en/reference/servo> Acesso em 02 abril 2017

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Paulo:atlas,2001.

Circutar eletrônicos,2013. Programação para Arduino - Primeiros Passos.

Disponível em <https://www.circuitar.com.br/tutoriais/programacao-para-

arduino-primeiros-passos/#introduo> Acesso em 240de fev 2017.

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<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfP1cAG/robotica-industrial?part=6>

Aceso em 24 de março 2017.

FundaCentro,Brasil,27 de fevereiro de 2015. Casos de LER/Dort ainda

preocupam. Disponível em <http://www.fundacentro.gov.br/noticias/detalhe-

da-noticia/2015/2/casos-de-lerdort-ainda-preocupam> Acesso em 14 fev.2017

Fundacentro,Brasil, 25 de fevereiro de2016. LER/DORT atinge 3,5 milhões de trabalhadores <http://www.fundacentro.gov.br/noticias/detalhe-da-noticia/2016/2/pesquisadores-da-fundacentro-comentam-sobre-a-lerdort>Acesso em 25/fev/2017 Iso,Iso 10218-1:2011,2001. Disponível em

<https://www.iso.org/standard/51330.html> Acesso em 02 de março 2017

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em<http://nunovictor.blogspot.com.br/2015/10/padroes-de-codificacao-de-

carateres.html>Acesso em 10 de abril 2017.

Portal Brasil,2010.Lesão por esforço repetitivo: Ler. Disponível em <http://www.brasil.gov.br/saude/2012/04/lesao-por-esforco-repetitivo-ler>Acesso em 24 de fev de 2017.

25

Revista Cipa,Brasil, 10 de julho de 2015. Prevenção de afastamento médico

pode economizar milhões para empresas e governo. Disponível em

<http://revistacipa.com.br/prevencao-de-afastamento-medico-pode-economizar-

milhoes-para-empresas-e-governo/>Acesso em 14 de março 2017

Ribeiro neto,João Batista M.Sistemas de gestão integrados:qualidade,meio

ambiente,responsabilidades social,segurança e saúde no trabalho.São

Paulo:Editora Senac São Paulo,2008.

ROSÁRIO, João Maurício. Princípios da mecatrônica. São Paulo: Prentice

Hall, 2005.

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MARTINS,Milton; SOUZA,Ildeberto Muniz de; SILVA,João Alexandre Pinheiro.

Lesões por esforços repetitivos(ler)/distúrbios osteomusculares

relacionados ao trabalho(dort). Brasil: Ministério da Saúde,2000.

26

APÊNDICE A - Programa criado no compilador Arduino

#include <Servo.h> //incluir a biblioteca de servo Servo base, braco2, braco1; //Inclusao do servo int n = 0; //Entradas das teclas do teclado nos valores da tabela ASCII void setup() { Serial.begin(9600); //Ativando a porta serial e a frequência de trabalho base.attach(8); //Pino do arduino utilizado para o motor da base base.write(180); //Servo motor da base iniciado em 180º braco2.attach(7); //Pino do arduino utilizado para o motor do braço 2 braco2.write(45); //Servo motor da base iniciado em 45º braco1.attach(6); //Pino do arduino utilizado para o motor do braço 1 braco1.write(20); //Servo motor da base iniciado em 20º Serial.flush(); //Limpando a memoria do serial caso haja um programa antes Serial.println("Digite: \n 1(90º) 2(180º) 3(0º) \n Q (20º) W (45º) E(65º) \n A (45º) S (70º) D (90º) \n Z (45º e 20º) X (70º e 45º) C (90º e 65º)"); //criação de um cabeçalho no serial } void loop() { if(Serial.available()>0) //Teste se porta serial esta recebendo dados { n = Serial.read(); //leitura de dados Serial.print("Valor lido: "); Serial.println(n); //Printa o valor teclado if(n==49) //tecla 1- girar 90 { base.write(90); delay(500); } if(n==50) // tecla 2 - girar 180 { base.write(180); delay(500); } if(n==51) //tecla 3 - volta para 0 { base.write(-180); delay(500); } if (n==97) // tecla a - girar 45 { braco2.write(45); delay(500); }

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if (n==115) // tecla s - girar 70 { braco2.write(70); delay(500); } if (n==100) // tecla d - girar 90 { braco2.write(90); delay(500); } if (n==113) // tecla q - girar 20 { braco1.write(20); delay(500); } if (n==119) // tecla w - girar 45 { braco1.write(45); delay(500); } if (n==101) // tecla e - girar 65 { braco1.write(65); delay(500); } if (n==122) // tecla z - girar 45 e 20 { braco2.write(45); braco1.write(20); } if (n==120) // tecla x - girar 70 e 45 { braco2.write(70); braco1.write(45); } if (n==99) // tecla c - girar 90 e 65 { braco2.write(90); braco1.write(65); } } Serial.flush(); // comando para limpar a entrada da porta serial para não atrapalhar o novo valor digitado }