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A Engenharia Mecânica e os transportes
Mobilidade elétrica pessoal
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Projeto FEUP 2016/2017 – Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica:
Prof. Teresa Duarte
Equipa 1M05_02:
Supervisor: Prof. Abílio Jesus Monitor: Mariana Silva
Estudantes & Autores:
João Oliveira [email protected] Pedro Lima [email protected]
Paulo Leite [email protected] Pedro Costa [email protected]
Manuel Côrte-Real [email protected]
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
1
Resumo
O tema proposto para a realização deste projeto foi a mobilidade através da
energia elétrica e a sua relação com a engenharia mecânica, o subtema que vai ser
abordado no relatório é a mobilidade pessoal elétrica. A hoverboard e a segway
serão os veículos de transporte pessoal estudados, com principal foco nas suas
características de auto-equilíbrio. O trabalho irá averiguar todas as vertentes dos
veículos analisados, desde os seus componentes e materiais, ao seu
funcionamento, passando por alguns conceitos associados à engenharia mecânica.
Por fim, haverá uma análise crítica baseada na utilidade e na influência nos
transportes descritos na sociedade moderna, bem como propostas de otimização
para estes veículos com o objetivo de alertar às vantagens e desvantagens destes.
Palavras chave: ● efeito giroscópico
● estabilização dinâmica
● mobilidade pessoal
● sensores giroscópicos
● auto-equilíbrio
Índice
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
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● Lista de figuras …………………………………………………………………...….…...…3
1. Introdução ………………….………………….………………………………….….…….4
2. Hoverboards …………………………………………….……..…………………….….…5
2.1 Características e especificações ….…………………………………………....….… 5
2.2 Componentes e materiais ……………………………………………………..…...…..5
2.3 Modo de utilização ………………………………………………………….…....……..6
2.4 Modo de funcionamento ………………………………………………………..………7
3. Segways …..………………………………………………………………………..…..…10
3.1 Características e especificações …………………………………………………... 11
3.2 Componentes e materiais ……………………………………………………………11
3.3 Modo de utilização ………………………………………………………………,…...11
3.4 Modo de funcionamento ……...…………………….…………………………….….12
4. Princípios de engenharia associados aos transportes pessoais de
auto-equilíbrio ………………………………………………………………….…………...……13
4.1 Estabilização dinâmica ……………………………………………….……………….13
4.2 Pêndulo invertido ……………………………………………………….……………...14
4.3 Giroscópio ………………………………………………………………..……………..15
4.4 Efeito giroscópico gerado de forma natural …………………………………………16
4.5 Giroscópios MEMS ……………………………………………………….…………...17
4.6 Sistemas MEMS ………………………………………………………….……………18
5.Influência dos veículos abordados na sociedade ……………….……... 20
5.1 influência da hoverboard ………….…………………………………………………..21
5.2 influência da segway …………….…………………………………………………….21
Conclusão ……………..…………………………………………………………………….23
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
3
Lista de figuras
Figura1:hoverboard…………………………………………………………………..……...……….5
Figura 2: esquematização de utilização de uma hoverboard ……………………………......... 6
Figura 3: esquematização de utilização de uma hoverboard - vista de cima ……....……...... 6
Figura4: motor no interior de uma roda de uma hoverboard…………………………....……… 7
Figura5: interruptores interiores………………………………………………………….....………8
Figura6: luz LED e sensor………………………………………………………………......………8
Figura7: interior de uma hoverboard…………………………………………………….....………9
Figura8: Segway………………………………..……………………………………...…...…....…10
Figura 9: esquematização da utilização de uma segway ………….…………………...…….. 11
Figura 10: diagrama de funcionamento de uma segway
……..……………………....………..12
Figura11: equilíbrio de um corpo …………………………………..……………………….…….13
Figura12: carro com pêndulo …………………………………………………………….…..……14
Figura 13: giroscópio tradicional com três eixos de liberdade …………………..………….....15
Figura14: princípio de funcionamento de um giroscópio ……………………………...….……15
Figura15: diagrama de uma roda em rotação ………………………………………….…...…..16
Figura16: giroscópio MEMS L3G4200D ………………………………………………...…........17
Figura 17: estrutura microscópica do giroscópio MEMS L3G4200D……………….……...…17
Figura18: vibração de uma lâmina …………………………………….…..…………….…..…...18
Figura 19: sinal de perigo para travessia de pessoas em transportes pessoais….....……...19
Figura 20: sinal de proibição destinado a pessoas em transportes pessoais………...……...19
Figura 21: Segway Patroller i2 ……...……………………………………………………………21
Figura 22: NINEBOT ONE E+ ………………………………….…………………………………21
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1. Introdução
Este trabalho foi proposto no âmbito da unidade curricular “Projeto FEUP” cujo
objetivo passa por desenvolver um conceito denominado por “soft skills”, isto é,
procura apurar as capacidades de inter-relacionamento, de trabalho em grupo, e
promover um conhecimento das qualidades que são pedidas no mercado de
trabalho atualmente.
