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149 PROJETO DE UM ROBO COM CAPACIDADE DE SEGUIR TRAJETÓRIAS ESTABELECIDAS POR LINHAS Gustavo Arão da Silva¹ [email protected] Vinícius Teixeira² [email protected] Prof. Yuji Yamamoto³ [email protected] Abstract - This paper describes an advance in automation, building a prototype of a self- guided robot through line segment on the factory floor, evaluating the economics aspects and improvements in working conditions. From the knowledge gained in the course of Industrial Mechatronics was possible through phototransistors, photodiodes, motors, microcontrollers, etc. The robot is able to perform numerous pathways through the selection mechanism of color between the floor and the line of his journey, providing freedom of movement throughout the factory. With all this technology we can tailor the robot needs found in factories and joined it with the useful with the pleasant, well planning time and an improvement in spending contained within the factory and so these problems by replacing line follower robot. The robot can carry very heavy items from one place to another without much effort and more quickly and smoothly with accidents by moving heavy parts and fragile. With the introduction of the robot in factories can have greater accuracy and product quality and the success of it, its route can be self-corrected if something unforeseen happens with it and having a performance more effectively, quickly and safely transported the pieces by him. Its implementation will present an initial investment of high capital cost, but promote a relevant development in the economy, and especially in the development and evolution of the industry as reduced costs, reduce the amount of manpower, increase quality performance in processes and reduce the changes in the layout of the factory floor. KEY WORD: Automation robotics. Mobile. Industrial mechatronics. Resumo - Este artigo descreve um avanço na automação, com a construção de um protótipo de um robô autoguiado por meio de segmento de linha no chão de fábrica, avaliando aspectos econômicos e melhoras nas condições de trabalho. A partir do conhecimento adquirido no curso de Mecatrônica Industrial foi possível através de fototransistores, fotodiodos, motores, microcontroladores e etc. O robô é capaz de realizar inúmeros percursos através do mecanismo de seleção de cor entre o chão e a linha do seu percurso, proporcionando uma liberdade de movimento por toda fábrica. Com toda essa tecnologia pode-se adequar o robô as necessidades encontradas nas fabricas e com isso juntou o útil com o agradável, planejandoassim uma melhoria no tempo e nos gastos contidos dentro da fabrica e assim substituindo esses problemas pelo robô seguidor de linha. O robô pode levar peças muito pesadas de um lugar para o outro sem muito esforço e com maior rapidez e sem problemas com acidentes ocorridos pela movimentação de peças pesadas e frágeis. Com a introdução do robô nas fabricas é possível ter uma maior precisão e qualidade do produto e o sucesso do mesmo, seu percurso pode ser auto-corrigido caso aconteça algum imprevisto e com isso tendo um desempenho mais eficaz, rápida e segura das peças transportadas por ele. Sua implantação apresentará um investimento inicial de alto custo de capital, mas promoverá uma relevante evolução na economia, e principalmente no processo de desenvolvimento e evolução industrial, pois reduzirá os custos, quantidade de mão de obra, as mudanças no layout do chão de fabrica e aumentará o desempenho de qualidade nos processos. Palavras-chave: Automação robótica. Móvel. Mecatrônica industrial.

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PROJETO DE UM ROBO COM CAPACIDADE DE SEGUIR TRAJETÓRIAS ESTABELECIDAS POR LINHAS

Gustavo Arão da Silva¹

[email protected] Vinícius Teixeira²

[email protected] Prof. Yuji Yamamoto³

[email protected] Abstract - This paper describes an advance in automation, building a prototype of a self-guided robot through line segment on the factory floor, evaluating the economics aspects and improvements in working conditions. From the knowledge gained in the course of Industrial Mechatronics was possible through phototransistors, photodiodes, motors, microcontrollers, etc. The robot is able to perform numerous pathways through the selection mechanism of color between the floor and the line of his journey, providing freedom of movement throughout the factory. With all this technology we can tailor the robot needs found in factories and joined it with the useful with the pleasant, well planning time and an improvement in spending contained within the factory and so these problems by replacing line follower robot. The robot can carry very heavy items from one place to another without much effort and more quickly and smoothly with accidents by moving heavy parts and fragile. With the introduction of the robot in factories can have greater accuracy and product quality and the success of it, its route can be self-corrected if something unforeseen happens with it and having a performance more effectively, quickly and safely transported the pieces by him. Its implementation will present an initial investment of high capital cost, but promote a relevant development in the economy, and especially in the development and evolution of the industry as reduced costs, reduce the amount of manpower, increase quality performance in processes and reduce the changes in the layout of the factory floor.

