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CONCEPÇÃO DE ROBÔ MANIPULADOR FABRICADO POR MANUFATURA
ADITIVA PARA RETIRADA DE PEÇAS DE IMPRESSORA 3D
Kevin Jesus Ramos
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Mecânica da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte
dos requisitos necessários à obtenção do título de
Engenheiro Mecânico.
Orientador: Fernando Augusto de Noronha Castro Pinto
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
MARÇO DE 2019
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Departamento de Engenharia Mecânica
DEM/POLI/UFRJ
CONCEPÇÃO DE ROBÔ MANIPULADOR FABRICADO POR MANUFATURA ADITIVA PARA RETIRADA DE PEÇAS DE
IMPRESSORA 3D
Kevin Jesus Ramos
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE
ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL
DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A
OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO MECÂNICO.
Aprovado por:
Prof. Fernando Augusto de Noronha Castro Pinto; Dr. Ing.
Prof. Fábio da Costa Figueiredo; D. Sc.
Prof. Vitor Ferreira Romano; Dott. Ric.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
MARÇO DE 2019
iii
Ramos, Kevin Jesus
Concepção de Robô Manipulador Fabricado por
Manufatura Aditiva para Retirada de Peças de Impressora 3D
/ Kevin Jesus Ramos. – Rio de Janeiro: UFRJ / Escola
Politécnica, 2019.
XIII, 61 p.: il. 29,7 cm
Orientador: Fernando Augusto de Noronha Castro Pinto
Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica /
Curso de Engenharia Mecânica, 2019.
Referências Bibliográficas: p. 60-62
1. Robô Manipulador 2. Manufatura Aditiva 3. Robô Articulado
4. Impressora 3D. I. Pinto, Fernando Augusto de Noronha
Castro II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola
Politécnica, Curso de Engenharia Mecânica. III. Robô
Manipulador
iv
“O que não provoca minha morte faz com
que eu fique mais forte (Was mich nicht
umbringt, macht mich stärker).”
Friedrich Nietzsche
v
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer primeiramente aos meus pais, que sempre me incentivaram
a estudar desde quando eu era pequeno e não mediram esforços para que eu tivesse
sempre uma educação da melhor qualidade. Sempre procurei seguir seus ensinamentos
e experiências de vida para que eu me tornasse um homem de caráter, com grandes
ambições, trabalhando arduamente para conquistar meus objetivos e poder dar orgulho
e retribuir toda a dedicação e investimento feitos em mim.
Aos meus irmãos, que estiveram comigo nessa árdua jornada e viram toda a
dedicação que era necessária diariamente e minhas oscilações de humor por conta dessa
dedicação, e mesmo assim sempre estiveram do meu lado, nunca me abandonaram.
Às minhas avós, que cuidaram de mim desde que eu era pequeno e foram
essenciais para os momentos nos quais meus pais estavam ocupados e precisavam de
alguém para me orientar.
Aos amigos que a UFRJ me deu e que levarei para o resto da vida, sempre dando
boas risadas durante os intervalos das aulas e trazendo um pouco de conforto à rotina
desgastante de faculdade.
Aos amigos e colegas de profissão da TechnipFMC, que me ensinam na prática
do dia a dia o que é ser engenheiro.
Ao professor Fernando Castro Pinto, que pacientemente me orientou desde as
dúvidas mais banais até as mais complexas durante o projeto.
E finalmente ao meu avô José Alberico Fernandes da Cruz, o homem mais forte
que conheci na vida.
vi
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico.
CONCEPÇÃO DE ROBÔ MANIPULADOR FABRICADO POR
MANUFATURA ADITIVA PARA RETIRADA DE PEÇAS DE
IMPRESSORA 3D
Kevin Jesus Ramos
Março/2019 Orientador: Fernando Augusto de Noronha Castro Pinto
Curso: Engenharia Mecânica
O presente trabalho consiste na concepção de um robô manipulador fabricado por manufatura aditiva. O objetivo do braço é a retirada de peças fabricadas em impressoras 3D, para que as mesmas possam iniciar uma nova impressão, sem que haja a necessidade de interação humana com a máquina para a retirada da peça. Como consequência, se teria um processo mais automatizado da produção de peças em impressão 3D. Além disso, o projeto apresenta a concepção estrutural do braço robótico por manufatura aditiva, para que o mesmo possua baixo custo e facilidade de fabricação. A partir da modelagem da estrutura via software CAD e fabricação via impressão 3D, se tem toda a parte estrutural do braço. O estudo também visa verificar a viabilidade da operação de retirada da peça da impressora 3D, através de cálculos estáticos e dinâmicos.
Palavras-chave: Robô manipulador, Manufatura Aditiva, Robô articulado, Impressora 3D.
vii
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a parcial fulfillment of
the requirement for the degree of Mechanical Engineer.
CONCEPTION OF ROBOT MANIPULATOR MANUFACTURED
BY ADDITIVE MANUFACTURING FOR REMOVAL OF
3D PRINTER PARTS
Kevin Jesus Ramos
Março/2019
Advisor: Fernando Augusto de Noronha Castro Pinto Course: Mechanical Engineering
The present work consists on the conception of a robot manipulator manufactured by additive manufacturing. The objective of the arm is to remove parts made from 3D printers, so they can start a new impression without the necessity of human interaction with the machine to remove the part. Consequently, the process turns more automated on producing parts in 3D printing. In addition, the project presents the conception of the structural fabrication of the robotic arm by additive manufacturing, with the objective of being cheaper and easy to fabricate. From the modeling of the structure by CAD software and manufacturing by 3D printing able the fabrication of the entire structural part of the arm. The study also aims to verify the viability of the operation of removing the 3D object through static and dynamic calculations.
Keywords: Robot manipulator, Additive Manufacturing, Articulated robot, 3D Printer.
viii
SUMÁRIO
1 Introdução .............................................................................................................. 1
1.1 Motivação .............................................................................................................. 2
1.2 Objetivo ................................................................................................................. 5
1.3 Organização do Trabalho ...................................................................................... 6
1.4 História da robótica ................................................................................................ 6
1.5 História da manufatura aditiva ............................................................................... 8
2 Classificação de robôs ......................................................................................... 11
2.1 Robôs de coordenadas cartesianas ..................................................................... 11
2.2 Robôs de coordenadas cilíndricas ....................................................................... 12
2.3 Robô de coordenadas esféricas .......................................................................... 13
2.4 Robô SCARA ....................................................................................................... 14
2.5 Robô articulado ou antropomórfico ...................................................................... 14
2.6 Robôs paralelos ................................................................................................... 15
2.7 Escolha do tipo de robô manipulador ................................................................... 15
2.8 Componentes do robô manipulador ..................................................................... 15
3 Tipos de Manufatura Aditiva ................................................................................ 19
3.1 Estereolitografia ................................................................................................... 19
3.2 Sinterização Seletiva a Laser ............................................................................... 20
3.3 Fabricação por Filamento Fundido (FDM) ............................................................ 21
3.4 Processamento de luz direta (DLP) ..................................................................... 23
3.5 Multijet ................................................................................................................. 23
3.6 Escolha do tipo de manufatura aditiva ................................................................. 24
3.7 Material Utilizado ................................................................................................. 25
3.7.1 ABS ..................................................................................................................... 25
3.7.2 PLA ...................................................................................................................... 25
3.7.3 Tabela comparativa ............................................................................................. 26
3.7.4 Material escolhido ................................................................................................ 26
4 Concepção do robô manipulador ......................................................................... 27
4.1 Especificações de projeto .................................................................................... 27
4.2 Volume de trabalho .............................................................................................. 27
4.3 Cinemática ........................................................................................................... 31
4.3.1 Convenção de Denavit-Hartenberg ...................................................................... 31
4.4 Estática ................................................................................................................ 37
4.5 Protótipo .............................................................................................................. 42
4.5.1 Base .................................................................................................................... 43
4.5.2 Braço (elo 2) ........................................................................................................ 44
ix
4.5.3 Antebraço (elo 3) ................................................................................................. 44
4.5.4 Garra robótica (elo 4) ........................................................................................... 44
4.5.5 Buchas do eixo e do servo motor ......................................................................... 45
4.5.6 Sistema de transmissão ....................................................................................... 46
4.5.7 Montagem ............................................................................................................ 47
5 Dimensionamento e escolha de peças................................................................. 48
5.1 Eixos .................................................................................................................... 48
5.2 Atuadores ............................................................................................................ 49
5.3 Rolamentos ......................................................................................................... 50
5.4 Anéis de retenção ................................................................................................ 51
5.5 Parafusos, porcas e arruelas ............................................................................... 51
5.6 Simulações dos esforços ..................................................................................... 54
6 Conclusão ............................................................................................................ 58
6.1 Trabalhos Futuros ................................................................................................ 58
7. Referências Bibliográficas.................................................................................... 60
Anexo I – Códigos de Simulação utilizados no Robotic Toolbox ..................................... 63
Anexo II – Variáveis utilizadas no cálculo estático .......................................................... 65
Anexo III – Desenhos de montagem e fabricação .......................................................... 66
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Projeção de crescimento da manufatura aditiva ao longo dos anos [1] ........... 2
Figura 2 Crescimento do interesse por impressão 3D baseado em pesquisas no
Google .......................................................................................................................... 3
Figura 3 Adidas FutureCracft 4D [2] .............................................................................. 3
Figura 4 Robô manipulador da ABB (Figura retirada do site http://mercadolivre.com.br)
..................................................................................................................................... 4
Figura 5 Robô manipulador da Fanuc (Figura retirada do site
http://mercadolivre.com.br) ........................................................................................... 4
Figura 6 Ultimaker 2 [3] ................................................................................................. 5
Figura 7 Cena da peça Rossumovi Universzální Roboti, com 3 robôs em cena [4] ....... 6
Figura 8 Pato mecânico de Jacques de Vaucanson [5] ................................................. 7
Figura 9 Robô manipulador na fábrica da GM [6] .......................................................... 8
Figura 10 Charles Hull, criador da estereolitografia [7] .................................................. 9
Figura 11 Scott Crump, fundador da Stratasys [8] ........................................................ 9
Figura 12 Uma forma de classificação de robôs [9] .................................................... 11
Figura 13 Figura 2.2 Estrutura de robô cartesiano [9] ................................................. 12
Figura 14 Volume de trabalho gerado por robô cartesiano [10] ................................... 12
Figura 15 Estrutura de robô cilíndrico [9] .................................................................... 12
Figura 16 Volume de trabalho gerado por robô cilíndrico [10] ..................................... 13
Figura 17 Estrutura de robô esférico [9] ...................................................................... 13
Figura 18 Volume de trabalho gerado por robô esférico [10] ....................................... 13
Figura 19 Estrutura de robô SCARA [9] ...................................................................... 14
Figura 20 Estrutura de robô articulado [9] ................................................................... 14
Figura 21 Robô delta (3 graus de liberdade) [9] .......................................................... 15
Figura 22 Exemplo de robô manipulador [11] ............................................................. 16
Figura 23 Juntas prismática e de revolução [12] ......................................................... 17
Figura 24 Parte interior de robô manipulador, com sistema de transmissão detalhado
[12] ............................................................................................................................. 17
Figura 25 Exemplo de garra robótica [13] ................................................................... 18
Figura 26 Atuador pneumático [14] ............................................................................. 18
Figura 27 Servo motor (atuador elétrico) [15] .............................................................. 18
Figura 28 Processo de Estereolitografia [16] .............................................................. 19
Figura 29 Exemplo de estereolitografia [17] ................................................................ 20
Figura 30 Processo de manufatura por SLS [18] ........................................................ 21
Figura 31 Impressoras Ultimaker 3 produzindo peças [18] ......................................... 23
Figura 32 Impressão 3D DLP [19] ............................................................................... 23
xi
Figura 33 Impressora Multijet da HP [20] .................................................................... 24
Figura 34 Modelo 3d Finder Flashforge (retirado do site Submarino.com.br) .............. 24
Figura 35 Representação do volume de trabalho de um robô [23] .............................. 28
Figura 36 Impressora Stella 2 [24] .............................................................................. 28
Figura 37 Representação da mesa de impressão (Autoria própria) ............................ 29
Figura 38 Representação esquemática do alcance do robô (Autoria própria) ............. 29
Figura 39 Estimativa de volume de trabalho (Autoria própria) ..................................... 30
Figura 40 Área da mesa coberta pelo robô manipulador (Autoria própria) .................. 30
Figura 41 Estimativa de volume de trabalho (Autoria própria) ..................................... 31
Figura 42 Representação dos Parâmetros D-H [27] ................................................... 32
Figura 43 Representação do robô manipulador (Autoria própria) ................................ 33
Figura 44 Estimativa da medida entre as juntas (Autoria própria) ............................... 34
Figura 45 Posição 1 do robô manipulador (Autoria própria) ........................................ 36
Figura 46 Posição 2 do robô manipulador (Autoria própria) ........................................ 36
Figura 47 Posição 3 do robô manipulador (Autoria própria) ........................................ 36
Figura 48 Pontos de atuação das forças e reações (Autoria Própria) ......................... 37
Figura 49 Esforços atuantes no elo 4 (Autoria Própria) ............................................... 38
Figura 50 Esforços atuantes no elo 3 (Autoria Própria) ............................................... 39
Figura 51 Esforços atuantes no elo 2 (Autoria Prória) ................................................. 40
Figura 52 Representação dos elos 2 e 3 para cálculo de massa (Autoria própria) ...... 40
Figura 53 Representação do elo 4 para cálculo de massa (Autoria Própria) ............... 41
Figura 54 Configuração do braço robótico para cálculos (Autoria Própria) .................. 41
Figura 55 Parte 1 da Base do robô manipulador (Autoria Própria) .............................. 43
Figura 56 Parte 2 da base do robô manipulador (Autoria Própria) .............................. 43
Figura 57 Braço do robô manipulador (Autoria Própria) .............................................. 44
Figura 58 Antebraço do robô manipulador (Autoria Própria) ....................................... 44
Figura 59 Punho da Garra robótica (Autoria Própria) .................................................. 45
Figura 60 Garra robótica em vista isométrica (Autoria Própria) ................................... 45
Figura 61 Parte inferior da garra robótica (Autoria Própria) ......................................... 45
Figura 62 Bucha do eixo ............................................................................................. 46
Figura 63 Bucha do servo motor ................................................................................. 46
Figura 64 Montagem do robô manipulador renderizado (Autoria Própria) ................... 47
Figura 65 Representação do eixo 1 ............................................................................ 48
Figura 66 Momento fletor do eixo 1 (Autoria Própria) .................................................. 49
Figura 67 Servo motor Tower Pro MG959 [31]............................................................ 50
Figura 68 Rolamento SFK 61800 [34] ......................................................................... 51
Figura 69 Anel de retenção Anel Ret escolhido [35] ................................................... 51
xii
Figura 70 Parafusos M2 e M3 Cabeça Panela Phillips [36] ......................................... 52
Figura 71 Parafuso M3 sextavado interno [36] ............................................................ 53
Figura 72 Porca sextavada Ciser [36] ......................................................................... 54
Figura 73 Arruela lisa [36] ........................................................................................... 54
Figura 74 Força atuando na garra robótica (Autoria Própria) ...................................... 55
Figura 75 Esforços atuando na garra robótica e no elo 4 (Autoria Própria) ................. 56
Figura 76 Esforços atuando no elo 3 (Autoria Própria) ................................................ 56
Figura 77 Esforços atuando no elo 2 (Autoria Própria) ................................................ 57
Figura 78 Esforços atuando na base (Autoria Própria) ................................................ 57
xiii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Comparação entre ABS e PLA [21, 22] ........................................................ 26
Tabela 2 Parâmetros D-H ........................................................................................... 34
Tabela 3 Forças atuantes nas juntas do robô ............................................................. 42
Tabela 4 Torques atuantes nas juntas do robô ........................................................... 42
Tabela 5 Especificações do servo motor TowerPro MG959 [31] ................................. 50
1
1 Introdução
Segundo a definição da Associação de Indústrias da Robótica (RIA), tem-se
que: ''Um robô industrial é um manipulador reprogramável, multifuncional, projetado
para mover materiais, peças, ferramentas ou dispositivos especiais em movimentos
variáveis programados para a realização de uma variedade de tarefas.''