O tema abordado neste projeto é a mobilidade através da energia elétrica e a sua
relação com a engenharia mecânica, dentro deste tema, os transportes destinados à
mobilidade pessoal serão os transportes em análise.
Novos veículos surgiram, por necessidade ou por lazer, destinados a realizar
pequenas distâncias e inserem-se numa área da mobilidade que está ainda por
explorar, que suscitou o interesse da equipa. Existem vários sistemas de mobilidade
pessoal movidos a energia elétrica, como por exemplo trotinetes elétricas, bicicletas
e skates elétricos, etc., contudo são aqueles que possuem tecnologia capaz de se
equilibrarem por si mesmos que serão alvo de estudo.
A hoverboard e a Segway serão os veículos estudados, que se inserem nos
transportes pessoais de auto-balanço. Pretende-se investigar as capacidades
destes meios de transporte e o seu funcionamento, bem como a sua utilidade e
definir se têm (ou poderão vir a ter) um papel significativo na sociedade.
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2. Hoverboard
“Hoverboard”(Figura 1) - é o nome popularmente atribuído a uma “prancha de
auto-equilíbrio de duas rodas”, um aparelho elétrico portátil e recarregável.
Figura 1: Hoverboard https://blog.priceplow.com/hoverboards/top-10
2.1 Características e especificações
As características dependem da marca e do modelo, assim serão apresentadas os
valores médios:
● Dimensões produto: 584x178 mm
● autonomia máxima: 20 km
● Tempo de carregamento: 1 a 2 horas
● Velocidade máxima: 10-15 km/h
● Peso: 10 kg
● Carga máxima: 100-120 kg
● Carga mínima: 20 Kg
● Tipo de bateria: ternário de iões de lítio
● Tensão: 36 V
● Diâmetro do pneu: 170 mm
● Preço: €250 até €1300
2.2 Componentes e materiais Os componentes são comuns a quase todos os produtos, no entanto são os materiais que
inflacionam a qualidade do produto e, assim, aumentam o preço:
estrutura de alumínio
4 luzes LED
4 sensores
4 interruptores
4 paredes de plástico
Placa de pressão
2 rodas de silicone
2 giroscópios
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2.3 Modo de utilização
O utilizador de uma hoverboard utiliza o balanço do seu corpo, alterando o seu
centro de massa, para se mover, se se inclinar para a frente ou para trás, o aparelho
segue o movimento corporal. Se o utilizador se manter perpendicular à base do
aparelho, este não se move (figura 2).
figuras 2: esquematização de utilização de uma hoverboard http://www.cozywow.com/USAGE/
Por sua vez, se o utilizador pretender mudar de direção à direita deve empurrar
ligeiramente a ponta do pé esquerdo para baixo. Para virar à esquerda deve
proceder de igual modo com o pé direito (figura 3).
figura 3: esquematização de utilização de uma hoverboard - vista de cima http://smartscoots.com/how-to-ride-a-hoverboard/
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2.4 Modo de funcionamento
Numa hoverboard podemos encontrar dois motores separados, cada um associado
a cada uma das rodas, e encontram-se dentro da mesma, como mostra a Figura 4.
