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MAIPULADOR MULTIFUCIOAL REPROGRAMÁVEL
Joení Lima – [email protected] FTC – Faculdade de Tecnologia e Ciências. Avenida Luiz Viana Filho 8812 CEP - 41820-785 – Salvador – Bahia José Cosme – [email protected] FTC – Faculdade de Tecnologia e Ciências. Avenida Luiz Viana Filho 8812 CEP - 41820-785 – Salvador – Bahia Glauber Andrade – [email protected] Faculdade de Tecnologia e Ciências. Avenida Luiz Viana Filho 8812 CEP - 41820-785 – Salvador – Bahia Maurício Martins – [email protected] Faculdade de Tecnologia e Ciências. Avenida Luiz Viana Filho 8812 CEP - 41820-785 – Salvador – Bahia Cleiton Silva – [email protected] Faculdade de Tecnologia e Ciências. Avenida Luiz Viana Filho 8812 CEP - 41820-785 – Salvador – Bahia Tiago ascimento – [email protected] Faculdade de Tecnologia e Ciências. Avenida Luiz Viana Filho 8812 CEP - 41820-785 – Salvador – Bahia
Resumo: A aprendizagem como um processo de aquisição de conhecimento, na formação profissional dos alunos, está relacionada com a iteração entre os conteúdos interdisciplinares e fatos contemporâneos, em se tratando principalmente da tecnologia robótica. O projeto interdisciplinar da Faculdade de Tecnologia e Ciências destina-se a despertar no aluno essa proposta, com uma diretriz pedagógica ao mesmo tempo eficiente e desafiadora, interagindo com disciplinas do semestre corrente, como: robótica, controle, análise de sistemas, eletromagnetismo, automação, instrumentação mecatrônica, inteligência artificial, além de um procedimento com etapas bem definidas. Por isso, o projeto de um robô manipulador, requer uma análise criteriosa e cuidadosa sobre os mais diversos fatores envolvidos no processo de automação. +este artigo relacionaremos uma aplicação prática dos conceitos de robótica utilizados no desenvolvimento de um protótipo de um robô manipulador (braço mecânico), de quatro graus de liberdade com uma lógica de controle.
Palavras-Chave: manipulador, interdisciplinar, sensibilidade, controle, malha.
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1 Introdução
Segundo (CRISTOFOLETI, 2009) o termo robótica refere-se ao estudo e a utilização de robôs na sua mais ampla aplicação. (SANT’ANNA et al., 2004) informa que um manipulador multifuncional reprogramável é um robô que é projetado com a finalidade de movimentar materiais obedecendo a uma lógica de programação. (ROMANO, 2002) cita que os projetos de robôs vieram a demonstrar que inteligência e autonomia são importantes na execução de tarefas específicas, inclusive sujeito aos diversos tipos de ambientes: do mais convencional ao mais crítico. Um projeto se resume a várias etapas de um conjunto de procedimentos, ou seja, um esforço num espaço de tempo delimitado, com metodologia específica, na resolução de problemas, para se alcançar um produto (BAZZO, 2000).
O projeto: manipulador multifuncional reprogramável
O projeto e construção de um manipulador multifuncional reprogramável (robô industrial) com quatro graus de liberdade, destina-se ao suporte às atividades mecatrônicas voltado à automação industrial e/ou projetos educacionais, sendo capaz de mover peças através de uma ferramenta com controle de sensibilidade, através de sensoriamento com chave fim de curso. Esta interação sinergética com eletrônica e controle inteligente por computador faz com que exista uma importante flexibilidade em sistemas de manufaturas com integração de sensores, microprocessadores, conseguindo seguir comandos externos na realização de determinadas tarefas. (NASCIMENTO, 2008).
Figura 1: Manipulador multifuncional reprogramável.
Este projeto faz parte do processo de avaliação do interdisciplinar da Faculdade de Tecnologia e Ciências e é aplicado com duas avaliações em grupo cujas notas compõem duas unidades de cada disciplina do seu respectivo semestre. São elas:
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2 Critérios das disciplinas
Robótica: projeto mecânico
As alternativas de utilização de materiais com custo mais econômico, utilizados na montagem de robôs manipuladores inclui a madeira (GRAIG, 1989). Neste projeto existe a utilização de uma base de madeira com uma luva rosqueada internamente, e no lado externo uma conexão da base do robô com a luva de acoplamento no eixo do motor de corrente contínua.
Figura 3: Conexão da base do motor com a luva de PVC rosqueada no perfil de alumínio.
Segundo (ROSÁRIO, 2005) o alumínio tem se mostrado um material de fácil manuseio, razoável rigidez mecânica e efeito final agradável, o que justifica a adoção deste material para a construção do manipulador. Na construção dos braços e juntas, devem-se evitar cantos com angularidade acentuada, sendo o acesso a junta facilitado, evitando dessa forma tensões localizadas (BRACARENSE & FELIARDO, 2007). (BARONE, 2003) esclarece que através dos ângulos de rotação das juntas, obtém- se a trajetória espacial da ferramenta em relação à base. Pode-se representar o conjunto de pontos para juntas rotacionais e prismáticas, através de coordenadas cartesianas, com as extremidades dos robôs de acordo com o seu volume de trabalho (BARRIENTOS, 1997).
Instrumentação e sensoriamento
(BRACARENSE & FELIARDO, 2007) informam que com os sensores é possível que um robô interaja com o ambiente que o rodeia de uma forma flexível, de acordo com a sua aplicação e operações pré-programadas (LAMAS, 2007). O uso da tecnologia dos sensores, em operações pré-programadas, introduz nas máquinas um maior nível de inteligência ao se relacionar com o meio.
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(ROSÁRIO, 2005) escreve que as chaves fim de curso podem desempenhar funções similares a dos sensores. Sua simples funcionalidade e aplicação permitem que funcionem como interruptores que são acionados pela pressão na própria peça na ferramenta. (PAZOS, 2002) informa que há diversos tipos e tamanhos de chaves fim de curso, conforme a sua aplicação. O modelo SC 158 fabricado pela Eletrosil Indústria Metalúrgica LTDA, possui dois contatos independentes do tipo ponte (dupla ruptura), com pastilhas em AgCdO (prata + óxido de cádmio), montados sobre base única em baquelite e acionados por cames de ação lenta.
Automação industrial
Segundo (PAZOS, 2002) a variabilidade da produção exigia cada vez mais flexibilidade principalmente tendo em vista a questão econômica. O CLP surgiu para satisfazer tais requisitos, principalmente com cobertura da área de controle de processos na indústria. O modelo RS Logix da Rockwell Software, oferece sistema 1500 básico de MicroLogix consistindo em uma unidade baixa que forneça I/O 24 ou 28 básico interno, fonte de uma alimentação de DC interna ou, com integração real do controle da lógica e de posicionamento, em um pacote de software que integra mecânica e controle. O uso no projeto de motores exige um número mínino de saídas, sendo que existe a opção de utilização do PIC 16F877A, Ethernet, com protocolo TCP IP, (KRAR, 2007). Existe a alimentação na entrada do CLP, e disponibilização das saídas para alimentação dos motores (RIACOS & MIYAGI, 2007). O microcontrolador 16F possui 8 bits e núcleo de 14 bits fabricado pela Microchip Technology. Possui memória flash de programa com 8192 palavras de 14 bits, memória RAM com 368 bytes e memória eeprom com 256 bytes. Sua frequência de operação (clock) vai até 20MHz, resultando em uma velocidade de processamento de 5 MBPS. Seu conjunto de instruções RISC se compõe de 35 instruções. Pode funcionar com alimentação de 2V a 5,5V. A interface microcontrolador lógico programável, será feita através de duas placas: placa de drive com a finalidade de estabilizar o microcontrolador nas posições de referência e na movimentação das juntas, reduzindo o deslocamento extra de inércia dos motores e uma placa do microcontrolador para armazenamento do programa de controle. O mesmo tem a flexibilidade de ajustar esse erro mínino de acordo com um valor padrão de referência estabelecido. A alimentação é feita por sensores fotoelétricos posicionados nas juntas, que registrarão as variações de posicionamento das mesmas. As seguintes placas compõem o sistema de controle: Placa de controle para o microcontrolador PIC16F877 - Soquete 40 Pinos; 7805 (Regulador de Tensão); chave on/off; Conector de pino; Cristal 4 MHz; Capacitores. Para a placa do Drive de acionamento dos quatro motores de passo tem-se: 12 transistores; 12 resistores; 12 diodos de potência; conectores; cabo para interligação da placa do microcontrolador. A seguir têm-se os motores utilizados: motor de corrente contínua e motor de passo:
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Projeto assistido por computador
(DENAVIT, 2002) recomenda que na análise estrutural, o cálculo corresponde à determinação dos esforços internos no efetuador, relaciona as considerações sobre a geometria da peça, sobre as cargas e solicitações de tensão e que a montagem do efetuador seja feita com base na análise estrutural do robô. (FONSECA, 2004) escreve que as condições de suporte e fixações estão também relacionadas com os componentes constitutivos dos materiais com a determinação das condições de equilíbrio que segundo (SCHIRMER, 2005) indica que os deslocamentos, deformações e comportamento dos materiais definem métodos básicos de análise de estrutura. Para esta aplicação recomenda-se uma geometria côncava no efetuador, otimizando desta forma os valores de torque dos motores, e maior precisão por aumento da superfície de contato interno à ferramenta. A valorização do atrito é de fundamental importância na obtenção de ferramentas específicas. Na modelagem do perfil dos esforços mecânicos será utilizado o FEMAP & NEi Nastran Engineering Software por ter a melhor relação custo/benefício do mercado. O FEMAP demonstra todo o seu potencial como uma ferramenta central para análises de engenharia.