Já segundo a definição da ISO (International Organization for Standardization),
tem-se que: ''Um robô industrial é uma máquina para manipulação, com vários graus de
liberdade, controlada automaticamente, reprogramável, multifuncional, que pode ter
base fixa ou móvel para utilização em aplicações de automação industrial.''
A robótica industrial veio como uma consequência da globalização e do
aumento da competitividade entre as empresas, uma vez que foi se tornando cada vez
mais necessário o aumento da produtividade, com o objetivo de se manter vivo no
mercado. Com a robótica industrial, se tornou possível o aumento da produtividade por
conta da eficiência dos robôs em realizar tarefas repetitivas com precisão e agilidade
muito maiores que um ser humano, além do fato de que robôs não recebem salários e
outros encargos trabalhistas, diminuindo o custo de longo prazo, porém com o aumento
do custo de curto prazo, já que o investimento inicial é alto.
Já a manufatura aditiva, conhecida popularmente por ''Impressão 3D'' é uma
técnica de manufatura que vem sendo empregada cada vez mais com o avanço
tecnológico da chamada "Indústria 4.0", que é a revolução industrial mais recente. A
manufatura aditiva se utiliza de arquivos CAD (computer-aided design) para fabricar o
produto, a partir do material utilizado na máquina.
O presente trabalho buscará unir esses dois setores, tanto da manufatura aditiva
quanto da robótica, através da concepção de um robô manipulador fabricado por
manufatura aditiva. Esse robô tem como objetivo final retirar peças da mesa de
impressão, visando a automação do processo de impressão 3D, já que o robô fará o
trabalho de um humano, retirando a peça para que se possa iniciar nova impressão.
2
1.1 Motivação
A manufatura aditiva vem cada vez mais sendo utilizada na indústria como um
todo. Por ser um processo que praticamente elimina restrições geométricas, permite a
fabricação de peças com alto grau de complexidade e permite completa customização
do produto, este tipo de processo está se tornando extremamente popular no
mercado, como podemos conferir no estudo mostrado na figura 1 realizado pela BCG
(Boston Consulting Club).
Figura 1 Projeção de crescimento da manufatura aditiva ao longo dos anos [1]
Até 2035 1,5% do mercado total de manufatura será composto por manufatura
aditiva, ou seja, movimentará aproximadamente US$ 350 bilhões. Percebe-se também
pelo gráfico que a manufatura por polímeros e outros movimentará uma fatia bem mais
considerável que a manufatura por metal.
Já a figura 2 em que se apresenta um gráfico baseado em pesquisas feitas
pelas pessoas no Google pode-se conferir que o interesse por impressão 3D (3D
printing) teve uma escalada em torno do final de 2010 e começo de 2011 apresentando
uma estabilização em 2014, porém se mantendo com grande interesse da população
em geral.
3
Figura 2 Crescimento do interesse por impressão 3D baseado em pesquisas no Google
Grandes empresas desde já têm investido massivamente neste mercado. A
General Eletric (GE) comprou em 2016, pela quantia exorbitante de US$ 1,4 bilhão,
duas empresas fabricantes de máquinas de impressão 3D, a Arcam AB e a SLM
Solutions Group, com o objetivo de trazer inovações para a área de aviação da empresa.
A Adidas espera fabricar até o fim de 2018 100 mil unidades do FutureCraft
4D, o primeiro tênis feito em impressão 3D em larga escala. Porém não será um modelo
fabricado totalmente em impressão 3D, por conta de limitações tecnológicas como
costura e acabamento.
Figura 3 Adidas FutureCracft 4D [2]
Com o progresso tecnológico e mercadológico cada vez maior da manufatura
aditiva, surgem necessidades nesse mercado, assim como em qualquer mercado
competitivo. A partir da necessidade, criam-se projetos que atendam essa necessidade.
E uma dessas necessidades é justamente a retirada da peça que acabou de
ser impressa pela impressora 3D, para que possa ser iniciada uma nova impressão. E
é nessa parte que entra a robótica industrial, um seguimento bastante tradicional da
4
indústria, que se aliará às novas tecnologias com o objetivo de aumento na
produtividade, redução de custos, melhora na qualidade das peças, aumento na
segurança por conta do controle feito por máquinas e não por seres humanos.
Fazendo uma pesquisa de mercado para avaliar as opções de robôs
manipuladores, encontram-se opções que possuem preços bastante elevados:
Figura 4 Robô manipulador da ABB (Figura retirada do site http://mercadolivre.com.br)
Figura 5 Robô manipulador da Fanuc (Figura retirada do site http://mercadolivre.com.br)
E ainda é necessário levar em consideração que estas opções de robôs
manipuladores são projetadas para trabalho pesado, em grandes linhas de produção.
Para o caso da retirada de uma peça feita em impressora 3D seria necessário uma
opção de robô manipulador mais compacta, sem a necessidade de levantar grandes
cargas, já que as opções mais comuns de impressoras 3D imprimem peças compactas,
que não possuem massa elevada.
A figura 6 apresenta o exemplo da Ultimaker 2, que é uma impressora 3D FDM
(processo será detalhado mais a frente) utilizada para trabalhos profissionais, porém
com um preço acessível levando outros processos por manufatura aditiva. O volume de
impressão desta impressora é de 223 x 223 x 305cm, e levando em conta a baixa
densidade do material utilizado pela impressora (ABS e PLA), conclui-se que não há a
necessidade de um robô manipulador tão robusto para retirada de peças.
5
Figura 6 Ultimaker 2 [3]
1.2 Objetivo
O objetivo do presente trabalho é oferecer a concepção de um robô manipulador
com o objetivo de retirada da peça impressa pela impressora 3D. O robô manipulador
será concebido em sua maior parte com material feito em impressora 3D. Só será
utilizado outro tipo de material quando não for possível utilizar material impresso, ou
caso seja verificado que é mais simples se utilizar um material que não seja feito por
impressão 3D. Serão realizados cálculos de esforços mecânicos e dinâmicos,
modelagem do robô e simulações para verificar se a parte mecânica do robô
manipulador sustenta os esforços de retirada da peça impressa.
A finalidade de se utilizar peças fabricadas por manufatura aditiva está no fato
de que se tem ganhos econômicos, já que o material utilizado para fabricação (filamento
em ABS ou PLA) não possui custo elevado, ao contrário de outros processos
tradicionais, como fundição, forjamento, conformação e laminação, que necessitam de
matéria-prima como o metal para serem fabricados, logo possuem custo mais elevado.
Além disso, o fato de poder se fabricar o braço robótico no próprio local onde será usado
facilita questões como custos de logística, não se ter a necessidade de depender de
uma empresa para a fabricação do braço, o espaço necessário é bastante reduzido pois
as máquinas de impressão 3D apresentam tamanhos compactos quando comparadas
aos grandes maquinários dos processos citados. E também se tem o fato da facilidade
6
de fabricação de peças sobressalentes, se uma peça quebrar e necessitar ser reposta
pode-se fazer essa reposição rapidamente, através da fabricação na impressora.
1.3 Organização do Trabalho
No capítulo 1 é feita toda a introdução do trabalho, motivação e objetivo, além
de breve contextualização sobre a história da robótica e também a história manufatura
aditiva.
No capítulo 2 serão apresentados os diversos tipos de robôs existentes e suas
classificações, além do tipo escolhido para atender o projeto.
No capítulo 3 serão apresentados os tipos de manufatura aditiva e o tipo de
processo de fabricação escolhido para o trabalho atual.
No capítulo 4 será desenvolvida a concepção do robô manipulador.
No capítulo 5 será feito o dimensionamento, além da escolha das peças não
impressas usadas no robô e as simulações para validação do estudo.
No capítulo 6 serão dadas propostas de trabalhos futuros, para melhorias no
projeto atual e a conclusão do projeto.
1.4 História da robótica
O termo “robótica” tem como origem da palavra robô. Pode-se concluir a partir
disso que a robótica é a ciência que estuda o desenvolvimento e aplicação de robôs. O
termo robô foi usado inicialmente pelo dramaturgo checo Karen Capek, a partir da peça
teatral Rossumovi Universzální Roboti (Os Robôs Universais de Russum (R.U.R)) se
referindo a um autômato (robô) que se rebela contra o ser humano.
Figura 7 Cena da peça Rossumovi Universzální Roboti, com 3 robôs em cena [4]
7
A palavra que designou essas criaturas foi sugerida pelo seu irmão Josef, a partir
da palavra russa rabot, que significa de servo, servidão, trabalho forçado.
Em 1738, Jacques de Vaucanson fabricou um “tocador de flauta” automatizado.
Um cilindro com relevo que ao girar movimentava uma série de cames que controlavam
pistões de diferentes comprimentos, gerando diferentes tons de flauta. Jacques também
desenvolveu uma máquina de entretenimento cujo tratava-se de um mecanismo que
simulava a digestão e os movimentos de um pato mecânico. A potência mecânica era
gerada por mecanismos que utilizavam molas.
Figura 8 Pato mecânico de Jacques de Vaucanson [5]
Já a partir da publicação de 1950 Isaac Asimov, o livro “Eu, robô”, se tornou
popular o conceito de robô com aparência de pessoas. No seu livro, ele apresentou as
três Leis da Robótica, as quais definem as regras básicas para que robôs e seres
humanos convivam de forma pacífica.