Figura 4: motor no interior de uma roda de uma hoverboard
http://www.besthoverboardbrands.org
A cada roda estão também associados sensores de velocidade e de inclinação.
Estes sensores vão captar os rpm de cada roda e vão enviar essa informação para
os giroscópios (também estes um por roda) e para os controladores de velocidade.
Os giroscópios são calibrados para a hoverboard receber a informação de que o
espaço é plano quando os sensores de inclinação estão a 0.
A movimentação do utilizador é detetada a partir da zona onde se exerce o peso.
Nesse processo, as componentes envolventes, que estão associadas ao movimento
das hoverboards, são:
● 4 luzes LED
● 4 sensores
● 4 interruptores
● Placa de pressão
A cada roda estão associados 2 interruptores (Figura 5), um atrás e outro à frente.
Assim quando aplicamos pressão para a frente, o interruptor da frente vai ser
pressionado
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Figura 5: interruptores interiores http://bestelectrichoverboard.com/hoverboard-faq/how-do-self-balancing-scooters-work
Quando este interruptor é pressionado uma parede de plástico desliza pelo meio da
luz LED e do sensor que lhe está associado (Figura 6), fazendo com que a luz não
seja detetada pelo sensor (também estando assim associada a cada roda uma luz
LED e um sensor).
Figura 6: luz LED e sensor
http://bestelectrichoverboard.com/hoverboard-faq/how-do-self-balancing-scooters-work
Deste modo, enquanto esta parede interromper a passagem de luz entre a luz LED
e o sensor, a placa principal dá a informação ao motor para trabalhar. Tomemos o
exemplo de uma viragem à direita. Neste caso, exercemos pressão à frente na roda
esquerda, fazendo com que a parede que lhe está associada desça e assim o motor
do lado esquerdo trabalhe. Como o pé direito não exerce pressão o motor do lado
direito não trabalha, fazendo com que a hoverboard vire à direita.
Este mecanismo também possui uma forma de equilibrar a pessoa que conduz a
hoverboard. Assim, quando o indivíduo se inclina para a frente, os sensores
detectam esta inclinação e conduzem a informação para a placa principal. Desta
forma, quanto mais para a frente se inclinar a pessoa, mais rápido a placa mãe diz
ao motor para trabalhar, aumentando assim a velocidade do mecanismo de forma a
este atingir o nosso centro de gravidade.1
1 "How Do Self Balancing Scooters Work? - Best Electric Hoverboard." 2015. 13 Oct. 2016 <http://bestelectrichoverboard.com/hoverboard-faq/how-do-self-balancing-scooters-work/>
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A figura 7 mostra o interior do veículo e identifica vários componentes
abordados anteriormente:
Figura 7: interior de uma hoverboard
http://www.besthoverboardbrands.org
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3. Segway
Uma Segway Personal Transporter, representada na Figura 8, é uma scooter
eléctrica de duas rodas paralelas com um “braço” de suporte e de controlo que
funciona como volante, bem como elemento de apoio ao equilíbrio do utilizador.