KEY WORD: Automation robotics. Mobile. Industrial mechatronics.

Resumo - Este artigo descreve um avanço na automação, com a construção de um protótipo de um robô autoguiado por meio de segmento de linha no chão de fábrica, avaliando aspectos econômicos e melhoras nas condições de trabalho. A partir do conhecimento adquirido no curso de Mecatrônica Industrial foi possível através de fototransistores, fotodiodos, motores, microcontroladores e etc. O robô é capaz de realizar inúmeros percursos através do mecanismo de seleção de cor entre o chão e a linha do seu percurso, proporcionando uma liberdade de movimento por toda fábrica. Com toda essa tecnologia pode-se adequar o robô as necessidades encontradas nas fabricas e com isso juntou o útil com o agradável, planejandoassim uma melhoria no tempo e nos gastos contidos dentro da fabrica e assim substituindo esses problemas pelo robô seguidor de linha. O robô pode levar peças muito pesadas de um lugar para o outro sem muito esforço e com maior rapidez e sem problemas com acidentes ocorridos pela movimentação de peças pesadas e frágeis. Com a introdução do robô nas fabricas é possível ter uma maior precisão e qualidade do produto e o sucesso do mesmo, seu percurso pode ser auto-corrigido caso aconteça algum imprevisto e com isso tendo um desempenho mais eficaz, rápida e segura das peças transportadas por ele. Sua implantação apresentará um investimento inicial de alto custo de capital, mas promoverá uma relevante evolução na economia, e principalmente no processo de desenvolvimento e evolução industrial, pois reduzirá os custos, quantidade de mão de obra, as mudanças no layout do chão de fabrica e aumentará o desempenho de qualidade nos processos.

Palavras-chave: Automação robótica. Móvel. Mecatrônica industrial.

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1 INTRODUÇÃO

Atualmente em todo o mundo a utilização de robôs na indústria tem se tornado uma tendência, devido a capacidade intrínseca em exercer atividades produtivas que tenham relação entre outros, com a repetibilidade, com a precisão e com a presença de fatores de risco. As características de um sistema robótico permitem que as tarefas sejam desempenhadas com rapidez e precisão, garantindo assim o sucesso do processo produtivo.

O avanço desta área também tornou possível que os sistemas robóticos exerçam atividades antes desenvolvidas por seres humanos e que poderiam trazer prejuízos para a saúde do trabalhador, entre elas atividades de risco, justificando-se assim todos os investimentos empregados em robôs e sistemas robóticos.

Segundo Assis e Coelho (2009), a robótica é a tecnologia que se preocupa com o desenvolvimento de robôs ou dispositivos robóticos, é multidisciplinar e altamente ativa, e emprega esforços para o desenvolvimento e integração de diversas técnicas para a elaboração de equipamentos. O desenvolvimento de sistemas robóticos tem como objetivo principal a substituição do homem na execução de atividades produtivas.

São diversas as tarefas atendidas pelos robôs atuais, entre as quais é possível citar, o corte de gramados, a limpeza de ambientes, o desarmamento de bombas, a retirada de lixos tóxicos e radioativos, a exploração espacial e subaquática, procedimentos de busca e resgate, etc. O avanço no desenvolvimento desta área de tecnologia tem reflexos positivos para a sociedade e economia mundial, mas é importante lembrar-se dos reflexos negativos, que incluem a diminuição de postos de trabalho para os seres humanos e o impacto social envolvido.

