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Nesta fase, algumas dificuldades a serem transpostas são:
Definir a função do circuito:
Neste ponto do projeto devemos ter em mente o que vamos controlar, e qual serão os atuadores (motores elétricos AC, DC, motores de passo, servo mecanismo ou hidráulicos). Uma vez escolhido qual será utilizado, já estaremos definindo como deverá ser o circuito de controle (potência), e não devemos deixar de pensar no controlador a ser empregado.
Definir o circuito de controle:
Para efetuarmos o controle de um determinado dispositivo, seja ele um motor AC/DC, servos, motores de passo, além do circuito de potência deveremos também, não esquecer do circuito "cérebro" do projeto que pode ser obtido através de microcontroladores, microprocessadores, computadores entre vários outros que veremos em artigos posteriores.
Microcontroladores: Sua utilização engloba Hardware, Software, Eletrônica e Programação. A variedade de microcontroladores no mercado é muito grande, entre os mais comuns podemos citar os da linha Intel 8031/32/51/52, a linha da Atmel 89Sxx, a série PIC da Microchip, a linha 68xx da Motorola, COP8 da National entre vários outros fabricantes. Independente do microcontrolador utilizado, os mesmos podem, na maioria das vezes, ser programados em C, Assembler e, em alguns casos, em Basic interpretado. Como exemplos podemos citar alguns modelos de centrais telefônicas, celulares, circuitos de ignição de automóveis, vídeos k7, alarmes, etc. Os quais são equipados com circuitos microcontrolados. Um exemplo de microcontrolador é mostrado na figura 1.
Microprocessadores: Utilizados em sistemas mais avançados, os Microprocessadores são amplamente utilizados em equipamentos dedicados, tais como: equipamentos hospitalares, equipamentos CNC, impressoras matriciais, laser e jato de tinta. Vamos citar algumas linhas de microprocessadores como os da Zilog tendo como o mais famoso o Z80, Intel como precursor foi o 8080, e o 8088 o qual equipava o PC XT, Motorola linha 68000, entre vários outros.
Microcomputadores: Do meu ponto de vista, os mais fáceis de se lidar. Dependendo da função e da aplicação, o custo é baixo, o desenvolvimento é rápido e o custo-benefício é excelente. Executa tudo o que os outros já citados fazem, porém
Clovis Magoga Authomatika - Robótica Educacional
Figura 1 - Exemplos de microcontroladores.
Dificuldades mecânicas são, sem dúvida, um dos maiores problemas de todos aqueles que tentam ou já tentaram desenvolver qualquer tipo de robô, independente se ele é um modelo fixo ou móvel. Neste artigo iremos enumerar as dificuldades encontradas em um projeto de Mecatrônica e propor algumas sugestões para sanar estes problemas. Além das dificuldades mecânicas, que apresenta maior nível de dificuldade, será discutido brevemente o projeto do circuito eletrônico e também o desenvolvimento do software de controle.
MECATRÔNICA ATUAL Nº1/OUTUBRO-NO VEMBRO/200154 como o MultiSIM da Electronic Workbench, que é sensacional, já me ajudou a solucionar vários problemas, inclusive a desenvolver circuitos de decodificação para controle de motores de passo.
Após um teste virtual, a montagem do circuito eletrônico, fisicamente, fica mais fácil. A depuração de possíveis falhas é mais simples.
Depois de ultrapassarmos todas as dificuldades acima, basta finalizarmos o circuito através do desenvolvimento de uma placa de circuito impresso, seguindo à risca todas as regras para efetuar o projeto das placas de circuito impresso, e o alojamento do circuito.
Uma das dificuldades de maior peso que nós, projetistas e aficionados por Eletrônica temos é a obtenção de componentes.
Este assunto merece um artigo completo, pois o desinteresse dos fabricantes e distribuidores (principalmente no Brasil) para vender componentes em pequenas quantidades é muito grande. O que, na verdade, os "grandes" desta área querem é vender em grande quantidade. Sendo assim, projetistas, técnicos e aficionados são limitados a ficarem na teoria, ou então têm de pagar o que os fornecedores querem.
