Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
ESCOLA SENAI “IVAN FÁBIO ZURITA” Técnico em Mecatrônica CAIO MENEZES GENOVEZI DOUGLAS DO NASCIMENTO SALES EDUARDO MENEGHIN CABRINE GABRIEL HENRIQUE DE LIMA JOÃO PEDRO DENARDO BRAÇO ROBÓTICO ARARAS 2020 CAIO MENEZES GENOVEZI DOUGLAS DO NASCIMENTO SALES EDUARDO MENEGHIN CABRINE GABRIEL HENRIQUE DE LIMA JOÃO PEDRO DENARDO BRAÇO ROBÓTICO Trabalho de conclusão do curso técnico em mecatrônica da ESCOLA SENAI “IVAN FÁBIO ZURITA “. ORIENTADOR: THOMAZ ALBERTO FREZARIM THOMAZINI. ARARAS 2020 Folha de Aprovação CAIO MENEZES GENOVEZI DOUGLAS DO NASCIMENTO SALES EDUARDO MENEGHIN CABRINE GABRIEL HENRIQUE DE LIMA JOÃO PEDRO DENARDO BRAÇO ROBÓTICO Trabalho de conclusão de curso técnico em mecatrônica da Escola SENAI “IVAN FABIO ZURITA “ Aprovado em: Examinador 1 Examinador 2 Examinador 3 DEDICATÓRIA Este trabalho foi dedicado á Todos os docentes envolvidos a Gestão da escola, os integrantes deste grupo Que dedicaram seu tempo e esforços Para que pudéssemos realizar esse trabalho. AGRADECIMENTOS Agradecemos a Deus por Ter nos dado a oportunidade De cursar uma das melhores Instituições de aprendizagem de nosso país. Agradecemos a todos professores Dos SENAI que ajudaram Em nossa formação, e em especial Ao professor Thomaz Alberto Frezarim Thomazini, orientador Deste trabalho de conclusão de curso E que sempre está solicito para maior Entendimento sobre o assunto. Epígrafe "Bem-aventurado o homem Que acha a sabedoria, e a pessoa Que encontra o entendimento, pois A sabedoria é muito Mais proveitosa que a prata, e O lucro que ela proporciona É maior que o acúmulo De ouro fino." Provérbios 3:13-14. RESUMO Atualmente a automação industrial é muito benéfica para as indústrias, visto que a mesma tem como objetivo melhorar a eficiência dos processos, aumentar a produção tendo o um baixo consumo de energia, melhores condições de segurança. A parte mais visível da automação está relacionada à robótica. Este trabalho tem como objetivo mostrar uma das aplicações de todo o conhecimento aprendido durante o curso técnico em Mecatrônica. Para isso, foi escolhido apresentar um braço mecânico automatizado que, através de um controlador Arduíno. Palavras chave: Mecatrônica, Braço Mecânico, Arduino. ABSTRACT Nowadays, industrial automation is very beneficial for industries, since it aims to improve the efficiency of processes, increase production with low energy consumption, better safety conditions. The most visible part of automation is related to robotics. This work aims to show one of the applications of all the knowledge learned during the technical course in Mechatronics. For that, it was chosen to present an automated mechanical arm that, through an Arduino. Keywords: Mechatronics, Mechanical Arm, Arduíno, RGB Sensor LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Servo Motor Towerpro MG995R Figura 2 - Programação para teste dos servos motores Figura 3 - Placa Arduino Uno R3 Figura 4 - Pinagem Arduino UNO R3 Figura 5 - Servo Driver PCA9685 Figura 6 - Pinagem Servo Driver PCA9865 Figura 7 - Arquivo. SLT da garra Figura 8 - Rolamento 623ZZ Figura 9 - Dimensões do rolamento 623ZZ Figura 10 - Dimensões do encosto do rolamento 623ZZ Figura 11 - Exemplo De Parafuso (Parafuso Pozidriv) Figura 12 - Parafuso M3 x 10 mm Figura 13 - Porca Sextavada Figura 14 - Porca Sextavada M3 Figura 15 – Porca Parloc M3 Figura 16 – Dados Técnicos Porca Parlock Figura 17 – Diversos Tipos De Arruelas: Lisas, Segurança, Estrela E De Isolamento Figura 18 – Arruela Lisa M3 Zincada Figura 19 – Dados Técnicos Arruela Lisa M3 Zincada Figura 20 – Foto do Braço Robótico Montado Figura 21 – Foto Placa Arduíno UNO e Servo Driver PCA9685 Figura 22 - Servo Motor TowerPro MG995 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Listagem dos Componentes utilizados Tabela 2 - Dados técnicos Servo Motor TowerPro MG995R Tabela 3 - Dados técnicos placa Arduíno UNO R3 Tabela 4 - Dados técnicos Servo Driver 16 canais PCA9685 Tabela 5 – Tabela 1 Dados técnicos rolamento 623ZZ Tabela 6 – Dimensões do Encosto do rolamento 623ZZ Tabela 7 – Dados técnicos Parafuso M3 x 10 mm Tabela 8 – Dados Técnicos Porca Sextavada M3 Tabela 9 - Dados técnicos Arruela Lisa M3 Zincada Sumário 1 Introdução................................................................................................................12 2 Desenvolvimento.....................................................................................................15 2.1 Listagem dos Componentes utilizados..............................................................15 2.2 Servo motores..................................................................................................16 2.3 Arduino.............................................................................................................20 2.4Servo