1ª lei: Um robô não pode ferir um ser humano ou, por ócio, permitir que um ser
humano sofra algum mal.
2ª lei: Um robô deve obedecer às ordens que lhe sejam dadas por seres
humanos, exceto nos casos em que tais ordens contrariem a Primeira Lei.
3ª lei: Um robô deve proteger sua própria existência, desde que tal proteção não
entre em conflito com a Primeira e Segunda Leis.
Depois de algum tempo, Asimov criou uma quarta lei (conhecida como lei zero),
que diz: “Um robô não pode fazer mal à humanidade e nem, por inação, permitir que ela
sofra algum mal”.
8
O primeiro robô industrial foi o robô Unimate, desenvolvido em 1961 por George
Devol. A série de robôs Unimate 1900 foi a primeira série de braços robóticos para
automação de fábricas de veículos.
A partir disso, a General Motors (GM) se tornou a fábrica mais automatizada do
mundo, se utilizando de robôs manipuladores. Os mesmos eram capazes de construir
110 carros por hora, mais que o dobro que qualquer outra fábrica que não possuía a
tecnologia de robôs manipuladores. Depois desse exemplo, outras empresas como a
BMW, Volvo, Mercedes Benz e Fiat também instalaram o Unimate em sua linha de
produção.
Figura 9 Robô manipulador na fábrica da GM [6]
1.5 História da manufatura aditiva
As primeiras tentativas de impressão 3D começaram com Hideo Kodama, do
Instituto de Pesquisas de Nagoya no Japão, em 1981, quando este tentava desenvolver
uma técnica de prototipagem rápida. Ele inventou dois métodos de fabricação de
modelos de plástico tridimensional com polímero termofixo foto-endurecedor, onde a
exposição de UV é controlada por um padrão de máscara ou transmissor de fibra de
varredura.
Já em 1984 Charles Hull, da 3D Systems Corporation, registrou sua própria
patente para estereolitografia, na qual camadas eram adicionadas através da cura de
fotopolímeros com lasers de luz ultravioleta. Hull definiu este processo como um
9
“sistema para geração de objetos tridimensionais através da criação de padrão
transversal do objeto a ser formado”. A contribuição de Hull foi o formato de arquivo STL
(Stereolithography), o fatiamento digital e estratégias de preenchimento comuns a
muitos processos atualmente.
Figura 10 Charles Hull, criador da estereolitografia [7]
A tecnologia mais utilizada atualmente por impressoras 3D atualmente foi
inventada em 1988, o modelo FDM (fused deposition modeling), uma aplicação especial
de extrusão de plástico, que foi desenvolvido em 1988 por S. Scott Crump e
comercializado por sua companhia Stratasys, que passou a comercializar sua primeira
máquina FDM em 1992. Atualmente a Stratasys é uma das maiores empresas no setor
de manufatura aditiva.
Figura 11 Scott Crump, fundador da Stratasys [8]
Em 1993 o termo impressão 3D originalmente se referia a um processo de leito
em pó usando cabeças de impressão a jato de tinta padrão e personalizadas,
10
desenvolvido pelo MIT e comercializado pela Soligen Technologies, Extrude Hone
Corporation e Z Corporation.
Em 1995 o Instituto Fraunhofer desenvolveu o processo seletivo de fusão à laser.
Em 2009 as patentes do processo FDM expiraram, causando uma verdadeira
corrida pelas empresas para explorarem esse mercado. Os preços das impressoras
despencaram de $10,000 dólares para modelos com preços menores que $1000 dólares
e uma nova safra de fabricantes de impressoras 3D com interface amigável ao
consumidor, como por exemplo MakerBot e Ultimaker permitiram a popularização da
impressão 3D.
11
2 Classificação de robôs
Robôs podem ser classificados utilizando-se diversos critérios, entre eles:
autonomia do sistema de controle, mobilidade da base, estrutura cinemática, forma de
acionamento, graus de liberdade, geometria do espaço de trabalho, entre outros.
Figura 12 Uma forma de classificação de robôs [9]
Para este presente trabalho será restringido o foco para os robôs fixos (alguns
autores se referem a este tipo de robôs como robôs industriais, ou ainda robôs
manipuladores) uma vez que são os tipos comumente utilizados na automação industrial
e a partir da descrição de todos esses tipos será escolhido o melhor para o objetivo do
trabalho (retirada da peça da impressora 3D).
2.1 Robôs de coordenadas cartesianas
Esse robô apresenta três juntas prismáticas (PPP), resultando em um movimento
composto por três translações, no qual os eixos de movimento são coincidentes com
um sistema de coordenadas cartesiano (daí o nome robô de coordenadas cartesianas).
O volume de trabalho gerado é retangular.
12
Figura 13 Figura 2.2 Estrutura de robô cartesiano [9]
Figura 14 Volume de trabalho gerado por robô cartesiano [10]
2.2 Robôs de coordenadas cilíndricas
Os eixos de movimentos deste tipo de robô funcionam através do sistema de
coordenadas de referência cilíndrica.
É formado por duas juntas prismáticas e uma de rotação, compondo movimentos
de duas translações e uma rotação. O volume de trabalho gerado é cilíndrico.
Figura 15 Estrutura de robô cilíndrico [9]
13
Figura 16 Volume de trabalho gerado por robô cilíndrico [10]
2.3 Robô de coordenadas esféricas
Os eixos de movimento deste tipo de robô formam um sistema de coordenadas
de referência polar, com uma junta prismática e duas de rotação (PRR), compondo
movimentos de uma translação e duas rotações.
O volume de trabalho gerado é uma esfera.
Figura 17 Estrutura de robô esférico [9]
Figura 18 Volume de trabalho gerado por robô esférico [10]
14
2.4 Robô SCARA
Este robô apresenta duas juntas de rotação em paralelo para se ter movimento
num plano e uma junta perpendicular a este plano (PRR), compondo um movimento de
uma translação e duas rotações
O uso comum do SCARA é normalmente em tarefas de montagem de
componentes de pequenas dimensões, como placas de circuitos eletrônicos.
O volume de trabalho gerado é aproximadamente cilíndrico.
Figura 19 Estrutura de robô SCARA [9]
2.5 Robô articulado ou antropomórfico
Este tipo de robô apresenta pelo menos três juntas de rotação (RRR). O eixo de
movimento da junta de rotação da base é ortogonal às outras duas juntas de rotação
que são simétricas entre si.
Nesta configuração o robô apresenta maior mobilidade, já que possui
movimentos mais complexos do que os outros tipos.
O volume de trabalho depende dos graus de liberdade do robô.
Figura 20 Estrutura de robô articulado [9]
15
2.6 Robôs paralelos
Podem apresentar diferentes formas e geometrias de trabalho de acordo com os
graus de liberdade (3 a 6).
Figura 21 Robô delta (3 graus de liberdade) [9]
2.7 Escolha do tipo de robô manipulador
Analisando todos os tipos de robôs manipuladores em série (os robôs
manipuladores em paralelo foram descartados por conta da forma na qual são utilizados,
eles necessitam de espaço livre na parte superior para a manipulação dos objetos, e
muitas impressoras não possuem esse espaço livre na parte superior), podemos
concluir que é interessante a utilização do robô articulado, pois ele permite movimentos
complexos em várias direções, o que é bem interessante para este trabalho devido à
variedade de tipos de impressoras 3D, cada uma com sua geometria. Um robô
articulado pode ser bem versátil para o uso em diversos tipos de impressora, então será
o modelo escolhido para prosseguimento do trabalho.
2.8 Componentes do robô manipulador
Para se entender mais sobre robôs manipuladores, é fundamental o
conhecimento em todos os componentes de sua estrutura.
16
Figura 22 Exemplo de robô manipulador [11]
1 – Manipulador mecânico: é a parte mecânica e estrutural do robô. Fazem parte
os elementos estruturais rígidos (corpos ou elos) conectados entre si através de juntas,
onde se chama o primeiro corpo de base e o último de extremidade terminal, onde será
acoplado um componente efetuador (garra ou qualquer outro tipo de ferramenta). Como
o escopo de trabalho se restringirá à parte mecânica do robô manipulador, será
detalhada apenas nessa parte do robô.
1.1 – Elos: Os elos representam a estrutura sólida do manipulador, que se ligam
por meio das juntas. Os elos podem ter diversas formas e tamanhos dependendo da
aplicação. Eles são unidos por juntas, que permitem o movimento relativo entre eles. No
geral são fabricados em aço ou alumínio, pela necessidade de resistência mecânica à
flexão e torção.
1.2 – Juntas: As juntas são responsáveis pela ligação entre os elos, permitindo
o movimento relativo entre os mesmos em um único grau de liberdade. Geralmente são
utilizados dois tipos de juntas para compor um par cinemático formado por dois elos
adjacentes: junta de rotação ou junta prismática (junta de translação). O número de
juntas é equivalente ao número de graus de liberdade.
17
Figura 23 Juntas prismática e de revolução [12]
As juntas são responsáveis por determinar o movimento do manipulador, se é
rotacional ou de translação.
1.3 – Transmissão: Elementos responsáveis por transmitir a potência mecânica
gerada pelos atuadores aos elos, em forma de movimento. São componentes
mecânicos comuns como engrenagens, engrenagens harmônicas, correias dentadas e
correntes, guias dentadas, parafusos de acionamento, cames, entre outros.
Figura 24 Parte interior de robô manipulador, com sistema de transmissão detalhado [12]
1.4 – Efetuadores: Os efetuadores são fixados na extremidade do último elo do
robô manipulador. No caso de garras é o responsável direto pelo manuseio da peça a
ser manipulada, ou seja, fazer a movimentação do objeto a partir de uma posição inicial
18
até uma posição final. Mas existe também o caso de se fixar diversos tipos de
ferramentas, para outros tipos de trabalho, como: pontas de solda, maçaricos, bicos
para pintura, mandris, ferramentas de corte etc.
Figura 25 Exemplo de garra robótica [13]
1.5 – Atuadores: São responsáveis por converter a energia elétrica, pneumática
ou hidráulica em energia mecânica. Podem trabalhar em conjunto com o sistema de
transmissão para movimentação dos elos, caso haja a necessidade de sistema de
transmissão no projeto.
Figura 26 Atuador pneumático [14]
Figura 27 Servo motor (atuador elétrico) [15]
19
3 Tipos de Manufatura Aditiva
Existem diversos tipos de manufatura aditiva, como vista na contextualização
histórica. Neste capítulo serão explicitadas as principais técnicas utilizadas atualmente,
e qual tipo foi escolhido para a concepção do braço robótico.
3.1 Estereolitografia
A estereoliografia, também conhecida como SLA ou SL, é um dos métodos mais
detalhados de manufatura aditiva que existe atualmente. Este método utiliza um
recipiente com fotopolímeros líquidos de resina para estereolitografia (uma substância
que se solidifica em exposição a um raio laser ultravioleta). O modelo 3D é construído
camada por camada, sobre uma plataforma móvel. O laser se projeta no recipiente,
solidificando as partes necessárias para se chegar na criação do protótipo de SLA.
Figura 28 Processo de Estereolitografia [16]
Quando se completa uma camada a plataforma móvel é rebaixada a uma
distância que corresponde à espessura de uma camada de material a ser utilizado
(geralmente entre 0,05 mm e 0,15 mm). Isso faz com que a superfície do líquido fique
exposta, permitindo que o laser comece novamente a traçar uma nova camada, que
será colocada em cima da anterior. Quando o processo se encerra, o item 3D impresso
é limpo em uma solução química para se remover o excesso de resina. E finalmente o
objeto é colocado em um forno de ultravioleta, para ganhar rigidez.
Entre as vantagens da estereolitografia estão:
20
Processo rápido, que leva curtos períodos de tempo e possibilita a
criação de produtos funcionais dentro de um dia. O tempo de
fabricação depende da complexidade e do tamanho da peça a ser
produzida, podem variar de algumas horas a mais de um dia.
Durabilidade dos objetos criados.
Possui ótimo acabamento superficial, sendo usado para projetos
artísticos, decorações, prototipagem de joias e outros diversos
trabalhos de design.
Entre as desvantagens estão:
É um processo caro. Os fotopolímeros líquidos necessários custam
entre 70 e 220 euros. Já as impressoras podem custar mais de
100.000 euros.
Figura 29 Exemplo de estereolitografia [17]
3.2 Sinterização Seletiva a Laser
A Sinterização Seletiva a Laser, também conhecida como SLS (Selective Laser
Sintering), utiliza um laser de CO2 de alta potência para fundir pequenas partículas de
material em pó para criar as peças em 3D. O laser funde o material em pó através de
varredura das seções cruzadas X e Y na superfície de uma camada de pó. O modelo é
criado uma camada por vez utilizando os dados enviados pelo arquivo CAD.