Este nível de dificuldade, no meu ponto de vista, é um dos mais fáceis de serem ultrapassados, pois a literatura é vasta e fácil de ser obtida, sendo muitas vezes encontrada em sites na Internet. Na maioria dos casos em que se refere a microcontroladores, o software é gratuito, pois existe interesse do fabricante em divulgar o seu produto. Como exemplo, podemos citar a facilidade em obter documentação sobre os microcontroladores 8031/32/51 da Intel, PIC série 16x da Microchip, 68HC da Motorola, Basic Stamp da Paralax, Cop da National.
No que diz respeito às linguagens de programação para computadores pessoais, tais como: o Visual Basic, Basic, Linguagem C, Pascal, Assembler, Forth (antiga, mas muito boa), estas podem e fazem o controle de qualquer tipo de interface de I/ O independente do fato de utilizarmos a porta serial, paralela, USB, e o circuito externo pode conter diretamente um circuito de potência.
Como citado inicialmente, este é o maior empecilho que iremos encontrar e não tenho receio em afirmar que é o maior desestimulador de projetos. Por conta disso, é o principal assunto desta matéria. Para lidar com estas grandes dificuldades, devemos ter uma boa dose de criatividade, pois os materiais não são fáceis de serem obtidos e, quando obtidos, são de difícil manuseio.
O manuseio é difícil devido à necessidade de um maquinário especifico, como tornos, fresadoras, furadeiras de bancada etc. (figuras 4, 5 e 6). Para agravar, a grande maioria dos projetistas não possui este arsenal de máquinas à disposição, o que fatalmente estimula a busca de peças prontas, reaproveitadas de algum velho equipamento na sucata, e acabando por criar não o que pensávamos, mas sim no que conseguimos fazer com o que tínhamos à nossa disposição. Como o que havia à nos-
Figura 2 - Exemplo de computador.
são maiores, pouco compactos, consomem mais energia. Em alguns casos são mais suscetíveis à falhas, mas no caso de aplicações em Robótica para desenvolvimento e pesquisa reduzimos drasticamente o custo do projeto. Um exemplo de computador é mostrado na figura 2.
Componentes eletrônicos: É preciso definir quais iremos utilizar, disponibilidade dos mesmos, facilidades em obtermos documentação técnica, custo do componente, disponibilidade de fornecimento, etc. Alguns exemplos de componentes eletrônicos são mostrados na figura 3.
Teste do circuito: É imprescindível o teste para termos um circuito de alta confiabilidade, funcional e que nos dê segurança em seu uso. Cuidados com a estabilidade do circuito devem ser tomados visando uma taxa de 0% de erros no projeto, pois uma falha de funcionamento pode causar danos mecânicos, e até humanos dependendo do que estamos controlando!
Em meus protótipos, procuro utilizar circuitos emuladores virtuais
Figura 3 - Exemplos de componentes eletrônicos.Figura 4 - Fresadora. Figura 5 - Furadeira de bancada.
55MECATRÔNICA ATUAL Nº1/OUTUBR O-NOVEMBRO/2001 sa disposição não era exatamente o que necessitávamos, a probabilidade da frustração do projeto é enorme, e o abandono da idéia, geralmente, é inevitável.
Para solucionar tais problemas é necessária uma grande dose de persistência e teimosia, facilmente obtida por indivíduos que realmente "amam" o que fazem ou o que está fazendo. Caso você tenha estas características fica fácil transpor estas dificuldades.
Vamos falar de alguns materiais para serem utilizados na construção de robôs móveis e fixos ou dispositivos mecânicos a serem controlados eletronicamente, além de mencionar as dificuldades em seu manuseio e uma opinião muito pessoal, da minha experiência, onde eu uso os referidos materiais.
Chapas de ferro: Não é um material difícil de encontrar, seu custo é baixo, e são produzidas em várias espessuras. São soldáveis através de solda elétrica ou MIG. Porém, depen- dendo da espessura, o nível de dificuldade de manuseio aumenta, pois quanto mais grossa for, mais equipamentos apropriados serão necessários, tais como: dobradeiras, máquinas de solda, furadeiras de bancada, cortadeira, etc. Não é nada fácil cortar uma chapa de ferro de 2,5cm ou mesmo dobrá-las sem as máquinas certas.
Utilizo muito este material, principalmente, para bases de robôs móveis ou fixos devido a sua resistência, e durabilidade.
