Relatorio final Robotica

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INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL PROJETO INTEGRADOR IV Braço Mecânico para Manipulação de PCI Bernardo Farias Asmus Gregory Chagas da Costa Gomes Marcelo Grigollo Bagnati Milena Won Dias Victorette Vítor Farias de Borba Florianópolis, Maio de 2010

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INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA

CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

PROJETO INTEGRADOR IV

Braço Mecânico para Manipulação de PCI

Bernardo Farias Asmus

Gregory Chagas da Costa Gomes

Marcelo Grigollo Bagnati

Milena Won Dias Victorette

Vítor Farias de Borba

Florianópolis, Maio de 2010

Page 2: Relatorio final Robotica

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Sumário 1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 6

1.1 OBJETIVOS ........................................................................................................................... 7

1.1.1 Objetivo Geral .............................................................................................................. 7

1.1.2 Objetivos Específicos .................................................................................................... 8

2 METODOLOGIA ........................................................................................................................... 9

2.1 PROJETO INFORMACIONAL ................................................................................................. 9

2.1.1 Produto a ser Desenvolvido ......................................................................................... 9

2.1.2 Mercado ....................................................................................................................... 9

2.1.3 Requisitos do cliente .................................................................................................. 12

2.2 PROJETO CONCEITUAL ...................................................................................................... 13

2.2.1 Função global ............................................................................................................. 13

2.2.2 Matriz morfológica ..................................................................................................... 16

2.3 PROJETO PRELIMINAR ....................................................................................................... 22

2.3.1 Transporte e manutenção .......................................................................................... 24

2.3.2 Restrições de fabricação ............................................................................................ 24

2.3.3 Leiautes em CAD ........................................................................................................ 24

2.4 PROJETO DETALHADO ....................................................................................................... 25

2.4.1 Projeto Mecânico ....................................................................................................... 25

2.5 PROJETO DIGITAL .............................................................................................................. 44

2.5.1 Microcontrolador ....................................................................................................... 44

2.5.2 Programação .............................................................................................................. 46

2.6 PROJETO ELETRÔNICO....................................................................................................... 49

2.6.1 Amplificadores de potência (drives para motor de passo). ....................................... 49

2.6.2 Alimentação ............................................................................................................... 53

2.6.3 IHM ............................................................................................................................. 54

3 RESULTADOS OBTIDOS ............................................................................................................. 56

3.1 PROBLEMAS ....................................................................................................................... 56

3.2 POSSÍVEIS SOLUÇÕES ........................................................................................................ 57

4 TRABALHOS FUTUROS .............................................................................................................. 57

5 CONCLUSÃO ............................................................................................................................. 57

6 REFERÊNCIAS ............................................................................................................................ 58

ANEXOS ....................................................................................................................................... 59

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3

ANEXO A – QFD ....................................................................................................................... 60

ANEXO B – Especificações do produto. ................................................................................... 61

ANEXO C – Cronograma. ......................................................................................................... 62

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4

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Principais atividades da robótica.

Figura 2 - Miro, desenvolvido pela DLR para atuação em processos cirúrgicos.

Figura 3 - Braço desenvolvido pela ABB Ltda. para pintura automatizada.

Figura 4 - Desenvolvido especificamente para aplicação de solda a arco, KR 6 ARC da

empresa Kuka Roboter.

Figura 5 - Robô de solda a ponto, de sete eixos e projetado para aperfeiçoar aplicações

automotivas desenvolvido pela Motoman Robótica.

Figura 6 - Destinado a paletizar sacos, caixas, fardos e baldes, o P160i aceita cargas de

160 kg com tempo médio de ciclo de 6,5 s, desenvolvido pela Magnoflux Ind.,

Com. e Manut. de Equips. Eletromecânicos Ltda.

Figura 7 - Sem espaços mortos, o Epson RS3 proporciona um quadrilátero de trabalho

de 494x494mm para um braço de 350mm, com habilidade de dar volta sobre si

mesmo, com amplitude de movimentos, a mais curta possível. Tem

flexibilidade de giro de 360º, Desenvolvido pela Epson Robots.

Figura 8 - Síntese funcional.

Figura 9 - Concepção 1.

Figura 10 - Concepção 2.

Figura 11 - Escolhas do modelo de correia, comprimento e número de dentes da polia.

Figura 12 - Cálculo para a largura da correia.

Figura 13 - Rasgo de chaveta.

Figura 14 - Eixo conectado ao flange.

Figura 15 - Mancal do eixo 1.

Figura 16 - Diagrama de blocos básico do drive.

Figura 17 - Mancal do eixo 3.

Figura 18 - Mancal produzido em torno.

Figura 19 - Rolamento axial selecionado.

Figura 20 - Protótipo final.

Figura 21 - Base hexagonal.

Figura 22 - Microcontrolador Atmel AT89S8253.

Figura 23 – Esquema elétrico do controle dos atuadores.

Figura 24 - Diagrama de blocos básico do drive.

Figura 25 - Circuito da fonte do drive.

Figura 26 - Circuito de habilitação interna ou externa dos sinais de passo e direção do L6208N.

Page 5: Relatorio final Robotica

5

Figura 27 - Circuito de redução automática da corrente do motor.

Figura 28 - Drive desenvolvido.

Figura 29 - Circuito do drive.

Figura 30 - Desenho 3D da fonte em questão.

Figura 31 – Esquema elétrico da fonte.

Figura 32 – Leiaute da IHM.

Figura 33 – IHM estabelecida.

Page 6: Relatorio final Robotica

6

1 INTRODUÇÃO

Com o constante crescimento populacional e redução da vida útil dos materiais,

hoje em dia faz-se necessário uma produção de bens de consumo extremamente ágil e

independente de adversidades temporais.

Para garantir que os produtos cheguem ao maior número possível de clientes nos

mais diversos locais, a produção elevada junto a um sistema ágil, eficiente e confiável é

indispensável. Para garantir que estas metas sejam atendidas, a utilização de braços

robóticos e demais produtos mecatrônicos é necessária. Atribuindo custo e não valor ao

produto, o braço robótico veio para suprir estas necessidades podendo ser construído

para tarefas específicas, ele traz todas as especificações que a produção em massa exige,

trazendo assim um lucro significativo a médio e longo prazo.

O primeiro robô industrial surgiu nos EUA, denominado Unimate, foi instalado

na fábrica da General Motors, onde sua tarefa era de descarregar peças em alta

temperatura de uma máquina de fundição. Em 1964, devido à escassez de trabalhadores

na Noruega, foi instalado em uma fábrica um robô usado para pintar peças. Robôs

hidráulicos com mais de 5 graus de liberdade e com capacidade de movimento com

trajeto contínuo eram novidades no mundo robótico da época. Este foi modificado, em

1976, para o uso em aplicações de solda de arco. A partir daí, a pintura e a solda

tornaram-se as aplicações mais comuns dos robôs na indústria.