Figura 8: Segway http://www.splashtours.nl
3.1Características e especificações As características dependem de modelo para modelo, existem modelos que são
referidos como “profissionais”, que são usados principalmente por empresas e
outros criados mais recentemente destinados ao consumidor:
“profissional” - modelo i2 (original)
● Preço: €6700
● Peso: 48 Kg
● Tamanho: 48 x 63 cm
● Velocidade máxima: 20 km/h
● Autonomia estimada: 38 Km
● Remoção rápida da barra de controlo para fácil arrumação
● Luzes de deslocação
“consumidor” - modelo PTR E+
● Preço: €3000
● Peso: 23.5 Kg
● Base: 39 x 59 cm
● Velocidade máxima: 22 Km/h
● Autonomia estimada: 22 Km
● Ecrã
● conectividade bluetooth
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3.2 Componentes e Materiais ● Motor elétrico
● Bateria de iões de lítio
● 2 acelerómetros
● 5 sensores giroscópicos
● 2 rodas de silicone
● Estrutura de alumínio
● Engrenagens em aço
● Quadro em plástico
3.3 Modo de utilização A Segway funciona através do desequilíbrio do utilizador, isto é, quando a pessoa
se inclina para a frente, ao invés de cair ao chão, a Segway desloca-se de forma a
que o centro de gravidade da pessoa esteja alinhado com o da própria Segway.
Assim, a Segway sabe exatamente a velocidade ideal a que se movimentar de
modo a que o seu utilizador nunca perca o equilíbrio. A este fenómeno chama-se
“estabilização dinâmica”, e será abordado posteriormente no ponto 4.1. O
movimento do veículo é feito através do balanço do corpo da pessoa que dispõe de
um “suporte” para auxiliar o seu equilíbrio, como ilustra a Figura 9.
Para efetuar trajetórias curvilíneas basta que o utilizador movimente o guiador na
direção pretendida e o sistema da Segway diminui a velocidade da roda interior,
permitindo que a roda exterior se mova mais rapidamente e faça a curva pretendida.
Figura 9: esquematização da utilização de uma Segway http://en.wheel-rider.com
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3.4 Modo de funcionamento
Na figura 10 está contido um diagrama em blocos das principais funções de uma
segway.
Figura 10: diagrama de funcionamento de uma segway
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/robotica/5464-mec13
O primeiro bloco representa os sensores primários, estes encarregam-se de
adquirir a informação sobre a aceleração, inclinação e localização do centro de
massa do conjunto segway+utilizador. Dentro dos sensores primários, a segway
incorpora 2 acelerómetros e um conjunto de 5 giroscópios microscópicos, que
detetam mudanças de posição em todas as direções. O bom funcionamento de uma
segway tem como base um excelente aproveitamento destes sensores, portanto, é
fundamental uma captação precisa de dados por parte destes. De facto, dentro
destes 5 sensores giroscópicos, três são essenciais e os restantes dois apenas
contribuem para o incremento da precisão dos dados, isto é, diminuem o erro
associado a estes. Para além disso, o sistema verifica 100 vezes por segundo a
informação recolhida de modo a que o utilizador usufrua da melhor disposição que a
Segway pode oferecer.
De seguida, os sinais obtidos são transmitidos para o segundo bloco, um sistema
de micro processadores, DSPs, especializados em processamento digital de sinal.
Os DSPs podem processar rapidamente os sinais dos sensores e determinar quanto
é que as rodas se devem mover para frente e para trás de modo a manter o
equilíbrio, e isso de uma maneira extremamente rápida, o suficiente para não dar
tempo do passageiro cair.2 A este sistema de processadores estão também ligados
os sinais de comando, ou seja, aqueles provenientes da movimentação do “braço”
de comando, ou guiador, que também é utilizado, juntamente com a inclinação, para
movimentar o veículo.
Por fim, à saída dos processadores encontram-se os circuitos de controlo que
atuam sobre os motores que movem o veículo, de acordo com a leitura da
informação proveniente do processador, como esquematiza o diagrama presente na
Figura 10.
2 "Estabilização dinâmica de veículos de duas rodas (MEC131)." 2013. 25 Oct. 2016 <http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/robotica/5464-mec13>
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4. Princípios de engenharia associados aos
transportes pessoais de auto-equilíbrio
4.1 Estabilização dinâmica
A condição necessária para que um corpo se mantenha em equilíbrio estável,
como a Figura 11 ilustra, é que a linha vertical que tem origem no centro de
gravidade fique dentro da base de sustentação. Uma vez que esta vertical passe a
estar fora da base, o corpo encontra-se em equilíbrio instável.
