modelo relatorio

MODELO DE RELATÓRIO DE PROJETO EM AUTOMAÇÃO DOMINGOS DE AZEVEDO – UMC

PROIBIDA A REPRODUÇÃO SEM AUTORIZAÇÃO PRÉVIA DO AUTOR EXCETO ALUNOS DA UMC

UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES

Relatório de projeto

Robô autônomo aspirador pó doméstico

Alunos:

Fulano de Tal – RGM 666666

Cicrano da Silva – RGM 777777

Beltrano de Oliveira – RGM 888888

Domingos de Azevedo – RGM 999999

MODELO DE RELATÓRIO DE PROJETO EM AUTOMAÇÃO DOMINGOS DE AZEVEDO – UMC

PROIBIDA A REPRODUÇÃO SEM AUTORIZAÇÃO PRÉVIA DO AUTOR EXCETO ALUNOS DA UMC

UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES

Relatório de projeto

Robô autônomo aspirador pó doméstico

Alunos:

Fulano de Tal – RGM 666666

Cicrano da Silva – RGM 777777

Beltrano de Oliveira – RGM 888888

Domingos de Azevedo – RGM 999999

Orientador: Prof. Eng. Domingos de Azevêdo

Relatório apresentado como exigência da disciplina de Introdução a Automação Industrial ao professor Domingos de Azevedo da Universidade de Mogi das Cruzes.

MOGI DAS CRUZES

NOVEMBRO DE 2005.

2

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO.....................................................................................3

2. METODOLOGIA..................................................................................4

Fluxograma do método de projeto................................................................................................. 4

3. ETAPAS DO PROJETO......................................................................5

1° - Identificar a real necessidade do projeto ............................................................................... 5

2° - Pesquisa de suporte ao projeto................................................................................................ 6 Histórico: ...................................................................................................................................... 6 Tipos de Robôs: ............................................................................................................................ 7

3° - Determinação dos parâmetros do equipamento .................................................................. 14 Parâmetros e limites:................................................................................................................... 14

4° - Distinção dos problemas ........................................................................................................ 17 Problemas físicos: ....................................................................................................................... 17

5° - Organizar hipoteticamente o equipamento.......................................................................... 19

6° - Discriminar os recursos técnicos, financeiros e de pessoal ................................................. 21

7° - Dimensionar os elementos do conjunto ................................................................................ 25 RELAÇÃO DE PEÇAS CONJUNTO DO ROBÔ ..................................................................... 26

8° - Testes virtuais do equipamento............................................................................................. 32

9° - Construção e testes do equipamento..................................................................................... 32

10° - Produção em série do equipamento.................................................................................... 32

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................33

3

1. INTRODUÇÃO

A utilização de robôs em ambientes industriais, laboratoriais, domésticos e até

extraterrestre, tem aumentado bastante com o passar dos anos, mas nem sempre se justificam, pois

o alto custo de equipamentos robóticos e a variedade de rotinas ou de ambientes em que o robô teria

de atuar inviabilizam sua utilização.

Entretanto existem situações em que é plenamente justificável a utilização de robôs,

normalmente estas situações são de grande repetitividade, grande tempo de realização, grandes

esforços ou para a segurança humana.

A repetitividade pode causar a L.E.R. (Lesão por Esforços Repetitivos) nas pessoas que

realizam atividades rotineiras e repetitivas durante todo o dia, aumentando também a possibilidade de

erros, falhas e acidentes de trabalho pois, desmotivação e desatenção da pessoa que realiza este

tipo de tarefa é maior do que aquelas que realizam tarefas mais desafiadoras.

A realização de trabalhos de transporte de cargas elevadas por seres humanos pode

causar problemas de estresse muscular e ortopédico, devido ao grande esforço á que são

submetidos músculos e ossos do corpo humano.

Outra situação em que a utilização de robôs é justificável é aquela em que o ser humano

realiza em um ambiente hostil, necessitando de equipamentos de proteção para preservar sua

integridade física. Estes ambientes podem ser de elevada temperatura, com gases tóxicos ou

corrosivos, elevada pressão, etc. alguns exemplos são: fornos de fundição, forjamento e tratamento

térmico de aço, na indústria petroquímica, nas profundezas dos oceanos, no espaço sideral, etc.

A utilização de robôs para uso doméstico foi precedida por utensílios e eletrodomésticos

que visam reduzir o tempo dispensado pelas “donas de casa” e empregados domésticos na execução

de algumas das tarefas tais como, lavar pratos, lavar roupas, secar pratos ou roupas, cozinhar, etc.

Com a utilização destes eletrodomésticos pode-se utilizar o maior tempo disponível para o convívio

familiar, lazer, trabalho, etc.

Segundo Schofield, (1995), citado por Prassler, (2005), a distribuição dos custos nos

serviços de limpeza comercial é; 4% em material, 16% supervisão, 2% equipamento e 78% trabalho,

o que justifica plenamente a automatização do processo.

4

2. METODOLOGIA

O método de desenvolvimento de projeto aqui utilizado e descrita abaixo foi sugerida

pelo prof. Eng. Domingos de Azevedo e está baseado na metodologia de Norton, 2004.

Fluxograma do método de projeto

‘

Identificar o problema

É necessário? Fim do projeto

Pesquisa de suporte ao projeto

NÃO

SIM

Estabelecer os limites de capacidade, desempenho, custo, qualidade, etc.