Driver......................................................................................................23 2.5 Impressão 3D...................................................................................................26 2.6 Rolamentos......................................................................................................28 2.7 Parafusos.........................................................................................................31 2.8 Porcas..............................................................................................................34 2.9 Arruelas............................................................................................................39 3.0 Descrição da Montagem.......................................................................................42 4.0 Conclusão.............................................................................................................46 5.0 Referências..........................................................................................................47 12 1.0 Introdução Antigamente, toda atividade produtiva era feita de maneira artesanal e manual, daí surgiu o termo manufatura. Pela necessidade de se acelerar a produção de mercadorias, e obter mais lucros, o ser humano passou a implementar máquinas 12aos novos processos de manufatura, e assim surgiu a indústria. Essa transição ficou conhecida como Revolução Industrial, sendo a primeira marcada pelo uso de máquinas a vapor, a segunda pelo uso de motor a combustão, a terceira (ou também revolução digital) pela passagem da tecnologia eletrônica mecânica e analógica para a eletrônica digital, ou seja, a implementação da tecnologia digital aos processos de manufatura. A terceira revolução foi, e ainda é, o resultado do desenvolvimento dos computadores e tecnologia da informação e comunicação, com isso muitas industrias adotaram processos automatizados em suas linhas de produção. Como cada vez mais busca-se aperfeiçoar as tecnologias para assim obter mais lucro com as produções, novas tecnologias como, interação homem-máquina, interação máquina-máquina, são cada vez maiores e estão em constante desenvolvimento. Atualmente, visa-se as “Fábricas Inteligentes” onde se utiliza conceitos de sistemas ciber-físicos, que monitoram os processos físicos,criam uma cópia do mundo físico e tomam decisões descentralizadas, Internet das Coisas, onde os sistemas ciber-físicos comunicam e cooperam entre si e com os humanos em tempo real, e Computação em Nuvem, onde os serviços internos e intra-organizacionais são oferecidos e utilizados pelos participantes da cadeia de valores. A implementação dessas novas tecnologias na indústria é conhecida como Quarta Revolução Industrial ou Industria 4.0. A demanda para flexibilizar o processo produtivo exige cada vez mais equipamentos multifuncionais, que podem ser utilizados para manipulação, soldagem, montagem, pintura e outras atividades. Neste caso, algumas empresas começaram a criar manipuladores multifuncionais programáveis que são controlados automaticamente para se mover de forma planejada e repetitiva. Assim surgiram os primeiros robôs industriais, sendo atualmente, um dos equipamentos mais utilizados dentro da indústria. Eles são capazes de executar diversas tarefas, visto que existem variações nas características dos robôs para diferentes aplicações. Existem robôs que precisam ter uma boa quantidade de graus de liberdade para alcançar pontos de difícil acesso, outros precisam ser rápidos e leves e outros que devem ser versáteis e capazes de suportar maiores cargas. Diferente dos seres humanos, os robôs são capazes de 13 trabalhar por horas sem descanso, são muito precisos quando programados corretamente e são capazes de trabalhar em áreas que oferecem riscos ao ser humano. Para classificar os robôs, dentre suas várias características, são destacadas as principais (sistema de controle, tipo de mobilidade, estrutura cinética, geometria, princípio de acionamento e aplicação) como critério de classificação e que serão explicadas a seguir. Um robô pode ser classificado em dois tipos em relação ao sistema de controle: remotamente operado que são controlados por um operador e são geralmente utilizados com o objetivo de estender as ações humanas, e os autômatos que são os mais utilizados nas indústrias já que agem de forma independente de acordo com sua programação. Em relação ao tipo de mobilidade são classificados em fixos, que são os mais utilizados como parte das linhas de produção, e os móveis, que são capazes de se deslocar por meio do uso de rodas ou dispositivos que simulem pernas e por isso são utilizados como dispositivos de transporte automatizados ou dispositivos de inspeção de tubulação ou espaços confinados. A estrutura cinética também é classificada de duas formas: em série, onde o movimento gerado é composto