Figura 11: equilíbrio de um corpo http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/robotica/5464-mec13
Assim, o funcionamento dos transportes pessoais em questão assenta neste
princípio, pois estes movem a plataforma de apoio, para que a vertical do centro de
gravidade do utilizador se mantenha dentro dessa base. De facto, como já foi
referido, as segways e hoverboards movem-se segundo a inclinação do condutor,
mantendo assim um equilíbrio estável dinâmico.
Este conceito está extremamente relacionado com o estudo do pêndulo invertido,
abordado de seguida.
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4.2 Pêndulo invertido
O Pêndulo Invertido é um exemplo clássico da engenharia no ensino da teoria de
controlo (trata do comportamento de sistemas dinâmicos). O sistema consiste num
carrinho com uma haste que se pode deslocar angularmente. A haste tende a cair
sob efeito da gravidade, portanto é um sistema naturalmente instável. O sistema
pode ser estabilizado aplicando uma força horizontal ao carrinho, fazendo a haste
ficar na vertical (Figura 12).3
Figura 12: carro com pêndulo http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br
Outro exemplo verifica-se quando uma pessoa pretende equilibrar uma vara na
ponta dos dedos, e esta se começa a desequilibrar e se inclina, a mão precisa de se
movimentar para que a vara retorne à posição vertical (ou próxima). Estes exemplos
servem de analogia para o princípio de funcionamento das segways e hoverboards,
pois estes aparelhos também têm de se movimentar de modo a contrariar a
perturbação de equilíbrio da posição vertical (estabilização dinâmica).
Assim, é preciso determinar o desvio angular Φ do pêndulo com a vertical e a
velocidade do desvio angular, esses dados são obtidos através de giroscópios e de
sensores de velocidade e aceleração que são depois tratados e atuam sobre o
motor elétrico de modo a corrigir o desvio.4
3 "pêndulo invertido - Maxwell." 2015. 13 Oct. 2016 <http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/25061/texto.html> 4 "O Segway." 2008. 13 Oct. 2016 <http://paginas.fe.up.pt/tre/TrE_folhas08/TrE_8f45.pdf>
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4.3 Giroscópio O funcionamento dos veículos abordados depende do uso de giroscópios. Este
dispositivo (Figura 13) consiste num disco em rotação que mantém a sua direção,
contrariando qualquer tentativa de mudança de direção, e que se estabilizará
independentemente da orientação da estrutura.
Figura 13: giroscópio tradicional com três eixos de liberdade https://pt.wikipedia.org/wiki/Giroscópio
Esta propriedade de o disco em rotação se opor a uma tentativa de alteração da
sua direção é frequentemente exemplificada girando uma roda de bicicleta no ar.
Verifica-se que, ao alterar a direção do eixo bruscamente, é perceptível uma enorme
reação, como demonstra a figura 14.
Figura 14: princípio de funcionamento de um giroscópio http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/robotica/5464-mec13
Devido à tendência que o disco em rotação tem em permanecer na mesma
posição, é possível detectar qualquer movimento de forma muito precisa.
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4.4 Efeito giroscópico gerado de forma natural No dia a dia encontram-se facilmente exemplos deste efeito, tome-se o caso das
motas. Quando a mota está a andar em linha reta só é possível observar um eixo de
rotação (X), contudo, se quiser descrever uma curva, o condutor inclina-se para a
esquerda ou para a direita criando, assim, uma rotação em torno de um segundo
eixo (Y). A conjugação destes dois movimentos de rotação, gera um movimento de
rotação em torno de um terceiro eixo (Z), fazendo com que a mota rode em torno
deste e altere a sua trajetória. Na Figura 15, que representa a roda que gira em
torno do eixo de rotação X, é observável as setas de reação no eixo Z, que
correspondem a forças aplicadas no eixo Y, e vice-versa.