Peça fundamental para qualquer projeto de automação, os robôs são usados atualmente nos mais diversos segmentos industriais, atuando na montagem, soldagem, pintura, movimentação e outros, sua presença é intensa em indústrias de mineração, de embalagens, automotivas, etc. Entre os conceitos difundidos na aplicação desta tecnologia estão os robôs articulados, flexíveis e de programação simples e rápida, e podem ser utilizados para diversos fins e diversos segmentos.

A característica de reprogramação de um robô permite a correção de problemas que possam aparecer e como resultado destas correções a obtenção de um processo produtivo enxuto, mais eficiente, rápido, seguro e livre de atrasos, erros e acidentes, tornando-se assim um candidato ideal para a concentração de investimentos dentro das industriais.

A aquisição da tecnologia robótica é uma realidade nos países industrializados e desenvolvidos. No Brasil, essa realidade ainda encontra-se em processo, pois o acesso tem sido realizado, na maioria das vezes, por empresários de poder aquisitivo mais elevado.

Entre os segmentos da indústria com maior aplicação da tecnologia da robótica está a indústria automotiva, onde um robô é capaz de substituir funcionalmente mais de 10 trabalhadores, sendo capazes de trabalhar continuamente, em condições desgastantes, dependendo apenas de uma boa manutenção para o seu bom funcionamento e não oferecendo problemas como abstenções e greves.

Nas médias e grandes indústrias, principalmente, está surgindo uma necessidade de automação, utilizada para a locomoção de materiais e equipamentos pesados, ou até mesmo em relação à logística. Visualiza-se, portanto,

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a necessidade de desenvolver e implantar um robô capaz de estabelecer rotas baseadas em linhas que devem ser pintadas ou colocadas no chão da área onde este robô deve se movimentar.

O desenvolvimento deste projeto possibilita uma grande evolução na indústria, trazendo inúmeros benefícios, como: redução de custos, menor quantidade de mão de obra, alto desempenho qualidade nos processos industriais, padronização relacionada à logística e mudanças nos layouts de chão de fábrica.

O projeto para implantação da tecnologia robótica apresentará um investimento inicial de alto custo de capital, mas promoverá uma relevante evolução na economia, e principalmente no processo de desenvolvimento e evolução da indústria.

2 MATERIAIS E MÉTODOS

Para a realização do projeto de pesquisa, buscou-se o referencial teórico, como fundamento para as questões colocadas, por meio dos documentos escritos e eletrônicos, disponibilizados na literatura coerente com o tema. A metodologia utilizada para a construção do Projeto de Pesquisa que é um protótipo constitui-se em um experimento no qual está será desenvolvido um robô autônomo, na forma de veículo autoguiado, que atue na área de chão de fábrica e integre técnicas de controle e tomadas de decisão. O trabalho de pesquisa tem por função simular o robô às características de situações cotidianas das fábricas. Para tanto, será criado um ambiente que simule o percurso que um robô faria em uma fábrica, onde poderá ser testado o protótipo. Depois de concluído todo processo proposto, será possível avaliar os resultados por meio da implementação e testes realizados.

Sensor de Linha: Este sensor possui um emissor infravermelho e um receptor, o transmissor emite luz infravermelha que quando captado a linha programada volta por reflexão e o receptor recebe a luz indicando que aquela é a linha desejada.

Quanto mais rápido a leitura da linha, mais rápida será a resposta do controlador, sendo que a placa montada demora 10 microssegundos para ler uma porta.

Figura 1 - Sensor de Linha Utilizado no Robô.

Fonte: Autores (2013).

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Controlador PWM L293D: Para controlar a velocidade de um motor de corrente contínua, pode ser utilizado a técnica de PWM, que significa Pulse Width Modulation ou Modulação de Largura de Pulso. Esta técnica proporciona o controle da velocidade dos motores, mantendo seu torque ainda mesmo em baixas velocidades para garantir partida suave mesmo havendo uma carga maior sobre o motor, sendo assim ideal para ser aplicado na robótica, conforme figura 2.

