6- Lógica do Robô

1. Apresentação - Descrição da Problemática - Objetivo

1.1      APRESENTAÇÃO

Este trabalho foi desenvolvido com o intuito de servir de apresentação Teórica e Prática da matéria TID IV, do Curso de Engenharia Mecatrônica 4AN da FTC-Salvador/BA. 

Devido às exigências das indústrias de procurarem o “novo” e desenvolverem produtos com novas tendências tecnológicas, em vista neste crescimento tem como necessidade de desenvolver projetos de alto desempenho, envolvendo qualidade, rápida fabricação e de fácil manutenção. O engenheiro tem como responsabilidade desenvolver novos métodos e aperfeiçoar processos de fabricação. (CABRAL, 2010, pg. 01).

Este projeto se propõe em elaborar a construção de um robô cartesiano, tendo como função de confeccionar cortes em placas de circuitos impressos. 

          

            A equipe é composto pelos alunos:

• Camila Santana Silva;
• Danilo Alves Ramos Bastos;
• Diego Doria;
• Fabrício Ramos Malvar Cabral;
• Josyhenrique de Souza Cruz.

1.2      DESCRIÇÃO DO PROBLEMA

 

Uma empresa deseja realizar cortes em placa de fenolite. Para tanto o operador realiza cortes manuais e usa esmerilhadeira para tirar a rebarba. Para padronizar a operação, melhorar a qualidade e reduzir custos com a operação, a empresa deseja desenvolver uma máquina autônoma que faça cortes padronizados através de um PC.

1.3      OBJETIVO GERAL 

           Projetar e desenvolver um modelo teórico do sistema robótico cartesiano com três graus de liberdade XYZ, utilizando atuadores elétricos em requisito de precisão, capaz de processar e executar os comandos com velocidade e qualidade.

 

1.4      OBJETIVO ESPECÍFICO

• Definir a configuração do robô e os componentes necessários;
• Desenvolver um gerador de trajetórias; 
• Implantar uma estratégia de controle dinâmico;
• Desenvolver um sistema de Interface entre Homem Máquina (IHM);
• Desenvolver um sistema de Comunicação Computador Robô (CCR).

REFERÊNCIA:

1. CABRAL, Fabrício Ramos Malvar. Confecção de circuitos impressos utilizando um robô cartesiano “plotter”. Salvador: FTC, 2010. 

 

2. Configuração e Trajetoria do Robô

2.1      CONFIGURAÇÃO GEOMETRICA DO ROBÔ
        

           O sistema robótico cartesiano é formado por 3 juntas prismáticas ortogonais, (PPP), composto por 3 graus de liberdade tendo a sua área de trabalho em um poliedro retangular.

Figura 2.1 Descrição da Área de Atuação do Robô, Fonte: CABRAL, 2010.

 

Figura 2.2 Manipulador Cartesiano com 3 Graus de Liberdade, Fonte: LOPES, 2001/2002.

Tabela 2.1 Parâmetros de D-H do manipulador cartesiano, Fonte: LOPES, 2001/2002.

2.2      TRAJETÓRIA PONTO A PONTO

De acordo com Pieri (2002, p. 87), neste tipo de trajetória o objetivo é levar cada articulação desde o ponto inicial até o ponto final sem levar em consideração qualquer informação relativa ao estado ou relativo à evolução das demais articulações.

           Na escolha deste tipo de trajetória nos permite desenvolver um projeto simples e didático. 

        

REFERÊNCIA:

1. CABRAL, Fabrício Ramos Malvar. Confecção de circuitos impressos utilizando um robô cartesiano “plotter”. Salvador: FTC, 2010.

2. LOPES, António Mendes. Robótica industrial: modelação cinemática e dinâmica de manipuladores de estrutura em série. FEUP, Universidade do Porto, Faculdade de Engenharia. 2001/2002.

3. PIERI, Edson Roberto. Curso de robótica móvel. Universidade de Santa Catarina Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2002.

3. Processo de Fabricação – Usinagem “Fresadora-CNC”

 De acordo com a problemática apresentada  para este projeto é que "uma empresa deseja realizar cortes em placa de fenolite. Para tanto o operador realiza cortes manuais e usa esmerilhadeira para tirar a rebarba. Para padronizar a operação, melhorar a qualidade e reduzir custos com a operação, a empresa deseja desenvolver uma máquina autônoma que faça cortes padronizados através de um PC".

3.1      MÁQUINA FERRAMENTA

          Entorno de satisfazer estas necessidades o projeto se propõem na construção de uma máquina ferramenta chamada Fresadora-CNC.

A máquina fresadora realiza o processo de fresamento que "(...) é a operação de usinagem com formação de cavaco (...)" [3] causado pela retirada de metal por ferramenta de corte "fresa" composto por gumes cortantes, então "cada gume remove uma pequena quantidade de metal em cada revolução do eixo onde a ferramenta é fixada" [1].

          O CN "é um equipamento eletrônico capaz de receber informações por meio de entrada própria, compilar estas informações e transmiti-las em forma de comando à máquina, de modo que esta, sem a intervenção do operador, realize as operações na seqüência programada." [2], e o CNC é um CN só que melhorado, capaz de armazenar os roteiros de fabricação em seu computador interno.

          As vantagens de utilizar este tipo de processo são: "curvas são facilmente cortadas, complexas estruturas com 3 dimensões tornam-se relativamente fáceis de produzir e o número de passos no processo com intervenção de operadores humanos é drasticamente reduzido" [4].