Nota: os eixos são todos perpendiculares entre si.
Figura 15: diagrama de uma roda em rotação https://en.wikipedia.org/wiki/Gyroscope
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4.5 Giroscópios MEMS
Nos veículos em análise, um giroscópio comum, como o da Figura 13 seria
inviável, porém, com os processos de miniaturização que apareceram
(microtecnologia), é possível que giroscópios possam ser integrados em chips
electrónicos de tamanho microscópico, utilizando a tecnologia MEMS, ou seja,
sistemas microeletromecânicos (Figura 16 e Figura 17). De facto, com a evolução
da tecnologia, aprendeu-se que também os dispositivos mecânicos podem ser
miniaturizados, e não apenas os dispositivos elétricos, ”(...) prometendo os mesmos
benefícios tanto ao mundo mecânico como a tecnologia de circuito integrado deu ao
mundo elétrico.”5
Figura 16: giroscópio MEMS L3G4200D Figura 17: estrutura microscópica do
AliExpress.com giroscópio MEMS L3G4200D http://www.artilhariadigital.com
O princípio de funcionamento destes sensores giroscópicos, como os da Figura
16, assenta na detecção do deslocamento provocado numa massa oscilante, que se
encontra suspensa por um sistema de molas formado por barras finas flexíveis. Esta
massa vibra a uma frequência definida e é sensível a qualquer rotação, pois quando
uma rotação ocorre, a massa oscilante experimenta uma força que causa um
segundo modo de vibração proporcional à velocidade angular da rotação.6
Simplificando, Uma lâmina que vibre a uma frequência extremamente alta, assim
como o disco de um giroscópio, tende a resistir a qualquer mudança da orientação
dessas vibrações, gerando com isso um sinal que pode ser captado por um circuito
externo. Qualquer mudança de posição desses sensores faz com que surja uma
força reativa e ao mesmo tempo um sinal externo, como mostra a Figura 18.7
5 "Microtecnologia – Wikipédia, a enciclopédia livre." 2011. 14 Oct. 2016
<https://pt.wikipedia.org/wiki/Microtecnologia> 6 "Giroscópios MEMS - mtc-m16d:80 - Inpe." 24 Oct. 2016 <http://mtc-m16d.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/mtc-m19@80/2010/01.25.18.42/doc/publicacao.pdf> 7 "Estabilização dinâmica de veículos de duas rodas (MEC131)." 2013. 24 Oct. 2016 <http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/robotica/5464-mec13>
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Figura 18 : vibração de uma lâmina
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/robotica/5464-mec13
Conjuntos destes sensores, como se verifica nas segways, são posicionados para
detetar mudanças de direção em três eixos.
4.6 Sistemas MEMS
Os giroscópios MEMS determinam a velocidade do desvio angular do aparelho
onde estão inseridos, assim, determinam também a sua orientação em relação à
trajetória. A utilidade do giroscópio é complementada com outro dispositivo, o
acelerómetro (MEMS), dispositivo que consegue determinar as acelerações do
centro de massa de um determinado objeto, e a partir dos dados recolhidos por eles
é possível calcular a trajetória e posição do veículo em tempo real, e efetuar as
correções necessárias ao movimento.
Uma estrutura MEMS, pode ser entendida como um sistema eletromecânico
projetado em escala micrométrica, formada por três partes fundamentais: o sensor
(é neste campo que se inserem o giroscópio e acelerómetro), a interface analógica
para a aquisição, transmissão e amplificação do sinal vindo do sensor, e a parte de
controlo digital e processamento numérico.8
Esta tecnologia é utilizada nos veículos estudados, que utilizam estes sistemas
microeletromecânicos como recurso para a sua movimentação.