Figura 2 - Ilustração do Controlador PWM L293D em 2 Motores.

Fonte: Eletrônica Extreme (2008).

Servo Motor: É um motor muito pequeno com um eixo que pode ser regulado

numa posição angular desejada pelo sinal codificado, enquanto houver um sinal na entrada do motor, ele continuará em sua posição inicial, após ser aplicado outro sinal ele mudará sua posição. Na prática, os servos são utilizados em carros autocontrolados, robôs e outros aplicativos que necessitam de um motor para locomoção. Eles são extremamente úteis na robótica, pois são pequenos e possuiincorporado um circuito elétrico de controle e apresenta uma elevada potencia. O servo utilizado no protótipo é o Futaba S-148 que possui 3Kg.cm de torque, que é muito para seu tamanho e fornece potência proporcional à carga mecânica, conforme figura 3.

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Figura 3: Servo Motor Futaba S-148 utilizado no protótipo.

Fonte: Cornwall model boats (2010).

Redutor: Redutor de velocidade é um dispositivo mecânico que reduz a velocidade (rotação) de um acionador, seus principais componentes são basicamente: Eixos de entrada e saída, rolamentos, engrenagens e carcaça.

O redutor de velocidade é utilizado quando é necessária a adequação da rotação do acionador para a rotação requerida no dispositivo a ser acionado, devido às relações de transmissão, quando há redução da rotação, aumenta-se o torque disponível. Existem diversos tipos e configurações de redutores de velocidade, sendo os mais comuns os redutores de velocidade por engrenagens. Essas engrenagens, por sua vez, podem ser cilíndricas ou cônicas. Pode-se ainda utilizar o sistema coroa e rosca sem fim. Já os dentes das engrenagens podem ser retos ou helicoidais. Quando há intensão de se reduzir a vibração e ruído utiliza-se, nos redutores, engrenagens de dentes helicoidais, já que a transmissão de potência, nesse caso, é feita de maneira mais homogênea. Por outro lado, as engrenagens de dentes retos são mais simples de serem fabricadas e por isso apresentam menor custo. Os redutores de velocidade trabalham normalmente com apenas uma taxa de redução. No caso de existir a possibilidade de atuar no dispositivo e alterar a taxa de redução, este passa a ser chamado de câmbio ou caixa de marchas.

Existem também equipamentos que permitem a alteração gradual da taxa de redução, sendo estes chamados variadores de velocidade. Um exemplo moderno de variador de velocidade aplicado à área automobilística é o câmbio CVT – Continuosly Variable Transmission - utilizado atualmente pela Honda, há também estudos para desenvolvimento de novos tipos de redutores de velocidade, um deles é a concepção do redutor de velocidade esférico. Ele é baseado nos mesmos princípios de funcionamento dos rolamentos de esferas e fusos de esferas recirculantes e visa apresentar como principais vantagens menor vibração e atrito, tamanho reduzido e menores folgas, conforme figura 4.

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Figura 4: Redutor utilizado no protótipo.

Fonte: Autores (2013).

Microcontrolador ATmega328: É um circuito integrado, sendo assim poderá

ser gravado no microcontrolador os comandos que ele tenha que fazer. Sua programação é feita pelas linguagens de programação Assembley ou C, utilizadas para escrever os algoritmos, uma plataforma de desenvolvimento é usada para compilar e através de uma ferramenta é transferida para o microcontrolador.

Nas figuras 5 e 6, a demonstração do microcontrolador.

Figura 5 – Microcontrolador ATmega328 utilizado no protótipo.

Fonte: Robotizando (2011).

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Figura 6 - Especificações do hardware do ATmega328:

Fonte: Robotizando (2011).

A programação do protótipo encontra-se disposta da seguinte forma:

Programação: Os algoritmos foram escritos em C e estruturada em condicionais.