Diferenciar os problemas e buscar alternativas de soluções para cada um deles

Associar várias alternativas combinando e formando possíveis soluções viáveis para o projeto, inclusive com esboços.

Analisar a viabilidade, aceitabilidade e vulnerabilidade de cada uma das soluções alternativas encontradas.

Dimensionar cada um dos elementos do equipamento

Criar um protótipo virtual e analisar seu comportamento em função das forças, tensões, vibrações, lógica, etc.

Criar um protótipo real e testar

Realizar o levantamento detalhado dos custos baseados na especificação de materiais, tempo e processos de

fabricação, fornecedores de componentes, etc.

5

3. ETAPAS DO PROJETO

1° - Identificar a real necessidade do projeto

Nesta etapa foi realizada a identificação do problema conforme descrito a seguir.

Sabe-se que a utilização de eletrodomésticos facilita a execução de tarefas domésticas e

a utilização de robôs para algumas destas tarefas pode representar muitas vantagens dentre elas:

� Ampliação do tempo disponível do pessoal envolvido naquela tarefa, podendo-se

mobiliza-lo para outras atividades mais complexas e motivadoras.

� Melhora da qualidade de resultado da tarefa e reprodutibilidade.

� Redução da possibilidade de erros humanos.

� Redução da possibilidade de risco de contaminação.

� Melhoria das condições de trabalho das pessoas envolvidas no processo

reduzindo a possibilidade de crises alérgicas, devido a enfermidades tais como

asma e rinite, causadas pelo pó e pelos ácaros.

� A tarefa pode ser realizada enquanto estão fora da residência, reduzindo o

incômodo dos ruídos causados pelo aparelho.

Segundo a United Nations Economic Commission for Europe (UNECE) “os robôs

domésticos são os que mais têm feito sucesso e geram ainda grandes expectativas. De acordo com a

pesquisa, existem atualmente cerca de 700 mil robôs em lares, 350 mil no Japão, 250 mil na União

Européia e 100 mil na América do Norte. No final de 2002 mais de 50 mil aspiradores de pó

inteligentes e robôs cortadores de grama (que tiveram um “boom” inicial de vendas de 10 mil

unidades) estavam em uso. Até o final de 2006, um crescimento dez vezes maior está previsto. A

explosão no número de robôs para uso pessoal, tanto doméstico como para entretenimento, pode ser

conferida no gráfico 1.”

Figura 1 – Gráfico da tendência da utilização de robôs domésticos e de entretenimento.

6

Segundo dados revelados pelo gráfico, as vendas de todos os tipos de robôs domésticos

(aspiradores de pó, cortadores de grama, limpadores de janela, etc) no período entre 2003 e 2006

pode alcançar cerca de 640 mil unidades.

Embora este número exclua previsões muito otimistas, feitas por algumas companhias,

de milhões de unidades, ainda pode estar abaixo do que realmente está por vir, se baseado nas

vendas de 2003.

Segundo analistas, o mercado potencial para robôs, não só domésticos, mas de

entretenimento e utilizados em indústrias tem muito a crescer. (Mendel, 2005).

Com esta previsão de demanda torna-se extremamente viável a execução do projeto

não só para rentabilidade provável, mas também para domínio da tecnologia (known how).

Especificamente pode-se dizer que um aspirador de pó doméstico tem a finalidade de

aspirar pó e às vezes até água de diversos tipos de pisos internos de uma residência, incluindo-se

tapetes e carpetes. Quase todos os tipos de aspiradores convencionais também podem aspirar pó de

cortinas e estofados.

Se sabe que este pó entra principalmente com o ar pelas janelas e portas, através do

solado dos calçados, roupas, dos pêlos de animais, da pele e pêlos dos seres humanos.

É inegável a necessidade de retirada do pó doméstico seja para evitar o acumulo de

sujeira que aumenta a possibilidade de contaminação das pessoas residentes através de vírus,

germes e bactérias que podem proliferar num ambiente tão favorável, como também para evitar um

ambiente tão prejudicial a pessoas com problemas respiratórios tais como, asmáticos e alérgicos.

2° - Pesquisa de suporte ao projeto

Histórico:

A palavra robô vem da palavra tcheca “robota”, que significa servo ou escravo. O termo

foi usado pela primeira vez em uma peça teatral de ficção do autor Karel Capek, em 1920. A palavra

robótica foi citada pela primeira vez em uma história de ficção (Runaround) do autor Isaac Asimov,

em 1942, que foi um dos maiores escritores de ficção científica de todos os tempos, além de

responsável pela elaboração das leis fundamentais da robótica.

O primeiro robô manipulador guiado por sensores que foi utilizado na indústria teve o

nome PUMA (1978) teve seu desenvolvimento através da parceria entre Universidade de Stanford, a

Unimation e a GM.

Os veículos guiados automaticamente, denominados AGV (Automatic Guided Vehicles),

foram os primeiros robôs móveis. Criados em 1954 pela Barret Eletronics Corporation

Não há nenhuma definição exata, mas por acordo geral um robô é uma máquina

programável que imita as ações ou aparências de uma criatura inteligente ou um ser humano.

