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Saiba como escolher os melhores materiais e componentes para construir um robô de até três quilogramas. Aprenda sobre aço, madeira, engrenagens e motores, incluindo exemplos e vantagens e desvantagens. Alimente sua curiosidade por engenharia mecânica.
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Este tutorial tem por objetivo auxiliar as equipes para construção dos robôs de sumô, enfatizando o planejamento e organização técnica da equipe e alguns conceitos básicos de construção. www.sumoderobos.org Compilado por Laércio Villa Paes Agosto de 2007 Cascavel - Paraná
1. Organização
1.1.5. Senso da Auto-disciplina As habilidades de uma pessoa podem tornar-se inúteis na ausência de auto-disciplina. Este senso estabelece um caráter ético, profissional, social e moral, para que todos possam trabalhar de forma harmoniosa e eficaz através de decisões para si e para a equipe. Os atributos humanos (humildade, confiança, respeito, espírito de equipe e humor) tornam o convívio mais agradável, refletindo na auto-estima e ânimo de todos A ausência do programa de qualidade total resultam nos principais problemas:
Estudaremos a importância de cada passo a seguir: 1.2.1. Definir cargos e funções Nesta etapa é definida quais as responsabilidades de cada integrante, por razões de habilidade ou disponibilidade de recursos. A somatória dos talentos resultará na qualidade final do robô. 1.2.2. Desenvolvimento do projeto O projeto é a alma da equipe, pois é neste momento que é definido todos os detalhes e funcionalidades do projeto. A participação de todos é fundamental para que as melhores idéias unam-se para definir as melhores soluções. 1.2.3. Pesquisas e análises Após definido os parâmetros do robô (formato, sistemas, circuitos, materiais, estratégias, etc), inicia-se a pesquisa dos componentes a serem aplicados, levando em consideração a confiabilidade, eficiência, possibilidade de reposição e custos. 1.2.4. Execução A execução é o momento onde o projeto ganha vida saindo do papel e transformando-se no objetivo específico da equipe: um robô de sumô para vencer os demais. A execução deve ser feita cuidadosamente para evitar que o robô fique desalinhado ou com qualidade final insatisfatória, prejudicando a sua funcionalidade.
robôs de forma prática e organizada:
2. Materiais A escolha dos materiais é um ponto que merece muita atenção durante o projeto do robô, em função da regra estabelecer o peso máximo de três quilogramas. Materiais muito densos (ferro: 7.8 g/cm³) devem ser usados quando constata-se a melhor opção, assim como materiais mais leves (alumínio: 2.7 g/cm³) não deve ser usado demasiadamente sem um calculo prévio, a ponto de ultrapassar o limite de dimensão e peso. O robô é composto por quatro principais itens que devem compartilhar parcelas do peso total:
excelente resistência mecânica e a densidade varia entre 600 e 800 kg/m³. É importante garantir a isolação dos circuitos para evitar curto-circuitos. Policarbonato É um termoplástico leve, de alta resistência mecânica, praticamente inquebrável e auto-extingüível (evita propagação de fogo). Pode ser utilizado para fuselagem do robô para proteção contra impactos, e por ser transparente, pode ser uma opção interessante para acabamento visual do robô. É encontrado em empresas que produzem janelas, esquadrias e coberturas. Nylon É um polímero termoplástico de alta resistência, leve e isolante. São encontrados em placas e em cilindros, usados para confecção de peças como espaçadores, calços, suportes, entre outros, inclusive engrenagens. Pode ser utilizado também para conexões de eixos com motores e também para construção de rodas e polias. Teflon É visualmente semelhante ao nylon, porém apresenta um baixo coeficiente de atrito, podendo ser utilizado como apoio para o robô deslizar na arena, buchas e outras partes móveis. Bronze É uma liga de cobre com estanho, encontrado em cilindros, pode ser torneado, fresado e rosqueado para junções entre eixos, espaçadores, polias, engrenagens e diversas aplicações.