Entre as vantagens da Sinterização Seletiva a Laser estão:
21
Possui a capacidade de produção de peças 3D complexas e bem
detalhadas.
Velocidade do processo, quando comparado com outras técnicas de
impressão 3D.
O modelo é fabricado em apenas uma única etapa de processo.
Peças com alta resistência mecânica.
Não é necessário material de suporte para impressão.
Entre as desvantagens estão:
O equipamento é grande, impedindo o uso em ambientes menores.
Processo de custo alto, por conta dos equipamentos e consumíveis
terem elevado custo.
O pó é uma matéria-prima que pode ser perigosa caso seja inalada.
É um processo que necessita de pós-processamento, aumentando o
espaço necessário de trabalho e custos adicionais.
Figura 30 Processo de manufatura por SLS [18]
3.3 Fabricação por Filamento Fundido (FDM)
O processo de Fabricação por Filamento Fundido (FFF ou FDM) é o processo
de impressão 3D mais comumente utilizado, por conta de ser um processo de fácil
22
aprendizado e também por possuir máquinas e consumíveis mais baratos (plástico
fundido).
É um processo que usa um fio de plástico como matéria-prima. Esse fio plástico
também é conhecido como filamento. Esses filamentos possuem diâmetro de 1,75 mm
ou 2,85 mm. Neste tipo de processo o filamento é derretido por um bico de extrusão e
depositado sobre uma base através de camadas, uma sobre a outra, até que se chegue
ao item desejado. A altura das camadas pode variar de 0.05 mm até 0.4 mm,
dependendo das configurações da impressora. Quanto menor a altura das camadas,
melhor o acabamento das peças, porém em contrapartida se tem o aumento do tempo
de impressão.
Entre as vantagens estão:
Equipamento simples de operar e realizar manutenção.
Equipamento possui diversos modelos com versões mais acessíveis
que outros processos por manufatura aditiva.
Equipamento compacto, sendo o ideal para escritório.
O processo acontece em uma única estação, sendo desnecessário a
necessidade de equipamentos adicionais.
É um processo que dispõe de uma ampla variedade de materiais.
Entre as desvantagens estão:
As linhas das camadas da impressão são visíveis (para acabamentos
que exigem melhor estética esse processo não é o ideal).
A peça a ser produzida pode precisar da retirada de material de
suporte, que é necessário para esse tipo de fabricação.
Se a adesão entre camadas não for ideal, a peça terá propriedades
mecânicas anisotrópicas).
23
Figura 31 Impressoras Ultimaker 3 produzindo peças [18]
3.4 Processamento de luz direta (DLP)
Processo semelhante ao processo SLA, pois também utiliza resina com
fotopolímeros. A diferença é que ao invés de usar um laser UV, é usada outra fonte de
luz, que pode ser uma tela LCD ou projetor que projeta a camada inteira de uma única
vez.
Esse tipo de processo possui as mesmas vantagens e desvantagens do
processo SLA.
Figura 32 Impressão 3D DLP [19]
3.5 Multijet
Tecnologia mais recente nesse mercado de manufatura aditiva, é um processo no
qual a cabeça de impressão se move sobre uma superfície plana. É depositava uma
resina plástica e ao mesmo tempo se emite uma luz ultravioleta com objetivo de
endurecer essa resina. Também pode-se depositar material solúvel com o plástico com
objetivo de remover mais facilmente os suportes.
24
Entre as vantagens estão:
Peças precisas.
Peças duráveis.
Peças com ótimo acabamento.
Capacidade de produção de geometrias complexas.
Entre as desvantagens estão:
Processo mais caro que todos os outros vistos até agora
Figura 33 Impressora Multijet da HP [20]
3.6 Escolha do tipo de manufatura aditiva
O tipo de manufatura escolhido para a fabricação do braço será o FDM (Fused
deposition modeling), por conta de ser um modelo acessível, de baixo custo, bastante
popular no mercado e que possui um método de operação bem simples, o que tornaria
possível qualquer pessoa fabricar seu próprio braço robótico. Existem modelos de
impressora 3D FDM com custo abaixo de R$ 3.000,00, como o modelo 3d Finder
Flashforge (Figura 34).
Figura 34 Modelo 3d Finder Flashforge (retirado do site Submarino.com.br)
25
3.7 Material Utilizado
O material utilizado pelo método de impressão FDM é o de termoplásticos, que
são materiais que ficam maleáveis quando são superaquecidos. Esse processo pode
ser repetido inúmeras vezes sem afetar a integridade do material. Normalmente se
encontram enrolados em bobinas.
Existem diversos tipos de termoplásticos utilizados nessa tecnologia, porém o
foco será dado nos dois tipos mais comuns para impressão 3D por FDM: ABS
(Acrilonitrila butadieno estireno) e PLA (Poliácido Láctico).
3.7.1 ABS
O termoplástico ABS é um material derivado do petróleo amplamente usado na
indústria. E um dos usos inclui impressão 3D. É composto da combinação de
acrilonitrila, butadieno e estireno. Por ser derivado do petróleo, libera gases durante a
extrusão, então deve ser utilizado em ambiente arejado.
Possui aspecto fosco, rigidez, é resistente a impactos, possui leve flexibilidade
quando comparado ao PLA, permitindo pequenas deformações ou flexão da peça,
podendo ser útil para peças que necessitam de encaixes na montagem. Além disso, são
resistentes a temperaturas altas.
Possui como desvantagem um coeficiente de contração muito alto, fazendo com
que se torne desvantajoso a impressão de peças grandes, já que se deformarão devido
a esse coeficiente de contração.
3.7.2 PLA
O PLA é um termoplástico do tipo poliéster. É produzido a partir de fontes
renováveis como amido de milho, raízes de mandioca e cana, sendo uma opção mais
ecológica. É degradado em 24 meses se enterrado ou 48 meses em água.
Apresenta aspecto brilhante e é disponível em diversas cores opacas e
translúcidas. Apresenta elevada rigidez e resistência.
Diferentemente do ABS, apresenta baixa contração, o que faz com que produza
peças mais precisas dimensionalmente e mais reais nos detalhes, cantos mais
26
acentuados e melhor acabamento superficial. Pode ser impresso em mesa não
aquecida, o que é bem interessante já que nem todas as impressoras possuem
aquecimento na mesa.
Como desvantagem possui baixa resistência ao atrito e a temperaturas elevadas,
ou seja, se desgasta facilmente quando submetido a essas condições. O material pode
ser lixado e usinado, porém devido ao calor gerado nessas situações deve-se ter
cuidado para não deformar a peça.
3.7.3 Tabela comparativa
Na tabela 1 pode-se obter um comparativo entre as propriedades dos materiais
ABS e PLA:
Tabela comparativa Propriedades ABS PLA
Resistência à tração no limite 39 MPa 49,5 MPa Resistência à tração na ruptura 33,9MPa 45,6 MPa Alongamento no limite 3,50% 3,3% Alongamento na ruptura 5% 5,2% Massa específica 1,1 g/cm3 1,24 g/cm3
Tabela 1 Comparação entre ABS e PLA [21, 22]
3.7.4 Material escolhido
O material escolhido é o PLA, por conta de possuir maior facilidade de
fabricação, uma vez que não exige aquecimento na mesa. Além disso, possui menor
contração se comparado ao ABS, ou seja, é menos suscetível a falhas durante a
fabricação, como empenamentos e descolamento da mesa. Além disso, por ser
derivado de fontes renováveis, não é tóxico, o que faz com que possa ser fabricado em
ambientes não arejados (fechados). O maior problema com relação ao PLA é o fato de
possuir temperatura de transição vítrea baixa (60º C), o que exige trabalho em
temperaturas baixas, para não danificação do material.
27
4 Concepção do robô manipulador
O presente tabalho focará na parte de concepção do projeto. Uma vez que foi
verificada a necessidade de um robô manipulador para retirada de peças de impressora
3D, será realizado todo o trabalho inicial de concepção do robô, o desenvolvimento
inicial da ideia, com cálculos estáticos e dinâmicos, além do modelo protótipo inicial.
4.1 Especificações de projeto
O robô manipulador deverá atender às seguintes especificações de projeto:
Alcance do braço: será definido a partir do comprimento da mesa da
impressora (volume de trabalho). O alcance do braço deve cobrir pelo
menos 80% da área da mesa
Material utilizado: material impresso sempre que possível (PLA)
Graus de liberdade: quatro
Modelo: manipulador articulado
Curso da garra robótica: 50 mm
Peso da peça a ser retirada: máximo de 0,2 kg (massa aproximada de
uma peça com dimensões 50 x 50 x 50 utilizando material PLA).
Fator de segurança F.S. = 3
Tipo de impressora atendido: modelos abertos (sem fechamento lateral)
4.2 Volume de trabalho
O volume de trabalho do manipulador é definido pela região na qual o mesmo
pode posicionar o efetuador final (para o presente trabalho será a garra robótica). Na
figura 35 encontra-se uma representação do volume de trabalho do robô, onde R
representa o robô em posição completamente estendida e r representa o robô com a
garra robótica sem estar completamente estendida.
28
Figura 35 Representação do volume de trabalho de um robô [23]
Para o presente trabalho, o volume de trabalho do robô manipulador será
baseado no alcance necessário para o braço do robô chegar até a peça impressa na
mesa de impressão, segurar a peça com a garra, retirar a peça da mesa e levar até um
espaço fora da impressora. O primeiro passo é tomar como exemplo um modelo de
impressora para que as dimensões da mesa sejam utilizadas de base para o projeto. O
modelo selecionado foi a Stella 2, uma vez que é um modelo de impressora reconhecido
no mercado por ser bastante acessível e fabricar peças com boa qualidade (Figura 36).
Além disso, é um modelo de impressora aberto, o que facilita o trabalho do robô
manipulador, pois o mesmo não terá restrições de movimentação no espaço de retirada
da peça.
Figura 36 Impressora Stella 2 [24]
As dimensões da mesa da impressora Stella 2 [25] são de 220 mm x 320 mm. A
partir do teorema de Pitágoras:
d = c + 𝑙
29
Onde: d = diagonal da mesa, c = comprimento da mesa e l = largura da mesa,
chega-se em d = 388,3 mm ou aproximadamente 390 mm de diagonal da mesa.
Figura 37 Representação da mesa de impressão (Autoria própria)
Encontra-se a área da mesa A = 220 x 320 = 70.400 mm².
Foi escolhido um comprimento inicial de 300 mm para o braço robótico (Figura
38).
Figura 38 Representação esquemática do alcance do robô (Autoria própria)
Através do alcance encontra-se uma representação do volume de trabalho do
robô manipulador (Figura 39).
30
Figura 39 Estimativa de volume de trabalho (Autoria própria)
Utilizando-se o comando Area do software AutoCAD, encontra-se a área da
mesa coberta pelo robô manipulador com o comprimento de 300 mm (Figura 40).
Figura 40 Área da mesa coberta pelo robô manipulador (Autoria própria)
Chega-se em A = 59.232 mm² de área coberta pelo robô manipulador. Em
termos percentuais, A% = Área da mesa coberta pelo robô manipulador/Área total da
mesa = 59.232/70.400 = 84,1%. Logo, o comprimento de 300 mm atende ao objetivo
inicial de cobrir 80% de área da mesa.
31
Figura 41 Estimativa de volume de trabalho (Autoria própria)
4.3 Cinemática
A cadeia cinemática de um robô manipulador é composta de uma sequência de
elos conectados por juntas, como visto na seção 2.8 do presente trabalho. A cadeia
começa na base do robô e termina no efetuador final.
A cinemática do manipulador robótico é a descrição do movimento com relação
a um sistema de referência fixo independentemente das forças inerciais e externas
atuantes, ou seja, é a relação analítica entre as variáveis de junta e posição e orientação
do efetuador.
Os três principais tipos de análises cinemáticas são: direta, inversa e diferencial.
A cinemática direta tem como objetivo encontrar a localização do efetuador final
com relação a um sistema de coordenadas de referência.
Na cinemática inversa, as posições de cada uma das juntas são determinadas
em função da posição e orientação que se deseja para o efetuador final.
Na cinemática diferencial se relacionam as velocidades lineares e velocidades
angulares do efetuador final com relação às velocidades lineares e angulares das juntas.
Na seção a seguir será explicitada a Convenção de Denavit-Hartenberg, um
método de cinemática direta.
4.3.1 Convenção de Denavit-Hartenberg
A Convenção de Denavit-Hartenberg (D-H) é um dos métodos mais utilizados
pelo meio científico na área da robótica, para resolução cinemática de robôs
32
manipuladores. Esse tipo de método tem como objetivo utilizar um conjunto de regras
para se definir a posição relativa e orientação entre dois elos consecutivos [26].
