KIT DE AUTOMATIZAÇÃO DE CADEIRA DE RODAS

Jonas T. A. Mariano Leonardo P. Monesi

Leonardo Demori Pedro Henrique Birais

Orientador: Professor Francisco Chagas

São Caetano do Sul / SP 2012

PROJETO DE TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM MECATRÔNICA

Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza

GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO

Etec “JORGE STREET”

Avaliação: ________________ Professor Francisco Chagas

Resumo

O projeto do grupo se resume na elaboração de um kit de automatização de

cadeira de rodas, que foi escolhido como tema, após verificarmos a dificuldade de

pessoas com deficiências motoras em obter uma boa cadeira elétrica, a um custo

acessível para os mesmos. Para solucionarmos este problema resolvemos criar um

kit que será acoplado à cadeira. Uma bandeja localizada em baixo do banco com

uma bateria automotiva de 12V serão instalados dois motores nas rodas traseiras da

cadeira além de um joystick que ficará no braço da mesma, transformando-a de uma

cadeira comum a uma cadeira motorizada.

Palavras- chave: automatização – custo – rápida

Lista de Figuras

Figura 1- Cadeira de rodas........................................................................................ 8

Figura 2- Bandeja de suporte.................................................................................... 9

Figura 3- Extensão do braço ....................................................................................10

Figura 4- Esquema inicial...........................................................................................10

Figura 5- Montagem do circuito..................................................................................11

Figura 6- Montagem do circuito 2...............................................................................11

Figura 7- Circuito finalizado........................................................................................12

Figura 8- Reparos na caixa........................................................................................12

Figura 9- Caixa finalizada...........................................................................................13

Figura 10- Fabricação do braço de sustentação........................................................13

Figura 11- Braço de sustentação ..............................................................................14

Figura 12- Eixo fabricado em inox..............................................................................14

Figura 13-Eixo............................................................................................................15

Figura 14- Acoplamento dos motores........................................................................15

Figura 15- Fixação das rodas.....................................................................................16

Figura 16- Sistema de freio........................................................................................16

Figura 17- Motor Bosch..............................................................................................17

Figura 18- Manipulo....................................................................................................19

Figura 19- Parte elétrica.............................................................................................20

Figura 20- Desenho mecânico da cadeira de rodas...................................................21

Sumário

Projeto de trabalho de conclusão do curso em mecatrônica ........................ 6

Introdução .................................................................................................... 6

Objetivos ...................................................................................................... 7

Metodologia ................................................................................................. 8

Passo a passo .................................................................................. .8

Introdução teórica ........................................................................................ 17

Definição ........................................................................................... 18

Motor de limpador de para-brisa......................................................... 18

Transmissão coroa parafuso ........................................................... 18

Joystick ............................................................................................ 18

Joystick analógico ................................................................. 19

Joystick digital ....................................................................... 19

Escopo....................................................................................................... 20

Parte elétrica................................................................................... 20

Parte mecânica.............................................................................. . 21

Diagrama de Gantt.......................................................................... 22

Cronograma................................................................................... 23

Planilha de custos .......................................................................... 24

Conclusão................................................................................................. 25

Bibliografia................................................................................................ 26

Anexo A- Esquema elétrico

B- Suporte do eixo

C- Arruela

D- Eixo

E- Conjunto

F-Diagrama de Gantt 1º semestre

G-Diagrama de Gantt 2º semestre

H- Cronograma PTCC

I- Cronograma DTCC

J-Planilha de custos

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Introdução

Até Chegarmos ao projeto de automatização da cadeira tivemos outras duas

idéias, um sistema de reaproveitamento de água da máquina de lavar e um contador

automático de gastos elétricos, mas devido a algumas dificuldades em relação a

custos e viabilidade, o projeto do kit de automatização foi escolhido por ser o projeto

que mais desenvolveria e aprimoraria as habilidades específicas dos integrantes do

grupo, além de o projeto promover um benefício à sociedade..

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Objetivos

Um grande problema nos dias de hoje para quem é portador de deficiências

motoras é a obtenção de uma boa cadeira de rodas, pelo fato de que as comuns

apesar de serem baratas, exigem muito esforço e são difíceis de se controlar, mas

ainda há as elétricas que são fáceis de se controlar e não exigem esforço físico do

usuário, entretanto são muito caras, podendo ultrapassar o valor de R$15.000,00.