O formato mais comum utilizado na indústria hoje em dia, com o aspecto de

braço mecânico articulado, começou a surgir em 1970. Quatro anos depois foi

desenvolvido um braço robótico controlado por microcomputador, que mais tarde veio a

ser conhecido como “o braço padrão”.

Atualmente, a maior parte dos robôs, desenvolve atividades de soldagem,

manipulação de peças e pintura. Eles realizam tarefas perigosas, repetitivas, que

requerem muita atenção e precisão ou que são entediantes para os seres humanos. Na

linha de montagem, os robôs são mais precisos e podem executar tarefas de maneira

muito mais eficaz que o homem. [4]

Page 7: Relatorio final Robotica

7

A Figura 1 apresenta um gráfico das atividades realizadas por robôs no mundo:

Figura 1 – Principais atividades da robótica

Pelo local de manipulação de placas PCI ser insalubre e requisitar atenção e

movimentos repetitivos do operador, a idéia de desenvolver um braço robótico para

suprir esta necessidade foi identificada. Ser um robô genuinamente brasileiro, de

pequeno porte e custo, e ainda tendo a agilidade necessária para a execução de tal tarefa,

junto a uma manutenção simples e presente, foi o que permitiu a idealização deste

projeto.

1.1 OBJETIVOS

Tendo como base pesquisas de mercado, tanto no sentido de produtos já

existentes quanto na abrangência da área de atuação dos braços robóticos, pesquisas

envolvendo a teoria da robótica e conversas com professores ligados ao assunto,

elaboraram-se os seguintes objetivos para dar rumo a este projeto:

1.1.1 Objetivo Geral

Desenvolver o protótipo de um braço mecânico com a capacidade de

desenvolver com precisão, agilidade e segurança a tarefa de manipular placas de

circuito impresso.

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8

1.1.2 Objetivos Específicos

a) Desenvolver pesquisas sobre braços robóticos;

b) Adquirir conhecimentos na área de Sistemas Digitais;

c) Adquirir conhecimentos na área de Sistemas Mecânicos;

d) Adquirir conhecimentos na área de CAD;

e) Utilizar as ferramentas de Metodologia de Projeto para a realização deste;

f) Efetuar simulações mecânicas e digitais para um braço robótico;

g) Projeto e desenvolvimento do sistema de controle, sofware e hardware;

h) Construção do protótipo;

i) Análise dos resultados obtidos.

Page 9: Relatorio final Robotica

9

2 METODOLOGIA

Esta seção abordará a metodologia aplicada na confecção do sistema, desde o

projeto informacional do produto até a montagem.

2.1 PROJETO INFORMACIONAL

Esta seção dedica-se ao levantamento de informações a respeito de braços

robóticos, suas áreas de atuação na indústria e fora dela, seus tipos e seus benefícios.

Faz-se também nesta seção o levantamento das necessidades do cliente que irá

utilizar o produto e elaboram-se quadros de requisitos do cliente e requisitos do projeto.

2.1.1 Produto a ser Desenvolvido

Foi proposto ao grupo de professores orientadores do projeto integrador IV a

construção de um braço mecânico para validar os conhecimentos adquiridos do módulo

em questão. A proposta foi aceita e a partir de então começaram os desafios para o

grupo. As únicas certezas eram de que se teria que projetar, desenvolver, montar e testar

em quatro meses um braço robótico com três ou quatro graus de liberdade, elétrico

(usando motores de passo) e controlado por um micro controlador da família 8051.

Para chegar a uma idéia final, concreta e comum de como seria o produto a ser

desenvolvido seguiu-se a metodologia de projeto de produto proposta no livro Projeto

Integrado de Produtos [1], livro utilizado na disciplina de Metodologia de Projeto do

módulo III.

2.1.2 Mercado

Construídos em vários tamanhos e modelos para diversas aplicações, sejam elas

específicas ou gerais, os braços robóticos são hoje uma das ferramentas mais utilizadas

e pesquisadas na área de automação industrial. As diferentes funcionalidades

requisitadas pelas empresas exigem que o mercado tenha porte para atender a todos os

projetos no âmbito brasileiro.

Page 10: Relatorio final Robotica

10

Diversos fabricantes produzem essas ferramentas, mas ainda assim há uma

necessidade enorme neste campo, principalmente quando se consideram os preços de

aquisição destes produtos (geralmente equipamentos de custos elevados). Mas quando

se restringe esse mercado à atuação brasileira, vemos o fraco desempenho perante

outros países. O Brasil possui pouquíssimas empresas de desenvolvimento na área de

robótica. Empresas como a Armtec produzem braços robóticos ímpares, fazendo com

que o mercado não seja totalmente atendido. Custo elevado, número ínfimo de empresas

no mercado e assistência técnica centralizada em pequenos pontos do país fez com que a

procura por empresas estrangeiras para suprir o mercado interno brasileiro fosse

necessária.

A seguir alguns exemplos de braços robóticos produzidos em escala para

empresas, Figuras 2, 3, 4, 5, 6, 7:

Figura 2 – Miro, desenvolvido pela DLR para atuação em processos cirúrgicos.

Figura 3 - Braço desenvolvido pela ABB Ltda. para pintura automatizada.

Page 11: Relatorio final Robotica

11

Figura 4 - Desenvolvido especificamente para aplicação de solda a arco, KR 6 ARC da empresa

Kuka Roboter.

Figura 5 - Robô de solda a ponto, de sete eixos e projetado para aperfeiçoar aplicações

automotivas desenvolvido pela Motoman Robótica.

Figura 6 - Destinado a paletizar sacos, caixas, fardos e baldes, o P160i aceita cargas de 160 kg

com tempo médio de ciclo de 6,5 s, desenvolvido pela Magnoflux Ind., Com. e Manut. de

Equips. Eletromecânicos Ltda.

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Figura 7 - Sem espaços mortos, o Epson RS3 proporciona um quadrilátero de trabalho de

494x494mm para um braço de 350mm, com habilidade de dar volta sobre si mesmo, com

amplitude de movimentos, a mais curta possível. Tem flexibilidade de giro de 360º,

Desenvolvido pela Epson Robots.

2.1.3 Requisitos do cliente

Definiu-se que o cliente seria qualquer indústria que em alguma parte de seu

processo de fabricação necessitasse manipular placas de circuito impresso de forma

rápida e repetitiva.

De acordo com a pesquisa realizada em uma empresa, elaboraram-se os

requisitos do cliente mostrados na Tabela 1.