8 Forhan, NAE. "Giroscópios MEMS - mtc-m16d:80 - Inpe." <http://mtc-
m16d.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/mtc-m19@80/2010/01.25.18.42/doc/publicacao.pdf?metadatarepository=&mirror=sid.inpe.br/mtc-m19@80/2009/08.21.17.02.53>
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5. Influência dos veículos abordados na sociedade
Com a afluência de meios de transporte que percorrem as cidades, a sociedade
está praticamente servida de um leque variado de escolhas fáceis e práticas de
locomoção.
Veículos públicos como o metro ou o autocarro são utilizados diariamente por
inúmeras pessoas que se deslocam para o trabalho, escola, faculdade e outros. No
entanto, estes transportes muitas vezes encontram-se bastante distantes do destino
pretendido e não existe, portanto, um meio de transporte secundário que conecte o
destino dos passageiros ao seu metro ou autocarro. Por outro lado, existem também
deslocações em percursos onde estes transportes públicos não são acessíveis, e
também deslocações constantes numa pequena área que não justificam o uso dos
mesmos, por exemplo, patrulhas policiais e de segurança.
Opções para diminuir o custo físico de andar a pé exaustivamente já existem há
muito tempo, como as bicicletas, patins, skateboards, trotinetes, etc., no entanto
com a evolução progressiva da tecnologia na indústria dos transportes foi possível
explorar novas soluções. Deste modo, foram sendo incorporados motores elétricos
em alguns destes veículos, como a trotinete elétrica, bem como se criaram novos
veículos com maneiras inovadoras de conduzir, que funcionam de um modo
bastante mais complexo do que uma bicicleta.
Soluções destas nasceram para que, além de percorrer mais rapidamente
distâncias que se fariam a pé, fosse reduzido o esforço físico utilizado neste
processo e em relação ao uso dos transportes convencionais.
Assim, vários transportes individuais movidos a energia elétrica foram, e
continuarão a ser, desenvolvidos e a sua influência tem vindo a crescer. De tal
maneira que, a maior parte dos países já tem regulamentação própria para este tipo
específico de veículo, variando de país para país, existindo até sinalização em
alguns, conforme mostra a Figura 18 e a Figura 19.
Figura 19: sinal de perigo para travessia Figura 20: sinal de proibição
de pessoas em transportes pessoais destinado a pessoas em transportes pessoais
https://en.wikipedia.org/wiki/Segway_PT https://en.wikipedia.org/wiki/Segway_PT
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5.1 Influência da hoverboard
Hoje em dia este tipo de veículos ainda é visto com um carácter recreativo, isto é,
são principalmente produtos que visam apelar ao lazer dos seus utilizadores. As
hoverboards são o exemplo perfeito de um veículo usado essencialmente para o
entretenimento, mas com um potencial de maior utilidade.
A esmagadora maioria das pessoas tem uma opinião bastante cética e crítica em
relação à utilidade das hoverboards que, neste momento estão longe do seu
máximo potencial. A normalização das hoverboards evoluirá com o desenvolvimento
da mobilidade do produto, ou seja, o peso, os materiais utilizados, a bateria e as
suas dimensões terão de ser otimizados com o objetivo de o tornar mais prático e
mais acessível. Ainda que estes aparelhos sejam portáteis e teoricamente úteis para
as pequenas deslocações consideradas, não conseguiram, para já, constituir uma
solução para o objetivo exposto anteriormente, devido a três principais fatores: este
produto é um conceito recente, e ainda não conseguiu alcançar um impacto
significativo no mercado a grande escala; para a maioria do consumidor alvo, o
preço não justifica a necessidade do produto; e o seu peso, cerca de 10 kg, é
suficientemente elevado para que o esforço de carregar à mão o veículo, quando
este não está a ser utilizado, não compense o esforço que se poupa ao utilizá-lo em
vez de caminhar. Com efeito, os transportes tradicionais acabam por ser mais
facilmente transportáveis comparativamente à hoverboard. Por exemplo, um
skateboard pesa cerca de 3.5 Kg face aos 10 Kg da hoverboard, e uma bicicleta,
apesar de pesar um pouco mais e de ter maiores dimensões, é facilmente
transportável quando não está a ser utilizada, podendo ser empurrada manualmente
sem grande esforço.