Diante desta dificuldade de acesso devido ao alto custo financeiro,optamos pelo

projeto de TCC elaborar um kit de automatização para ser acoplado a uma cadeira

de rodas comum, visando baratear o custo de uma cadeira motorizada e facilitar a

locomoção dos cadeirantes, proporcionando-lhes mais facilidade em suas atividades

rotineiras.

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Metodologia

Para alcançar a finalidade que se destina o nosso projeto, passamos por uma

serie de etapas e processos que estão demonstrados abaixo.

Após a definição do projeto e seus respectivos objetivos, o grupo começou a

elaborar o escopo e o cronograma para a melhor organização do trabalho. A cadeira

de rodas (vide imagem 1) que será usada no projeto, é uma cadeira comum

comprada pelo grupo.

(Imagem 1-Cadeira similar a do projeto)

Após distribuirmos as tarefas aos respectivos integrantes do grupo, iniciamos

diversas pesquisas na escola e na internet para descobrirmos os melhores métodos

e materiais para construção do kit. Depois de uma pré definição destes termos, o

grupo começou a procura por materiais e a ornamentar todo o projeto para que seu

objetivo de baratear o equipamento fosse possível.

A elaboração de nosso kit será realizada na escola e na casa dos integrantes,

junto com as pesquisas de mercado que serão feitas. A partir da colaboração dos

professores do curso de mecatrônica, poderemos nos utilizar das dependências da

escola nos horários de aula para a efetuação do TCC. Por esse fato o

desenvolvimento do trabalho foi harmonioso, permitindo que o grupo fizesse a

fabricação de varias peças do projeto usando os materiais e maquinas pela escola

fornecidos. Depois de consultarmos a NBR ISO 06440 para aderirmos o nosso

projeto as normas, começamos a construção.

Passo a passo

1- O primeiro passo para começarmos a construção do projeto foi adquirir as

peças necessárias. Começamos comprando os dois motores e os relés,

depois com a ajuda da escola e dos nossos colegas de classe adquirimos a

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bandeja de suporte da bateria, uma barra de ferro para a extensão do braço

da cadeira. E por último obtivemos as peças para suporte do motor.

2-Após a obtenção das peças, começamos nosso projeto pela fabricação da

bandeja de sustentação da bateria, usando o apoio inferior de uma das

carteiras fornecida pela escola. Para isso, fizemos recortes na estrutura e em

seguida soldamos as hastes com uma inclinação que possibilitasse a fixação

na cadeira. Conforme apresentado na figura abaixo.

3-Utilizando uma barra de ferro tubular 40x20mm de aproximadamente um

metro, cedida por nossos colegas de classe, conseguimos construir a extensão

do braço da cadeira onde posteriormente foi fixado o manipulo. Para deixá-la

de maneira adequada fizemos alguns recortes em sua lateral, possibilitando

que a dobrássemos em três partes, sendo a segunda com inclinação de 90º e

a terceira com 45º. Apos a dobragem, soldamos a barra na cadeira para assim

prosseguirmos com o projeto. O resultado desta parte esta representado na

figura abaixo.

(Figura 2- bandeja de suporte)

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4-Ao terminarmos o esquema elétrico começamos a confeccionar a caixa de

comando onde ficara toda a parte elétrica da cadeira. Utilizamos em sua confecção

chapa de policarbonato liso de espessura de 3 mm. Todo o comando foi feito com

reles automotivo 12v 40A. Foram utilizados 6 reles comutadores e 6 reles de um

contato NA. Em toda sua ligação foram utilizados terminais de fixação e bornes.

Também foi feito dois barramentos um com sua polaridade positiva (+) e a outra

negativa (-). Como vemos nas figuras 4, 5, 6 e 7 a fabricação de todo o circuito

elétrico.

(Figura 3- Extensão do braço)

(Figura 4- Esquema inicial)

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(Figura 5 – Montagem do circuito)

(Figura 6- Montagem no circuito 2)

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(Figura 7- Circuito finalizado)

5- Ao concluirmos todo o circuito e sua caixa fixamos a caixa à cadeira. Como podemos ver nas figuras 8 e 9 a seguir.