Denavit e Hartenberg criaram em 1955 este método sistemático representado
por uma matriz de transformação homogênea 4 x 4, capaz de descrever as relações de
translação e rotação entre elos adjacentes [10].
Nesse método, cada elo é associado a um sistema de coordenadas local, fixo
relativamente ao elo. Com isto, através de transformações sequenciais, os
deslocamentos locais dos elos adjacentes da cadeia cinemática expressos por
coordenadas locais podem ser transformados em termos de coordenadas da base,
compondo, portanto, o sistema de referência inercial [10].
Através de uma sequência de operações , chega-se na matriz de transformação
homogênea para uma junta de rotação (θ variável). Pode-se definir os parâmetros de
Denavit-Hartenberg a partir dessa matriz, uma vez que todas as juntas do robô do
presente trabalho são de rotação. Analisando a figura 42, se constata que o caminho
que o referencial i-1 percorre até chegar no referencial i é representado por sucessivas
operações de rotação e translação.
Figura 42 Representação dos Parâmetros D-H [27]
A sequência de operações segue a seguinte ordem:
1. Rot (𝛉𝒊, 𝒛): Rotação de θ no eixo z , para que haja o deslocamento angular
de x em relação a x .
2. Trans (0, 0,𝐝𝒊): Translação de d ao longo de z , para deslocar o eixo x
com relação a x .
33
3. Trans (𝐚𝒊, 𝟎, 𝟎): Translação de a ao longo de x , para deslocar linearmente
as origens dos sistemas de referência i − 1 e 𝑖, e também os eixos x e x .
4. Rot (𝐚𝒊, 𝒙𝒊): Rotação de α ao longo do eixo x , para que os dois sistemas de
referência coincidam.
Após essa sequência de operações, chega-se na seguinte matriz:
𝑇
cos θ −cos α ∗ 𝑠𝑒𝑛 θ 𝑠𝑒𝑛 α ∗ 𝑠𝑒𝑛 θ a ∗ cos θ
𝑠𝑒𝑛 θ cos α ∗ cos θ −𝑠𝑒𝑛 α ∗ cos θ a ∗ sen θ
00
𝑠𝑒𝑛 0
cos α 𝑑 0 1
Onde:
ai – Distância de zi-1 até zi medido ao longo de xi
αi – Ângulo entre zi-1 e zi ao longo de xi
di – Distância entre xi-1 e xi, medida ao longo de zi-1
θ - Ângulo entre xi-1 e xi, medido em zi-1
Na figura 43 está representado o robô manipulador, com quatro graus de
liberdade, em que todas as juntas são de rotação.
Figura 43 Representação do robô manipulador (Autoria própria)
A figura 44 mostra as medidas entre as juntas estimadas a partir do alcance do
robô.
34
Figura 44 Estimativa da medida entre as juntas (Autoria própria)
Na tabela 2 estão definidos os parâmetros D-H para o presente projeto. Os
parâmetros de θimin e θimax estão inicialmente definidos a partir da geometria do robô.
ai [mm] αi di [mm] θi (º) θimin (º) θimax (º) Elo 1 0 π/2 50 θ1 (Variável) 0 180 Elo 2 125 0 0 θ2 (Variável) -30 90 Elo 3 125 0 0 θ3 (Variável) -80 90 Elo 4 50 0 0 Θ4 (Variável) 0 180
Tabela 2 Parâmetros D-H
As matrizes de transformação para cada elo do robô manipulador são as
seguintes:
𝑇 =
cos θ 0 𝑠𝑒𝑛 θ 0
𝑠𝑒𝑛 θ 0 −cos θ 0
00
10
0 0,05 0 1
𝑇 =
cos θ −𝑠𝑒𝑛 θ 0 0,125 ∗ cos θ
𝑠𝑒𝑛 θ cos θ 0 0,125 ∗ sen θ00
00
1 0 0 1
𝑇 =
cos θ −𝑠𝑒𝑛 θ 0 0,125 cos θ
𝑠𝑒𝑛 θ cos θ 0 0,125 𝑠𝑒𝑛 θ 00
00
1 0 0 1
𝑇 =
cos θ −𝑠𝑒𝑛 θ 0 0𝑠𝑒𝑛 θ cos θ 0 0
00
00
1 0,050 0 1
35
A partir das matrizes de transformação homogênea de cada junta, chega-se na
matriz de transformação homogênea composta:
𝑇 = 𝑇 𝑇 𝑇 𝑇
𝑇 =
cos θ 0 𝑠𝑒𝑛 θ 0
𝑠𝑒𝑛 θ 0 −cos θ 0
00
10
0 0,05 0 1
cos θ −𝑠𝑒𝑛 θ 0 0,125 ∗ cos θ
𝑠𝑒𝑛 θ cos θ 0 0,125 ∗ sen θ00
00
1 0 0 1
cos θ −𝑠𝑒𝑛 θ 0 0,125 cos θ
𝑠𝑒𝑛 θ cos θ 0 0,125 𝑠𝑒𝑛 θ 00
00
1 0 0 1
cos θ −𝑠𝑒𝑛 θ 0 0𝑠𝑒𝑛 θ cos θ 0 0
00
00
1 0,050 0 1
= 𝑋 𝑌 𝑍 𝑃0 0 0 1
Onde 𝑋 , 𝑌 e 𝑍 são versores da matriz de rotação 𝑇 e 𝑃 é o vetor posição
da origem do SCR 4 em 0 [10].
Através do cálculo dos versores chega-se em:
𝑋 =
−𝐶4[C1S2S3 − C1C2C3] − 𝑆4[𝐶1𝐶2𝑆3 + 𝐶1𝐶3𝑆2]
−𝐶4[𝑆1𝑆2𝑆3 − 𝐶2𝐶3𝑆1] − 𝑆4[𝐶2𝑆1𝑆3 + 𝐶3𝑆1𝑆2]
𝐶4[𝐶2𝑆3 + 𝐶3𝑆2] + 𝑆4[𝐶2𝐶3 − 𝑆2𝑆3]
𝑌 =
𝑆4[𝐶1𝑆2𝑆3 − 𝐶1𝐶2𝐶3] − 𝐶4[𝐶1𝐶2𝑆3 + 𝐶1𝐶3𝑆2]
𝑆4[𝑆1𝑆2𝑆3 − 𝐶2𝐶3𝑆1] − 𝐶4[𝐶2𝑆1𝑆3 + 𝐶3𝑆1𝑆2]
𝐶4[𝐶2𝐶3 − 𝑆2𝑆3] − 𝑆4[𝐶2𝑆3 + 𝐶3𝑆2]
𝑍 = 𝑆1
−𝐶10
𝑃 =
0,05𝑆1 + 0,125[𝐶1𝐶2] − 0,125[𝐶1𝑆2𝑆3] + 0,125[𝐶1𝐶2𝐶3]
0,125[𝐶2𝑆1] − 0,05𝐶1 − 0,125[𝑆1𝑆2𝑆3] + 0,125[𝐶2𝐶3𝑆1]
0,125𝑆2 + 0,125[𝐶2𝑆3] + 0,125[𝐶3𝑆2] + 0,05
A partir dos parâmetros de Denavit-Hartenberg, pode-se modelar utilizando o
software Matlab uma simulação da movimentação do robô manipulador, através da
ferramenta Robotic Toolbox. As posições selecionadas foram na posição com o elo 2
completamente estendido na vertical e os elos 3 e 4 completamente estendidos na
horizontal, que será vista futuramente como posição de cálculos estáticos (Figura 45);
na posição teórica de captura na mesa de impressão com os elos 2, 3 e 4
36
completamente estendidos (Figura 46) e na posição de retirada da peça da mesa
novamente os elos 2,3 e 4 completamente estendidos (Figura 47). No anexo I se
encontram os códigos utilizados para cada posição.
Figura 45 Posição 1 do robô manipulador (Autoria própria)
Figura 46 Posição 2 do robô manipulador (Autoria própria)
Figura 47 Posição 3 do robô manipulador (Autoria própria)
37
Também foi desenvolvido um código que permite verificar a movimentação do
robô manipulador, através da modificação dos parâmetros de rotação do mesmo. Se
definem os pontos finais de posição do robô. O código se encontra em anexo.
4.4 Estática
ROMANO [10] define que a análise estática para um manipulador é obtida
através da análise de cada elo isolado, onde os elos adjacentes contribuem com forças
e torques e que considerando todas as forças e torques que agem em um elo i, pode-
se chegar às expressões da força 𝑓 e do torque 𝑛.
Para começar a análise, serão definidos os pontos de atuação das forças. Os
pontos estão definidos na figura 48. O ponto 4 é o ponto onde atuará o peso da peça a
ser retirada da mesa de impressão. Os pontos 3, 2, 1 e 0 são os pontos onde ocorrem
as reações, ou seja, nas juntas. Também constam os pontos onde se encontram os
esforços causados pelo centro de massa de cada elo. Para a análise inicial serão
levados em consideração apenas as reações nas juntas que possuem grau de liberdade
no plano XY, ou seja, a junta 0 não será levada em consideração.
Figura 48 Pontos de atuação das forças e reações (Autoria Própria)
Deve-se analisar as cargas atuantes em cada elo do robô manipulador, para se
encontrar as reações nas juntas. A força 𝑓 será definida como a força atuante na garra
do robô.
38
Verificação dos esforços nos elos:
Elo 4:
Equação de balanço de forças:
𝐹 = 0
𝑓 = 𝑓 𝑠𝑒𝑛 Ø
𝑓 − 𝑚3𝑔 − 𝑓 𝑐𝑜𝑠 Ø = 0
𝑓 = (𝑓3𝑥) + (𝑓3𝑦)
Equação de balanço de momentos:
𝑀 = 0
𝑛 = 𝑟∗^𝑚 𝑔 + 𝑃 ^ 𝑓
. Figura 49 Esforços atuantes no elo 4 (Autoria Própria)
Elo 3:
Equação de balanço de forças:
𝐹 = 0
𝑓 = 𝑓
𝐹 = 0
𝑓 − 𝑚2𝑔 − 𝑓 = 0
𝑓 = (𝑓 )2
+ (𝑓 )2
39
Equação de balanço de momentos:
𝑀 = 0
𝑛 = 𝑟∗^𝑚 𝑔 + 𝑛3 + 𝑃 ^ 𝑓3
Figura 50 Esforços atuantes no elo 3 (Autoria Própria)
Elo 2:
Equação de balanço de forças:
𝐹 = 0
𝑓 = 𝑓
𝐹 = 0
𝑓 − 𝑚1𝑔 − 𝑓 = 0
𝑓 = (𝑓 )2
+ (𝑓 )2
Equação de balanço de momentos:
𝑀 = 0
𝑛 = 𝑟∗^𝑚 𝑔 + 𝑛2 + 𝑃 ^ 𝑓2
40
Figura 51 Esforços atuantes no elo 2 (Autoria Prória)
Nota-se que para efeitos de cálculo estático, deve-se estimar o valor inicial da
massa de cada elo (𝑚 , 𝑚 𝑒 𝑚 ). Além disso, deve-se também estimar o comprimento
inicial de cada elo, baseado no comprimento total definido no item 4.2 (300 mm).
Os elos 2 e 3 terão comprimento inicial de 125 mm cada, e a garra robótica terá
o comprimento de 50 mm, como foi definido na figura 44.
Utilizando-se o software Solid Works, pode-se encontrar a estimativa de massa
para cada elo. Além do comprimento, foi escolhido um valor inicial de dimensões da
área transversal para cada elo de 50 mm x 50 mm.
Figura 52 Representação dos elos 2 e 3 para cálculo de massa (Autoria própria)
Selecionando o material PLA, e utilizando o commando Mass properties, o
programa retorna o valor da massa. Encontra-se m = 0,32 kg para os elos 2 e 3.
Faz-se o mesmo para o cálculo da massa do pulso + garra robótica. A área
transversal escolhida foi a mesma utilizada para os elos 2 e 3.
41
Figura 53 Representação do elo 4 para cálculo de massa (Autoria Própria)
A massa encontrada foi m = 0,13 kg.
Outro fator a ser levado em consideração nos cálculos é o fator de segurança.
Sabe que a carga máxima a ser levantada é de 0,2 kg (aproximadamente 2 N). Uma
vez que tem-se F.S. = 3, e sabe-se que:
𝐹. 𝑆. =𝐹
𝐹
Chega-se em 𝐹 = 6 N. Para efeitos de cálculo será utilizado 𝐹 = 𝑓 = 6 N.
A carga será considerada sendo aplicada com θ = 0º, já que a carga da peça estará
perpendicular à direção do pulso da garra robótica.