Tabela 1 – Requisitos do cliente

Funcionamento Características Ergonomia Segurança Economia

Boa movimentação Resistência

mecânica Facilidade de

manutenção Não ter cantos

vivos Baixo consumo

de energia

Suportar materiais

leves Versatilidade Facilidade de

instalação Botão de

emergência Baixo custo de

fabricação

Ciclo programável ou

movimentação livre Estética agradável Facilidade de

transportar Contra choques

elétricos Baixo custo de

manutenção

Boa produtividade Não danificar as

placas

Facilidade de

operação

Precisão

Page 13: Relatorio final Robotica

13

Conhecidos os requisitos do cliente, iniciou-se a elaboração dos requisitos do

projeto, aonde se buscam características essenciais para suprir cada um dos requisitos

do cliente. Os requisitos do projeto podem ser vistos abaixo:

1. Rigidez estrutural

2. Três graus de liberdade

3. Precisão

4. Firmware proprietário

5. Poucas peças

6. Econômico

7. Isolamento elétrico

8. Baixo peso

9. Materiais inertes

10. Acionamento elétrico

11. Ágil

12. Interface HMI

13. Sem cantos vivos

O resultado final desta classificação dos requisitos pode ser analisada na QFD -

Quality function deployment (casa da qualidade, ANEXO A), e melhor interpretada no

ANEXO B, o quadro de especificações do produto.

2.2 PROJETO CONCEITUAL

Definidas as especificações do projeto no projeto informacional, dá-se inicio ao

projeto conceitual, onde as funções do produto são definidas, as possíveis soluções são

abordadas e são construídas possíveis concepções do produto final.

2.2.1 Função global

Manipular PCI’s, com o intuito de promover ao usuário uma satisfatória

melhoria em termos de qualidade e velocidade de produção de tais placas mesmo em

locais insalubres.

2.2.1.1 Sub-funções

A função global é composta pelo conjunto de todas as sub-funções abordadas

posteriormente.

- Alimentar (circuitos elétricos);

Page 14: Relatorio final Robotica

14

- Acionar (atuadores);

- Movimentar (engrenagens e correias);

- Comunicar (homem – IHM, braço – IHM, braço – atuadores);

- Proteger (placas internas e carenagem);

- Sinalizar (IHM e atividades do braço);

- Conectar (braço – gravador de firmware);

2.2.1.2 Estrutura funcional

Analisando as entradas e saídas de cada sub-função, como já dito, formam a

função global, temos a Estrutura Funcional mostrada pela Figura 8.

Page 15: Relatorio final Robotica

15

Figura 8 – Síntese funcional.

Page 16: Relatorio final Robotica

16

2.2.2 Matriz morfológica

Analisando as funções que serão desempenhadas pelo braço, foram procuradas

possíveis soluções. Estas foram organizadas na matriz morfológica (Tabela 2) onde em

cada linha temos uma sub-função e em cada coluna uma possível solução para o melhor

desempenho a função em questão. Após o preenchimento da matriz, montamos as

concepções possíveis (Tabela 3), fazendo múltiplas combinações entre as soluções.

Tabela 2 – Matriz morfológica.

Fu

nçõ

es

Sub-funções

Soluções

Ali

men

tar

Atuadores

Fios

individuais

“Flat Cable” Cabo

multiplexado

Fio duplo

Cabo

categoria 5

Placa

Fios

individuais

“Flat Cable” Cabo

multiplexado

Fio duplo

Cabo

categoria 5

Con

ecta

r

Placas de

Potência

Borne

parafuso

Conector ATA

Placas

internas de

baixa potência

Borne

parafuso

Conector ATA

Page 17: Relatorio final Robotica

17

IHM - Braço

Borne

parafuso

RS 485

RS 232

Kit 8051 - PC

USB

RS 485

RS 232

Aci

on

ar

Atuadores

Drive motor

de passo

Relé

Movim

enta

r

Gerar

Movimento

Motor DC Motor de

Passo

Transmitir

Movimento

Polias Engrenagens

Polias

Sincronizado-

ras

Sin

ali

zar

IHM

Display 7

segmentos

LED Display LCD

Atividades do

Braço Display LCD

Display 7

segmentos

LED

Pro

teg

er

Placas

Internas

Zener Transistor

Ampop

Fusíveis

Con

ecta

r

Page 18: Relatorio final Robotica

18

Fusíveis PTC

Aterramento

Carenagem

(mecânica)

Tratamento

superficial

Pintura Emborracha-

mento

Carenagem

(elétrica)

Isolamento do

circuito

elétrico

Pintura Aterramento Isolante ESD

Carenagem

(química)

Pintura Tratamento

superficial

Materiais

Inertes

Com

un

icar

PC - Máquina

Fios

individuais

Cabo

categoria 5

“Flat Cable”

Cabo serial

C

abo paralelo Cabo USB

IHM - Braço

Fios

individuais

Cabo

categoria 5

“Flat Cable”

Cabo serial

C

abo paralelo Cabo USB

8051 -

Atuadores

Fios

individuais

Cabo

categoria 5

“Flat Cable”

Cabo serial

Cabo

paralelo Cabo USB

Pro

teg

er

Placas

Internas

Page 19: Relatorio final Robotica

19

Abaixo, na Tabela 3, estão descritas as cinco concepções geradas a partir da matriz

morfológica e que serão avaliadas a seguir na matriz de avaliação (Tabela 4).

Tabela 3 – Concepções geradas.

Fu

nçõ

es

Sub-funções

Conc. 1

Conc. 2

Conc. 3

Conc. 4

Conc. 5

Ali

men

tar

Atuadores Fios

individuais

Fios

individuais Fio duplo

Fios

individuais

Fios

individuais

Placa

“Flat

Cable”

Cabo

categoria 5

Fio duplo Fio duplo

“Flat

Cable”

Con

ecta

r

Placas de

Potência

Borne

parafuso

Conector

ATA

Cabo ATA

Borne

parafuso

Borne

parafuso

Placas

internas de

baixa

potência Borne

parafuso

Borne

parafuso

Borne

parafuso

Cabo ATA

Borne

parafuso

IHM -

Braço

RS 232

RS 232

Borne

parafuso

RS 232

RS 232

Kit 8051 -

PC

RS 485

USB

RS 485

RS 232

RS 485

Aci

on

ar

Atuadores

Drive motor

de passo

Drive motor

de passo

Drive motor

de passo

Drive motor

de passo

Drive motor

de passo

Page 20: Relatorio final Robotica

20

Movim

enta

r

Gerar

Movimento

Motor de

Passo

Motor DC Motor DC Motor de

Passo

Motor de

Passo

Transmitir

Movimento

Polias

Sincroniza-

doras Engrena-

gens

Engrena-

gens Polias

Polias

Sincroniza-

doras

Sin

ali

zar

IHM Display

LCD

Display

LCD

Display 7

segmentos

LED Display

LCD

Atividades

do Braço LED Display

LCD

Display 7

segmentos

Display 7

segmentos

LED

Pro

teg

er

Placas

Internas

Fusíveis

Fusíveis

PTC

Fusíveis

PTC

Ampop

Fusíveis

Carenagem

(mecânica)

Pintura Tratamento

superficial

Tratamento

superficial

Emborra-

chamento Pintura

Carenagem

(elétrica)

Isolante

ESD Aterramen-

to

Isolante

ESD

Isolamento

do circuito

elétrico

Isolante ESD

Carenagem

(química)

Pintura Pintura Tratamento

superficial

Pintura Pintura

Com

un

icar

PC -

Maquina

Cabo serial Cabo USB Cabo serial

Cabo

categoria 5

Cabo serial

IHM -

Braço

“Flat

Cable”

Fios

individuais

“Flat

Cable”

Fios

individuais

“Flat

Cable”

Page 21: Relatorio final Robotica

21

8051 -

Atuadores

“Flat

Cable”

Cabo serial

“Flat

Cable”

Fios

individuais

“Flat

Cable”

Tabela 4 – Matriz avaliação.