A robótica é a área que se preocupa em construir dispositivos para substituir o homem

em tarefas estressante ou onde a presença humana se torna difícil, arriscada e até mesmo

impossível, como o fundo do mar ou a imensidão do espaço. Robótica é uma área multidisciplinar,

7

altamente ativa que busca o desenvolvimento e a integração de técnicas e algoritmos para a criação

de robôs.

Devido a várias diferenças em função de características e propriedades, existem

diversas classes de robôs que se diferenciam em suas aplicações e formas de trabalhar.

Tipos de Robôs:

1. Robôs Inteligentes: são manipulados por sistemas multifuncionais controlados por

computador, são capazes de interagir com seu ambiente através de sensores e de tomar decisões

em tempo real. Atualmente dedica-se grandes esforços no desenvolvimento desse tipo de robô.

2. Robôs com controle por computador: são semelhantes aos robôs inteligentes, porém

não tem a capacidade de interagir com o ambiente. Se estes robôs forem equipados com sensores e

software adequado, se transformam em robôs inteligentes.

3. Robôs de aprendizagem: se limitam a repetir uma seqüência de movimentos,

realizados com a intervenção de um operador ou memorizadas.

4. Manipuladores: são sistemas mecânicos multifuncionais, cujo sensível sistema de

controle permite governar o movimento de seus membros das seguintes formas:

a) manual, quando o operador controle diretamente os movimentos;

b) de sequência variável, quando é possível alterar algumas das características do ciclo

de trabalho.

Pode ser extremamente interessante realizarmos a classificação dos robôs do ponto de

vista do controle de seus movimentos, admitindo as seguintes configurações:

1. Sem controle-servo: é o programa que controla o movimento dos diferentes

componentes do robô, se realiza em um posicionamento "ponto-a-ponto" no espaço.

2. Com controle-servo: este tipo de controle permite duas formas de trabalho:

a) controle dos movimentos dos membros do robô em função de seus eixos. Os

movimentos podem ser realizados ponto-a-ponto ou com trajetória contínua.

b) os movimentos se estabelecem da respectiva posição de seus eixos de coordenada e

da orientação da mão ferramenta do robô.

Classificação segundo a sua construção e aplicação física.

* Robôs Manipuladores:

• Braços Robóticos de Base Fixa

• Manipuladores Industriais

• Braços Manipuladores Embarcados

• Gruas Robotizadas

* Robôs Móveis:

• AGV Industriais (Automated Guided Vehicles)

• Robôs Indoor: Veículos, Holonômicos, Humanoides, ...

8

• Robôs Outdoor: Terrestres (estradas, todos os terrenos), Sub-Marinos, Aéreos, Inter-

Planetários, ...

Exemplos de Robôs Manipuladores:

Ao lado Integração entre robôs em

linha de montagem e solda da VW

Ao lado utilização de robôs no

Laboratório de Jato Propulsão da NASA.

Utilização de robô manipulador

na Indústria Behr.

Desenvolvimento de mão

robótica na NASA.

9

Exemplos de Robôs Móveis:

Ao lado AGV em desenvolvimento na UMC.

Ao lado o AGV Spirit feito

para andar em Marte pela

NASA.

Ao lado robô humanóide em desenvolvimento

na NASA para utilização em atividades extra

-veiculares de espaçonaves.

Ao lado, robô humanóide desen-

volvido pela Indústria Honda.

10

Ao lado, AGV Industrial com função de empilhadeira.

Ao lado, submarino

AGV para pesquisa

e resgate.

Abaixo á esquerda, AGV doméstico robomower utilizado para cortar grama e á direita o

robô AGV brinquedo Sony Aibo que obedece comandos e reconhece o ambiente.

Dentre os robôs móveis o tipo que melhor adequar-se-ia á necessidade é o tipo AGV

(Automated Guided Vehicle) porque não possui fiação e pode ter uma programação específica para a

aplicação.

James Dyson desenvolveu nos anos 90, o primeiro robô aspirador comercial o DC06 em

dois anos e meio, sendo que em 1991 lançou o Dual Cyclone™.

Dyson diz que durante o desenvolvimento do robô aspirador de pó teve dois grandes

desafios; o primeiro foi produzir um aspirador com inteligência para realizar a limpeza de um ambiente

11

sem a intervenção humana e a segunda e certamente a mais importante, desenhar um pequeno

aparelho compacto com o mesmo desempenho que um aparelho aspirador manual grande.

“Segundo Dyson, o aspirador deveria limpar tão bem, ou melhor, que o ser

humano, realizando uma cobertura metódica que um ser humano possivelmente não

alcançaria.”

Atualmente existem alguns robôs aspiradores de pó sendo comercializados, todos se

enquadram no tipo AGV, dentre eles destacam-se os seguintes:

Fabricante: Eletrolux

Modelo: Trilobite

País de origem: Suécia

Fabricante: Karcher

Modelo: RC 300

País de origem: Alemanha

Fabricante: LG

Modelo: Roboking R-V4000

País de origem: Coréia do Sul

12

Fabricante: iRobot

Modelo: Roomba Scheduler

País de origem: Estados Unidos

Os robôs aspiradores dos diversos fabricantes possuem diferentes capacidades de

execução de tarefas, preços, desenhos, etc. Estes atributos são características de valor agregadas

ao produto que podem atrair mais ou menos os compradores.

Seria necessária uma pesquisa de mercado para determinar exatamente quanto cada

um destes atributos vale para o consumidor. As pesquisas conduzidas divulgadas pela Electrolux

indicam que 90% dos consumidores europeus estão muito satisfeitos com o Trilobite. As razões mais

citadas como justificativa da compra foram: conveniência (46%) e economia de tempo (39%).

Também foram indicadas interesse por alta tecnologia (67%), manuseio divertido (56%) e design

diferenciado (50%). Nenhuma reclamação dos consumidores foi declarada pela empresa.

Em pesquisa realizada, por uma empresa que comercializa pela internet, diversos

produtos inclusive aspiradores de pó robóticos, entre compradores do aspirador Roomba da iRobot

nos Estados Unidos, 39 responderam a pesquisa informando que lhe agradaram a versatilidade do

aparelho (54%); conveniência (41%) e reclamaram de pouca eficiência no cumprimento da tarefa

(23%); alto preço do aparelho (21%); reservatório de pó pequeno ou do alto ruído (13%) e 21%

reclamaram, ou do rápido descarregamento da bateria ou pouca durabilidade do aspirador.

13

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14

3° - Determinação dos parâmetros do equipamento

Parâmetros e limites:

Analisando-se a pesquisa feita pela Eletrolux imediatamente percebe-se que os

resultados de conveniência e economia de tempo, somados perfazem um total de 85% diretamente

relacionados com a característica de desempenho esperada pelo consumidor, e que são

dependentes da alta tecnologia (67%).

Estes atributos desejados pelo consumidor estão associados e dependentes da alta

tecnologia embarcada no equipamento através de algumas funcionalidades do equipamento.

Conforme verificado na pesquisa de opinião do robô Roomba da iRobot.

Para estabelecer, quais destes atributos desejados pelos consumidores devem compor o

novo equipamento e satisfazer suas expectativas, é necessário associar os atributos desejados pelos

consumidores ás características dos robôs existentes, para se obter a composição do novo robô.

Conveniência e economia de tempo: estão associadas à:

� Facilidade de programação.

� Capacidade do robô a entender rapidamente a tarefa que deve realizar.

� Autonomia, trabalhar o máximo de tempo possível sem necessidade de

carregamento de baterias ou esvaziamento do reservatório.

� Independência do ser humano para realizar estas tarefas com eficiência e sem

necessidade de auxílio ou resgate.

� Baixo nível de ruídos.

Nos produtos, conveniência e economia de tempo estão associadas á; nível de

ruídos, peso, eficiência da limpeza, autonomia, tempo de carregamento, sensores de escadas,

fronteira e sujeira.

Versatilidade e economia de tempo: estão associadas à:

� Ter grande número de opções de tarefas.

� Possibilidade de aprender e executar novas tarefas.

� Capacidade de se adaptar em ambientes desconhecidos.

� Continuação correta de uma tarefa interrompida.

15

Nos produtos, a versatilidade está associada á; dimensões do aspirador,

programação inteligente, carregamento automático de bateria, capacidade de armazenamento e

descarregamento de pó automático.

A durabilidade está associada á:

� Facilidade de manutenção e baixo índice de quebra.

� Tempo de garantia do produto.

� Proximidade e rapidez dos postos de assistência técnica.

Nos produtos, a durabilidade não está associada especificamente á um atributo do

equipamento, mas sim á qualidade de materiais, desenho e funcionamento conjunto dos

componentes.

O preço elevado está associado á:

� Custo elevado.

� Baixo valor agregado ao produto.

� Condições de pagamento.

Nos produtos, o preço depende diretamente e qualidade do produto como um todo,

dos processos de fabricação utilizados para produzi-lo e principalmente da quantidade produzida.

A segurança não citada nas pesquisas está associada á:

� Não causar ou permitir situações perigosas, seja com pessoas ou animais.

Nos produtos, a segurança depende diretamente da quantidade de sensores e

qualidade da programação.

Para desenvolvimento de um novo equipamento é necessária a quantificação destes

atributos de forma racional.

Esta quantificação é denominada valor. Quanto maior o valor da característica melhor é

o produto.

Fazendo-se uma escala de 1 á 5 pontos para avaliação das características dos produtos,

onde; 1 = muito ruim; 2 = ruim; 3 = regular; 4 = bom; 5 = excelente, podem-se comparar quais das

características dos produtos dos diversos fabricantes são necessárias ao novo produto ou agregam

maior valor.

16

É necessária a ponderação dos atributos para se dar relevância as características certas

dos produtos.

No quadro adiante se tem a ponderação também entre 1 e 5 pontos. Destacando-se os

atributos que se deseja enfatizar em função dos resultados das pesquisas citadas anteriormente. A

conveniência e a segurança, sempre importante em qualquer equipamento receberam valor 5.

A versatilidade que também compõe um dos principais atributos deste tipo de

equipamento recebeu valor 4. A durabilidade e o preço receberam valor 3, por serem atributos

secundários.

Dadas as informações no quadro o máximo valor que pode ser atingido são 100 pontos.

Foram atribuídos os valores para cada atributo de cada produto de maneira comparativa.

Para se saber o valor agregado total de cada produto é necessário; multiplicar cada

valor ponderado pelo valor do atributo, e depois somar os valores resultantes.