Para efeitos de cálculo, também é necessário definir uma posição inicial para
o robô manipulador, para se substituir os vetores de posição nos cálculos. A posição
escolhida foi a posição com os elos 4, 3 e 2 completamente estendidos, por ser a
posição mais crítica de projeto, já que todas as cargas estarão realizando momento
na junta 1.
Figura 54 Configuração do braço robótico para cálculos (Autoria Própria)
42
Utilizando as posições definidas na Figura 54 e as massas definidas a partir
do Solid Works, encontram-se os valores das reações nas juntas. Os valores das
variáveis utilizadas para os cálculos se encontram no anexo II.
Tabela 3 Forças atuantes nas juntas do robô
Tabela 4 Torques atuantes nas juntas do robô
Para se encontrar o torque T necessário no elo 0, considerando o caso crítico
(Figura 54) deve-se utilizar a seguinte formula:
𝑇 = 𝐼α
Onde I = Momento de Inércia do braço completamente esticado e α = aceleração
angular do atuador. Será arbitrado 30º/s² = π/6 rad/s² para a aceleração angular e o
momento de inércia foi encontrado utilizando-se o software Solid Works, através do
comando Mass Properties. Chega-se em I = 318,75 kg/mm² aproximadamente.
Resolvendo a equação com os valores encontrados, encontra-se T = 166,8 N.mm.
Conclui-se que o torque necessário na base é bem inferior aos torques necessários nas
outras juntas.
4.5 Protótipo
Com base no alcance definido em 4.2 e em outros modelos já existentes ([28] e
[29]), além das cargas encontradas em 4.4, desenvolve-se o modelo conceitual. O braço
robótico foi modelado utilizando-se o software Solid Works 2018, software utilizado para
criação de projetos tridimensionais, especialmente projetos mecânicos.
43
A estrutura pode ser rígida ou flexível. Como o método de impressão escolhido
foi por FDM e os materiais mais comuns nesse método são ABS e PLA (ambos rígidos),
a estrutura será rígida. Como foi visto na seção 3.7.4, o material escolhido é o PLA.
Nos próximos tópicos serão apresentados todos os itens produzidos por
manufatura aditiva no projeto.
4.5.1 Base
A primeira parte da base apresenta o espaço para a entrada de um servomotor,
construção para rolamentos e passagem de eixo. Essa parte serve de apoio para o resto
do braço.
Figura 55 Parte 1 da Base do robô manipulador (Autoria Própria)
A segunda parte da base é responsável por apoiar o servomotor que fornecerá
o torque necessário para o movimento do elo 2, além dos espaços para os rolamentos
e furos para passagem do eixo.
Figura 56 Parte 2 da base do robô manipulador (Autoria Própria)
44
4.5.2 Braço (elo 2)
O braço apresenta furos para passagem dos eixos, espaço para servo motor,
batente e furos para parafusos de fixação, além do espaço para os rolamentos.
Figura 57 Braço do robô manipulador (Autoria Própria)
4.5.3 Antebraço (elo 3)
O antebraço do robô manipulador apresenta os mesmos itens do braço (furos
para passagem dos eixos, batentes, espaço para rolamentos e espaço para servo
motor).
Figura 58 Antebraço do robô manipulador (Autoria Própria)
4.5.4 Garra robótica (elo 4)
O punho da garra apresenta furos para suportar a garra, espaço para entrada de
eixo e furos para parafusos de fixação.
45
Figura 59 Punho da Garra robótica (Autoria Própria)
A garra robótica apresenta espaço para entrada de servo motor e o movimento
é realizado através de engrenagens. Todos os parafusos, porcas e arruelas estão
instalados, além do servo motor.
Figura 60 Garra robótica em vista isométrica (Autoria Própria)
Figura 61 Parte inferior da garra robótica (Autoria Própria)
4.5.5 Buchas do eixo e do servo motor
São as buchas responsáveis por acoplar o servo motor ao eixo, e estão
representadas nas figuras 62 e 63.
46
Figura 62 Bucha do eixo
Figura 63 Bucha do servo motor
4.5.6 Sistema de transmissão
O sistema de transmissão utilizado para a movimentação dos elos 2, 3 e 4 com
o torque fornecido pelos atuadores é por meio de eixos acoplados aos servos motores,
através das buchas. Parafusos de fixação passam através dos elos e são encaixados
nos eixos, permitindo assim a movimentação dos elos. O apoio dos eixos é feito através
de rolamentos e anéis de retenção impedem a movimentação axial.
A movimentação da base (elo 1) utiliza o mesmo sistema de eixos acoplado ao
servo motor através das buchas, porém a transmissão de torque é feita através uma
chaveta feita no eixo e um rasgo na base, com os dois itens encaixados.
Já para a movimentação da garra robótica é utilizada uma bucha acoplada ao
servo motor, e essa bucha possui uma engrenagem. A partir do movimento da bucha, a
engrenagem gira e transmite o movimento para a segunda engrenagem, permitindo o
movimento sincronizado da garra robótica.
No anexo II encontra-se em vista explodida os sistemas de transmissão para os
elos e para a garra.
47
4.5.7 Montagem
Na figura 64 encontra-se o protótipo, com todos os componentes montados em
conjunto, com parafusos, porcas, arruelas, rolamentos, anéis de retenção, eixos e servo
motores, além dos elos fabricados por manufatura aditiva. Foi utilizada a ferramenta de
renderização do software Solid Works para a geração da imagem. No anexo 2
encontram-se em maiores detalhes os desenhos do protótipo, além das medidas do
mesmo.
Figura 64 Montagem do robô manipulador renderizado (Autoria Própria)
48
5 Dimensionamento e escolha de peças
Neste capítulo serão detalhadas todas as peças utilizadas na concepção do robô
manipulador. Além disso, serão feitas simulações para a verificação de como os
esforços atuam nos elos.
5.1 Eixos
Pode-se encontrar um D mínimo para se utilizar no projeto, através do critério
das máximas tensões cisalhantes (M.T.C). Serão realizados os cálculos para o eixo
onde atua a maior carga, ou seja, o eixo da junta 1.
A partir da formula de M.T.C. [30]:
𝑑 = {32 ∗ 𝐶𝑆
𝜋 ∗ 𝑆∗ (𝑀 + 𝑇 ) / } /
Onde CS = 3 (definido na concepção do projeto), Sy = 350 MPa (aço SAE 1020,
material utilizado para o eixo), M será definido pelo diagrama de momento fletor e T =
2957,5 N.mm (tabela 4).
Figura 65 Representação do eixo 1
O eixo possui comprimento de 90 mm. Traça-se o diagrama de momento fletor
para se encontrar o maior momento M atuante no eixo. O momento fletor para a seção
1 será:
𝑀(𝑥) = 6,85𝑥
Já para a segunda seção será:
𝑀(𝑥) = −6,85𝑥 + 0,6165
Traça-se o gráfico de momento fletor a partir das equações das duas seções:
49
Figura 66 Momento fletor do eixo 1 (Autoria Própria)
Encontra-se o maior momento em x = 45 mm, sendo que M = 308,25 N*mm. A
partir de todos os valores definidos, chega-se em d = 6,4 mm.
Para efeitos de modelagem, foi utilizado o diâmetro base de 10 mm para todos
os eixos, pensando na montagem de todos os itens, como rolamentos e aneis de
retenção, uma vez que diâmetros menores possuem maior dificuldade geométrica de
montagem. Também foi pensado em possíveis aumentos de carga para projetos futuros.
Porém verifica-se que qualquer diâmetro acima de 6,4 mm suporta as cargas atuantes
para o projeto atual.
5.2 Atuadores
O atuador escolhido foi o servo motor, uma vez que é um componente leve, de
fácil utilização e que fornece o torque necessário para o projeto. O servo motor foi
escolhido com base nos torques encontrados na tabela 4. Foi utilizado o caso mais
crítico para a escolha do motor. O servo motor escolhido é o TowerPro MG959, que se
encontra na Figura 67. A tabela 5 mostra as especificações do servomotor.
0
-34,25
-68,5
-102,75
-137
-171,25-205,5
-239,75
-274
-308,25
-274
-239,75
-205,5
-171,25
-137
-102,75
-68,5
-34,25
0
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
00 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
N*m
m
mm
Diagrama de Momento Fletor do eixo 1
50
Figura 67 Servo motor Tower Pro MG959 [31]
Servo motor Tower Pro MG995 Voltagem
(V) Velocidade
(s/60º) Torque fornecido
(kgf.cm) Torque fornecido
(N.mm) Dimensões
(mm) Peso (g)
6,0 0,13 32 3138 40,2x20,1x38,7 67.0 Tabela 5 Especificações do servo motor TowerPro MG959 [31]
5.3 Rolamentos
Conforme define a NSK [32] rolamentos são elementos mecânicos responsáveis
pela transferência de movimento, ou seja, guiar e suportar componentes que giram em
relação um ao outro. Além disso, são responsáveis por transferência de forças.
Pela definição da SKF [33], os rolamentos rígidos de esferas suportam cargas
radiais e axiais altas, exigem pouca manutenção e são o tipo mais comumente
utilizados. Então para a concepção do robô foi escolhido o rolamento rígido de esferas.
Os rolamentos selecionados para o presente projeto foram escolhidos com base
no diâmetro do eixo (10 mm), a partir do catálogo da SKF. Escolheu-se o menor
rolamento possível a partir do diâmetro do eixo, para efeitos de compactação do robô
manipulador.
51
Figura 68 Rolamento SFK 61800 [34]
5.4 Anéis de retenção
O anel de retenção é responsável por impedir o deslocamento axial do eixo,
quando instalado na parede do mesmo através de um rebaixo. O anel foi escolhido com
base no diâmetro do eixo (10 mm). O anel foi escolhido através do catálogo da empresa
Anel Ret.
Figura 69 Anel de retenção Anel Ret escolhido [35]
5.5 Parafusos, porcas e arruelas
Parafusos são elementos de união entre dois ou mais componentes mecânicos.
Uma vez que os esforços mecânicos atuantes são relativamente baixos, a escolha do
tipo de parafuso foi com base na geometria da peça onde seria instalada. Foram
utilizados parafusos M2 e M3 de fenda cruzada para união dos elementos mecânicos e
parafusos M3 do tipo sextavado interno para travar o movimento dos eixos quando
52
necessário, permitindo a movimentação do elo. Para isso foi utilizado o catálogo da
empresa Ciser, que fornece uma boa variedade de parafusos.
Figura 70 Parafusos M2 e M3 Cabeça Panela Phillips [36]
53
Figura 71 Parafuso M3 sextavado interno [36]
As porcas servem para garantir a fixação dos parafusos nos elementos aos quais
os mesmos estão unindo. As porcas utilizadas foram do tipo sextavada de diâmetros
nominal 2 mm e 3 mm. Também foi usada a empresa Ciser como referência.
54
Figura 72 Porca sextavada Ciser [36]
Arruelas são discos com um furo no meio dos mesmos. A principal função das
arruelas é suportar as cargas dos parafusos. Para o projeto foram utilizadas arruelas
lisas de diâmetro nominal 2 mm e 3 mm, também da Ciser.
Figura 73 Arruela lisa [36]
5.6 Simulações dos esforços
Foram realizados estudos de simulação dos esforços atuando nos principais
components do robô manipulador, com o objetivo de verificar se o mesmo terá
resistência para levantar a carga da peça para retirá-la da mesa, validando todo o estudo
55
realizado nos itens anteriores. Foi utilizado o recurso Simulation do software Solid
Works. O critério utilizado para a simulação foi o mesmo utilizado no cálculo estático, ou
seja, as cargas atuantes serão as mesmas encontradas no item 4.4, na tabela 3.
O primeiro item de verificação foi a garra robótica, considerando a carga de 6N
atuando na mesma e levando em consideração a fixação no elo 4.
Chegou-se a uma tensão máxima de von Mises de aproximadamente 40 MPa.
Temos pela lei de Hooke [30]:
𝜎 = εE
Onde 𝜎 é a tensão atuante no sistema, ε é a deformação e E é o modulo de
elasticidade. Sabendo que E = 2,69 GPa [37], chega-se em ε = 0,0149 ou 1,5% de
deformação.
Figura 74 Força atuando na garra robótica (Autoria Própria)
Também foi realizado o estudo do conjunto garra robótica e elo ao qual a mesma
está acoplada, com a carga de 6N e a reação de 7,3N. A tensão máxima encontrada foi
de aproximadamente 41 MPa e ε = 0,01524 ou 1,5% .
56
Figura 75 Esforços atuando na garra robótica e no elo 4 (Autoria Própria)
Em seguida foi realizado um estudo dos esforços atuando no elo 3, com as
cargas de 7,3 N e 10,5 N. Chegou-se numa tensão máxima de von Mises de
aproximadamente 0,3 MPa e ε = 0,000111 ou 0,01%.