Critérios Técnicos

(Requisitos do cliente)

Peso

Relativo

Conc. 1

(REF)

Conc. 2 Conc. 3 Conc. 4 Conc. 5

Boa movimentação 5 0 - s - +

Suportar 0,5kg 5 0 s s S s

Ciclo programável ou

movimentação livre 3

0 s s S s

Produtividade 2 peças/min 3 0 - - S +

Facilidade de operação 4 0 - + S s

Resistir à flexão e à fadiga 5 0 - - + -

Versatilidade 3 0 - s - -

Facilidade de manutenção 4 0 + - S -

Facilidade de instalação 3 0 - s S -

Facilidade de transporte (10kg) 3 0 - - - +

Evitar cantos vivos 4 0 + s S s

Botão de emergência 5 0 s s S s

Área de atuação: 1m² 4 0 s s S -

Baixo consumo de energia

(20kWh/mês) 3

0 - - S +

Baixo custo de manutenção 3 0 - - S +

Total 0 -24 -17 -6 -2

Com

un

icar

Page 22: Relatorio final Robotica

22

A matriz de avaliação foi elaborada com base na QFD, onde estão especificados

os requisitos do cliente e os pesos relativos (colunas 1 e 2).

A avaliação de cada concepção teve como base a referência, onde cada requisito

recebeu um conceito (“-“, “+” ou “S”). Para atingir o total deve-se observar o requisito

e, dependendo do seu conceito, soma-se ou subtrai-se o valor do seu peso relativo;

tendo o conceito “S” (similar) nada se soma ou subtrai.

Como após a avaliação todas as concepções tiveram um conceito negativo, a

escolha pela concepção 1 (referência) foi feita.

2.3 PROJETO PRELIMINAR

Concluído o Projeto Conceitual, e adquirindo desta etapa a concepção escolhida,

dá-se inicio ao Projeto Preliminar.

A partir de tal concepção, inicia-se o desenvolvimento de leiautes para o produto

que atendam aos requisitos do cliente e as restrições de projeto. Ao final o leiaute pronto

para o detalhamento, incluindo lista de materiais, dimensionamento de peças e

componentes, lista de materiais e detalhes de fabricação são os resultados obtidos por

esta etapa do projeto.

Abaixo, apresentada pela (Tabela 5), encontra-se a lista de materiais e

componentes.

Os leiautes criados em CAD estão apresentados no final deste tópico (Figura 9 e

Figura 10).

Page 23: Relatorio final Robotica

23

Tabela 5 – Lista e materiais e componentes.

Quantidade Componente

2 Motor de passo de alto torque Flange NEMA 34; Passo pleno:

1.8o; 8 fios acessíveis para ligação série/ paralelo; Torque de

pelo menos 9 N.m com modelos: (5.3 V/fase e 2.8 A/fase) ou (8

V/fase e 3 A/fase).

2 Motor de passo de alto torque Flange NEMA 23; Passo pleno:

1.8o; 8 fios acessíveis para ligação série/ paralelo; Torque de

pelo menos 1.5 N.m com modelos (6.4 V/fase e 1.4 A/fase) ou

(5.4 V/fase e 2.6 A/fase).

2 Motor de passo 1 N.m

2 Redutor NEMA 34

1 Redutor planetário - Adaptação para flange de motor NEMA 23;

- Bucha de fixação para eixo de motor ø¼”; - Redução: Qualquer

valor entre 10 e 15; - Máximo backlash: 10 arcmin; - Torque

nominal de saída: pelo menos 9 N.m com 3000 rpm na entrada; -

Referência: Apex Dynamics PE050/PE070 ou similar.

1 Perfil retangular “vazado” de medidas 80x40x3000mm e

espessura do material igual a 4mm

1 Barra de aço 1020 ø30 mm.

1 Correia dentada HTD passo 5mm, 19.1mm de largura e

1219.2mm de comprimento.

1 Correia dentada HTD passo 5mm, 12.7mm de largura e

1066.8mm de comprimento.

3 Polia dentada para correia HTD com 14 ou 15 dentes e largura de

30mm e diâmetro de aprox. 55.4mm, passo de 5mm

1 Polia dentada para correia HTD com 7 dentes e largura de 30mm

e diâmetro de aprox. 27mm, passo de 5mm.

4 Mancal de rolamento.

2 Rolamento radial 6004

2 Rolamento radial 62/28

2 Rolamento radical 62/22

1 Rolamento axial 51112

2 Rolamento axial BA6

1 Kit micro controlador 8051.

4 Drive de potência para motor de passo do Professor Nelso. (Em

anexo lista de componentes)

2 CI L298

2 CI L297

1 Display LCD

2 Regulador de tensão 7812

2 Regulador de tensão 7805

2 Diodo retificador 3ª

6 Capacitor eletrolítico 1000uF

5 Capacitor cerâmico 10pF

5 Borner parafuso 2 pinos

Page 24: Relatorio final Robotica

24

2.3.1 Transporte e manutenção

As dimensões reduzidas do braço e a utilização de materiais leves ajudarão no

transporte. O projeto visou seriamente a parte ergonômica do produto, não apenas para

o uso do mesmo mas para o transporte e manutenção. Sendo o seu interior acessível por

meio de alguns parafusos, seus componentes eletrônicos (placas de controle e drives)

projetados com o intuito de serem de fácil remoção, o produto se mostrará simples e

pratico caso haja a necessidade de reparos técnicos.

2.3.2 Restrições de fabricação

Uma das restrições de fabricação está relacionada ao material utilizado. O

alumínio foi escolhido para a estrutura do braço por ser muito leve, porém não poderá

haver solda por ser um processo muito complicado para esse material.

2.3.3 Leiautes em CAD

Figura 9 – Concepção 1.

5 Push botton

1 XB2-BS542 Push

4 Dissipadores com fan de micro processador 486

2 Fan 80x80mm 12V

Page 25: Relatorio final Robotica

25

Figura 10 – Concepção 2.

2.4 PROJETO DETALHADO

O projeto detalhado tem por meta projetar e dimensionar as diversas partes

integrantes do equipamento.

A solução que melhor atende aos requisitos de cliente é a elaboração de um robô

articulado com 4 elos e 4 juntas rotativas, sendo o punho com dupla articulação

(rolamento e arfagem). Sendo assim, a configuração final do robô é TRR:RT,

configuração que conferindo a ele 5 graus de liberdade.

Possui acionamento indireto e transmissão por polias e correias dentadas, exceto

nas juntas torcionais onde será utilizado acionamento direto [5], o controle será de

malha aberta utilizando passos controlados por um micro controlador de arquitetura

8051 e sensores fim de curso para determinação do espaço de trabalho de cada elo.