(Figura 8- Reparos na Caixa)

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6- Iniciamos então a parte mecânica da cadeira. Começamos a fabricar o braço de sustentação das rodas. Feito em aço e alumínio, foi utilizado ferro chato de 2”x 3\16” de aço 1020 e barra de alumínio de 50 x 250mm. Na figura a seguir podemos ver parte de sua fabricação.

(Figura 9- Caixa finalizada)

(Figura 10- Fabricação do braço de sustentação)

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7- Os eixos foram fabricados em aço inox, projetado pelo grupo para atender aos

esforços de tração que nele serão feito durante o uso da cadeira. Neles serão

acoplados os motores e também darão sustentação as rodas traseiras já que sua

montagem será feita diretamente nos cubos das rodas. Também foi utilizado um

rolamento em cada roda traseira. Podemos ver sua montagem nas figuras 12 e 13.

(Figura 11- Braço de sustentação)

(Figura 12- Eixo fabricado em inox)

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8- Os motores foram acoplados aos eixos das rodas através de um pino de aço inox

onde transmitira tração a cadeira e fixados ao braço de sustentação de alumínio.

Podemos ver nas figuras 14 e 15 a seguir.

(Figura 14 – Acoplamento dos motores)

Figura 13- Eixo

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9- Após tantas modificações chegamos ao sistema de freio que foi adaptado ao novo

esquema de funcionamento da cadeira. Veja na figura 16.

(Figura 16- Sistema de freio)

(Figura 15- Fixação das rodas)

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Introdução teórica

Para a construção do kit de automação da cadeira de rodas, utilizaremos dois

motores Bosch de modelo (CEP 9 930 453 032), também utilizado em limpador

depara-brisa de caminhões (vide imagem 1). Aos motores são vinculados um

sistema de redução parafuso coroa, e estes serão fixados à cadeira por parafusos

de 1\4” ao braço de sustentação das rodas. O acionamento dos motores será feito

por um manipulo 4 posições posicionado no braço superior da cadeira, possibilitando

o controle das ações de acordo com a vontade do usuário.

Cálculos

Raio da roda= 0,3m(30 cm)

Perímetro= 2πR = 2x3,14x0,3 =1,88m

Torque = F(força)xR(raio)= 2x0,3= 0,6kg

Velocidade máxima= Rotação máxima x Perímetro= 75x1,88= 141m/min. ou

2,35m/s

(Figura 17- Motor Bosch)

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Definição

Os componentes e dispositivos utilizados no projeto são:

Motor de limpador de para-brisa

Os limpadores de parabrisa são acionados por um pequeno servo motor

elétrico que põe em movimento um mecanismo de engrenagem e manivela que

converte o movimento de rotação em um movimento alternado. O comprimento da

manivela condiciona o funcionamento angular das palhetas. Além do interruptor do

limpador de parabrisa, que se encontra no painel, existe outro interruptor ligado ao

conjunto da manivela.

Transmissão coroa parafuso

O sistema coroa e parafuso sem fim é utilizado na mecânica para transmissão

com velocidades variadas e altas tensões entre dois eixos perpendiculares entre si,

não situados no mesmo plano e possui eficiência de transmissão elevada.

O parafuso sem-fim é a engrenagem condutora, cujo contato entre a coroa é linear

devido o fato de a roda envolver parcialmente o parafuso.

Na construção dessas engrenagens, as dificuldades residem essencialmente

no fato de se conseguir idênticas características geométricas do sem-fim e da

ferramenta geradora dos dentes da roda, é necessário operações de retificação com

rebolos, na maioria dos casos. Este mecanismo é uma variante das engrenagens

helicoidais, assim como o parafuso sem-fim pode possuir uma roda de diâmetro

arcaico muito pequeno, com poucos dentes, assim chamado de parafuso sem-fim de

uma só entrada. O parafuso sem-fim contém duas, três ou mais entradas. O

aumento das entradas no parafuso sem-fim proporciona uma roda helicoidal.

Manipulo

O Manipulo (como na imagem 2) é um dispositivo elétrico usado para o

acionamento de controle diversos seguimentos, que é composto por uma haste

fixada a uma base em que transmite um ângulo de duas a três dimensões.

Geralmente são configurados para movimentar nos sentidos esquerda\direita,

cima/baixo.

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São muito usados também para controlar máquinas tais como elevadores e

guindastes. Os joysticks são divididos em 2 tipos:

Joystick analógico

Esse tipo de joystick é caracterizado por conter circuitos de estados

contínuos, retorna ângulos em qualquer movimento em qualquer direção do plano

(2D) ou espaço (3D), normalmente utilizam potenciômetros para obter os estados.