Figura 76 Esforços atuando no elo 3 (Autoria Própria)
Agora realiza-se um estudo dos esforços atuando no elo 2, com as cargas de
10,5N e 13,7N. Chegou-se na tensão máxima de von Mises de 0,1 MPa,
aproximadamente e ε = 0,000037174 ou 0,0037%.
57
Figura 77 Esforços atuando no elo 2 (Autoria Própria)
Finalmente, foi realizado o estudo da carga atuando na base do manipulador,
com 13,7 N de força atuando na mesma. Verifica-se que a tensão máxima de von Mises
é de 0,57 MPa e ε = 0,000211895 ou 0,02%.
Figura 78 Esforços atuando na base (Autoria Própria)
Utilizando a tabela que se encontra no item 3.7.3 para o material PLA, verifica-
se que todas as deformações estão abaixo do alongamento no limite de escoamento
(3,3%), o que torna o projeto viável do ponto de vista estrutural, já que as deformações
sofridas são elásticas, fazendo com que o material se recupere completamente após a
aplicação da carga.
58
6 Conclusão
No presente trabalho procurou-se desenvolver a concepção, cálculos,
dimensionamento, modelagem e simulações dos esforços de um protótipo de robô
manipulador com o objetivo de retirada de peças de mesa de impressão 3D. Para isso,
foi necessário desenvolver desde estudos iniciais de volume de trabalho do robô para
se encontrar o alcance necessário para retirada das peças, até a modelagem do robô.
Além disso, foram calculadas as cargas atuantes no robô, para se verificar se o mesmo
teria resistência para suportar os esforços causados pela retirada da peça. E também
foi calculado o momento atuante em cada junta, para se encontrar o atuador (para o
presente trabalho, o servomotor) que atendesse realizando o torque necessário em cada
junta.
O uso de softwares foi fundamental para o desenvolvimento do presente
trabalho. Ferramentas como AutoCAD, Solid Works e Matlab se mostraram de
verdadeira valia para o desenvolvimento do projeto. O AutoCAD foi fundamental na
representação esquemática da concepção inicial do robô. Já o Solid Works foi
extremamente importante no desenvolvimento do protótipo e nas simulações dos
esforços através da ferramenta de elementos finitos. O Matlab foi importante na
modelagem da movimentação do robô manipulador, para se verificar o espaço em que
o robô se locomove.
O desenvolvimento da concepção de um robô manipulador é um processo
complexo, onde existem muitas variáveis para o sucesso da etapa final do projeto, que
é a fabricação e construção do robô. Um bom desenvolvimento do projeto permite que
a etapa final de fabricação seja bem sucedida.
6.1 Trabalhos Futuros
Como proposta para trabalhos futuros tem-se de desenvolver o detalhamento e
fabricação do projeto, para que o mesmo não seja apenas uma concepção e se torne
uma ferramenta real. Além disso, pode-se desenvolver todo o projeto de controle e
59
automação do robô manipulador. Para isso, pode-se utilizar controle por arduino, que
enviarão sinais para os servo motores e posicionarão o robô onde se queira, até mesmo
remotamente utilizando software próprio do sistema. Também é interessante
desenvolver uma parte de testes após a fabricação, para a verificação do funcionamento
do protótipo em um processo real.
60
7. Referências Bibliográficas
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[12]PAZOS, F. (2002) Automação de Sistemas e Robótica, Ed. Axcel Books
61
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[14]http://www.meloautomacao.com.br/atuador-pneumatico; Acesso em 12/10/2018
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[20]https://www.tecmundo.com.br/produto/134097-nova-impressora-3d-hp-objetos-
metal-escala-industrial.htm; Acesso em 12/10/2018
[21]ULTIMAKER, Ficha Técnica – Ultimaker ABS. 2017. 3p.
[22]ULTIMAKER, Ficha Técnica – Ultimaker PLA. 2017. 3p.
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[24]https://boaimpressao3d.com.br/shop/impressora3d/impressora-3d-stella-
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[25]https://boaimpressao3d.com.br/shop/acessorios/mesa-de-impressao-para-stella-2/;
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62
[28]Robotic arm with 7 servos. Disponível em: http://www.thingiverse.com/thing:2433
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produtos.pdf; Acesso em 16/02/2019
[37]http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1517-
70762018000400457; Acesso em 19/03/2019
63
Anexo I – Códigos de Simulação utilizados no Robotic Toolbox
Posição 1:
startup_rvc
L(0)= Link ([0,0.05,0,pi/2])
L(1)= Link([0,0,0.125,0])
L(2)= Link([0,0,0.125,0])
L(3)= Link([0,0,0.05,0])
P1 =[0,pi/2,pi/2,0]
Robo=SerialLink(L)
Robo.plot(P1)
Posição 2:
startup_rvc
L(0)= Link ([0,0.05,0,pi/2])
L(1)= Link([0,0,0.125,0])
L(2)= Link([0,0,0.125,0])
L(3)= Link([0,0,0.05,0])
P2 =[0,0,0,0]
Robo=SerialLink(L)
Robo.plot(P1)
Posição 3:
startup_rvc
L(0)= Link ([0,0.05,0,pi/2])
L(1)= Link([0,0,0.125,0])
L(2)= Link([0,0,0.125,0])
L(3)= Link([0,0,0.05,0])
P3=[pi/2,0,0,0]
Robo=SerialLink(L)
64
Robo.plot(P3)
Movimentação do robô:
startup_rvc P1=[0 pi/2 pi/2 0];
P2=[pi/2 pi 0 0];
P3=[pi pi 0 0];
L0=Link([0,0.05,0,pi/2]);
L1=Link([0,0,0.125,0]);
L2=Link([0,0,0.125,0]);
L3=Link([0,0,0.05,0]);
Robo=SerialLink([L0 L1 L2 L3]);
t=0:.03:1;
mov1=jtraj(P1,P2,t);
mov2=jtraj(P2,P3,t);
Robo.plot(mov1)
Robo.plot(mov2)
65
Anexo II – Variáveis utilizadas no cálculo estático
Tabela A – Variáveis utilizadas no cálculo estatico
66
Anexo III – Desenhos de montagem e fabricação
125
150
375
341,3
± 1º Robô Manipulador± 0,1mmTolerâncias Angulares: Descrição:
23/02/2019
Fernando Castro Pinto
Kevin Jesus Ramos
Projeto de GraduaçãoDesenho de Conjunto
Data:
Material: N/A Elaborador:
Título:
Folha: 1/25
Projeto:
Universidade Federal do
1:2
1º Diedro
Professor:
Rio de Janeiro
Escala:
: mmUnidade
Tolerâncias Lineares:
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
23/02/2019
Fernando Castro Pinto
Kevin Jesus Ramos
Projeto de GraduaçãoDesenho de Conjunto em Corte
Data:
Material: N/A Elaborador:
Projeto:
Tolerâncias Angulares:
Rio de JaneiroUniversidade Federal do
: 1:2
1º Diedro
Professor:
Folha: 2/25
Escala
: mmTítulo:
Unidade
Tolerâncias Lineares:
A
A
CORTE A-A
Robô Manipulador
1
1
4
1
2
2
4
4
4
1
PLA
PLA
Aço Inoxidável
Aço SAE 1020
Aço Mola
-
Aço Inoxidável
Aço Inoxidável
Aço Inoxidável
-
Bucha para servo motor
Bucha para eixo
Porca Sextavada M2
Eixo Ø10 x 46,2
Anel de Retenção Anel Ret 501.010
Rolamento SKF 61800
Parafuso Phillips M2 x 6
Parafuso Phillips M3 x 16
Arruela Lisa M3
Servo Motor Tower Pro MG959
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1PLAApoio da base1
Descrição do Item MaterialNº do Item Qtd.
± 1º± 0,1mmDescrição:
Projeto de GraduaçãoBase Parte 2
Data: 23/02/2019
Elaborador: Kevin Jesus Ramos
Título: Projeto:
Tolerâncias Angulares:
JaneiroUniversidade Federal do Rio de
: mmUnidade
: 1:2
Professor: Fernando Castro Pinto
Material: N/A1º Diedro
Folha: 3/25
EscalaTolerâncias Lineares:
9
2
4
3
510
11
6
78
1
Robô Manipulador
1
1
4
1
2
2
4
4
4
1
Aço Inoxidável
PLA
Aço Inoxidável
Aço SAE 1020
Aço Mola
-
Aço Inoxidável
Aço Inoxidável
Aço Inoxidável
-
Bucha para servo motor
Bucha para eixo
Porca Sextavada M2
Eixo Ø10 x 90
Anel de Retenção Anel Ret 501.010
Rolamento SKF 61800
Parafuso Phillips M2 x 6
Parafuso Phillips M3 x 13
Arruela Lisa M3
Servo Motor Tower Pro MG959
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1PLAEstrutura da Base1
Descrição do Item MaterialNº do Item Qtd.
12 Parafuso Allen M3 x 20
PLA
2
13 Parafuso Allen M3 x 10
Aço Inoxidável
14 Porca Sextavada M3 Aço Inoxidável
1
4
± 1º± 0,1mmDescrição:
23/02/2019
Fernando Castro Pinto
Kevin Jesus Ramos
Projeto de GraduaçãoBase parte 2
Data:
Material: N/A Elaborador:
Projeto:
Tolerâncias Angulares:
Rio de JaneiroUniversidade Federal do
: 1:1
1º Diedro
Professor:
Folha: 4/25
Escala
: mmTítulo:
Unidade
Tolerâncias Lineares:
1
4
3
2
145
11
109
6
7
12
13
8
Robô Manipulador
4
Aço Inoxidável
Porca Sextavada M313
2
PLA
Parafuso Allen M3 x 2012
Qtd.Nº do Item MaterialDescrição do Item
1 Estrutura do Elo 1 PLA 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Servo Motor Tower Pro MG959
Arruela Lisa M3
Parafuso Phillips M3 x 13
Parafuso Phillips M2 x 6
Rolamento SKF 61800
Anel de Retenção Anel Ret 501.010
Eixo Ø10 x 90
Porca Sextavada M2
Bucha para eixo
Bucha para servo motor
-
Aço Inoxidável
Aço Inoxidável
Aço Inoxidável
-
Aço Mola
Aço SAE 1020
Aço Inoxidável
PLA
Aço Inoxidável
1
4
4
4
2
2
1
4
1
1
± 1º± 0,1mmDescrição:
23/02/2019
Fernando Castro Pinto
Kevin Jesus Ramos
Projeto de GraduaçãoElo 1
Data:
Material: N/A Elaborador:
Projeto:
Tolerâncias Angulares:
Rio de JaneiroUniversidade Federal do
: 1:1
1º Diedro
Professor:
Folha: 5/25
Escala
: mmTítulo:
Unidade
Tolerâncias Lineares:
8
1
4
3
2
135
1110
97
6
12
Robô Manipulador
1
1
4
1
2
2
4
4
4
1
Aço Inoxidável
PLA
Aço Inoxidável
Aço SAE 1020
Aço Mola
-
Aço Inoxidável
Aço Inoxidável
Aço Inoxidável
-
Bucha para servo motor
Bucha para eixo
Porca Sextavada M2
Eixo Ø10 x 90
Anel de Retenção Anel Ret 501.010
Rolamento SKF 61800
Parafuso Phillips M2 x 6
Parafuso Phillips M3 x 13
Arruela Lisa M3
Servo Motor Tower Pro MG959
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1PLAEstrutura do Elo 21
Descrição do Item MaterialNº do Item Qtd.
12 Parafuso Allen M3 x 20
PLA
2
13 Porca Sextavada M3
Aço Inoxidável
4
± 1º± 0,1mmDescrição:
23/02/2019
Fernando Castro Pinto
Kevin Jesus Ramos
Projeto de GraduaçãoElo 2
Data:
Material: N/A Elaborador:
Projeto:
Tolerâncias Angulares:
Rio de JaneiroUniversidade Federal do
: 1:1
1º Diedro
Professor:
Folha: 6/25
Escala
: mmTítulo:
Unidade
Tolerâncias Lineares:
12
1
4
3
2
135
11
109
7
8
6
5
1
23
4
6
Robô Manipulador
-
4
4
-
Aço Inoxidável
Aço Inoxidável
Garra Robótica
Arruela Lisa M2
Parafuso Phillips M2 x 10
4
3
2
1PLAEstrutura do Elo 31
Descrição do Item MaterialNº do Item Qtd.