2.4.1 Projeto Mecânico

2.4.1.1 Dimensionamento dos perfis

Para a estrutura foram utilizados perfis de alumínio de 80x40mm de 4mm de

espessura pois possui dimensões que possibilitam a construção de todo o projeto com a

utilização de um único tipo de perfil.

Page 26: Relatorio final Robotica

26

2.4.1.2 Dimensionamento dos motores

Para a movimentação do braço são utilizados motores de passo NEMA 23 e

NEMA 34 com flange, exceto para os movimentos da garra onde são utilizados motores

de passo de pequeno porte. Abaixo seguem os cálculos de torque que geraram

embasamento para definição dos motores:

Cálculo do torque:

Onde,

m1 (peso motor 1) = 29,4N

d1 (distância do motor 1) = 10cm

P1 (peso barra1) = 196N

B1 (diastância barra1) = 20cm

P2 (peso eixo 2) = 4,9N

E2 (distância eixo 2) = 40cm

m2 (peso motor 2) = 19,6N

d2 (distância motor 2) = 35cm

P3 (peso barra 2) = 14,7N

B2 (distância barra 2) = 55cm

P4 (peso eixo 4) = 4,9N

E3 (distância eixo 3) = 70cm

G (torque na garra) = 1176Nm

(1)

Page 27: Relatorio final Robotica

27

2.4.1.3 Dimensionamento do eixo

Para determinar o diâmetro do eixo é necessário calcular o momento fletor e torçor

sobre o eixo, considerando o momento crítico quando o braço está totalmente esticado

na horizontal. Para isso foi necessário calcular o centro de massa do braço, onde:

m1=1kg, r1=400mm, m2=1,25kg, r2=400mm, m3=0,625kg, r3=700mm, m4=0,25kg,

r4=700mm, m5=0,625kg, r5=900mm, m6 =1,75kg, r6=-150mm.

(2)

Dimensionamento à flexão

Para determinar o momento de flexão deve-se calcular a resultante entre a força

peso e a força de inércia quando o braço está horizontal em movimento com aceleração

máxima.

Força peso:

Onde,

m=5,75kg

g=9,81m/s²

Força do giro:

Usamos a equação: (3)

Page 28: Relatorio final Robotica

28

Onde,

m =5,75kg

r = Yc=0,35m

Determinação do valor de α:

(4)

Onde,

Mmotor= 40Nm

(5)

Voltando a equação (3) da força temos:

Resultante:

Essa força resultante é usada para calcular o momento fletor, por meio do

método das seções, temos que:

Mf = 4,19Nm

Page 29: Relatorio final Robotica

29

Dimensionamento à torção:

Onde,

Mmotor= 40Nm

N = 5

Para determinação do diâmetro, usamos a seguinte equação:

(6)

Tem-se que a tensão por flexão (σf) do aço 1020 é igual a 7 kg/mm2.

Portanto,

2.4.1.4 Sistema de transmissão por polias e correias

Para dimensionar as polias e correias utilizou-se um software disponível no site

www.brecoflex.com, onde com as informações obtidas sobre torque em cada motor e

distância entre elos pode-se calcular, via este software, a largura necessária para as

correias e também ver os comprimentos catalogados de cada modelo de correia.

No projeto, serão usadas correias sincronizadoras modelo HTD5MM, que

possuem comprimentos maiores e são próprias para equipamentos com médio porte

onde o torque é considerado alto. Os diâmetros e larguras das correias vão depender da

transmissão em que serão submetidas, mas todas terão passo de 5mm. Nas duas figuras

(Figura 11 e Figura 12) a seguir, podemos ver como funciona o software.

Page 30: Relatorio final Robotica

30

Figura 11 - Escolhas do modelo de correia, comprimento e número de dentes da polia.

Figura 12 - Cálculo para a largura da correia.

Desta forma, foram calculadas as correias e determinadas às polias

sincronizadoras, minimizando as chances de o projeto ser mal dimensionado.

Page 31: Relatorio final Robotica

31

2.4.1.5 Acoplamentos

Para a ligação do redutor do NEMA-34 localizado na base do robô com a placa

giratória, foi necessária a usinagem de um acoplamento para este caso. Feito de ferro

fundido, o acoplamento é ligado ao redutor por uma chaveta e ligado à placa giratória

por 4 parafusos M5.

2.4.1.5.1 Chavetas

Os elementos utilizados para transmitir potência entre eixo e cubo foram as

chavetas, pois além de serem de fácil usinabilidade, também são pensadas para

funcionar como “fusíveis”, ou seja, foram projetadas para que caso haja uma

interferência no sistema, ela rompa e previna os elementos mais precisos.

Foram escolhidas chavetas de área quadrada e do mesmo material dos eixos

(Aço ABNT 1020). Para dimensionar as chavetas, foram usados os cálculos disponíveis

em material utilizado nas aulas de Sistemas Mecânicos.

Para calcular a altura e largura da área quadrada:

(7)

=> Profundidade do rasgo de chaveta no cubo e no eixo

Para calcular o comprimento da chaveta (chaveta fusível):

(8)

Chaveta do 1º eixo:

- Altura:

- Comprimento:

Page 32: Relatorio final Robotica

32

Chaveta do 2º eixo:

- Altura:

- Comprimento:

Chaveta do 3º eixo:

- Altura:

- Comprimento:

Abaixo, ilustrado pela Figura 13, o rasgo de chaveta no primeiro eixo.

Page 33: Relatorio final Robotica

33

Figura 13 – Rasgo de chaveta.

2.4.1.5.2 Flanges

À necessidade de um cubo de ligação entre eixo e perfil de alumínio era clara e

conhecida. Um elemento simples e que garantisse este acoplamento com a precisão

necessária, o flange foi usado em todos os eixos para garantir a fixação entre eixo e

perfil de alumínio.

O material mais acessível e disponível para a equipe usinar este componente foi

o alumínio. Para os cálculos de dimensionamento deste acoplamento usou-se como

material aquele que estava disponível.

Para transmissão da potência do eixo para o flange, pensou-se no uso combinado

de chaveta e um parafuso de aperto de chaveta, para dar mais força no contato entre

chaveta, cubo e eixo conforme mostra a Figura 14.

Para o dimensionamento, como dados de entrada se tem a área de contato da

chaveta com o cubo e a força máxima que gera momento na chaveta e como saída, a

tensão de escoamento mínima necessária.

