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Braço-mecânico com dois graus de liberdade, movimentado por motor de passo.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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Salvador 2009
Relatório final apresentado à disciplina Física – Mecânica do curso de graduação em Engenharia de produção, como forma de avaliação final do Projeto referente ao Braço Mecânico. Professores: Paulo Lobo e Marcelo Oliveira.
Salvador 2009 LISTA DE TABELAS
Figura 1: Motor de passo (interno) {Error calculating value!: Bookmark "_Toc235891188" was not found in this document.} Figura 2: Motor de passo (interno) {Error calculating value!: Bookmark "_Toc235891190" was not found in this document.} Figura 3: Esboço Mecânico {Error calculating value!: Bookmark "_Toc235891188" was not found in this document.} Figura 4: Esboço Eletrico 19 Figura 5: Resultado final com dimensões...................................................................... {Error calculating value!: Bookmark "_Toc235891188" was not found in this document.}
i Corrente elétrica
V Volt
Ω Ohm
A Ampére
R Resistor
m Metros
L Litros
cm Centímetros
mA Miliampére
UNIFACS Universidade Salvador
No seu interior há estatores formados por bobinas que geram, quando percorrido por uma corrente elétrica, o campo magnético necessário para o movimento do rotor, que é construído com imas permanentes confeccionados de acordo com o numero de passos. Essa rotação e controlada por meio de um circuito externo que promove a oscilação do sinal que percorrera os pares de estatores e, por isso, não pode ser conectado diretamente a alimentação, pois desse modo não haveria a pulsação necessária para que o motor possa girar.
Figura 1: Motor de passo (interno)
Figura 2: Motor de passo (interno)
O movimento se da quando há um ciclo no campo magnético dos estatores, ou seja, a cada vez que um par de estatores e magnetizado, ocorre um passo do eixo do motor. E necessário construir o oscilador para o motor de passo corretamente, conforme o numero de passos que se queira adquirir. Para que possamos controlar o motor precisamos saber para qual tensão ele esta projetado e qual a corrente que ele consome. No nosso caso estaremos alimentando o motor com uma tensão de 12 V e pela “Lei de Ohm” poderemos calcular a corrente que será consumida pelo motor. Observando-se os dados do motor descobrimos que sua resistência interna e de 30Ω, então, fazendo os cálculos descobrimos a corrente que ele consumira: _V = R i 12 = 30 i i = 12/ i ≈ 0,4A_* O braço mecânico, como o próprio nome já diz, é regido principalmente pela parte mecânica da física mais especificamente, o comportamento da carga a qual o motor está responsável por acionar. São característicos inerentes à carga que devem ser respeitadas pelo sistema acionador, no nosso caso, motores elétricos. Estas características são todas de cunho mecânico. Elas se relacionam com os aspectos de massa, velocidade, desempenho e rendimento da utilização da energia do processo. Os dispositivos de movimento normalmente possuem fenômenos de características complexas para se modelarem, isto é, tentar equacioná-los de modo a poder se estimar e otimizar os componentes que realizarão o acionamento. De uma maneira
genérica, podemos verificar que uma carga girante possui dentro de sua “personalidade”, características como: 0 01 F -Velocidade;
_- Torque resistente;
Dar um torque: Esta é uma expressão corriqueira no meio mecânico e se traduz por exatamente o seu sentido literal, dar um aperto, ou melhor, impor um esforço rotativo sobre um elemento que permita giro. O torque ou binário é caracterizado por uma força que produz rotação, com seu ponto de aplicação a certa distância do centro do eixo de giro:
De um modo geral, o torque de um motor (Tm) é proporcional ao momento de inércia do conjunto (J) em relação a sua aceleração (ώ), no caso, a derivada temporal da velocidade angular. Se também considerarmos o torque resistente (Tr) do conjunto, podemos ter:
O torque é expresso em Nm. O momento de inércia em Nm.s 2 e a aceleração angular em rd/s 2. Os conjuntos de elementos que geram torques resistentes são basicamente derivados de efeitos complexos devido aos atritos e as folgas. Os atritos, na maior parte dos casos, possuem comportamento não linear, o que os torna muitas vezes difíceis de serem equacionados. Os fenômenos de atritos são em sua grande parte efeitos devidos às mais diversas causas:
motor, através de dois parafusos. Entre essas duas tiras, na parte superior, foi posto um rolamento no qual possibilita maior liberdade do braço vertical e também impede que o peso do braço recaia sobre o motor. Na parte frontal da base, foram acoplados, através de parafusos e porcas ligados à tira superior, dois estojos de alumínio os quais servem para a fixação dos botões de acionamento dos motores. Para fins tanto estéticos quanto de proteção, os estojos foram fechados com pedaços retangulares de chapa de alumínio. Nas laterais superiores internas da base, foram fixadas duas chapas retangulares de alumínio, com função de tanto servir de apoio ao objeto a ser içado pelo braço, como de fechar o vazio existente por motivos estéticos. Afim, de estabilizar a base na superfície foram postos apoios, um em cada extremidade dos parafusos da base. O braço foi dividido em duas partes: o braço vertical com 41cm, responsável pelo movimento de rotação do braço. A outra parte, com 37cm, foi acoplada na extremidade superior do braço vertical, em sua extremidade lateral, montada de maneira horizontal, porém com liberdade de movimento, também rotacional, contudo descrevendo uma trajetória de arco. Para a fixação do braço horizontal na base, utilizou-se um rolamento para apoio do braço, e uma tira retangular que se localiza dentro do braço a qual é acoplada na engrenagem do motor. O motor ao girar, gira essa tira, que por sua vez transmite o movimento ao braço. O braço superior foi fixado através de um pequeno tubo, o qual uma extremidade foi fixada no braço e a outra extremidade foi fixada diretamente na engrenagem do motor, este fixado na outra extremidade superior do braço vertical. Assim este tubo serve tanto para acoplamento do braço superior no braço horizontal, como também serve de eixo motriz transmitindo o movimento do motor ao braço superior. No extremo adjacente ao acoplamento foi posto na parte interior do braço superior, um contrapeso, com a função de contrabalancear o peso içado e permitir o movimento completo do braço, sem a necessidade de força excessiva fornecida pelo motor. No outro extremo do braço superior, foi fixado, também na parte interna deste, um gancho, de 2cm, o qual serve para pegar o objeto a ser içado e transportado pelo braço.