Tendo-se como objetivos:

� Produção de um robô autônomo que execute a tarefa de coleta de pó doméstico

do piso dentro do ambiente residencial.

� Eficiência na limpeza, para que não seja necessária a varrição dos ambientes.

� Custo compatível com outros produtos similares considerando-se a aplicação e

qualidade do produto (valor).

� Têm-se como parâmetros iniciais:

Fator

Conveniência Versatilidade Durabilidade Preço Segurança Valor

Total

Ponderação

�

5 4 3 3 5 100

Produto /

Fabricante

Trilobite /

Eletrolux

3 3 5 3 5 76

RC 300

Karcher

4 4 5 4 5 88

Roboking

LG

3 4 4 3 5 77

Roomba

iRobot

3 3 3 5 4 71

17

Limites dimensionais:

Altura máxima = 90 mm

Largura = 280 mm

Comprimento = 400 mm

Peso máximo = 4 kgf (40 N)

Limites de desempenho:

Baterias seladas com mínimo de 4A de corrente por hora.

Motores, movimentação e coleta, com consumo máximo de 2A de corrente por hora.

Autonomia sem carregamento de baterias = 2 horas.

Tempo máximo de carregamento = 0,5 hora.

Carregamento automático do robô.

Descarte automático do pó.

Alcançar cantos e passar sob móveis com mínimo de até 100 mm de vão com o solo.

Coletar partículas com máximo de até 0,005 kgf (0,05 N) de peso e até 1 mm2 de área

(mínimo).

Percorrer a área mínima de 16 m2 por hora.

Coletar pó de tapetes e carpetes de pêlos curtos.

Facilidade de programação.

Vida útil mínima de 3 anos (exceto baterias, 1 ano).

4° - Distinção dos problemas

Problemas físicos:

Aspiração ou coleta:

Problema: Para que o aspirador realize a tarefa de aspirar as partículas no peso e

tamanho descritos na etapa anterior é necessário determinar uma geração de vácuo através do

deslocamento de ar ou escovas eficientes.

Possível solução:

Utilização de escovas para coleta de partículas grandes e aspirador no bico do robô.

Problema: É necessário que a rotação das hélices seja elevada e o desenho de seu

perfil seja adequado a esta função.


Desenhar hélices com perfil de grande vazão de ar do tipo turbina para o aspirador do robô.

Problema: A potência do motor de aspiração dependerá diretamente da energia

necessária para a sucção do ar.


Com a utilização de hélices com perfil de grande vazão de ar do tipo turbina para o aspirador do robô, espera-se reduzir a potência necessária do motor.

18

Problema: No caso de utilização de escovas talvez seja necessário um motor para seu

acionamento.


Utilizar o mesmo motor de movimentação para acionamento da escova e se necessário projetar um sistema de redução de rotação.

Problema: Para que o descarte do pó seja feito automaticamente é necessário projetar

um sistema de coleta.


O sistema coletor pode ser feito com um aspirador de pó e simultaneamente o coletor de pó pode também ter a função de carregador das baterias.

Problema: O posicionamento dos sensores deve ser estudado com vistas às

necessidades de; detectar pernas de cadeiras, mesas e mobília, escadas, paredes, pessoas ou

animais. Também devem estar adequados á recepção de sinais de comando.


Cada um dos sensores deve ser posicionado adequadamente á sua função específica.

Problema: Para que haja carregamento automático das baterias é necessário que

existam contatos entre o robô e o carregador que deve estar conectado a uma tomada elétrica.


Dois contatos metálicos podem ser colocados sob ou sobre o robô para que ao se posicionar para evacuação do pó também haja contato entre estes pontos e dois pontos no carregador.

Tamanho:

Problema: O tamanho do robô é extremamente importante, pois determinam a

capacidade de acesso em baixo da mobília, ou lugares estreitos como, por exemplo; entre pernas de

cadeiras, mesas, etc.

As dimensões do robô, entretanto limitam o tamanho dos componentes embarcados, tais

como; motores, baterias, unidade de processamento etc. Necessitando, portanto, de um estudo de

layout interno do robô.


Minimizar a utilização de espaço compactando os sistemas e elementos necessários ao funcionamento do robô.

Problema: Definir geometricamente a forma do robô para que tenha o acesso aos cantos

dos ambientes.


A forma circular dos robôs já existentes não atende a esta necessidade, talvez a mais adequada deva ter um bico para conseguir este acesso.

19

Peso do robô:

Problema: Ter peso inferior a 4 kgf (40 N)


Para que o peso do robô seja o mínimo possível, é necessário que os materiais tenham baixa densidade, portanto é recomendável a utilização de materiais como; polímeros, alumínio, borracha, etc.

Processador:

Problema: Para realizar todas as rotinas desejadas, verificando todos os sensores com

rapidez, armazenar um grande número de informações de programa em memória ROM, etc. é

necessário um processador rápido.

Possíveis soluções:

Utilização de um processador do tipo DSP (Digital Signal Processor). Utilização de um processador do tipo PIC e controladores LM 629.

Lógica de funcionamento:

Problema: Determinar a melhor lógica de funcionamento do robô.


Para encontrar a melhor lógica de funcionamento deve ser feito um estudo detalhado dos procedimentos das tarefas a serem realizadas e dos possíveis problemas que o robô pode encontrar para realizá-las. Fazer um fluxograma do programa e adequá-lo ao processador á ser utilizado.

5° - Organizar hipoteticamente o equipamento

Como foi descrito anteriormente o robô deve contar com materiais leves para reduzir o

seu peso e consequentemente a necessidade de grande potência no motor de movimentação.

Entretanto, materiais mais leves também podem estar elevando o custo do equipamento, pois

normalmente são mais caros que outros materiais.

Motores e baterias não terão grande redução de peso, pois não é intenção projetar os

motores mais leves para serem utilizados no robô ou estação.

O eixo da roda dianteira pode ser de material polímero (material plástico), assim como a

própria roda.

Eixo das rodas de movimentação deve ser de aço devido ao seu comprimento e

aplicação.

A disposição de componentes eletrônicos deve ser compacta e racional.

Deverão ser utilizados sensores de ultra som e infravermelho para mapeamento do

ambiente.

Alguns parafusos serão necessários para a fixação de partes, tais como, tampa e chassi

do robô. Os demais componentes podem ser encaixados.

A tampa e chassi devem ser feitos de polímero (material plástico).

As mesmas premissas servem para a estação de coleta e carregamento de baterias.

Deverá ser utilizado transmissor e receptor de rádio freqüência para comunicação entre

o robô e a estação de coleta.

20

O coletor de pó da estação deve ser removível para limpeza periódica.

Na estação devem haver luzes que indiquem o estágio de carregamento.

Esboços da disposição física dos componentes do robô e da estação de coleta e

carregamento das baterias.

Vista superior do layout do robô

Vista Lateral do layout do robô.

Bico de sucção

Roda Dianteira

Bateria

Escova Motor de

Movimentação

Motor de Sucção

Reservatório de pó

Roda de Movimentação

Placa de controle

Pontos de contato p/ carregamento Motor de

movimentação Placa de controle e carregamento

Sentido do fluxo de ar

do bico

Bateria Escova Roda

Reservatório

Sentido de fluxo de ar da

escova Roda

21

Vista lateral com o layout da estação de coleta de pó e carregamento.

6° - Discriminar os recursos técnicos, financeiros e de pessoal

Boa parte dos componentes a serem utilizados são itens comerciais e serão comprados

prontos para utilização.

Para a fabricação dos diversos tipos de peças que compõe o robô e a estação será

necessária a utilização de vários processos entre eles usinagem, injeção e sopro de polímeros,

soldagem de componentes eletroeletrônicos, além de montagem dos subconjuntos e do conjunto.

Conector de energia

Motor de aspiração

Reservatório de pó

Placa de controle de aspiração e recarga

Carregador

Pontos de contato p/ carreagamento

Fluxo de pó para a entrada

do coletor de pó

Detectores de presença

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Componentes a serem comprados por robô

Custo US $

Item Quant. Descrição Unidade Total N° do Fornecedor

01 2 MOTOR DE PASSO ASTROSYN SST 0023 14,00 28,00 2

02 4 PUSH BOTTON

1,25 5,00 2

03 1 SENSOR RF

8,46 8,46 1

04 3 ULTRASOM

R$ 14,65 R$ 43,95 1

05 1 SERVOMOTOR EM-257

35,00 35,00 1

06 2 BATERIA

3,57 7,14 2

07 1 DRIVE DE POTÊNCIA

R$ 120,00 R$ 120,00 1,2 e 4

08 1 PLACA DE CONTROLE

R$ 230,00 R$ 230,00 1,2 e 4

09 2 FIAÇÃO

R$ 0,80 /m R$ 1,60 1,2 e 4

10 1 DOLAR = R$ 2,30

TOTAL 587,83

23

Componentes a serem fabricados por robô

Processo de fabricação

Item Qt. Descrição Material Fornecedor Fresagem Torneamento Furação Injeção Sopro Outros

01 1 Roda dianteira PTFE 03 - sim - - -

02 1 Eixo da roda traseira Aço ABNT 1020 05 - - - - - Prensagem

03 1 Eixo da roda dianteira Aço ABNT 1020 05 - Sim - - - Zincagem

04 2 Roda de tração Celeron 03 - Sim - - -

05 1 Condutor do bico PEAD 03 - - - - Sim

06 1 Tampa ABS 03 - - - Sim - Roscagem

07 1 Fundo (chassi) ABS 03 - - - Sim -

08 2 Contatos da Bateria Cobre 05 - Sim - - - Soldagem

09 1 Escova Nylon 03 - - - Sim - -

10 1 Reservatório de pó PEAD 03 - - - - Sim -

11 1 Ventoinha ABS 03 - - - Sim - -

12 1 Polia Alumínio 05 - Sim - - - -

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Relação de fornecedores de materiais, peças e serviços para o robô

N° Fornecedor Endereço e-mail Telefone Fax

01 Digikey www.digikey.com -- - - -- -- ---- ----

02 Farnell www.farnell.com.br - - - -- - - - (11) 8888-8888

03 Day Brasil www.daybrasil.com.br

Avenida Marquês de São Vicente nº 1213 CEP 01139-901 - São Paulo / SP

[email protected] (11) 3613 - 7788

04 Tec-ci www.tecci.com.br (11) 8888-8888

05 Aço Metal www.acometal.com.br

Rua Lauzane, 564 – São Paulo / SP

[email protected] (11) 5660 - 5100

25

7° - Dimensionar os elementos do conjunto

Muitos dos componentes a serem utilizados na construção do robô e da estação serão

feitos de polímeros injetados ou soprados á princípio podem ter a configuração descrita a seguir:

Conjunto do Robô

26

ATENÇÃO: NÃO FORAM COLOCADAS INFORMAÇÕES SOBRE A ESTAÇÃO E OS

DESENHOS DETALHATADOS DE CADA UMA DAS PEÇAS A SEREM FABRICADAS PARA

REDUZIR O TAMANHO DESTE MODELO DE RELATÓRIO.