4Aço InoxidávelArruela Lisa M35
4Aço InoxidávelParafuso Phillips M3 x 106
± 1º± 0,1mmDescrição:
23/02/2019
Fernando Castro Pinto
Kevin Jesus Ramos
Projeto de GraduaçãoElo 3 e Garra Robótica
Data:
Material: N/A Elaborador:
Projeto:
Tolerâncias Angulares:
Rio de JaneiroUniversidade Federal do
: 1:1
1º Diedro
Professor:
Folha: 7/25
Escala
: mmTítulo:
Unidade
Tolerâncias Lineares:
Robô Manipulador
1
1
1
1
1
4
7
8
8
PLA
PLA
PLA
PLA
PLA
Aço Inoxidável
Aço Inoxidável
Aço Inoxidável
Peça 6 da Garra
Peça 5 da Garra
Peça 4 da Garra
Peça 3 da Garra
Peça 2 da Garra
Peça 1 da Garra
Porca Sextavada M3
Parafuso Phillips M3 x 16
Arruela Lisa M31
9
8
7
6
5
4
3
2
Descrição do Item MaterialNº do Item Qtd.
PLA
± 1º± 0,1mmDescrição:
23/02/2019
Fernando Castro Pinto
Kevin Jesus Ramos
Projeto de GraduaçãoGarra Robótica
Data:
Material: N/A Elaborador:
Projeto:
Tolerâncias Angulares:
Rio de JaneiroUniversidade Federal do
: 1:1
1º Diedro
Professor:
Folha: 8/25
Escala
: mmTítulo:
Unidade
Tolerâncias Lineares:
7
3
2
6
9
8
5
4
1
7,9
Robô Manipulador± 1ºDescrição:
23/02/2019
Fernando Castro Pinto
Kevin Jesus Ramos
Projeto de GraduaçãoApoio da Base
Data:
Material: PLA Elaborador:
Projeto:
Tolerâncias Lineares:
Rio de JaneiroUniversidade Federal do
: 1:2
1º Diedro
Professor:
Folha: 9/25
Escala
: mmTítulo:
± 0,1mm Unidade
Tolerâncias Angulares:
110
10
A
ACORTE A-A
5
21,
9 3
4,4
21,
6
5
7
2
15
DETALHE BESCALA 1 : 1
28
5
30
82
110
49,
8
10
14,
7
22
20
17
7,7
4 FUROS M3
4 FUROS M4
B 1
25
125
R10
31,6
9
150
R10
R1
5
5
75
5
5
M3 5
4 FUROS M3A
40
10
100
R5
80
50
45
10
42
3,9
25
14
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
23/02/2019
Fernando Castro Pinto
Kevin Jesus Ramos
Projeto de GraduaçãoEstrutura da Base
Data:
Material: PLA Elaborador:
Projeto:
Tolerâncias Angulares:
Rio de JaneiroUniversidade Federal do
: 1:1
1º Diedro
Professor:
Folha: 10/25
Escala
: mmTítulo:
Unidade
Tolerâncias Lineares:
DETALHE AESCALA 2 : 1
20
17
22
2,5
22,
5
55
2,5
5
2,5
BB
CORTE B-BESCALA 1 : 2
5
7,1
R5
50
30
35
170
R25
R26
,9
50
14
4 FUROS M3
22
20
17
10
3,4
10 1
31,1
5
5
14
71
43
R1
50
5
5
40
2,5
9,5
5
12,
5
6
FURO M3
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
23/02/2019
Fernando Castro Pinto
Kevin Jesus Ramos
Projeto de GraduaçãoEstrutura do Elo 1
Data:
Material: PLA Elaborador:
Projeto:
Tolerâncias Angulares:
Rio de JaneiroUniversidade Federal do
: 1:1
1º Diedro
Professor:
Folha: 11/25
Escala
: mmTítulo:
Unidade
Tolerâncias Lineares:
26,
9
42
30,5
4 FUROS M3
25
220
170
R15
R26,9
30
10
10
R10
70
30,5
22
20 17
10
49,8
4,4
5
25
50
50
75
A
A
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
23/02/2019
Fernando Castro Pinto
Kevin Jesus Ramos
Projeto de GraduaçãoEstrutura do Elo 2
Data:
Material: PLA Elaborador:
Projeto:
Tolerâncias Angulares:
Rio de JaneiroUniversidade Federal do
: 1:1
1º Diedro
Professor:
Folha: 12/25
Escala
: mmTítulo:
Unidade
Tolerâncias Lineares:
CORTE A-A
16 FURO M3
R3
140
R3
50
5
5
70
35
5
R1
5 2,5
R5
25,5
32
15 5
5
R1
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
Projeto de GraduaçãoElo 3
Data: 23/02/2019
Elaborador: Kevin Jesus Ramos
Título: Projeto:
Tolerâncias Angulares:
JaneiroUniversidade Federal do Rio de
: mmUnidade
: 1:1
Professor: Fernando Castro Pinto
Material: PLA1º Diedro
Folha: 13/25
EscalaTolerâncias Lineares:
10
15
20
R3
22,5
60
15
FURO M3
10 4
0
45
18
4 FUROS M3 15
3
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
Projeto de GraduaçãoParte 1 da Garra
Data: 23/02/2019
Elaborador: Kevin Jesus Ramos
Título: Projeto:
Tolerâncias Angulares:
JaneiroUniversidade Federal do Rio de
: mmUnidade
: 2:1
Professor: Fernando Castro Pinto
Material: PLA1º Diedro
Folha: 14/25
EscalaTolerâncias Lineares:
4
3,5
37,5
31,5
2 FUROS M3 6
6
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
23/02/2019
Fernando Castro Pinto
Kevin Jesus Ramos
Projeto de GraduaçãoParte 2 da Garra
Data:
Material: PLA Elaborador:
Projeto:
Tolerâncias Angulares:
Rio de JaneiroUniversidade Federal do
: 2:1
1º Diedro
Professor:
Folha: 15/25
Escala
: mmTítulo:
Unidade
Tolerâncias Lineares:
A
50° 21
20
8,5
22
20
150°
4,1
23
10
14,4
60°
6,4 4 FUROS M3
25,
3
210°
230°
5
49,
8
DETALHE A
14,
3
10
10 14 5,5
7,7
3,8
8
8
6
6
8 2 FUROS M3
FURO M3
4,6
11,
5
5
R2
5
2
R1
25
51,6
4 FUROS M3
21
73
10
18 3,5
4
22
5,5
59,5
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
Projeto de GraduaçãoParte 3 da Garra
Data: 23/02/2019
Elaborador: Kevin Jesus Ramos
Título: Projeto:
Tolerâncias Angulares:
JaneiroUniversidade Federal do Rio de
: mmUnidade
: 2:1
Professor: Fernando Castro Pinto
Material: PLA1º Diedro
Folha: 16/25
EscalaTolerâncias Lineares:
A
3
R10
R5
R5
2 FUROS M3
22
200°
R6 12,5
R5
DETALHE AESCALA 4 : 1
R0,5
0,5 1
8
4
DETALHE AESCALA 4 : 1
R0,5
8
0,5
1
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
Projeto de GraduaçãoParte 4 da Garra
Data: 23/02/2019
Elaborador: Kevin Jesus Ramos
Título: Projeto:
Tolerâncias Angulares:
JaneiroUniversidade Federal do Rio de
: mmUnidade
: 2:1
Professor: Fernando Castro Pinto
Material: PLA1º Diedro
Folha: 17/25
EscalaTolerâncias Lineares:
A 3
22
22 200°
R10 R5
R5
10
2 FUROS M3
12,5
R6
59,5
5,5
30
,6
34
26
,6
30
2
2 FUROS M3
R12,9
R1 10
6
17,5
R0,6
AA
CORTE A-A 2,5
51,7
3
1,5
Robô Manipulador± 1º± 0,1mm
15º
Projeto de GraduaçãoParte 5 da Garra
Data: 23/02/2019
Elaborador: Kevin Jesus Ramos
Título: Projeto:
15
JaneiroUniversidade Federal do Rio de
: mmUnidade
: 2:1
Professor: Fernando Castro Pinto
Material: PLA1º Diedro
Folha: 18/25
Tolerâncias Angulares: Descrição:Tolerâncias Lineares:
Especificação da Engrenagem
MóduloÂngulo de PressãoNúmero de DentesDiâmetro ExternoDiâmetro Primitivo
Diâmetro BaseDiâmetro Interno 26,6 mm
29,6 mm30,6 mm34 mm
Escala
1,7 mm
34
30
,6
26
,6
30
DETALHE BESCALA 20 : 1
0,1
0,1
0,2
0,3 X 43,1°
80°
0,2
Robô Manipulador± 1º± 0,1mm
Módulo
Projeto de GraduaçãoParte 6 da Garra
Data: 23/02/2019
Elaborador: Kevin Jesus Ramos
Título: Projeto:
Ângulo de Pressão
JaneiroUniversidade Federal do Rio de
: mmUnidade
: 2:1
Professor: Fernando Castro Pinto
Material: PLA1º Diedro
Folha: 19/25
Tolerâncias Angulares: Descrição:Tolerâncias Lineares:
1,7 mm15º14
34 mm30,6 mm29,6 mm26,6 mmDiâmetro Interno
Diâmetro BaseDiâmetro PrimitivoDiâmetro ExternoNúmero de Dentes
Escala
Especificação da Engrenagem
B
2,9
7
15,3 10
R1
2 FUROS M3
R4,3
AA
CORTE A-A
5
3
13,
1
1,5
51,5
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
Projeto de GraduaçãoEixo 1
Data: 23/02/2019
Elaborador: Kevin Jesus Ramos
Título: Projeto:
Tolerâncias Angulares:
JaneiroUniversidade Federal do Rio de
: mmUnidade
: 2:1
Professor: Fernando Castro Pinto
Material: Aço SAE 10201º Diedro
Folha: 20/25
EscalaTolerâncias Lineares:
4,1
46,2
8,5
1
,5
1,5
8
,5
9,3
1 10
1
9,3
1,5
7,1
5 5 28,6
7,1
FURO M3 5
9,3
90
1
6
10
6,5
7,1
42,5
9,3
5
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
Projeto de GraduaçãoEixo 2
Data: 23/02/2019
Elaborador: Kevin Jesus Ramos
Título: Projeto:
Tolerâncias Angulares:
JaneiroUniversidade Federal do Rio de
: mmUnidade
: 1:1
Professor: Fernando Castro Pinto
Material: Aço SAE 10201º Diedro
Folha: 21/25
EscalaTolerâncias Lineares:
6,5 1 5
1
5 1,5
6,5
6 5,6
7,1
5
6,4
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
Projeto de GraduaçãoEixo 3
Data: 23/02/2019
Elaborador: Kevin Jesus Ramos
Título: Projeto:
Tolerâncias Angulares:
JaneiroUniversidade Federal do Rio de
: mmUnidade
: 1:1
Professor: Fernando Castro Pinto
Material: Aço SAE 10201º Diedro
Folha: 22/25
EscalaTolerâncias Lineares:
1
74
1,5
34,5
10
1 5
1
9,3
1
9,3
5
1
85
39,5 10
1 5 1
9,3
1,5
1
9,3
5
6,9
7,1
5 6,1 6
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
Projeto de GraduaçãoEixo 4
Data: 23/02/2019
Elaborador: Kevin Jesus Ramos
Título: Projeto:
Tolerâncias Angulares:
JaneiroUniversidade Federal do Rio de
: mmUnidade
: 1:1
Professor: Fernando Castro Pinto
Material: Aço SAE 10201º Diedro
Folha: 23/25
EscalaTolerâncias Lineares:
4 FUROS M2
B
9
20
3
6,1
A
A
DETALHE B ESCALA 20 : 1
80°
0,2
0,1 0,2
0,1
0,3 X 43,1°
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
Projeto de GraduaçãoBucha para Servo Motor
Data: 23/02/2019
Elaborador: Kevin Jesus Ramos
Título: Projeto:
Tolerâncias Angulares:
JaneiroUniversidade Federal do Rio de
: mmUnidade
: 5:1
Professor: Fernando Castro Pinto
Material: PLA1º Diedro
Folha: 24/25
EscalaTolerâncias Lineares:
CORTE A-A
4 2
2,4
4 FUROS M2
11
20
7,1
R5
A
ACORTE A-A
5
8,5
2
Robô Manipulador± 1º± 0,1mmDescrição:
Projeto de GraduaçãoBucha para Eixo
Data: 23/02/2019
Elaborador: Kevin Jesus Ramos
Título: Projeto:
Tolerâncias Angulares:
JaneiroUniversidade Federal do Rio de
: mmUnidade
: 5:1
Professor: Fernando Castro Pinto
Material: PLA1º Diedro
Folha: 25/25
EscalaTolerâncias Lineares:
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![Actigomenroute [PDF, 2 blz, 3,41 MB] · 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 60 0 0 0 0 0 5 5 0 60 60 0 0 0 0 0 0 0 0 5 5 0 0 60 60 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0](https://img.document.onl/doc/110x75/60c8b2b62084147a4c1c9962/actigomenroute-pdf-2-blz-341-mb-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0.jpg)
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