pela coordenação em série dos movimentos, e em paralelo, onde o movimento principal é dado pelo conjunto de movimento das articulações, o que torna o sistema de controle muito mais complexo. A geometria dos robôs é definida pelo tipo de movimento que o mesmo executa. Essa geometria tem como base o sistema cartesiano (eixos X, Y e Z), onde os robôs se movimentam em linhas retas através dos eixos assim sendo muito utilizados na usinagem ou na manipulação, coordenadas cilíndricas, que combina os movimentos lineares com movimentos rotacionais sendo assim muito utilizados em processos de montagem e manipulação, e coordenadas esféricas, por combinar os eixos lineares e os eixos rotacionais esse tipo de robô simula um braço humano assim sendo um dos mais utilizados na indústria já que um grande número de possibilidades de movimento e aplicações. O princípio de acionamento é responsável pelo movimento das articulações e desempenho dinâmico dos robôs. São classificados em elétrico, a maioria dos robôs possuem esse princípio de acionamento, pneumático, é o princípio que utiliza ar comprimido para realizar o movimento, por oferecem movimentos rápidos e fracos são utilizados em garras e ventosas, e hidráulicos, que é semelhante ao pneumático, mas utilizam água ou óleo para realizar o movimento, oferecem movimentos lentos e fortes, são utilizados em robôs de grande porte para a execução de movimentos quando há necessidade de se deslocar grandes cargas ou quando o comprimento do braço exige 14 um grande esforço. Diante das características principais citadas, vale ressaltar algumas das aplicações dos robôs na indústria, já que é importante conhecer as utilizações práticas nos sistemas de manufatura sendo elas, por exemplo, montagem, soldagem, manipulação, inspeção, pintura, usinagem, transporte, etc. Nesse contexto, a ideia do projeto é desenvolver um braço robótico que, através de um sistema de controle no Arduíno, seja capaz de distinguir peças por suas respectivas cores (vermelho, verde e azul) e contará com um sensor RGB para tal função. Assim tendo como finalidade apresentar na prática uma aplicação dos conhecimentos do técnico em Mecatrônica diante do conteúdo ensinado no curso, além de também contar com atividades em grupo e individuais, que também são de grande importância para o futuro profissional da área. 15 2.0 DESENVOLVIMENTO Após muita pesquisa a equipe verificou que diversas industrias apresentam grande dificuldade na hora da separação de objetos. Existem alguns problemas ainda maiores quando essa separação é realizada manualmente. Tais quais: distúrbios osteomusculares relacionados ao trabalho (DORT), que implica no afastamento do funcionário e consecutivamente perda de tempo na produção e perda na eficiência de trabalho. Foi pensando nisso que surgiu a ideia do braço robótico automatizado com Arduino, já que o mesmo tem como objetivo a separação de peças com maior eficiência, menor esforço e sem interrupções A ideia foi bem aceita pela equipe visto que não é tão complexa. Porém consiste em um problema real que possamos resolver com base em todos os conhecimentos adquiridos no curso uma vez que a realização deste projeto engloba muitas das aprendizagens passadas durante o curso. O protótipo foi impresso em 3D e seus movimentos são realizados através de servo motores, que por sua vez são controlados utilizando programação que será inserida no Arduino. 2.1 Listagem dos Componentes utilizados: Componentes Quantidade Dimensão Preço (R$) Servo Motor TowerPro MG995R 11 40,7 x 19,7 x 42,9 mm 29,9 Placa Arduino UNO R3 1 68,6 x 53,4 mm 59,9 PCA9865 Servo Driver 1 63 x 25 x 14 mm 44,9 Garra (Impressão 3D) 1 Medidas em partes N/A 16 Rolamentos 623 e 623ZZ 8 3 x 10 x 4 mm 2,5 / u. Fonte 7.2 V - 5 A 1 -------- N/A Resistor 10 kΩ 1 -------- N/A Cabos de Diferentes Cores % -------- N/A M3 Parafusos % M3 x 10 mm N/A Porca Sextavada e Parlock % M3 x 10 mm N/A Arruelas % M3 x 10 mm N/A Tabela 2 Lista dos componentes utilizados 2.2 Servo motores Figura 1- Servo Motor Towerpro MG995R Fonte: https://cdn.awsli.com.br/600x700/78/78150/produto/5283826/5f1a758e60.jpg 17 Capazes converter energia elétrica em mecânica, os servos motores são dispositivos desenvolvidos para aplicações onde é exigido um controle de movimentos de alta precisão, reversão rápida e alto desempenho. A principal característica dos servos motores é que eles têm incorporados neles um encoder, que funciona como um sensor de velocidade que fornecerá a velocidade e o posicionamento do motor através de um servomecanismo que usa realimentação de posição, um controlador e outros circuitos auxiliares. Dados técnicos: Descrição MG 995R TowerPro Tensão de Alimentação 4,8 - 7,2 V Corrente de Operação 500 mA - 900 mA Corrente Stall 2,5 A Temperatura de Operação 0 - 55° C Conector JR (Universal) Comprimento do Cabo 24,5 cm Velocidade 