RELAÇÃO DE PEÇAS CONJUNTO DO ROBÔ

ITEM QT. PEÇA MATERIAL MASSA (KG)

1 1 TAMPA ABS 0,089

2 4 PUSH BOTTON DIVERSOS 0,022

3 2 CONTATO DAS BATERIAS COBRE 0,012

4 1 SENSOR RF DIVERSOS 0,008

5 3 ULTRASOM DIVERSOS 0,033

6 1 FUNDO ABS 0,105

7 2 RODA DE TRAÇÃO CELERON 0,022

8 1 ESCOVA Nylon 0,027

9 2 Motor de passo Astrosyn SST 0023 AÇO 0,349

10 1 SERVOMOTOR EM-257 AÇO 0,776

11 1 EIXO DA RODA DIANTEIRA AÇO 0,006

27

12 1 RODA DIANTEIRA PTFE 0,002

13 1 EIXO DO SERVOMOTOR AÇO 0,014

14 1 CONDUTOR DO BICO AÇO 0,010

15 1 RESERVATÓRIO DE PÓ AÇO 0,054

16 1 VENTOINHA ABS 0,007

17 1 POLIA Alumínio 0,011

18 2 BATERIA DIVERSOS 0,013

19 1 DRIVE DE POTÊNCIA DIVERSOS 0,042

20 1 PLACA DE CONTROLE DIVERSOS 0,036

29 PEÇAS TOTAL 1,638

PLACA DE POTÊNCIA DO ROBÔ

28

CIRCUITO DA PLACA DE POTÊNCIA

PLACA DE CONTROLE

29

CIRCUITO DA PLACA DE CONTROLE

RELAÇÃO DE COMPONENTES ELETRÔNICOS DE POTÊNCIA

DESCRIÇÃO DESIG. MODELO TIPO QT

Polarized Capacitor (Radial) C1 RB7.6-15 Cap Pol1 3

Capacitor C4 Cap 1u/64v CAPACITOR ELETROLÍTICO 1

Polarized Capacitor (Radial) C5 RB7.6-15 Cap Pol1 3


Capacitor C9 RAD-0.3 Cap 2


Capacitor Poliester para PCB C14 CAP PCB CAP PCB 9

Header, 6-Pin, Dual row, Right Angle CONN PIC1 HDR2X6H Header 6X2H 4

CONN MOTOR1 SL 3P 180B SL 3P 180B 4

30

Header, 3-Pin, Dual row

CONN STATUS1 HDR2X3 Header 3X2 2

F1 Fuse 5x20 FUSE 5X20 2

Typical RED GaAs LED FAULT1 LED-1 LED1 2

Header, 2-Pin, Dual row JP5 HDR2X2 Header 2X2 2

Typical RED GaAs LED L VOLTAGE LED-1 LED1 1

Res Pack 6 NetRes1 Res Pack6 RES PACK6 2

POWER IC1 IRAMS10UP60B IRAMS10UP60B 2

Resistor R1 AXIAL-0.3 Res1 23

DIP Switch S1 DIP-8 SW-DIP4 1

Low-Noise, Precision Operational Amplifier U1 DIP-8/D11 OP27GP 6

Hex Schmitt-Trigger Inverter U7 DIP-14/D19.7 SN74HCT14N 1

Hex Inverter U8 DIP-14/D19.7 SN74HCU04N 1

Series 3-Terminal Positive Regulator U9 SFM-T3/A4.7V LM7805CT 1

Hex Inverter U10 DIP-14/D19.7 SN74HCU04N 1

Octal Buffer/Driver with 3-State Outputs U11 DIP-20/D25 SNJ54ABT244J 1

Octal Buffer and Line Driver with 3-State Outputs U12 DIP-20/D25 SN74HC240N 1

Octal Buffer and Line Driver with 3-State Outputs U13 DIP-20/D25 SN74ALS244AN 1

Octal Buffer and Line Driver with 3-State Outputs U14 DIP-20/D25 SN74ALS244AN 1

Octal Buffer/Driver with 3-State Outputs U16 DIP-20/D25 SNJ54ABT244J 1

Octal Buffer and Line Driver with 3-State Outputs U17 DIP-20/D25 SN74HC240N 1

TOTAL 82

31

RELAÇÃO DE COMPONENTES ELETRÔNICOS DE CONTROLE

DESCRIÇÃO DESIG. MODELO TIPO QT

Capacitor C1 RAD-0.3 Cap 88

Receptacle Header Assemby J1 CHAMP1.27-2H68 Connector 68 1

Resistor R1 AXIAL-0.4 Res2 24

DIP Switch S1 DIP-10/D14.5 SW DIP-5 1

DIP Switch S2 DIP-12/SW SW DIP-6 1

DIP Switch S3 DIP-6 SW DIP-3 1

Hex Inverter U3 DIP-14/D19.7 SN74LS04N 1

Quadruple 2-Input Positive-OR Gate U4 DIP-14/D19.7 SN74LS32N 1

3-to-8-Line Decoder U5 DIP-16 DM74LS138N 1

Hex Inverter with Open-Collector Outputs U6 DIP-14/D19.7 SN74LS05N 1

Quadruple 2-Input Positive-AND Gate U7 DIP-14/D19.7 SN74LS08N 1

Octal Bus Transceiver with 3-State Outputs U8 DIP-20/D25 SN74LS245N 2

Octal Buffer and Line Driver with 3-State Outputs U10 DIP-20/D25 SN74LS244N 2

Quadruple 2-Input Positive-AND Gate U12 DIP-14/D19.7 SN74LS08N 1

Precision Motion Controller U32 DIP-28/X1.5 LM629N-6 6

U38 DIP-8 HCPL-7710 11

Quadruple 2-Input Positive-NAND Gate U50 DIP-14/D19.7 SN74LS00N 5

Opto Coupler U55 H11A617 H11A617 8

8-Input OR / NOR Gate U63 DIP-14 SN54HC4078AJ 2

Hex Inverter U66 DIP-14/D19.7 SN74LS04N 1

Quadruple 2-Input Positive-OR Gate U67 DIP-14/D19.7 SN74LS32N 1

TOTAL 160

32

8° - Testes virtuais do equipamento

Dadas as características deste tipo de equipamento é adequado a simulação de choque

mecânico, simulação dos circuitos eletrônicos, lógica de programação.

Para simulação mecânica utilizou-se o programa Autodesk Inventor V8 e para a análise

de vibrações e choque usou-se o programa Ansys V8.

Para a simulação de funcionamento dos circuitos eletrônicos usou-se o programa Protel.

ATENÇÃO: NÃO FORAM COLOCADOS EXEMPLOS PARA REDUZIR O TAMANHO

DO MODELO DE RELATÓRIO.

9° - Construção e testes do equipamento

Nesta etapa do projeto o protótipo deve ser construído e iniciado a realização de testes

práticos adequados com o protótipo, que garantam a funcionalidade, desempenho, segurança e

também a sua durabilidade.

ATENÇÃO: NÃO HÁ INFORMAÇÕES A SEREM COLOCADAS NESTE ITEM, POIS

ESTE É APENAS UM PROJETO HIPOTÉTICO.

10° - Produção em série do equipamento

Após estarem definidos todos os componentes e peças necessárias do equipamento, é

feita a especificação detalhada de materiais, processo de fabricação detalhado, estimativa de tempo

de fabricação de cada peça, especificação detalhada dos fornecedores, detalhamento da campanha

de marketing, contratação de mão de obra, contratação de distribuidores e de posse de todas estas

informações pode-se um levantamento dos custos mais detalhado do equipamento. Para que se

possa dar início a produção em série do equipamento.

ATENÇÃO: NÃO HÁ INFORMAÇÕES A SEREM COLOCADAS NESTE ITEM, POIS

ESTE É APENAS UM PROJETO HIPOTÉTICO PARA MODELO DE RELATÓRIO.

33

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14724: Informação e

documentação: Trabalhos acadêmicos: apresentação. Rio de Janeiro: 2002.

_________. NBR 6023: referências bibliográficas. Rio de Janeiro: 2000. 22p.

_________. NBR-10520: apresentação de citações em documentos. Rio de Janeiro,

1990. 2p.

AUTODESK Inc. Autodesk Inventor Professional, version 8. San Rafael: Autodesk Inc.,

2003. Conjunto de programas. 3 CD-ROM.

BAXTER, M., Projeto de produto: Guia prático para o design de novos produtos. 2.ed.

ver. São Paulo: Edgar Blücher, 1998.

FAGANELLO, D. M. Apresentação de trabalhos acadêmicos: orientação /

Universidade de Mogi das Cruzes. Mogi das Cruzes: 2004. 46 p.

Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial. Vocábulo

Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia: portaria n° 29, de 10 de Março de

1995. 25 p. 1995.

KOZHEVNIKOV, S. N., YESIPENKO, Y. I., RASKIN, Y. M., Mecanismos: 1a.ed.

Barcelona: Gustavo Gili, 1970. 1126 p.

MENDEL, M., Robôs domésticos: a nova promessa de venda: Disponível em:

http://portaldaautomacao.com.br/resid.asp. Acesso em 11 de Out. 2005.

NORTON, R. L. Projeto de máquinas: Uma abordagem integrada. 2. ed. Porto Alegre:

Bookman, 2004. 931 p.

PORTER, G. Strategies for successful laboratory automation: American

Biotechnology Laboratory, ISC Publications, aug. 2001.

SANTOS, H., MENDES, J. L.,. In: 3º FESTIVAL NACIONAL DE ROBÓTICA,

Optimização de trajectórias para robôs móveis: Lisboa: Atas do Encontro Científico, 2003, pp. 29-

35.

WOILER, S., MATHIAS, W. F. Projetos: Planejamento, elaboração e análise. 1. ed. São

Paulo: Atlas, 1986. 298 p.

modelo relatorio

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