Cálculo Flange 1:

- Área de contato

Page 34: Relatorio final Robotica

34

Material do flange => alumínio

(9)

- Tensão de escoamento:

(10)

- Tensão Alumínio:

- Tensão Aço 1020:

Cálculo Flange 2:

- Área de contato

Material do flange => alumínio

- Tensão de escoamento

- Tensão Alumínio

Cálculo Flange 3:

Page 35: Relatorio final Robotica

35

- área de contato

Material do flange => alumínio

- Tensão de escoamento

- Tensão de escoamento Alumínio

Após a verificação dos cálculos, identificou-se que o primeiro flange não

suportaria tal pressão e muito provavelmente faria com que o material escoasse, gerando

folga na transmissão. A tensão de escoamento do Aço 1020 é em torno de 16 vezes

maior que a do alumínio, o que suportaria a força atuante, porém, como a falta de

material era notável e a informação de que nenhum elemento de transmissão de

movimento (polias e correias) chegaria, o alumínio foi utilizado como material.

A Figura 14 ilustra um flange usinado em torno:

Page 36: Relatorio final Robotica

36

Figura 14 – Eixo conectado ao flange.

2.4.1.6 Mancais de rolamento

Cálculo Mancal 1:

Page 37: Relatorio final Robotica

37

- Tempo de vida

- Capacidade dinâmica de carga

(11)

De acordo com diâmetro, com o tipo de carga (carga radial), e com o tempo de

vida, foi selecionado o mancal de rolamento, para o primeiro eixo de diâmetro 25mm,

de referência 6005, com 47mm de diâmetro externo e 25mm de diâmetro interno,

conforme mostra a Figura 15.

Figura 15 – Mancal do eixo 1.

Page 38: Relatorio final Robotica

38

Cálculo Mancal 2

Peso sobre o eixo é aproximadamente 3 kg

Peso sobre cada perfil 1,5 kg

(12)

- Tempo de vida

- capacidade dinâmica de carga

(13)

Page 39: Relatorio final Robotica

39

Para o segundo eixo de diâmetro 20 mm, foi selecionado o mancal de rolamento

de referência 6004, com 42mm de diâmetro externo e 20mm de diâmetro interno,

conforme mostra a Figura 16.

Figura 16 – Mancal do eixo 2.

Cálculo Mancal 3:

Peso sobre cada perfil

Page 40: Relatorio final Robotica

40

- Tempo de vida

- capacidade dinâmica de carga

Para o terceiro eixo de diâmetro 15 mm, foi selecionado o mancal de rolamento

de referência 6002, com 32 mm de diâmetro externo e 15 mm de diâmetro interno,

conforme mostra a Figura 17.

Figura 17 – Mancal do eixo 3.

Page 41: Relatorio final Robotica

41

A Figura 18, representa o mancal do eixo 1 usinado em torno.

Figura 18 – Mancal produzido em torno.

2.4.1.6.1 Rolamento axial

Entre a base rotatória e a base hexagonal, fez-se necessário o uso de um

rolamento axial, o qual ajuda na sustentação de toda massa que atua sobre aquele ponto.

Cálculo do Rolamento axial

Massa sobre o rolamento aproximadamente 15 kg.

- Tempo de vida

- Capacidade dinâmica de carga

(14)

Page 42: Relatorio final Robotica

42

De acordo com os cálculos, o rolamento axial representado na Figura 19 foi

selecionado, SKF referência 51122.

Figura 19 - Rolamento axial selecionado.

2.4.1.7 Leiaute Final

Com o projeto mecânico detalhado foi possível dimensionar o leiaute concebido

pelo Projeto Preliminar. Abaixo se tem a Figura 20 que ilustra a projeção em CAD da

solução em posição de descanso.

Page 43: Relatorio final Robotica

43

Figura 20 – Protótipo final.

ATUALIZAR A FIGURA DO PROTÓTIPO

2.4.1.8 Base do robô

Para a sustentação do braço, foi pensado uma base onde ficariam alojadas as

placas eletrônicas, transformadores elétricos e 1 motor NEMA-34 com o redutor (motor

responsável pelo rotação do braço). A forma hexagonal foi escolhida para melhorar o

fluxo de ar dentro da base, onde 1coller é responsável por impulsionar o ar para dentro

da estrutura e o outro para retirada do ar.

Os drivers de potência foram acoplados na viga central da base, onde dentro dela

alojam-se motor e redutor, junto com a fonte responsável pela tensão nos collers. Na

parte inferior da base, ficaram os transformadores responsáveis pela tensão na fonte e

tensão dos drivers de potência.

Com o intuito de proteger as placas eletrônicas e de tornar o projeto bem visual,

a base é isolada do meio externo por placas de policarbonato, onde em uma delas ficou

anexado a placa mãe (responsável pela comunicação entre drivers, HMI e 8051), kit

8051 e entrada para cabos de força e bobinas dos motores de passo, visto na Figura 21.

Page 44: Relatorio final Robotica

44

Figura 21 – Base hexagonal.

A intenção de alocar estes elementos na base foi livrar o peso na ponta do braço,

pois causaria um aumento considerável no momento fletor nos perfis.

Para a fabricação desta parte do projeto, foram utilizados aço-inox (placas

hexagonais e haletas 120º), aço 1020 para haletas 90º (estrutura da viga central) e placas

de alumínio para isolar motor e redutor (alojados dentro da viga) das placas eletrônicas.

2.5 PROJETO DIGITAL

2.5.1 Microcontrolador

O microcontrolador empregado possui arquitetura da família 8051, seu modelo

específico é o Atmel AT89S8253 que como principais características apresenta:

Page 45: Relatorio final Robotica

45

12Kbytes de memória de programa;

2Kbytes de EEPROM;

Operação entre 2,7V e 5,5V;

256Bytes de RAM interna.

A utilização do microcontrolador neste projeto é concentrada da seguinte forma,

conforme apresenta a Figura 22:

Figura 22 - Microcontrolador Atmel AT89S8253.

P0:

P0.0 => livre

P0.1 => LCD

P0.2 => LCD

P0.3 => livre

P0.4 => LCD

P0.5 => LCD

P0.6 => LCD

P0.7 => LCD

P1:

P1.0 => seta para cima

P1.1 => seta para esquerda

P1.2 => seta para direita

p1.3 => seta para baixo

P1.4 => botão de OK

P1.5 => seleciona modo (M/A)

P1.6 => livre

P1.7 => livre

P2:

P2.0 => direção

P2.1 => motor1 step

P2.2 => motor2 step

P2.3 => motor3 step

P2.4 => motor4 step

Page 46: Relatorio final Robotica

46

P2.5 => motor5 step

P2.6 => motor6 step

P2.7 => livre

P3:

P3.0 => RXD

P3.1 => TXD

P3.2 => INT 0

P3.3 => sensor 1

P3.4 => sensor 2

P3.5 => sensor 3

P3.6 => sensor 4

P3.7 => sensor 5

Para facilitar a utilização foi empregado o uso do KIT de desenvolvimento para

microcontroladores da família 8051, projetado e produzido pelo Professor Édson Melo.

A Figura 23 apresenta o diagrama esquemático feito no software Proteus do

sistema de controle do microcontrolador:

Figura 23 – Esquema elétrico do controle dos atuadores.