0,16 seg/60° (6 V) Torque a 4.8 V 8,5 kg.cm Torque a 6 V 10 kg.cm Dimensões 40,7 x 19,7 x 42,9 mm Tabela 3 Dados técnicos Servo Motor TowerPro MG995R 18 Aplicação no projeto: Para esse projeto, foi utilizado um Servo Motor TowerPro MG995R, que é um servomotor de alto torque (13 kg/cm à 4,8 V e 15 kg/cm à 6 V), sua rotação pode chegar a 180º e engrenagens metálicas. Por essas características, esse servo motor tem muita aplicação na área da robótica, sistemas automatizados, máquinas CNC e outra diversas aplicações. Como o braço robótico fornecido pelo professor já dispunha de servo motores, era necessário verificar se os mesmo estavam funcionando. Para isso foi usada a programação disponibilizada por Adilson Thomsen no site FILIPIFLOP. Segue o link para redirecionamento para o site: (https://www.filipeflop.com/blog/micro-servo-motor- 9g-sg90-com-arduino-uno/). Para os testes, foram utilizados uma placa Arduino UNO, o Servo Motor TowerPro MG995R e um Kit Jumper Macho-Macho. As conexões desse motor com a placa Arduino são bastante simples. Tudo o que é preciso fazer é conectar a alimentação do Micro Servo 9g ao Arduino: Fio Marrom com GND, depois o fio Vermelho no pino 5v da placa. Por fim, conecte o Fio Laranja na Porta Digital 6 (D6). https://www.filipeflop.com/blog/micro-servo-motor-9g-sg90-com-arduino-uno/ https://www.filipeflop.com/blog/micro-servo-motor-9g-sg90-com-arduino-uno/ 19 Figura 2 Programação para teste dos servo motores Fonte: https://www.filipeflop.com/blog/micro-servo-motor-9g-sg90-com-arduino-uno/ 20 2.3 Arduino Arduino é um micro controlador de placa única (hardware) que pode ser usado para desenvolver objetos interativos independentes ou ser conectados a um computador, para que isso seja possível, o hardware precisa trabalhar associado à um software. Esse por sua vez, consiste em uma linguagem de programação padrão C/C++ e pode até ser estendida por meio de bibliotecas C++. Para programar o Arduino, é necessário utilizar o IDE (do inglês, Integrated Development Environment), que é um software livre que permite programar (no Arduíno os programas são conhecidos como sketches) em uma linguagem que ele Figura 3 Placa Arduino UNO R3 Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Arduino-uno-perspective-transparent.png 21 entenda. Após a programação pronta, deverá ser feito o upload para o Arduino. Assim, o Arduino executará a programação e interagirá com o que quer que você tenha conectado a ele. O Arduino é muito utilizado em um sistema para facilitar a prototipagem, implementação ou emulação do controle de sistemas interativos, seja em ambiente doméstico, comercial ou móvel, da mesma forma que o CLP controla sistemas de funcionamento industriais. Com ele é possível enviar ou receber informações de basicamente qualquer sistema eletrônico. Aplicação no projeto: A placa Uno é a primeira de muitas placas UBS Arduino, e também o modelo de referência para a plataforma Arduino. É uma placa baseada no ATmega328P. Tem 14 pinos de entrada/saída digitais (sendo 6 podendo ser usados como saídas PWM), Figura 4 Pinagem Arduino UNO R3 Fonte: https://www.embarcados.com.br/arduino-uno/ 22 6 entradas analógicas, um cristal de quartzo de 16 MHz, uma conexão USB, uma tomada de força, um cabeçalho ICSP e um botão de reinicialização. Dados Técnicos: Micro controlador ATmega328P Tensão de Operação 5 V Tensão de Entrada Recomendada 7 - 12 V Tensão de Entrada Máxima 6 - 20 V Pinos I/O Digitais 14 (6 saídas PWM) Pinos I/O PWM 6 Pinos entrada analógica 6 Corrente DC por Pino I/O 20 mA Corrente DC para Pino 3.3 V 50 mA Flash Memory 32 KB (Atmega 328P) SRAM 2 KB (Atmega 328P) EEPROM 1 KB (Atmega 328P) Clock Speed 16 MHz LED_BUILTIN 13 Largura 68.6 mm Comprimento 53.4 mm 23 Peso 25 g Tabela 4 Dados técnicos placa Arduíno UNO R3 2.4 Servo Driver: Servo Drive é um equipamento eletrônico utilizado para controle de servo motores, executando funções como: Variação de velocidade, Posicionamento e controle de torque. Sendo empregado em máquinas que requerem alta precisão e dinâmica. Figura 5 Servo Driver PCA9685 Fonte: https://www.electricalelibrary.com/2020/07/25/pca9685-como-usar-no-arduino/ 24 Aplicação no projeto: O Servo Driver 16 Canais PCA9685 é um pequeno e funcional módulo eletrônico desenvolvido especialmente para expandir as portas dos micro controladores, possibilitando a conexão de diversos servos motores. Utilizando apenas dois pinos do seu micro controlador Arduino, por exemplo, é possível controlador até 16 saídas PWM de forma a possibilitar o controle de 16 servo motores. Ele trabalha com comunicação do tipo I2C, de forma a realizar os comandos com maior precisão e eficiência. Possibilita ainda ligações do tipo cascata com controle de até 62 módulos driver PCA9685, com capacidade total de 992 portas PWM. Junto ao Servo Driver 16 Canais PCA9685 encontram-se dois bornes a