5.2 Influência da segway
Por sua vez, este veículo já está há mais tempo no mercado e, por isso, já
encontrou os setores que beneficiam com a sua utilidade. Sendo um produto
bastante caro para o consumidor médio, estes são adquiridos por empresas com
capacidade financeira que atuam num nicho de mercado onde a sua utilização é
vantajosa.
Assim, as segways são usadas por empresas de segurança que praticam os seus
serviços em estabelecimentos fechados ou em pequenas áreas, pois este é o
veículo que lhes permite uma melhor flexibilidade de movimentação a uma
velocidade adequada, enquanto reduz o cansaço físico provocado pelas constantes
deslocações. Poderão ser também utilizadas por patrulhas da policia municipal
exatamente pelos mesmos motivos, substituindo as tradicionais patrulhas a pé, a
bicicleta, ou a cavalo, e até mesmo pela policia marítima, para patrulhas na praia. A
segway foi tão bem acolhida pelas unidades de patrulha, e gerou tão bons
resultados que a própria marca SEGWAY® criou modelos “segway patroller”
destinados para essa tarefa, a Figura 20 mostra um exemplar. Também se gerou
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um novo negócio: visitas turísticas às cidades em segways, que se
aproveitaram das características do veículo, ao descobrirem que este aparelho
permite uma fácil deslocação pela cidade, pois consegue-se alterar facilmente a
trajetória e ter um controlo sem dificuldade da velocidade. Para além disso, o fator
inovação apela a muitos clientes, que desejam ter uma experiência de condução
diferente de todas as outras, e que rapidamente se adaptam ao fácil manuseamento
do aparelho.
Recentemente, a marca SEGWAY®, foi comprada pela empresa rival ninebot®,
tendo sido lançados vários produtos com tecnologia semelhante ao da segway mas
destinados para o uso pessoal de um consumidor, com preços mais acessíveis e
dimensões mais reduzidas, como é o caso do produto inovador “NINEBOT ONE
E+”, exposto na Figura 21, e outras segways mais pequenas.
Em Portugal o uso de segways é legal para maiores de 18 anos, e para menores
de idade quando acompanhados pelos pais, e os seus utilizadores são equivalentes
a peões, portanto não são alvo de regulamentação específica. Por outro lado, nem
todos os países consideram um utilizador deste veículo em andamento como um
pedestre, em vários estados este é regulamentado com um motociclo, como no
Japão, ou um motociclo leve, como na Suíça, devido ao motor elétrico que possui.
Dependendo de cada país, existem diferentes regras para o limite de velocidade e a
obrigação de possuir uma matrícula, noutros a sua utilização pode ser proibida.
Figura 21: Segway Patroller i2 Figura 22: NINEBOT ONE E+ http://www.segway.co.nz/patrol/ https://wordlesstech.com
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
22
Conclusão
O desenvolvimento do setor dos transportes pessoais é vital para o quotidiano de
pessoas que utilizam estes veículos como meio de transporte intermediário ou
profissional. A melhoria e otimização dos produtos contribui para um aumento da
qualidade e procura destes.
Ao longo do relatório apresentamos dois veículos elétricos com propriedades
mecânicas semelhantes: a segway e a hoverboard. Examinamos as suas
características, o seu modo de funcionamento e alguns conceitos que ajudaram a
perceber a precisão e a complexidade dos sistemas embutidos.
É possível concluir que a concepção de veículo pessoal com as propriedades
referidas está num processo evolutivo, onde cada vez mais ideias para a aplicação
da tecnologia envolvente em novos veículos nascem, assim como se desenvolvem
os que já existem. Assim, a utilização e a receptividade destes transportes depende
da evolução da engenharia e do arbítrio de implementar uma alternativa,
possivelmente viável e segura, à mobilidade convencional.