Lógica em C/C ++ do Robô Seguidor de Linha // Fatec 2 // Segue uma linha preta em uma superfície branca // teste para programação do projeto de tcc #include <AFMotor.h> // isto inclui a biblioteca Afmotor para o controlador de motor AF_DCMotormotor_left(1); // anexar motor_esquerdo ao motorshieldAdafruit M1 AF_DCMotormotor_right(3); // anexar motor_direito ao motorshieldAdafruit m3. // Criar variáveis para as leituras dos sensores int sensor1 = 0; int sensor2 = 0; int sensor3 = 0; int sensor4 = 0; int sensor5 = 0; // Criar variáveis para leituras ajustadas. int adj_1 = 0; int adj_2 = 0; int adj_3 = 0; int adj_4 = 0; int adj_5 = 0; // Você pode alterar os valores min / max abaixo para afinar cada sensor em seu bot. int s1_min = 200; int s1_max = 950; int s2_min = 200; int s2_max = 950;

Micro-controlador ATmega328

Tensão de funcionamento 5V

Tensão de entrada (recomendado) 7-12V

Tensão de entrada (limites) 6-20V

Pinos E/S Digitais 14 (dos quais 6 são saídas PWM)

Pinos de Entrada Analógicos 6

Corrente DC por pino E/S 40 mA

Corrente DC por pino 3.3V 50 mA

Memória Flash 32KB

SRAM 2Kb

EEPROM 1KB

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int s3_min = 200; int s3_max = 950; int s4_min = 200; int s4_max = 950; int s5_min = 200; int s5_max = 950; // esse limiar define quando o sensor de leitura é a linha preta intlower_threshold = 20; // valor para definir um limiar médio (metade da faixa de valor total 255) intthreshold = 128; // este limite define quando o sensor está lendo o cartaz branco intupper_threshold = 230; // Esse valor define a velocidade máxima de fatec 2 (255 = max) // usando um potenciômetro de velocidade vai sobrepor-se esta definição intspeed_value = 255; // fim de variáveis alteráveis void setup() { Serial.begin(9600); // iniciar monitor serial para ver as leituras dos sensores // declarar motor esquerdo motor_left.setSpeed(255); motor_left.run(RELEASE); // declarar motor direito motor_right.setSpeed(255); motor_right.run(RELEASE); } voidupdate_sensors(){ // isto irá ler o sensor 1 sensor1 = analogRead(0); adj_1 = map(sensor1, s1_min, s1_max, 0, 255); adj_1 = constrain(adj_1, 0, 255); // isto irá ler o sensor 2 sensor2 = analogRead(1); // sensor 2 = esquerdo-centro. adj_2 = map(sensor2, s2_min, s2_max, 0, 255); adj_2 = constrain(adj_2, 0, 255); // isto irá ler o sensor 3. sensor3 = analogRead(2); // sensor 3 = centro adj_3 = map(sensor3, s3_min, s3_max, 0, 255); adj_3 = constrain(adj_3, 0, 255); // isto irá ler o sensor 4. sensor4 = analogRead(3); // sensor 4 = direito-centro. adj_4 = map(sensor4, s4_min, s4_max, 0, 255); adj_4 = constrain(adj_4, 0, 255); // isto irá ler o sensor 5. sensor5 = analogRead(4); // sensor 5 = direito adj_5 = map(sensor5, s5_min, s5_max, 0, 255); adj_5 = constrain(adj_5, 0, 255); // verificar o valor de potenciômetro de velocidade se presente (para ler o pot linha, descomente abaixo) //speed_pot = analogRead(5) / 4