5.2 Parte Elétrica: A parte elétrica do projeto consiste nos motores de passo, fiação e fonte de alimentação do sistema. Optou-se por acionamento propulsor elétrico do braço, pela sua robustez de funcionamento, praticidade de operação e por ser a maneira mais utilizada em braços mecânicos deste porte na indústria.
O circuito do sistema consiste na alimentação, foi utilizado um transformador portátil de 12V e 900mA, podendo ser adicionado opcionalmente outro transformador de mesma especificação, a depender da necessidade de força do objeto a ser içado/transportado. Dois motores de passo de 24V e até 1000mA foram utilizados para a propulsão do sistema. Cada passo dos motores é acionado através de botões individuais, que fecham o circuito com a fonte de alimentação de maneira individual por cada passo, permitindo, assim, um maior controle do seu movimento e maior precisão de operação. Todo o circuito foi interligado com fios de cobre e de alumínio
A elaboração deste protótipo nos proporcionou um amplo conhecimento, porém nos trouxe diversos pontos de dificuldades para conseguir chegar ao seu término, os principais pontos foram:
7.1. Materiais utilizados e seus respectivos valores:
Ferramentas
Serra
Martelo
Chave de fenda
Chave estrela
Alicate
Furadeira
Tabela 3:Tabela das ferramentas utilizadas
Este projeto nos ajudou a visualizar de maneira prática tanto os conceitos físicos aprendidos teoricamente em sala de aula como a importância da metodologia e organização para a execução prática da construção do projeto, de suma importância para o aprendizado de qualquer engenheiro. Sem dúvida, este projeto foi um grande desafio, devido ao nosso pouco conhecimento e experiência, porém não nos impossibilitou de realizar pesquisas e estudar mais detalhadamente os conceitos envolvidos para a sua construção. Percebemos durante a execução deste projeto, a correlação existente entre os conceitos das físicas mecânica e elétrica, e como eles e funcionam na vida real dando auxílio em diversos campos tecnológicos onde o homem é limitado.
9.1. Cronograma previsto: 13/08 – Reunião para planejamento do que vamos fazer (construir); 29/08 – Planejamento do esboço do projeto; 31/08 – Planejamento e execução do anteprojeto; 03/09 – Discussão geral para propor novas idéias e finalmente comprar o material; 11/09 – Compra dos materiais; 16/09 – Inicio das reuniões para a execução do projeto;
26/09 – Reuniões para balanço (para avaliarmos o andamento do projeto); 07/10 – Reunião para elaborarmos o relatório final; 10/10 – Reunião para testarmos o projeto (depois de pronto); 17/10 – Reunião para correção de falhas no protótipo; 20/10 – Reunião para elaborarmos a apresentação; 25/11 – Reunião para ensaiarmos a apresentação.
9.2. Cronograma realizado:
13/08 – Reunião para escolher o projeto que iríamos fazer (Braço Mecânico) e o planejar esboço do mesmo; 31/08 – Entregamos o anteprojeto; 05/09 – Reunião na qual analisamos os erros do anteprojeto e começamos a pesquisar os materiais necessários para a construção do braço; 16/09 – Saímos para comprar os materiais e depois fizemos uma reunião para balanço, na qual analisamos o andamento do projeto; 18/09 – Inicio das reuniões para a execução do projeto; 26/09 – Reunião para execução do esboço mecânico do braço; 27/09 – Reunião para execução do esboço mecânico do braço; 28/09 – Reunião para execução do esboço mecânico do braço; 01/10 – Reunião para execução do esboço elétrico do braço e depois fizemos outra reunião de balanço; 09/10 – Reunião na qual testamos o projeto (depois de pronto) e concertamos as falhas do mesmo; 20/10 – Reunião para elaboração do relatório final; 30/10 – Reunião na qual terminamos a elaboração do relatório final e fizemos a apresentação; 30/11 – Apresentação do braço e entrega do relatório final.
Minebea Motor Manufacturing Corporation. PM55L-048. Disponível em: http:// www.chipsmen.com.br/img/pm55l048.pdf. Acesso em 26 de setembro 2009.
Figura 3: Esboço Mecânico
Figura4: Esboço Elétrico
Figura 5: Resultado final com dimensões