parafuso que permitem a alimentação externa dos servo motores, de forma a oferecer energia suficiente sem prejudicar o funcionamento de todo o conjunto. Em especial, é utilizado em braços robóticos, esteiras ou projetos complexos que utilizam diversos servo motores conectados a um único micro controlador. Acompanha um capacitor de 1000uF de uso opcional, já que o módulo funciona sem Figura 6 Pinagem Servo Driver PCA9865 25 a presença do mesmo, sendo necessário apenas quando estiver controlando muitos servos com um fonte de alimentação, a fórmula básica para saber que capacitor utilizar é o número de servos x 100uF, por exemplo, se forem 5 servos, será necessário um capacitor de 470uF. CARACTERÍSTICAS: - Servo Driver 16 Canais PCA9685; - Módulo driver para servo motores; - Utiliza apenas duas saídas do micro controlador; - Compatível com Arduino, Raspberry Pi, PIC, AVR, etc.; - 16 Canais para até 16 servos; - Endereço I2C ajustável; - Possibilidade de ligação cascata; - Compatível com servo de até 6VDC; - Borne para alimentação externa; - Perfurações na placa para fixação; - Proteção contra inversão de polaridade; - Resistores em série em todas as linhas; - Acompanham barras de pinos e 1 capacitor; Dados técnicos: Descrição Servo Driver 16 Canais PCA9685 Utiliza: Duas saídas do micro controlador Compatível com: Arduíno, Raspberry PI, PIC, AVR, Servo até 6 VDC Resistores: 220 Ω em série em todas as linhas Tensão: 5 - 10 VDC 26 Canais: 16 canais Resolução: 12 bits (cada saída) Comunicação: I2C (endereço I2C ajustável) Dimensões: 63 x 25 x 14 mm Peso 10 g Tabela 5 Dados técnicos Servo Driver 16 canais PCA9685 2.5 Impressão 3D: Criada em 1983 pelo engenheiro Chuck Hull, a Impressão 3D, ou prototipagem rápida, é um processo de manufatura de objetos sólidos tridimensionais em que se baseia na adição de material por camadas a partir de um arquivo digital criado através de um software de CAD (Computer Aided Desing) que possibilita criar um modelo digital de um objeto. A tecnologia de impressão 3D tem revolucionado a indústria, especialmente no que se refere a criação de protótipos, que podem ser produzidos com muito mais velocidade e precisão a partir dessa ferramenta. Antes disso, para se produzir um protótipo, a peça deveria ser moldada manualmente a fim de se obter uma matriz, o que demandava tempo e abria brechas para muitos erros. Essas máquinas de impressão 3D também oferecem a possibilidade de se fabricar peças ou produtos sob medida, diretamente para o cliente final. Cada vez mais indústrias estão aderindo à impressão 3D e sempre tentando tornar esse processo mais inteligente e eficaz. E tudo isso está ligado às tendências da Indústria 4.0, que visa uma produção mais eficiente e com baixo custo. E as impressoras 3D estão diretamente ligadas a essa revolução, pois permitem que as produções sejam cada vez mais personalizadas e que atendam às necessidades específicas que o consumidor busca. 27 Aplicação no projeto: Com exceção dos componentes eletrônicos e oselementos de fixação (parafuso, porcas e arruelas), o braço robótico num todo foram impressos na impressora 3D da Escola SENAI “Ivan Fabio Zurita” e os arquivos foram retirados do site Thingiverse, disponibilizados pelo usuário Juergen Lessner. Figura 7 arquivo .SLT da garra Fonte: https://www.thingiverse.com/thing:969447 28 2.6 Rolamentos: Um rolamento é um mecanismo que permite o movimento relativo controlado entre duas ou mais partes. Serve para reduzir minimamente o atrito de deslizamento entre as superfícies do eixo e da chumaceira. Os rolamentos reduzem a fricção com bolas de metal ou rolos lisos, e uma superfície metálica (interior e exterior) lisa, para Figura 8 Rolamento 623ZZ Fonte: https://www.skf.com/br/products/rolling-bearings/ball-bearings/deep-groove-ball- bearings/productid-623-Z 29 que as bolas rodem. Essas bolas ou rolos “rolam” a carga, permitindo que o dispositivo gire suavemente. Aplicação no projeto: Para esse projeto foram usados rolamentos 623 ZZ, um rolamento rígido de esferas para eixos de 3 mm que faz parte da série de micro rolamentos, ideal para aplicações em espaços reduzidos. É um rolamento padrão com dupla blindagem de aço, sem flange e em aço cromo, assim como a maioria dos rolamentos. O uso desse rolamento teve muita importância nesse projeto, trabalhando em conjunto com os servos motores, ele está diretamente ligado ao movimento de rotação do braço. Dados técnicos: Dimensões d 3 mm D 10 mm B 4 mm d1 ≈ 4.8 mm D2 ≈ 8.2 mm r 1,2 min. 0.15 mm Tabela 6 Dados técnicos rolamento 623ZZ Figura 9 Dimensões do rolamento 623ZZ https://www.skf.com/br/products/rolling- bearings/ball-bearings/deep-groove-ball- bearings/productid-623-Z 30 Dimensões do Encosto da min. 4,2 mm da max. 5,1 mm Da max. 8,8 mm ra max. 0,1 mm Tabela 7 Dimensões do Encosto do rolamento 623ZZ Figura 10 Dimensões do encosto do rolamento 