Joystick digital

Usa internamente controladores digitais, que retornam o estado ligado

desligado usados para capturar os comandos passados ao joystick.

(Figura 18- Manipulo)

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Escopo

Parte elétrica

Parte elétrica constituída de:

- Um manipulador de 4 posições com 1 contato NA por posição;

- Doze relés sendo 6 DNI-116 e 6 DNI-103 de 40A;

- Bateria automotiva de 45A;

- Dois motores de 12Vcc de7A de corrente nominal;

- Cabos de 1,5mm;

O sistema de funcionamento baseia-se no comando do manipulador, enviando sinal

aos relés e de acordo com a ligação, acionando os motores para executar o

movimento desejado. Exemplo colocando-se o manipulo na posição frente, são

ativados os dois motores no sentido horário movendo assim a cadeira para frente.

Pensando em evitar o desgaste dos motores os movimentos de direita e esquerda

serão efetuados com um motor virando no sentido horário e o outro no anti-horário.

O esquema elétrico do projeto pode ser verificado no anexo A. Na figura abaixo

temos o painel elétrico que será colocado na lateral do braço da cadeira e que fará

os comandos elétricos anteriormente explicados.

(Figura 19 – Parte elétrica)

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Parte mecânica

(Figura 20– Desenho mecânico da cadeira de rodas)

Parte mecânica constituída de:

- Dois motores de 12Vcc com 7A de corrente nominal;

- Extensão do Braço

- Dois eixos em aço inox.

Os desenhos mecânicos das peças citadas anteriormente estão nos anexos

B, C, D e E respectivamente.

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Diagrama de Gantt

É um gráfico usado para ilustrar o avanço das diferentes etapas de

um projeto. Os intervalos de tempo representando o início e fim de cada fase

aparecem como barras coloridas sobre o eixo horizontal do gráfico como indicado no

anexo F e G.

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Cronograma

O cronograma é um meio de planejamento e controle semelhante a um

diagrama, em que são definidas e detalhadas as atividades a serem executadas

durante um período estimado.

Para o gerenciamento, o cronograma é um artifício de controle importante e a

partir dele, se faz uma análise de viabilidade antes da aprovação final para que o

projeto aconteça.

Nosso cronograma do nosso grupo mostra desde a primeira etapa do trabalho

que foi a definição do projeto até a conclusão da monografia, além de indicar a parte

destinada a cada integrante, como pode ser verificado no anexo H e I

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Planilha de custos

Planilha de custo é um demonstrativo de todos os custos de um determinado

produto ou serviço. É imprescindível, para calcular o custo final do produto,

possibilitar ao gerenciador estabelecer o preço de venda e assegurar que haja uma

margem de lucro satisfatória.

A Planilha de custos do nosso grupo foi editada em duas partes, a primeira

mostra qual seria o custo de produção real do projeto; já a segunda quanto custará

para o grupo elaborar o projeto, ou seja, excluir os custos de usinagem (hora/homem

e hora máquina) e de algumas peças obtidas pelo grupo. A planilha de custos pode

ser verificada no anexo J.

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Conclusão

Após a realização deste trabalho, pudemos aprimorar nossas habilidades em

mecânica, elétrica e eletrônica, além de aprendermos um pouco sobre as

dificuldades que os cadeirantes enfrentam diariamente.

Criamos o projeto para facilitar e tornar o dia a dia deles mais ameno e

condizente com a realidade do mundo moderno.

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Bibliografia

-http://pt.scribd.com/doc/6174338/Elementos-de-Maquinas-Transmissao-Coroa-e-

Parafuso-Sem-Fim (Acesso em 23/06/2012 ás 18:27)

-http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAaLkAB/servomotor-principios-basicos-

funcionamento ( Acesso em 25/06/2012 ás 15: 43)

-http://www.cdscadeiraderodas.com.br/ (Acesso em 10/06/2012 ás 17:35)

http://pt.scribd.com/doc/57545591/NBR-06440-Cadeira-de-Rodas-Nomenclatura-

Termos-e-Definicoes

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Anexo A

Anexo B

Anexo C

Anexo D

Anexo E

Anexo F

Anexo G

Anexo H

Anexo I

Anexo J