2.5.2 Programação

O firmware desenvolvido para o controle do braço tem como característica a

simplicidade. Ele é composto por dois modos de execução: manual e programa. No

modo manual o usuário terá a liberdade de movimentar o braço em todos ou seus graus

Page 47: Relatorio final Robotica

47

e em tempo real. No modo de programa o usuário escolherá um dos programas gravados

no firmware e mandará executá-lo.

A programação do sistema segue o fluxograma apresentado abaixo:

Page 48: Relatorio final Robotica

48

Manual?

void home();

if (!setaDireita && i < 4)

if (!setaCima)

if (!setaEsquerda && i > 0

if (!setaBaixo)

if (!botaoOK)

void movimento(int mot, int voltas, int passos);

void pegaCarga(int dir);

Sim

if (!setaDireita && prog < 1)

if (!botaoOK)

if (!setaEsquerda && prog > 0)

Não

void programa(int av,int ap, int bv,int bp, int cv,int cp,

int dv,int dp, int ev,int ep );

prog++;

prog--;

seta++;

seta--;

void home();

Neste programa existe uma

interrupção que, quando

acionada, pausa o

programa.

Fluxograma do firmware do

Braço Mecânico

Page 49: Relatorio final Robotica

49

2.6 PROJETO ELETRÔNICO

2.6.1 Amplificadores de potência (drives para motor de passo).

Os drives de motor de passo empregados na solução foram projetados e

desenvolvidos pelo Professor Nelso Gauze Bonacorso, e possuem características

marcantes que o tornaram a decisão mais aceitável em termos de acionamento dos

motores de passo deste projeto, são estas características:

Segurança (possui diversos sistemas de proteção elétrica):

Versatilidade (possui os modos de operação Half Step, Full Step e Micro Passo,

além de ser bidirecional):

Potência x Custo (possui uma potência grande para seu custo de produção):

Consagração (é um elemento consagrado na utilização em Projetos Integradores

da Instituição):

O equipamento em questão é baseado no circuito integrado de potência

L6208N. Este componente é aplicado no acionamento bidirecional em corrente

de motores de passo e foi escolhido neste desenvolvimento em função de suas

características: tensão de alimentação entre 8 e 60 Vcc, corrente eficaz ajustável

de 0 a 2,8A por fase, freqüência de chaveamento superior a 100 kHz, duas

pontes de transistores mosfet (RDS(on) = 0,3 Ω), proteções internas de sobre

corrente e sobre temperatura, comando em nível TTL de passo e direção.

(BONACORSO; NOLL; GEVAERD, p. 2).

Os esquemáticos a seguir (Figuras 24, 25, 26, 27 e 28) foram retirados do artigo

“Desenvolvimento de um drive de corrente didático para acionamento de motores de

passo aplicados ao ensino de eletrônica de potência e mecatrônica” (BONACORSO;

NOLL; GEVAERD, p. 2):

Page 50: Relatorio final Robotica

50

Figura 24 - Diagrama de blocos básico do drive.

O drive possui fonte interna por isso sua alimentação é através de um

transformador simétrico 220V / -18 +18.

Figura 25 - Circuito da fonte do drive.

Page 51: Relatorio final Robotica

51

Figura 26 - Circuito de habilitação interna ou externa dos sinais de passo e direção do L6208N.

Figura 27 - Circuito de redução automática da corrente do motor.

Page 52: Relatorio final Robotica

52

Figura 28 - Drive desenvolvido.

Além deste drive foi decidida a utilização de um segundo drive de menor custo e

maior simplicidade para controle dos motores de passo responsáveis pelo controle dos

movimentos do punho (arfagem e rolamento), este segundo drive possui um controlador

de motor de passo (L297) e um Dual Full-Bridge Driver (L298). Utilizando o modelo já

existente no programa Proteus e um modelo disponibilizado pelo professor Jean

Rodrigues, criou-se um drive simples e prático que pode ser observado na Figura 29.

Figura 29 - Circuito do drive.

Page 53: Relatorio final Robotica

53

O drive em questão é alimentado por 12V (amplificador de potência), 5V para o

controlador de motor de passo, disponibiliza 2A de pico de corrente de saída (por canal)

para operações em DC, 2.5A em operações repetitivas e 3A em operações não

repetitivas (t=100us). Para proteção do motor de passo, foram colocados diodos para

impedir a passagem de sobre corrente.

2.6.2 Alimentação

A alimentação do projeto é feita através de um transformador simétrico de 220V

para -18 +18 que é responsável pela alimentação dos drives de potência desenvolvidos

pelo professor Nelso, uma fonte comercial que é responsável pela alimentação do KIT

8051, uma fonte para alimentação do display e sensores e uma outra fonte para

alimentação dos drives de potência. As Figuras 30 e 31 abaixo representam

respectivamente a simulação 3D e o esquema elétrico gerados pelo programa Proteus da

fonte responsável pela alimentação dos drives e dos fan’s. A fonte de alimentação do

display é constituída por um esquema idêntico a parte correspondente a 5V da figura 31.

Figura 30 - Desenho 3D da fonte em questão.

Page 54: Relatorio final Robotica

54

Figura 31 – Esquema elétrico da fonte.

2.6.3 IHM

A IHM a ser utilizada possui um display de LCD (16x2) para exibição das

informações de motores e programas, 4 setas direcionais, um botão de executar, um

botão de duas posições para seleção entre modo automático e modo manual e um botão

de emergência, como representado na Figura 32 e 33 a seguir:

Page 55: Relatorio final Robotica

55

Figura 32 – Leiaute da IHM.

Figura 33 – IHM estabelecida.

Tela de LCD

Botão de seleção

Manual /

Automático

Botões de

navegação

Botão de pânico

Page 56: Relatorio final Robotica

56

3 RESULTADOS OBTIDOS

Os resultados obtidos com relação ao projeto foram satisfatórios, atendem aos

requisitos de cliente e aos requisitos de projeto.

Os conhecimentos para calcular e dimensionar as peças mecânicas foram

adquiridos, portanto as peças foram dimensionadas atendendo as necessidades de

projeto.

Os projetos eletrônico e digital foram atendidos, pois os testes em bancadas

demonstraram a capacidade e a clareza de controle do processo, já que a única coisa

que difere estes testes da realidade é a dimensão do motor.

3.1 PROBLEMAS

O projeto teve um atraso, devido ao fato de que não se tinha todos os

conhecimentos necessários, para escolha de matérias e dimensionamento de peças.

Um dos grandes problemas foi à insuficiência de alguns materiais para construir

o protótipo, assim como o atraso de outros e a falta de equipamentos, havendo, portanto

a necessidade de algumas mudanças no projeto e consequentemente maior prazo para

entrega.

Outra dificuldade encontrada foi em relação aos drives de potência, pois como

são placas fabricadas por terceiros não se teve acesso total às informações. Como a

placa não veio pronta, teve-se que comprar os componentes (pois o almoxarifado não

dispunha de quase nenhum) e soldar sem o uso de fluxo. A fabricação dos dissipadores

e dos parafusos de latão foram os maiores problemas, pois ao seguir os desenhos

técnicos indicados pelo fabricante, ao final da usinagem notou-se que eles não serviriam

perfeitamente e ajustes tiveram que ser feitos.