Figura 7: Análise de Tensão na garra adaptada.
3 Resultados
Tabela 1 - Coeficientes de rendimento dos alunos no período 2008.1-2008.2.
Coeficiente de Rendimento
Período Interdisciplinar? Média 2008.1 Não 7, 2008.2 Sim 7,
Obs.: Dados da tabela acima referente ao aluno – Joení Lima – Matrícula FTC: 62340.
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4 Conclusão
Está consolidada a utilização de robôs na indústria moderna com inúmeras aplicações. O projeto interdisciplinar além de proporcionar um ganho quantitativo, oferece a oportunidade de agregar conhecimento e criar desafios para futuras conquistas. Os resultados e benefícios provenientes disso representam uma realidade irreversível, onde palavras como investimento certo e lucro são comuns. O tipo de robô mais utilizado é o robô Manipulador, tendo características como: tarefa previamente programada, exatidão e repetibilidade, corpos rígidos interligados por juntas e presença de um efetuador adaptado. Na automação de processos industriais em especial em sensoriamento, existe o uso de sensores de passagem com chaves fim de curso. Desafio é a palavra que mais representa esse tipo de construção, e futuros engenheiros entendem a sua importância no processo de manufatura automatizada, através de um manipulador multifuncional reprogramável. A interdisciplinaridade como proposta deste trabalho, da Faculdade de Tecnologia e Ciências, é fator diferencial na construção de conceitos que serão futuramente utilizados na vida profissional. Isso representa uma estratégia para propiciar uma construção coletiva de conhecimento, e a problematizarão de contextos ligados à vida acadêmica. Este trabalho retira o aluno da condição de expectador passivo e faz com que o conhecimento seja compartilhado. A satisfação da realização do projeto supera os obstáculos encontrados no caminho e, estes servem como alicerce para futuros projetos.
5 Agradecimentos
A Deus, em primeiro, a nossos pais e aos nossos mestres.
6 Referências Bibliográficas
BARONE, D. A. C. Sociedades artificiais: a nova fronteira da inteligência nas máquinas. Porto Alegre: Ed. BOOKMAN, 2003.
BARRIENTOS, A.; PENIN, L. F. B. C. Fundamentos de Robótica. São Paulo: Ed. MACGRAW HILL, 1997.
BAZZO, W. A.; PEREIRA, L. T. V. Introdução á engenharia. Florianópolis: Ed. UFSC, 2000.
BRACARENSE, A. Q.; FELIARDO, I. Soldagem Robotizada. Revista Mecatrônica Atual, São Paulo, Ano 6, n. 35, p. 26-30, 2007.
CORIAT, B. Automação programável. ovas formas e conceitos de organização da produção. São Paulo: SCHMITZ & CARVALHO, 1988. p. 13-61.
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SILVA, R. P. Modelagem Cinemática de um robô Manipulador. Disponível em Acesso em: 04 mar. 2009.
KRAR, S. Visão Artificial: Os CLP ‘s terão uma arquitetura tão aberta quanto um PC? Revista Mecatrônica Atual. São Paulo, Ano 6, n.30, p. 63-64, 2007.
Abstract: The learning as a process of acquisition of knowledge, in the professional formation of the pupils, is related with the iteration between the contents interdisciplinares and facts contemporaries, in if treating mainly to the robotic technology. The project to interdisciplinar of the College of technology and sciences destines it to awake in the pupil this proposal, with an efficient and challenging pedagogical line of direction at the same time, interacting with disciplines of the current semester, as: robotics, control, analysis of systems, electromagnetism, automation, mecatrônica instrumentation, artificial intelligence, beyond a procedure with well defined stages. Therefore, the project of a manipulating robot, requires a multicriteria and careful analysis on the most diverse involved factors in the automation process. In this article we will relate a practical application of the used concepts of robotics in the development of an archetype of a manipulating robot (mechanical arm), of four degrees of freedom with a control logic.
Key-words: manipulator, to interdisciplinar, sensitivity, control, mesh.