623ZZ https://www.skf.com/br/products/rolling- bearings/ball-bearings/deep-groove-ball- bearings/productid-623-Z 31 2.7 Parafusos O parafuso é uma peça que tem como finalidade ser o elemento de fixação entre duas ou mais superfícies, combinadas ou em junções diferentes, como madeira, parede de alvenaria (com utilização de bucha de fixação), chapas metálicas, etc., podendo ser associado ao uso de porcas ou através do efeito combinado de rotação e pressão em orifício destinado exclusivamente para recebe-lo (como é o caso das buchas de fixação), sulcado em sentido contrário a espiral ou não. Para que o parafuso seja resistente a finalidade que exercerá, normalmente é feito de metal ou uma matéria dura (PVC, plástico, vidro, madeira, etc.). Possui um formato cônico ou cilíndrico, sulcado em espiral ao longo de sua face externa e com sua base superior (cabeça do parafuso) adaptada a diversas ferramentas, como a chave de fenda (ou demais modelos), podendo ser também quadrada ou sextavada para ser utilizada por chave de boca ou chave inglesa. Figura 11 Exemplo De Parafuso (Parafuso Pozidriv) Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Schnellbauschrauben_Pozidriv_IMGP0880.jpg 32 Aplicação no projeto: Para esse projeto foi utilizado o Parafuso M3 x 10 mm metálico pois garante maior segurança ao projeto. O mesmo é caracterizado como um metal de alta durabilidade podendo ter diversas aplicações, sendo possível destacar o desempenho que o mesmo tem em locais de aquecimento. É um produto destinado especialmente para uso no ramo da eletrônica, em conjunto com arruelas e porcas, para fixação de determinados circuitos, placas, suportes, etc. Figura 12 Parafuso M3 x 10 mm Fonte: https://www.usinainfo.com.br/parafusos-e-fixadores/parafuso-m3-x-10mm-metalico-kit-com- 10-unidades-2926.html 33 Dados técnicos: Especificações Rosca M3 Compatibilidade Arruelas e Porcas M3 Cabeça Philips Ø cabeça 7 mm Comprimento da rosca 10 mm Comprimento total 11,5 mm Peso total 7 g (embalagem com 10 u. Tabela 8 Dados técnicos Parafuso M3 x 10 mm 34 2.8 Porcas: As Porcas são peças de forma prismática ou cilíndrica geralmente metálica, com um furo roscado no qual se encaixa um parafuso (quando usadas como elemento de fixação), ou uma barra roscada (quando usadas como elemento de transmissão). As Porcas estão sempre ligada a um parafuso ou barra roscada. A parte externa das porcas tem vários formatos para atender a diversos tipos de aplicação. As porcas possuem diversas aplicações em conjunto com os parafusos franceses, sextavados, Figura 13 Porca Sextavada Fonte: https://www.google.com/imgres?imgurl=https%3A%2F%2Fimg.irroba.com.br%2Ffit- in%2F600x600%2Ffilters%3Afill(fff)%3Aquality(95)%2Fcobercha%2Fcatalog%2Fporcas%2Fporca- sextavada-5-16-pacote-com- 100.jpg&imgrefurl=https%3A%2F%2Fwww.coberchapas.com.br%2Fporca-sextavada-zincada-5-16- pacote-com-100-pecas-479&tbnid=RY-AzhRfaAS4GM&vet=12ahUKEwjr5- iG0NTtAhUeMrkGHUJgBLMQMyg- egQIARBK..i&docid=ZCClUUq3JZyvWM&w=600&h=600&itg=1&q=porca&hl=pt- PT&ved=2ahUKEwjr5-iG0NTtAhUeMrkGHUJgBLMQMyg-egQIARBK 35 hastes e barras roscadas, ou em qualquer outro tipo de fixador, desde que a rosca e a resistência sejam compatíveis. Aplicação no projeto: A porca sextavada M3 foi usada para fixação na montagem do braço robótico. A porca sextavada geralmente é fixa e o deslocamento é feito pelo parafuso. A superfície externa da porca tem que possuir um formato que seja prático para apertar/folgar, de maneira que a ferramenta utilizada para tal objetivo não escorregue e assim evitando que danifique a peça. Figura 14 Porca Sextavada M3 https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.ccpvirtual.com.br%2Fpo rca-sextavada-m3-050-ma-inox-a2-pacote-com-2500- pecas%2Fp&psig=AOvVaw0h0n62uAN3kFX5j240J3hr&ust=1608286467711000&sour ce=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCPjIko_k1O0CFQAAAAAdAAAAABAE 36 Dados técnicos: Especificações Ø da rosca 3 mm Tipo da rosca MA/MG - Milímetro rosca grossa Material Aço carbono 1010/1020 Acabamento Zincado Tamanho da chave 5,5 mm Passo 0,5 mm Tabela 9 Dados Técnicos Porca Sextavada M3 37 A Porca Sextavada Autotravante, ou Porca Parlock, é uma porca que dispensa o uso de arruela de pressão, isso ocorre porque essa porca possui um anel de nylon que serve para encravar no filete do parafuso, e esse encravamento evita que, com tremores no equipamento, a porca se solte. Dependendo da aplicação, a Porca Parlock pode ser produzida em aço-liga, aço-carbono, alumínio ou aço inox. Figura 15 Porca Parloc M3 Fonte:https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.voltriz.com.br%2Fproduto%2Fpor ca-parlock-auto-travante-com-nylon-m3%2F&psig=AOvVaw1f3xA-hmZ8y44C- y6RDKjc&ust=1608287543846000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCNCxgpHo1O0CF QAAAAAdAAAAABAD 38 Figura 16 Dados Técnicos Porca Parlock Fonte: https://s3-sa-east-1.amazonaws.com/robocore-lojavirtual/882/din_985.jpg 39 2.9 Arruelas: Como princípio básico de utilização, as arruelas servem para evitar deformações em contrapeças (distribuição de força de aperto), reduzir folgas em furos folgados ou alongados, possibilitar vedações e evitar afrouxamentos provenientes de vibrações presentes nos sistemas (arruela de pressão). Podem ser normalizadas ou fabricadas conforme padrão, ou necessidade do mercado. Arruelas são geralmente metálicas ou de plástico. Figura 17 Diversos Tipos De Arruelas: Lisas, Segurança, Estrela E De Isolamento Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Washers.agr.jpg40 Aplicação no projeto: Como parte dos elementos de fixação, as arruelas usadas no projeto foram Arruelas lisa M3 zincada. Figura 18 Arruela Lisa M3 Zincada Fonte:https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.ccpvirtual.com.br% 2Farruela-lisa-zincada-m3-pacote-com-5000-pecas%2Fp&psig=AOvVaw0AAYytexI- 9m9BFhSepsO0&ust=1608291578600000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqF woTCIjV5ZX31O0CFQAAAAAdAAAAABAK 41 Dados técnicos: Especificações Nominal M3 D1 3,2 - 3,38 D2 6,64 - 7,0 H 0,45 - 0,55 Material Aço Carbono Tipo Aba curta Acabamento Zincado Tabela 10 Dados técnicos Arruela Lisa M3 Zincada Figura 19 Dados Técnicos Arruela Lisa M3 Zincada 42 3.0 Montagem A montagem do protótipo iniciou-se com impressão 3D das partes do braço robótico de acordo com o dimensionamento desejado e tamanho dos servos de maneira que tudo se encaixasse de maneira harmônica. Além disso, grande parte das peças são espelhadas, como a garra. Em seguida, uniu-se todas as peças para averiguar se tudo saiu conforme planejado e nenhuma peça saiu da padronização desejada. Antes de instalar os servos, os mesmos tiveram de ser testados e referenciados em relação a posição inicial para averiguar como seriam inseridos nas peças. As conexões desse motor com a placa Arduino são bastante simples. Tudo o que é preciso fazer é conectar a alimentação do Micro Servo 9g ao Arduino: Fio Marrom com GND, depois o fio Vermelho no pino 5v da placa. Por fim, conecte o Fio Laranja na Porta Digital 6 (D6). Os servos são testados e referenciados utilizando a seguinte programação: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 #include <Servo.h> #define SERVO 6 // Porta Digital 6 PWM Servo s; // Variável Servo int pos; // Posição Servo void setup () { s.attach(SERVO); Serial.begin(9600); s.write(0); // Inicia motor posição zero } void loop() { for(pos = 0; pos < 90; pos++) { s.write(pos); delay(15); } delay(1000); for(pos = 90; pos >= 0; pos--) { s.write(pos); delay(15); } } Após isso, tudo é parafusado no lugar com cuidado para não danificar as peças e sempre buscando maneira mais eficaz para realizar tais procedimentos. Isso é feito para que se possa iniciar a instalação das placas de arduino e 43 consecutivamente a programação para realização dos movimentos do braço da forma desejada. Os servos foram distribuídos da seguinte maneira: dois servos responsáveis pelo movimento do ombro, um servo responsável pelo movimento do cotovelo, um servo responsável pelo movimento de rotação do braço, um servo responsável pelo movimento do pulso e outro pela rotação do pulso e um último para a movimentação da garra, totalizando sete servos. Após a instalação dos servos foi feito um teste individual para cada junta (ombro, rotação de base, cotovelo, pulso, rotação do pulso e garra) a fim de verificar se tudo funciona conforme planejado e realizar os ajustes necessários. Finalizados os testes das juntas de maneira individual, o próximo passo foi realizar a programação para que tudo funcionasse ao mesmo tempo de maneira harmônica. Para isso foi usado a seguinte programação: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 #include <Wire.h> //Biblioteca que permite a comunicação I2C. #include <Adafruit_PWMServoDriver.h> //Esta biblioteca deve ser baixada para rodar o código. Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver();//Instanciando objetos com a classe Adafruit_PWMServoDriver. #define MIN_PULSE_WIDTH 650 //Estes são os valores mínimo e máximo de largura de pulso que servem para o MG 995. #define MAX_PULSE_WIDTH 2350 #define DEFAULT_PULSE_WIDTH 1500 #define FREQUENCY 60 int pulseWidth(int angle){ //Esta função calcula o ângulo de movimento do servo. int pulse_wide, analog_value; pulse_wide = map(angle, 0, 180, MIN_PULSE_WIDTH, MAX_PULSE_WIDTH); //Esta função pega ângulo de 0 a 180 graus e mapeia do valor mínimo de largura até o valor máximo. analog_value = int(float(pulse_wide) / 1000000 * FREQUENCY * 4096); Serial.println(analog_value); return analog_value; //O valor que a função retorna. } void setup(){ Serial.begin(9600); //Serial.println("16 channel Servo test!"); pwm.begin(); //Inicializa a biblioteca e envia sinais PWM. pwm.setPWMFreq(FREQUENCY); //Frequência