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} void loop(){ update_sensors(); // atualizar sensor //speed_value = speed_pot; // Deixe comentado, a não ser usando potenciômetro // em primeiro lugar, verificar o valor do sensor de centro if (adj_3 <lower_threshold){ // se o centro valor do sensor está abaixo do limiar, verificar sensores ao redor if (adj_2 > threshold && adj_4 > threshold){ // se todos os sensores conferidos, impulsionar*** motor_left.run(FORWARD); motor_left.setSpeed(speed_value); motor_right.run(FORWARD); motor_right.setSpeed(speed_value); } // você quer o bot pare quando atingir a caixa preta. else if (adj_1 < 1){ if (adj_2 < 1){ if (adj_3 < 1){ if (adj_4 < 1){ if (adj_5 < 1){ // se todos os sensores estão lendo preto, parar. motor_left.run(RELEASE); motor_right.run(RELEASE); } // caso contrário, o sensor central estiver acima do limite // por isso precisamos verificar o que o sensor está acima da linha preta else { // primeiroverificar sensor 1. if (adj_1 <upper_threshold&& adj_5 >upper_threshold){ motor_left.run(RELEASE); motor_left.setSpeed(0); motor_right.run(FORWARD); motor_right.setSpeed(speed_value); } // depoisverificar sensor 5. else if (adj_1 >upper_threshold&& adj_5 <upper_threshold){ motor_left.run(FORWARD); motor_left.setSpeed(speed_value); motor_right.run(RELEASE); motor_right.setSpeed(0); } // se não for o sensor 1 ou 5, então verificar sensor 2. else if (adj_2 <upper_threshold&& adj_4 >upper_threshold){ motor_left.run(RELEASE); motor_left.setSpeed(0); motor_right.run(FORWARD); motor_right.setSpeed(speed_value); } // se não for o sensor 2, então verificar o sensor 4

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else if (adj_2 >upper_threshold&& adj_4 <upper_threshold){ motor_left.run(FORWARD); motor_left.setSpeed(speed_value); motor_right.run(RELEASE); motor_right.setSpeed(0); } ///// Print dos valores de cade sensor. ///// valores do sensor 1. Serial.print("sensor 1: "); Serial.print(sensor1); Serial.print(" - "); Serial.print("Adj 1: "); Serial.print(adj_1); Serial.print(" - "); /////valores do sensor 2. Serial.print("sensor 2: "); Serial.print(sensor2); Serial.print(" - "); Serial.print("Adj 2: "); Serial.print(adj_2); Serial.print(" - "); /////valores do sensor 3. Serial.print("sensor 3: "); Serial.print(sensor3); Serial.print(" - "); Serial.print("Adj 3: "); Serial.print(adj_3); Serial.print(" - "); /////valores do sensor 4. Serial.print("sensor 4: "); Serial.print(sensor4); Serial.print(" - "); Serial.print("Adj 4: "); Serial.print(adj_4); Serial.print(" - "); /////valores do sensor 5. Serial.print("sensor 5: "); Serial.print(sensor5); Serial.print(" - "); Serial.print("Adj 5: "); Serial.print(adj_5); Serial.print(" "); Serial.print("speed: "); Serial.println(" "); } // fim do código.

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Placa de Circuito Impresso e Esquema Elétrico utilizado no Protótipo:

Sua montagem foi através do programa Proteus que pode ser desenvolvido o circuito do robô seguidor de linha, conforme figuras 7 e 7.1.

Figura 7: Circuito Impresso utilizado no Protótipo, Placa Corroída e Placa Pronta.

Fonte: Autores (2013).

Figura 7.1 - Esquema Elétrico utilizado no Protótipo.

Fonte: Autores (2013).

Percurso utilizado para demonstração do protótipo: O Protótipo tem o auxilio do sensor de linha, que emite o sinal do LED no chão e quando reconhece a linha preta ele retorna sinal aos sensores infravermelhos que indicarão que aquele é o

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caminho correto e com isso poderá fazer seu percurso dado na programação, conforme figura 8.

Figura 8 - Percurso utilizado no Protótipo.

Fonte: Autores (2013).

Para a construção do protótipo é necessários um conjunto de materiais, conforme

tabela 1.

Tabela 1 - Lista de Materiais utilizados no Protótipo:

Unidade Material Valor R$

2 Servos motores da marca futaba, modificados R$ 50,00

1 Microcontrolador atmega328 R$ 20,00

10 Resistores R$ 0,30

9 Leds R$ 0,70

1 Soquete 28 Pinos R$ 0,90

1 Soquete 14 Pinos R$ 0,90

1 lm7805 R$ 5,50

1 C.I l293 R$ 7,50

1 Push botton R$ 1,50

1 Capacitor 100nF R$ 0,25

1 Capacitor 100uF R$ 0,25

1 Placa pci R$ 10,00

1 Construção da Placa de Circuitos R$ 30,00

1 Capacitor 4,7uF R$ 1,00

1 Pilhas R$ 5,50

TOTAL R$ 192,60

Fonte: autores (2013).