Para superar as dificuldades do manuseio deste material utilizo uma
Figura 8 - Chapas de acrílico.
furadeira de bancada, brocas de boa qualidade, serras circulares e fluidos de corte. Dependo externamente de uma máquina de corte e de uma dobradeira, porém, qualquer oficina de seralheria tem este maquinário, e encomendar o serviço não é difícil e o custo é baixo.
Chapas de Alumínio: A figura 7 mostra alguns exemplos de chapas de alumínio. Seu custo é razoável, existe uma gama de espessura bem variada e são de fácil manuseio. O protótipo fica com um excelente acabamento, porém não é tão fácil de soldar quanto o ferro. É leve, de fácil furação, mas sua dobragem não é aconselhável (dependendo da espessura pode quebrar facilmente). Tais problemas são solucionados através da utilização de parafusos e rebites em substituição à soldagem ou à necessidade de efetuar dobras.
Utilizo este material na confecção de módulos de braços mecânicos, caixas de redução e componentes mecânicos.
O manuseio é fácil e as ferramentas necessárias são simples, tais como: uma tesoura de corte, uma furadeira de bancada, brocas de boa qualidade, serra de ferro, uma rebitadora manual.
Tubos de Alumínio: Encontrados, geralmente, em barras de 4 ou 6 metros nas mais variadas formas, espessuras e dimensões, de fácil corte, de fácil furação é ideal para construção de braços mecânicos, e
Figura 7 - Exemplos de chapas de alumínio.
Figura 6 - Torno mecânico.
MECATRÔNICA ATUAL Nº1/OUTUBRO-NO VEMBRO/200156 estruturas variadas. É possível encontrar este material com facilidade nos comércios especializados na fabricação de BOXES de banheiro.
Chapas de Acrílico: Podem ser encontradas em diversas cores, dando um acabamento sensacional nos projetos. Uma grande vantagem deste material é o fato dele ser facilmente colável. Como desvantagens podemos citar: quebra facilmente, não agüenta torções, ao efetuar o corte são necessário cuidados, para não lascar. Podem ser utilizadas, em substituição ao alumínio, em quase todas as aplicações. Não é necessário nada mais do que uma boa serra, uma furadeira e cola tipo "bonder", e nada de ferramentas caras (figura 8).
Não utilizei ainda em nenhum robô prático, porém meu objetivo é a construção de um braço mecânico totalmente com acrílico branco (cristal transparente). Você pode obter este material em empresas especializadas na fabricação de brindes, pois este material é utilizado para fazer chaveiros, placas de letreiros, etc.
Eixos de Metal (ferro): Também são fáceis de serem trabalhados. Para cortá-los, por exemplo, é necessário apenas uma serra de ferro e pronto. Para a produção de uma rosca, basta obter um conjunto de machos, para produzi-las nos mais variados tipos (grossa ou fina). Para efetuar uma rosca é aconselhável um bom fluido de corte para facilitar .
Utilizo com freqüência este tipo de material como eixos de sustentação. Podem ser encontrados, com facilidade, em casas especializadas na venda de materiais ferrosos, onde é possível comprá-los de acordo com a sua necessidade, efetuar o corte no tamanho ideal e, após obtermos os resultados mecânicos que necessitávamos, efetuar um processo de zincagem, o que vai dar um acabamento sensacional ao eixo semelhante ao encontrado nas impressoras. Entretanto, eu prefiro obter este material em impressoras obsoletas ou sucateadas.
Bronze: Não é barato, mas não conheço metal acessível de tamanha resistência, para confecção de buchas para suportar eixos de ferro ou qualquer outro material ferroso. O bronze é facilmente trabalhável, desde que, com um maquinário específico, como, por exemplo, um torno para produzirmos buchas, suportes e mancais . Podemos facilmente cortar e furar o bronze, mas qualquer outra necessidade recai na utilização de uma fresadora ou torno.
Nylon: Este material é de fácil obtenção, possui um custo inferior ao bronze, e pode substitui-lo. Gosto do acabamento, mas a dificuldade de manuseio é grande, no sentido de necessitarmos de um torno.
Podemos comprá-lo em formas de "tarugos" de várias espessuras, com comprimento variável.
Madeira: Por incrível que pareça já vi robôs feitos de madeira. É barato e fácil de obter. É parafusável, colável, resistente, mas sinceramente, acho que não combina com robótica. Já utilizei, mas abandonei este material.