Baixe Relatório final do Braço Mecânico e outras Trabalhos em PDF para Engenharia de Produção, somente na Docsity! UNIVERSIDADE SALVADOR – UNIFACS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E ARQUITETURA DISCIPLINA: FISICA MECÂNICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO ALISON MATEUS PEREIRA DE OLIVEIRA DIJAVAN SANTOS EMANUELA OLIVEIRA ALVES LAERTE SILVA BATISTA TARCISIO DA SILVA CERQUEIRA BRAÇO MECÂNICO Salvador 2009 PAGE 10 UNIVERSIDADE SALVADOR – UNIFACS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E ARQUITETURA DISCIPLINA: FISICA MECÂNICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO ALISON MATEUS PEREIRA DE OLIVEIRA DIJAVAN SANTOS EMANUELA OLIVEIRA ALVES LAERTE SILVA BATISTA TARCISIO DA SILVA CERQUEIRA BRAÇO MECÂNICO 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 PAGE 10 Ω Ohm A Ampére R Resistor m Metros L Litros cm Centímetros mA Miliampére UNIFACS Universidade Salvador SUMÁRIO PAGE 10 1. APRESENTAÇÃO Este relatório apresenta as etapas da realização da construção do projeto proposto pela disciplina física mecânica ministrada pelos professores Paulo Lobo e Marcelo Oliveira da Universidade Salvador. O projeto consiste na construção de um braço mecânico com 2 graus de liberdade. O mesmo será controlado via sistema eletromecânico, buscando ter a capacidade de manipular objetos e ferramentas. 2. JUSTIFICATIVA É de grande importância à construção desse projeto para colocarmos em prática os conhecimentos teóricos aprendidos, usando conceitos de física e robótica. Utilizando estes conhecimentos, nos levou a desenvolver o braço mecânico. Para fins de implementação do mesmo, devido ao seu custo reduzido, sua precisão e por possibilitar o controle de seu movimento, optamos pelo motor de passo para seu acionamento. Na confecção o alumínio foi o material escolhido devido ao fato de ser um elemento extremamente fácil de ser encontrado, de baixo custo e baixo peso. 3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Um dos principais mecanismos para a movimentação do braço é o motor de passo. Ele é muito utilizado na robótica porque possui uma precisão muito grande do seu movimento e pode ter sua rotação controlada por meio de passos, como o nome já diz, e isso é indispensável em alguns aparelhos onde é exigido um maior grau de precisão, pois se não houvesse um controle, o movimento continuo poderia estragá-lo. O passo que esse motor pode dar é o menor deslocamento angular para o qual está projetado. 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. PAGE 10 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 = 12/30 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 0 1 F -Velocidade; - Torque resistente; - Aceleração; - Momento de inércia; PAGE 10 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 PAGE 10 movimento e maior precisão de operação. Todo o circuito foi interligado com fios de cobre e de alumínio 6. DIFICULDADES ENCONTRADAS 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: • Definição do tamanho da estrutura, pois não tínhamos muitas experiências quanto à forma, daí a perda de material aumentou devido a erros de dimensões. • Encontrar os motores de passo adequado para cada setor do braço mecânico, pois o motor da parte do braço tinha que ser mais preciso, porém os encontrados eram mais preciso e com menos capacidade de carga. • Uma das maiores dificuldades foi equilibrar o anti-braço do braço-mecânico, pois não tínhamos os conhecimentos específicos de centro de massa, até que tivemos a idéia de colocar um contrapeso em uma extremidade e fomos modificando este peso até que conseguimos obter o equilíbrio desejado. • Como ligar o motor da base da estrutura com o braço, pois além do eixo do motor ser curto o braço necessitava de ter o movimento livre com a menor resistência possível, esta dificuldade só foi resolvida quando encontramos um pequeno rolamento de esferas que foi colocado entre a base e o braço. 7. MATERIAIS UTILIZADOS 7.1 Materiais utilizados e seus respectivos valores: Materiais Preço unitário Quantidade Preço total Alumínio (bobina 0,05 x 0,60 cm) 1m---------- R$ 23,0 0,80cm R$ 18,40-2,40= R$ 16,0 Massa plástica R$ 6,00 1 R$ 6,00 Lixa R$ 0,80 1 R$ 0,80 PAGE 10 Gancho R$ 0,30 1 R$ 0,80 Fita isolante R$ 2,50 1 R$ 2,50 Tinta spray para alumínio R$ 11,90 1 R$ 11,90 – 5,0 = R$ 6,90 Combustível 1L---------R$ 2,619 3,819L R$ 10,00 Tabela 1: Materiais utilizados e seus respectivos custos TOTAL DOS CUSTOS COM MATERIAIS: R$ 42,50 7.2 Outros materiais utilizados (reciclados): Materiais Quantidades Motores de passo 2 Parafusos 12 Porca 8 Fio 1 m Rolamento de esfera 1 Fonte 12V 1 Contra peso 1 Botões 8 Tabela 2: Outros materiais utilizados (reciclados) 7.3 Tabela das ferramentas utilizadas: Ferramentas Serra Martelo Chave de fenda Chave estrela PAGE 10 ANEXO PAGE 10 ESBOÇO MECÂNICO: Figura 3: Esboço Mecânico ESBOÇO ELETRICO: Figura4: Esboço Elétrico RESULTADO FINAL COM DIMENSÕES: Figura 5: Resultado final com dimensões PAGE 10 PAGE 10