Por tratar-se de um projeto delicado, a necessidade de fabricar peças com

precisão era vital. Para garantir concentricidade, paralelismo e outras relações, o uso de

maquinário preciso (CNC) seria ideal. Como não foi possível tal feitio, as relações entre

elementos não ficaram extremamente precisas, que ocasionaram distúrbios no sistema.

Com a inviabilidade para finalizar o protótipo por falta de materiais (motores e

todo sistema de transmissão polia-correia), não foi possível avaliar os elementos

Page 57: Relatorio final Robotica

57

mecânicos em funcionamento e verificar os resultados obtidos por meio da teoria e dos

cálculos.

3.2 POSSÍVEIS SOLUÇÕES

Re-fabricação de elementos que necessitam de precisão (flanges e mancais) em

maquinário CNC, utilização de drives previamente prontos ou de autoria do grupo e a

compra de materiais em déficit poderiam alavancar novamente o projeto e encaminhá-lo

para um futuro certo.

4 TRABALHOS FUTUROS

Futuramente, adquirindo-se conhecimento, o braço desenvolvido poderá ser

aprimorado para que seja um braço robótico e possa desenvolver outras funções.

5 CONCLUSÃO

Apesar dos problemas e dificuldades encontradas durante a realização do projeto

e a impossibilidade de viabilização do projeto, foram adquiridos conhecimentos em

elementos mecânicos, sistema microcontrolado (família 8051) e em CAD utilizando o

Solidworks.

O protótipo foi idealizado e montado até onde foi possível, com os materiais que

se tinha. Habilidade em encontrar soluções diferentes durante o processo de fabricação

para solucionar problemas de falta de material também foi adquirida além da verificação

de problemas ainda desconhecido.

Por tratar-se do primeiro projeto envolvendo mecânica, embora não tenha sido

concluído de acordo com suas metas e especificações, a barreira do novo foi quebrada e

esperamos que no próximo projeto não sejamos mais pegos de surpresa por fatores

externos.

Page 58: Relatorio final Robotica

58

6 REFERÊNCIAS

[1] SIMÕES, A. S.; RICCHETTI, P. F.; Projeto e implementação de um braço robótico

de baixo custo: uma plataforma multidisciplinar para motivação do trabalho em grupo.

In: Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia, 31. 2003. Rio de Janeiro.

[2] BACK, N.; OGLIARI, A.; DIAS, A.; SILVA, J. C. Projeto Integrado de Produtos.

Barueri, SP, Editora Manole Ltda, 2008.

[3] Elementos de Projeto. Disponível em:

http://www.dee.feb.unesp.br/~marcelo/robotica/conteudo.html#P1. Acesso em:

08/03/2010.

[4] BONACORSO, N. G.; NOLL V.; GEVAERD B. M. Desenvolvimento de um driver

de corrente didático para acionamento de motores de passo aplicados ao ensino de

eletrônica de potência e mecatrônica. Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa

Catarina - CEFET/SC. Santa Catarina.

[5] CARRARA, V. Apostila de Robótica. Universidade Braz Cubas. São Paulo.

[6] PATSKO, L. F. Tutorial controle de motor de passo. Maxwell Bohr –

Instrumentação Eletrônica. 2006.

[7] DINA. Disponível em: http://www.dina.com.br. Acesso em: 15/04/2010.

[8] 3D ContentCentral. Disponível em: http://www.3dcontentcentral.com. Acesso em:

18/04/2010.

[9] SKF. Disponível em: http://www.skf.com/portal/skf/home. Acesso em: 21/04/2010.

[10] ALCOA. Disponível em:

http://www.alcoa.com/brazil/pt/custom_page/mercados.asp. Acesso em: 06/04/2010.

Page 59: Relatorio final Robotica

59

ANEXOS

Page 60: Relatorio final Robotica

60

ANEXO A – QFD

Page 61: Relatorio final Robotica

61

Classificação Descrição das especificações Modo de verificação

1ª Acionamento elétrico – o braço deverá se

movimentar a partir de motores elétricos.

2ª Rigidez estrutural – os componentes

mecânicos co braço deverão ser muito bem

calculados em suas dimensões para que não

hajam folgas e deformações.

Serão feitos todos os cálculos

de resistência das peças a

serem utilizadas, assim como

simulações no CAE.

3ª Agilidade – o braço deverá mover-se com

rapidez. 0,79 rad/s

Medições serão realizadas no

término da montagem.

4ª Precisão – o atuador do braço deverá alcançar

o local determinado com uma precisão de

5mm.

Medições serão realizadas no

término da montagem.

5ª Firmware proprietário – a programação do

firmware do protótipo deverá ser feita toda

pela equipe de projeto.

6ª Poucas peças – deve-se minimizar o número

de peças no projeto mecânico para uma fácil

montagem e melhor manutenção.

Enumeração das peças.

7ª Interface HMI – uma interface amigável deve

ser elaborada para a utilização do robô.

8ª Econômico – maximizar produção com o

menor consumo de energia possível. kW/h

Medições serão realizadas no

término da montagem.

9ª Sem cantos vivos – não deve ter nenhum

canto vivo q apresente risco estrutural e de

utilização.

Verificação antes da

montagem.

10ª Três graus de liberdade

11ª Isolamento elétrico – os componentes

elétricos deverão estar totalmente isolados do

exterior do sistema.

Testes de continuidade serão

feitos após a montagem.

12ª Baixo peso – para poder ser transportado por

duas pessoas, deverá pesar no máximo 40kg.

Cálculos e pesagem após a

montagem.

13ª Materiais inertes – na escolha dos materiais a

serem utilizados no braço, verificar

compatibilidades química/magnética.

ANEXO B – Especificações do produto.

Page 62: Relatorio final Robotica

62

ANEXO C – Cronograma.

Informacional Conceitual

Preliminar Detalhado

Mês

Sem

ana

Req

uis

ito

s d

o C

lien

te

Req

uis

ito

s d

o

pro

du

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jeti

vos

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QFD

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Mat

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lógi

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lógi

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algo

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)

Mat

riz

mo

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ca

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riz

mo

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lógi

ca

elet

rôn

ica

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lha

da

con

cep

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inic

ial

Leia

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gem

Mo

nta

gem

do

pro

tóti

po

Rel

ató

rio

Def

esa

Sem

ana

Mês

Mar

ço

1ª X

Mar

ço

2ª X X X

3ª X X X X

4ª X X X

Ab

ril

X X X

Ab

ril 2ª

X X

X X X 2ª

3ª X X X X X

4ª X X X X

Mai

o

1ª X X

Mai

o

2ª X X

3ª X X

4ª X X

Jun

ho

1ª X X

Jun

ho

2ª X X

3ª X X X

4ª X X

Julh

o

1ª X X

X 1ª

Julh

o

2ª 2ª

3ª 3ª

4ª 4ª

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ANEXO D – Folhas de Desenho.

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