Acrílico Apesar da sua baixa densidade, é um material frágil, não indicado para robôs por trincar facilmente. Pode ser usado apenas em áreas onde não está sujeito a forças mecânicas para acabamento ou para deixar amostra os circuitos e o interior do robô. Borracha, Neopreme, Vinil, etc São excelentes materiais para absorção de impactos e para isolamento das partes eletrônicas do robô. Também podem ser usados como amortecedores para os motores (coxins) para absorver as vibrações. Outros materiais também podem ser utilizados, devendo avaliar a viabilidade de aquisição (custo, disponibilidade no mercado) e densidade. É interessante o uso de materiais auto-extingüíveis para o caso de faíscas oriundas de curto-circuitos ou explosão das baterias. 2.2. Fixação Para a fixação das peças e componentes do robô de sumô, não existem muitos segredos, pois conforme dito anteriormente, os robôs não serão submetidos à grandes cargas mecânicas. Entretanto, é importante que não haja folgas ou que se soltem durante os rounds. Os elementos de fixação mais usados são descritos na próxima página:
Anel elástico para eixo É usado para segurar elementos em eixos, tais como rolamentos, mancais, etc. Anel elástico externo É usado em eixos de maior porte, necessitando de um alicate específico para aumentar o diâmetro do anel, sendo suficiente para passar no eixo até ser colocado no canal. Anel elástico interno É aplicado em cavidades para segurar rolamentos e outros dispositivos, também necessitando de um alicate específico para fixação. Pino elástico é usado para fixar elementos no eixo através de um furo radial passante com diâmetro inferior à bitola do pino, de modo que a contração o prenda somente por pressão. O anel elástico é colocado em um pequeno canal feito no torno, com profundidade de até um milímetro. Apesar de parecer frágil, a resistência mecânica é elevada, apontando-o como uma ótima solução para prender o eixo entre rolamentos e buchas.
2.3 Tração A tração de um robô de sumô é basicamente o que define o melhor competidor na arena, afinal, vence o mais forte. Por se tratar de um robô com até três quilogramas, a ampla gama de aplicações como motores de pequeno porte nos favorece muito, por serem facilmente encontrados em equipamentos usados ou em ferro-velho (aquele ferro-velho do tiozinho aí em Porto Alegre é o melhor que já visitei!!). Motores de corrente alternada de pequeno porte (liquidificadores, batedeiras, extratores de suco, etc,) não são recomendados pois necessitam de conversores CC-CA e o controle de rotação e direção são bastante complexos. Vejamos alguns exemplos de motores mais indicados: 2.3.1. Motores de equipamentos eletrônicos São abundantes no mercado em função da ampla gama de utilização, conseqüentemente, existem em várias dimensões, tensões, pesos, características e são fáceis de encontrar em sucatas como video-cassete, brinquedos, impressoras, furadeira à bateria, micro-ventiladores, etc.
Limpador de para-brisa Motores de bomba hidráulica do freio ABS
Porém, alguns modelos são incorporados com a caixa de redução (a maioria de rosca-sem-fim), como é o caso do motor do vidro elétrico e limpador de para-brisa, em função disto a rotação final no eixo é baixa (não mais que 150 RPM), tornando o robô mais lento, porém com maior torque. Os motores sem redução apresentam elevados valores de RPM ( >3000 RPM), impossibilitando a conexão direta com a roda, sendo indispensável o uso de reduções através de engrenagens (serão estudadas mais a diante). Outro fator que deve ser considerado é o peso dos motores. Por exemplo, o motor de vidro elétrico ilustrado acima (sem a redução acoplada) pesa aproximadamente 300 gramas, com alta rotação e excelente nível de torque, sendo ideal ao robô de sumô, enquanto os motores do freio ABS de cor cinza à esquerda pesa cerca de 900 gramas e o dourado à direita pesa 1350 gramas, com menos rotação comparado ao motor de vidro elétrico mas com um torque muito superior, ambos inviáveis ao projeto. Outra alternativa interessante é um compressor de 12 volts “usado” para encher pneus conectado ao acendedor de cigarro (o compressor não presta para nada, leva uns 5 minutos para encher um balão por causa do baixo volume de deslocamento do cilindro...), entretanto, o motor é pequeno mas muito forte, pesando pouco mais de 200 gramas, destaca-se como uma excelente opção para tração do robô.
2.3.4. Servomotores Da mesma forma que os motores de passo, os servomotores são aplicados em equipamentos que necessitam de movimentos precisos, tais como receptores de antena parabólica e principalmente usados em aeromodelos. Entretanto, eles são fabricados para girar numa determinada faixa de ângulos (geralmente 0° a 270°) e também necessitam de um controlador eletrônico para operá-los, sendo através de largura de pulso. São muito indicados aos robôs de sumô para movimentação de sensores, onde o microcontrolador define a posição do giro do motor e coleta a leitura dos elementos sensores, obtendo assim a localização do oponente em função da posição atual do robô.
2.4. Engrenagens São fundamentais na funcionalidade do robô, ajustando a rotação e o torque do motor transmitido as rodas. É sempre bom lembrar que engrenagens não “fabricam” nem “produzem” energia mecânica, elas apenas convertem a força através do princípio da conservação de energia, da seguinte forma: Torque = Torque Força x Distância = Força x Distância Basicamente, são três as principais engrenagens utilizadas nos projetos:
