Robótica Educacional NiteróiEdição 2019

Software de Simulação

"Um simulador é um aparelho/software capaz de reproduzir e simular o comportamento de algum sistema. Os simuladores reproduzem fenómenos e sensações que na realidade não estão ocorrendo.

Um simulador pretende reproduzir tanto as sensações físicas (velocidade, aceleração, percepção de paisagens) como o comportamento dos equipamentos da máquina que se pretende simular, ou ainda de um qualquer produto final sem haver a necessidade de se gastar matéria prima, utilizar máquinas e mão-de-obra e gastar tempo. Para simular as sensações físicas pode-se recorrer a complexos mecanismos hidráulicos comandados por potentes computadores que mediante modelos matemáticos conseguem reproduzir sensações de velocidade e aceleração. Para reproduzir a paisagem exterior são empregados projeções de bases de dados de terreno (paisagem sintética).

https://pt.wikipedia.org/wiki/Simulador

Nas oficinas estaremos trabalhando com o Tinkercad, um simulador eletrônico capaz de simular o comportamento dos circuitos, em nosso caso específico, com o Arduino.

Os alunos poderão praticar antes e depois de cada oficina.

Aprendendo um pouquinho sobre

Circuito Elétrico

"A palavra circuito nos remete a um caminho fechado onde o fim é também o começo. O termo circuito elétrico é explicado como sendo um ou mais caminhos fechado em que se percorre a corrente elétrica, simples assim como parece. Mas é necessário entender outros elementos presentes em um circuito elétrico.

Todo circuito elétrico funcional é composto por uma fonte de tensão, podendo ser uma tomada, uma bateria, uma pilha, uma associação de varias pilhas ou qualquer outra fonte onde haja uma diferença de potencial elétrico. O segundo elemento de um circuito é uma carga que irá consumir energia elétrica e transforma-la em energia utilizável para o ser humano, podendo ser uma lâmpada, um resistor, um motor etc. Por último condutores elétricos (cabos elétricos) que conduzam esta corrente elétrica entre a fonte que a produz e a carga que a consome."

Fonte: https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-um-circuito-eletrico/

https://www.mundodaeletrica.com.br/wp-content/uploads/2014/05/circuito-eletrico.jpg

O que é circuito.mp4

O que é Circuito?

Corrente e Tensão.mp4

Corrente e Tensão

LED (Diodo Emissor de Luz)

O diodo emissor de luz, também conhecido pela sigla em inglês LED (Light Emitting Diode), é usado para a emissão de luz em locais e instrumentos onde se torna mais conveniente a sua utilização no lugar de uma lâmpada. Especialmente utilizado em produtos de microeletrônica como sinalizador de avisos, também pode ser encontrado em tamanho maior, como em alguns modelos de semáforos. Também é muito utilizado em painéis de LED, cortinas de LED, pistas de LED e postes de iluminação pública, permitindo uma redução significativa no consumo de eletricidade.

Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_emissor_de_luz

Lanterna baseada em LEDs de alto brilho com baixo consumo de energia.

Diodo Emissor de Luz

Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Diodo_emissor_de_luz.

Transistor

A BASE tem que quebrar uma barreira, que nós chamamos de tensão dos diodos, caso quebre esta tensão, estamos conduzindo totalmente a corrente entre o COLETOR e o EMISSOR, caso contrário, estamos no estado de corte, não conduzindo corrente.

O que tem que acontecer para acionar o motor?

Podemos dizer que a BASE precisa dar um curto nos dois fios do coletor e do emissor.

É esse o papel do transistor: ele que vai dar um curto entre o Emissor e o Coletor. Mas como ele faz isso?

Se mandarmos um sinal alto (HIGH) na porta digital escolhida, o transistor dará um curto (motor funcionando); se mandarmos um sinal baixo (LOW), o transistor desfaz o curto (motor desligado).

É isso que vamos ter que fazer na programação do código.

Motor

Os motores DC (corrente contínua) encontrados à disposição dos projetistas de Robótica e Mecatrônica são motores de alta rotação e pequeno torque, não servindo, portanto, para a maioria das aplicações. Se acoplarmos uma "roda propulsora" diretamente ao eixo de um motor DC comum para movimentar um robô, teremos duas possibilidades desagradáveis: ou o robô "dispara" em alta velocidade, se ele for suficientemente leve, ou então o motor não tem força para movimentá-lo e ele não consegue sair do lugar.

Para podermos empregar um motor DC comum numa aplicação de Robótica ou Mecatrônica é preciso reduzir sua velocidade e, ao mesmo tempo, aumentar seu torque. Isso é feito acoplando-se ao motor algum sistema mecânico que possa realizar essas operações.

O sistema mais simples consiste de uma correia semelhante à ilustrada na figura ao lado:

Redução por correia.

Na prática, é possível obter motores que já disponham de caixas de redução ou então as próprias caixas que podem ser acopladas aos motores. Na figura ao lado, temos o exemplo de uma caixa de redução que foi projetada especialmente para aplicações em Robótica comercial.

Referências: http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/robotica/5168-mec070a

Caixa de Redução

O sistema mais simples consiste de uma correia semelhante à ilustrada na figura do item anterior, Redução por correia.

A relação entre o diâmetro do eixo do motor e o diâmetro da roda maior que vai propulsionar ou realizar o movimento, nos dará a proporção em que a velocidade é reduzida e o torque é aumentado. Por exemplo, se acoplarmos um motor de 3000 rpm a uma roda propulsora com diâmetro 30 vezes maior, ela "rodará" a 100 rpm e fará uma força 30 vezes maior do que a obtida diretamente pelo eixo. Um motor que não movimente mais do que 20 gramas diretamente pelo eixo, poderá movimentar um robô de 600 gramas.

Outra forma é por meio de engrenagens, conforme a próxima figura.

Redução por engrenagens.

A relação entre os tamanhos e o número de dentes das engrenagens nos dá a taxa de redução da velocidade e também de aumento da força obtida. Se acoplarmos ao motor uma engrenagem com 10 dentes e a esta engrenagem uma maior com 50 dentes, teremos uma taxa de redução de 1:5. Poderemos obter uma taxa ainda maior, acoplando sucessivamente outras engrenagens, observe abaixo:

Redução com múltiplas engrenagens (Caixa de redução).

Nesta figura mostramos como temos uma taxa de 1:10 e depois uma de 1:30 obtendo-se assim uma taxa final de redução de 1 para 300! É claro que o aumento do torque e a redução da velocidade nestas taxas são teóricos, pois precisamos considerar uma pequena perda que ocorre pelo atrito das partes mecânicas.

Referências: http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/robotica/5168-mec070a

Engrenagens

A maioria das máquinas se utilizam das engrenagens para realizar os seus movimentos. Por isso, é de suma importância se atentar qual a mais adequada na hora de fazer o projeto. Ao optar pela engrenagem correta, a máquina vai precisar de menos energia para realizar um trabalho mais pesado, ou mais rápido, por exemplo. Porém, como vemos no título desse artigo, há muitos tipos de engrenagens e, por isso, deve-se ter bem claro o papel de cada uma para otimizar o funcionamento da máquina.

Tipos de Engrenagens

Cilíndrica de dentes retos

Esse tipo de engrenagem tem a finalidade de fazer variações na força e na velocidade de rotação de eixos, por meio da mudança do tamanho do raio da engrenagem. Ela possui dentes retos, que dão o nome à engrenagem, e são normalmente instalados em eixos paralelos, ligando os dentes de uma engrenagem com a outra.Esse é um dos tipos de engrenagens que pode ser facilmente encontrado no mercado e possui baixo custo em relação a outros, devido à sua simplicidade na produção, porém há a desvantagem de produzir ruídos em seu funcionamento. Ainda há o fato de serem compactas, fáceis de instalar e altamente confiáveis. Outro ponto a se considerar é que essa engrenagem é comumente usada para transmitir grande quantidade de energia, além de ser extremamente eficiente na transmissão da energia fornecida a ela.

Cilíndrica de dentes helicoidais

Engrenagens cilíndricas de dentes inclinados, ou helicoidais, são construídas com dentes que não são alinhados e paralelos ao eixo. Ao invés disso, são inclinados de forma a definir um ângulo entre o eixo e o segmento dos dentes.Uma vantagem desse tipo de engrenagem consiste no fato de que os dentes se engatam pouco a pouco, ao invés de toda a face ao mesmo tempo. Isso gera um impacto menor, que está estritamente relacionado à quantidade de ruído produzido. Sendo assim, as engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais têm uma operação mais silenciosa em relação às de dente reto, por exemplo.

Cremalheira

As cremalheiras consistem em um mecanismo simples, mas que tem muitas aplicações. A engrenagem cilíndrica (ou helicoidal), normalmente de dentes retos, é acoplada ao trilho, que é chamado de cremalheira. As duas formas geométricas diferentes desse tipo de engrenagem (uma cilíndrica e outra retilínea) permitem transformar o movimento circular em longitudinal, por meio do trilho horizontal, ou vice-versa.Essa engrenagem é geralmente usada em operações que precisam de um controle de um operador, já que este pode controlá-las por um sistema onde se aciona e desliga a atividade da engrenagem.

Cônica de dentes retos

Nesse tipo, a engrenagem possui uma forma cônica. É importante ter um cuidado maior com ela por ser inclinada e, assim, estar sujeita a emperramentos ou ao desencaixe. Por isso, o encaixe deve ser feito cautelosamente, a fim de evitar tais problemas.A maior vantagem da engrenagem cônica é que ela pode mudar a direção de um giro e sua força, podendo transmitir a energia entre eixos com diferentes ângulos entre eles. Apesar disso, esse é um dos tipos de engrenagens que requerem precisão muito grande na montagem. Isso se dá porque o formato dos dentes deste tipo de engrenagem faz com que o impacto da movimentação atinja um dente por vez e, por isso, ela pode se tornar áspera e se desgastar com o tempo. (...)Outro ponto a ser levantado é o fato de que esse é um dos tipos de engrenagens que não suportam altas velocidades e cargas, justamente pelo fato dos dentes não serem paralelos em relação aos dentes da outra engrenagem à qual está ligada.

Cônica de dentes helicoidais

A engrenagem cônica de dentes helicoidais, assim como acontece na cilíndrica, possui diferenças claras em relação à reta. Sua forma permite um aproveitamento muito grande da energia que é oferecida ao sistema de engrenagem. Os dentes, por serem inclinados e de maior comprimento, aumentam a eficiência e diminuem os ruídos.É importante frisar que, por conta de ser helicoidal, ela aguenta transmitir grandes cargas e altas velocidades e, por causa disso, deve ser feita por material que suporte o impacto que uma engrenagem irá receber da outra, para assegurar a segurança e durabilidade. Como foi dito, esse é um dos tipos de engrenagens que são utilizados em máquinas com sistemas que aguentem cargas maiores. Transmissões que precisam, além da sustentação da carga, velocidades de transmissão elevadas, também se utilizam dessa engrenagem.

Cônica de dentes hipóides

As hipóides estão inseridas nas engrenagens cônicas, porém elas têm algumas particularidades que apresentam vantagens sobre as outras. A principal delas é ter os eixos das engrenagens descentralizados, ou seja, a linhas dos eixos não se encontram. Isso permite uma margem de translação do eixo da segunda engrenagem, que é compacto e pode ser usado em espaços limitados.Outra vantagem é que as hipóides têm dentes longos, o que aumenta a cobertura dentada. Por essa razão, as engrenagens hipóides conseguem transmitir mais torque do que engrenagens helicoidais simples no mesmo espaço. (...)Podemos ressaltar que, como nas engrenagens cônicas de dentes espirais, as hipóides aguentam cargas maiores, até maiores do que as espirais, porém são utilizadas para baixas velocidades.

Parafuso sem-fim

A engrenagem parafuso sem-fim opera de forma diferente em relação às outras.O mecanismo consiste em outra engrenagem, como uma de dentes retos, girar, fazendo a engrenagem sem-fim se movimentar também, porém em velocidade bem menor. Portanto, a engrenagem sem fim é muito utilizada quando é necessário que a velocidade de transmissão da força para uma segunda engrenagem seja reduzida. Esse tipo de engrenagem costuma ter reduções de 1:20, chegando até a valores maiores do que 1:300. Grande parte dos modelos de engrenagens nesse caso opera em altas velocidades, e a engrenagem sem-fim é utilizada para diminuir essa velocidade, já que ela possui uma taxa de transmissão mais baixa.

Cônica de dentes espirais

As engrenagens cônicas de dentes em espiral apresentam os dentes inclinados e curvos, em espiral, como o próprio nome diz. Ela carrega em si as principais propriedades das cônicas, que é um suporte maior em questão de cargas muito elevadas, operação silenciosa e a otimização da transmissão de potência em relação às não-cônicas, tendo uma eficiência maior.Sendo assim, sua particularidade consiste na capacidade de operar com números maiores de rotações por minuto sem maiores problemas. Isso permite que esse tipo de engrenagem seja utilizada em atividades que tenha esse objetivo de alcançar maiores velocidades, como exemplo a indústria automobilística.Além disso, a engrenagem cônica com dentes em espiral é muito requisitada quando há a necessidade de mudança da rotação de um eixo, uma vez que a configuração inclinada e curva de seus dentes permite tal operação.

Planetárias

A engrenagem planetária é constituída, normalmente, por 4 engrenagens. Elas são a engrenagem solar, que fica na parte externa, as 3 engrenagens satélites, que são aquelas que giram em torno da solar e a engrenagem anelar, acoplada ao eixo do suporte.Além disso, a engrenagem planetária possui vantagens em relação às outras, como um produto mais compacto e mais leve para a potência produzida e alta resistência, mesmo sendo leve. Também temos que falar que ela é ideal para clientes que querem alcançar altos índices de redução, já que esse tipo de engrenagem consegue ter uma redução de velocidade relevante em relação às outras.Essas engrenagens têm aplicações em automóveis, em que são necessários torques menores. Mas além disso, elas são usadas dentro das indústrias, por exemplo, em controle de turbinas eólicas e alimentadores de papel e motores elétricos.

Referências: http://fluxoconsultoria.poli.ufrj.br/blog/projetos-mecanicos/9-tipos-de-engrenagens/

REPOSITÓRIO

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