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Para a realização do cálculo de relação de transmissão foram utilizados os seguintes critérios e fórmulas dadas a baixo. Seguindo o modelo da redução do servo motor utilizado no protótipo, conforme figura 9.

Cálculo de Relação de Transmissão.

Figura 9 - Relação de Transmissão.

Fonte: Autores (2013).

Normalmente a relação de transmissão é designada pela letra i. Como temos 2 pares de engrenagens com diâmetros diferentes, iremos ter relações de transmissão diferentes em cada par. Considerando que o motor que será usado tenha uma rotação de 12,98RPM e no eixo de saída sua rotação é 9,53RPM:

1.1 – Cálculo i total.

1.2 – Cálculo do i1.

Considerando que o número de dentes de Z1 e Z2 seja 38 e 41 respectivamente:

1.2 – Cálculo do i2.

Considerando que o número de dentes de Z3 e Z4 seja 50 e 63 respectivamente:

2 - Cálculo das Potências.

2.1 - Cálculo da potência do motor.

Como não era conhecida a potência inicial do motor, foi usada a voltagem que é de 5V e com o multímetro descobrimos a corrente do motor que é de 80mA e obtemos a potência do motor:

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2.2 – Cálculo da potência útil no eixo 1.

Onde: ŋm = rendimento dos mancais (um par).

2.3 – Cálculo da potência útil no eixo 2.

Onde: ŋe = rendimento das engrenagens (um par)

ŋm² = rendimento dos mancais (dois pares)

2.4 – Cálculo da potência útil de saída.

Onde: ŋe² = rendimento das engrenagens (dois pares)

ŋm³ = rendimento dos mancais (três pares)

3 - Cálculo das Rotações.

3.1 - Cálculo rotação do motor.

Como não era conhecida a rotação inicial do motor, foi usado o Torque para descobrir a rotação. O Torque do motor é de 3kg.cm que é igual á 0,2941995N.m com isso obtemos:

3.2 - Cálculo rotação do eixo 1

A rotação do eixo 1 é igual a rotação do motor, pois estão ligados por acoplamento. Portanto a rotação do eixo 1 é igual a 12,98RPM.

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3.3 – Cálculo rotação do eixo 2.

3.4 – Cálculo rotação eixo 3.

4 - Cálculo dos Torques.

4.1 - Torque do motor.

O motor utilizado tem um torque de 3Kg.cm ou 0,2941995N.m quando utilizado a voltagem de 5V.

4.2 – Torque no eixo 1.

4.3 – Torque no eixo 2.

4.4 – Torque no eixo de saída.

Rendimentos das transmissões

Antes de analisar com mais detalhes cada um dos tipos de transmissões já descritas, deve-se alertar que em qualquer uma delas há uma perda inevitável de energia, e consequentemente de potência, devido aos atritos entre as superfícies e

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da própria lubrificação, escorregamentos, etc. Dessa forma pode-se concluir que a potência de entrada na transmissão é dissipada, transformada em calor ou sob forma de energia, que é denominada potência de saída menor ou potência útil.

Portanto essa perda tem influência direta com os rendimentos de cada elemento da transmissão, (mancais, correias, correntes, engrenagens, atritos, etc.) e com valores já estudados pode-se calcular qualquer das potências, com o emprego dos valores de rendimento para cada elemento do equipamento. O quadro abaixo informa com precisão quais os tipos de rendimentos que devem ser utilizados para calcular e projetar uma máquina, sabendo como será sua construção, conforme tabela 2.

Tabela 2 - Rendimentos das Transmissões.