de atualização do servo a 60 Hertz. pwm.setPWM(1,0,pulseWidth(0)); pwm.setPWM(2,0,pulseWidth(0)); pwm.setPWM(3,0,pulseWidth(0)); pwm.setPWM(4,0,pulseWidth(0)); pwm.setPWM(5,0,pulseWidth(0)); pwm.setPWM(6,0,pulseWidth(0)); } void loop(){ pwm.setPWM(6,0,pulseWidth(45)); pwm.setPWM(4,0,pulseWidth(0)); delay(1000); pwm.setPWM(3,0,pulseWidth(0)); pwm.setPWM(1,0,pulseWidth(120)); delay(500); 44 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 pwm.setPWM(3,0,pulseWidth(90)); pwm.setPWM(1,0,pulseWidth(0)); delay(2000); delay(2000); pwm.setPWM(2,0,pulseWidth(0)); pwm.setPWM(6,0,pulseWidth(0)); delay(2000); } //TESTANDO O BRAÇO. //pwm.setPWM(1,0,pulseWidth(0)); //Abre a garra. //pwm.setPWM(1,0,pulseWidth(120)); //Fecha a garra. //pwm.setPWM(2, 0, pulseWidth(90)); //Movendo a posição da garra. //pwm.setPWM(3,0,pulseWidth(20)); //Número baixo levanta a mão. //pwm.setPWM(3,0,pulseWidth(0)); //Número alto abaixa a mão. //pwm.setPWM(4, 0, pulseWidth(180));//Número alto abaixa o cotovelo. //pwm.setPWM(4, 0, pulseWidth(70)); Depois de muitos testes e modificações chegou-se ao resultado de que a corrente fornecida pela fonte não era suficiente para suprir o funcionamento de todos os servos ao mesmo tempo. Imagens do braço construído: Figura 20 Foto do Braço Robótico Montado Fonte: Autores do Projeto 45 Figura 21 Foto Placa Arduíno UNO e Servo Driver PCA9685 Fonte: Autores do Projeto Figura 22 Servo Motor TowerPro MG995 Fonte: Autores do Projeto 46 4.0 Conclusão O objetivo deste trabalho foi desenvolver um braço robótico que, segundo pesquisas sobre os problemas enfrentados pelas indústrias atualmente, o mesmo tem como um dos objetivos solucionar um dos problemas que é diminuir o tempo de separação de objetos, e assim aumentar a produção. Quando a separação de objetos é feita manualmente, o outro problema enfrentado é o afastamento do funcionário por ter desenvolvido algum distúrbio osteomuscular por esforço repetitivo. Por isso, atualmente as indústrias buscam cada vez mais automatizar os processos de produção. Nesse processo de confecção do projeto, encontramos alguns obstáculos. O ano atípico que tivemos prejudicou a produtividade da equipe na parte prática, e por isso, estamos ciente que o braço robótico desenvolvido não se encontra funcionando da maneira esperada. Tais acontecimentos nos mostram que, além do bom planejamento, ser capaz se adaptar diante das situações atípicas que podem surgir é uma das qualidades que as empresas buscam nos profissionais atualmente. Por fim, mesmo com todos os obstáculos, ficamos satisfeitos com os resultados obtidos. Conseguimos ter um grande ganho de aprendizagem na área da mecatrônica, tanto teórico quanto prático. Também tivemos a oportunidade de conhecer melhor e nos aprofundar mais na área da robótica, que mesmo sendo ensinado durante o curso, pudemos ter nossa perspectiva sobre o assunto. 47 5.0 Referências: 3D printable robotic arm claw gripper. Disponível em: <https://www.thingiverse.com/thing:969447>Acesso em 17 de Novembro de 2020. 623-Z. Disponível em: <https://www.skf.com/br/products/rolling-bearings/ball-bearings/deep-groove-ball- bearings/productid-623-Z> Acesso em 10 de Dezembro de 2020. ARDUÍNO Uno. Disponível em: <https://www.embarcados.com.br/arduino-uno/ > Acesso em 08 de Dezembro de 2020. ARDUÍNO UNO R3 detalhes técnicos. Disponível em: <http://suadica.com/dica.php?d=373&t=arduino-uno-r3-detalhes-tecnicos> Acesso em 08 de Dezembro de 2020. COMO funciona um rolamento. Disponível em: <https://medium.com/@rolamentosabecom/como-funciona-um-rolamento- ff89ac4afaa0> Acesso em 10 de Dezembro de 2020. GETTING Started with Arduino UNO. Disponível em: <https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoUno/> Acesso em 08 de Dezembro de 2020. IMPRESSÃO 3D na Indústria 4.0: Entenda Essa Evolução Tecnológica. Disponível em: 48 <http://www.maispolimeros.com.br/2020/01/30/impressao-3d/> Acesso em: 17 de Novembro de 2020. MCROBERTS, Michael. Arduino básico. 2.ed. São Paulo, SP: Novatec, 2015. 506p. MICRO Servo Motor 9g SG90 com Arduino Uno. Disponível em: <https://www.filipeflop.com/blog/micro-servo-motor-9g-sg90-com-arduino-uno/> Acesso em 20 de Novembro de 2020. MONK, Simon. Programação com Arduino II: Passos avançados com sketches. Porto Alegre, RS: Bookman, 2015. 247p. ______. Programação com Arduino: começando com sketches. 2.ed. Porto Alegre, RS: Bookman, 2017. 182p. PCA9685: Como usar no Arduino. Disponível em: <https://www.electricalelibrary.com/2020/07/25/pca9685-como-usar-no-arduino/> Acesso em 08 de Dezembro de 2020. PCA9685 data sheet. Disponível em: <https://www.usinainfo.com.br/index.php?controller=attachment&id_attachment=379 > Acesso em 08 de Dezembro de 2020. SERVO Motor: Veja Como Funciona E Quais O Tipo. Disponível em: <https://www.citisystems.com.br/servo-motor/> Acesso em 20 de Novembro de 2020.
Compartilhar