         Com esta implementação o número de erro humano é reduzido agregando valor no aumento da qualidade dos produtos, diminuindo o retrabalho e o desperdício tornando um sistema mais flexível e entregando o produto em tempo mais curto e o sistema passa a ser mais interativo.

REFERÊNCIA: 

1. CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica: processo de fabricação e tratamento. Volume II, 2ª edição, São Paulo: McGraw-Hill, 1997; 
2. ENSITEC. Curso De Programação CNC. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/cnc-pdf-a56729.html>, Acesso em 28 mar. 2011, 00h35min; 
3. ROSA, Luis Carlos. Fresadora e o Processo de Fresamento: Prática 02. Universidade Estadual Paulista. Engenharia de Controle e Automação. 2011; 
4. WIKIPÉDIA. Controle Numérico Computadorizado. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Controle_Num%C3%A9rico_ Computadorizado>, Acesso em 28 mar. 2011, 00h44min.

4. Drive de Potência - Eletrônica

Definição: O drive de potência é um dispositivo amplificador de potência formado por elementos eletromecânicos (relés) e semicondutores (diodos, transistores e circuitos integrados possuindo potências variadas), com o objetivo deste dispositivo é a acionar equipamentos cuja suas especificações (tensão, corrente) sejam superiores ao do controlador. Este tipo de dispositivo é muito utilizado em projeto de acionamento de motores: (passo, dc e alternados), automação residencial e predial e outros.

Focando ao projeto interdisciplinar, os transistores usados neste projeto foram o TIP122 e o BC548, estes transistores se encontram na região de operação de saturação forte.

            Por que usar a saturação forte? De acordo com Malvino (2005, pg.257) “lembre-se de que o ganho de corrente altera-se com a corrente do coletor, variação na temperatura e substituição do transistor. Para ter certeza que o transistor não sairá da região de saturação com baixas correntes do coletor, baixas temperaturas etc., o projetista usa a saturação forte para garantir a saturação do transistor sob qualquer condição de operação”.

            “Os projetistas geralmente usar o pior caso nos projetos, indicando que eles imaginam como o circuito operará quando as características do transistor, tal como o ganho de corrente estiverem no seu pior caso”, (MALVINO, 2005).

 

            As figuras 4.1 e 4.2 mostram o esboço, simulação e a lista de materiais dos drives de potência utilizados no projeto. 

Figura 4.1 Drive de Potência de 15W utilizando o TIP 122. 

Figura 4.2 Drive de Potência de 1100W utilizando o BC548 e Relé 12V.

REFERÊNCIA

1. BC548. Datasheet do Transistor BC548. Disponível em: <http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/11552/ONSEMI/BC548.html>, Acesso em 29 mar. 2011, 10h40min;
2. MALVINO, Albert Paul. Eletrônica. Volume I, 4ª edição, São Paulo: Pearson Makron Books, 2005;
3. TIP122. Datasheet do Transistor TIP122. Disponível em: <http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/2770/MOSPEC/TIP122.html>, Acesso em 29 mar. 2011, 10h39min

5. Mecânica - Mecanismo

5.1      TRANSMISSÃO DE MOVIMENTO POR CORREIA DENTADA 

           A correia é um tipo de transmissão flexível aplicado nos acoplamentos das máquinas que o uso das engrenagens, mancais e eixos são inviáveis por causa da distância e localização dos acoplamentos.     
      
            O sistema cartesiano foi adotado uso de correias dentadas, de acordo com (MENDES, 2003, p. 104) "As correias dentas são feitas de borrachas e fios de aço para suportar tensões axiais. Têm dentes que encaixam nas polias dentadas feitas de nylon.", (figura 5.1) exemplo de correia dentada e (figura 5.2) as correias dentadas utilizada no projeto estão identificadas de vermelho.

         As principais características das correias dentadas de acordo com (MENDES, 2003, p. 104):

• Não alonga, não escorrega;
• Transmite potência a uma razão de velocidade constante;  
• Não depende da pré-tensão da correia;   
• Trabalha numa gama alargada de velocidade; 
• Eficiência entre 97% e 99%; 
• Não é necessária lubrificação;  
• Funcionamento silencioso; Necessita de polias adequadas.  

 Figura 5.1 Correias Dentadas, Fonte: MENDES, 2010.

Figura 5.2 Ilustração da Instalação das Correias Dentadas nos Eixos Y e X de cor vermelha, Fonte: CABRAL, 2010.

5.2    TRANSMISSÃO DE MOVIMENTO POR CREMALHEIRA

          A cremalheira é um conjunto formado por uma barra ou trilho dentado e uma engrenagem dentada (figura 5.3). A menor das duas engrenagens é chamada de pinhão, em geral é a engrenagem motora, neste sistema é possível converter o movimento linear em rotacional, ou rotacional em linear.

 

 Figura 5.3 Cremalheira – Trilho Dentado e Engrenagem, Fonte: CABRAL, 2010.

          Na plotter o sistema de cremalheira é instalado no eixo z representado por uma caneta vermelha, (figura 5.4) responsável por confeccionar o PCI.

Figura 5.4 Ilustração da Instalação da Cremalheira no Eixo Z, Fonte: CABRAL, 2010.

REFERÊNCIA:

1. CABRAL, Fabrício Ramos Malvar. Confecção de circuitos impressos utilizando um robô cartesiano “plotter”. Salvador: FTC, 2010.

2. MENDES, Rosa Marat. Elementos de máquina: Capitulo 9: transmissões flexíveis – correias. Escola Superior de Tecnologia, IPS, 2003.