Tipo de transmissão Rendimento

Usadas Novas

Transmissões por correias

Correias Planas 0,96≤ ≤0,97

Correias em V 0,97≤ ≤0,98

Transmissão por Corrente

Correntes silenciosas 0,97≤ ≤0,99

Correntes Renold 0,95≤ ≤0,97

Transmissão por Rodas

De Atrito 0,95≤ ≤0,98

Transmissões por Engrenagens

Fundidas 0,92≤ ≤0,93

Usinadas 0,96≤ ≤0,98

Rosca sem fim (aço bronze)

1 entrada 0,45≤ ≤0,60

2 entrada 0,70≤ ≤0,80

3 entrada 0,85≤ ≤0,97

Mancais

Rolamento (par) 0,98≤ ≤0,99

Deslizamento (par) (bucha) 0,96≤ ≤0,98

Fonte: Santoro (2008).

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3 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A pesquisa realizada para elaboração do artigo do Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) foi apoiada teoricamente nas fontes disponíveis na literatura atual e pertinente ao tema escolhido, e como experimento, a realização de um protótipo, para o qual foi utilizado o controle de velocidade através da técnica PWM. Para elaboração do circuito foi utilizado o software Proteus e a impressão na placa, com a programação do microcontrolador ATmega328 em linguagem C.

Por meio das ferramentas colocadas, foi elaborado um robô com capacidade de seguir trajetórias estabelecidas por linhas com alta eficiência, velocidade e baixo custo, conforme demonstrado na figura 10.

Figura 10 - Protótipo Pronto

Fonte: Autores (2013).

O protótipo indicou uma satisfatória viabilidade, provando que funciona com segurança e praticidade, tornando possíveis mudanças significativas no desenvolvimento interno de uma fábrica, economizando tempo e dinheiro no processo produtivo, no transporte de materiais e de outros recursos que possam circular dentro da fabrica, podendo ser usado em diversos lugares e ambientes distintos, onde possam ser implantadas trajetórias por meio de linhas dispostas no chão de área fabril.

Conclui-se que a prática, por meio do protótipo, é condizente com a teoria, pois a aplicação demonstrou que é possível a implementação do robô que irá contribuir para o transporte de quaisquer equipamentos com eficácia no ambiente fabril. O artigo encontra-se concluído, mas aberta para a continuidade para maiores contribuições no setor de produção da fábrica.

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REFERÊNCIAS

AUTOMAÇÃO “Robôs estão chegando às pequenas e médias indústrias”. Disponível em: <http://www.nei.com.br/artigos/artigo.aspx?i=88>. Acesso em: 18/04/2012. ASSIS, W. O.; COELHO A. D. Automação industrial e robótica. 2009. Disponível em: <http://www.mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/569>. Acesso em: 28 mar. 2012. Controlador PWM L293D. Disponível em: <http://extremeelectronics.co.in/>. Acesso em: 15 abr. 2013. FIALHO, A. B.SolidWorks Premium 2009, Editora Erica,, 1a Edicao, São Paulo, 2009. JONES, J.L.; FLYNN A.M. Mobile robots: inspiration to implementation. Wellesley (Mass): A.K.Peters, 1993. MAES P. Designing autonomous agents. MIT Press / Elsevier, (3rd printing) 1994. MARTINS, Agenor. O que é robótica. 1. ed. Brasília/DF: Brasiliense, 1993. MAYER, Raymond R. Administração da produção. 1. ed. São Paulo: Atlas, 1990.

Microcontrolador Atmega328. Disponível em: <http://www.robotizando.com.br/glossario.php>. Acesso em: 15 abr. 2013.

MIYADAIRA, A. N. Microcontroladores PIC18 - Aprenda e Programe em Linguagem C. 1. ed. São Paulo: Erica,, 2009.

RECODER, Maria José et al. Informação Eletrônica e Novas Tecnologias. São Paulo: Summus, 1995.

Servo Motor Futaba S148. Disponível em: <http://www.cornwallmodelboats.co.uk/acatalog/futaba-servos.html>. Acesso em: 15 abr. 2013. SANTORO, Rolando R. Apostila Técnica: Rendimentos das Transmissões. (2008).