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ANGELO MARCIO BATISTA CARDOSO RA: 2209100851
CARLOS R. B. CARDOSO RA: 2209100879
CARLOS ALBERTO BENKO RA: 2209100543
DANIEL DA SILVA RA: 2209102341
RENATO SOUZA FERNANDES RA: 2209101843
Projeto Integrador de Veículo Autônomo
UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO
2009/ 1°Semestre
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ANGELO MARCIO BATISTA CARDOSO RA: 2209100851
CARLOS R. B. CARDOSO RA: 2209100879
CARLOS ALBERTO BENKO RA: 2209100543
DANIEL DA SILVA RA: 2209102341
RENATO SOUZA FERNANDES RA: 2209101843
Projeto Integrador de Veículo Autônomo
Trabalho de conclusão apresentado como requisito da
disciplina Introdução à Engenharia, do 1º semestre do
ciclo básico de Engenharia de Produção Mecânica.
Prof° da Disciplina: Wagner Marcelo Pommer.
UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO
2009/ 1°Semestre
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SUMÁRIO
Introdução ................................................................................................................................... 4
Concepção, Construção e Testes do Protótipo ......................................................................... 6
Cálculos........................................................................................................................................ 8
Descrição dos Desenhos.............................................................................................................. 10
Referências Bibliográficas.......................................................................................................... 21
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Introdução
A proposta do projeto integrador é a concepção de veículo autônomo para a participação de
competição. Conforme Uninove (2012), a orientação e o controle do desenvolvimento dos projetos
em sala de aula foi realizada pelos professores da disciplina de Introdução à Engenharia, matéria do
1º semestre do núcleo comum do ciclo básico das Engenharias e recém incorporada ao currículo da
Instituição.
O projeto, aos moldes de Uninove (2009), é proposto como um trabalho gerenciado com o
objetivo de alcançar solução para certo problema, o que necessariamente envolve finalidade, prazos,
custo-benefício e qualidade. O referido autor pondera que esses quatro elementos são a chave de um
projeto.
Para justificar a opção por um projeto integrador no início do ciclo básico das Engenharias,
Uninove (2009) propõe que deve ser definida sua finalidade, inserida nos objetivos propostos.
Conforme se delimita os objetivos, o projeto se torna exclusivo, mesmo tendo algumas semelhanças
com outros, pelas características diferentes e específicas na criação e construção. Após delimitar
objetivos e finalidades, um projeto requer a determinação de tarefas, movimentando pessoas para sua
realização. Em suma, o projeto se torna inovador, pois:
[...] logo após determinar tais tarefas, terá também que definir prazos, pessoas
envolvidas para cada tarefa, o prazo final e, por último, o custo de cada prazo. O
projeto, além de envolver pessoas, envolve equipamentos e materiais que têm
tarefas independentes. Todo processo tem que estar no mesmo ritmo para atingir
suas metas dentro do prazo estipulado para a realização do projeto. Conhecer
técnicas e ferramentas de algoritmos que irão ajudar a gerenciar melhor os projetos
é o objetivo principal desta matéria (UNINOVE, 2009, p.7).
O protótipo proposto se enquadrava dentro de determinadas características, a saber: “[...] massa
de até 0,5 kg; ter três pontos de contato com o solo; se basear em propulsão à energia elástica
autônoma e solidária ao carro (ao longo de sua movimentação, veículo e mecanismo propulsor não
podem ser separados nem sofrer interferência humana)” (UNINOVE, 2009, p.3).
Deste modo, o desenvolvimento do projeto necessitou se considerar a massa como
característica do produto e fator limitante do projeto. Outra característica do produto, inserida nas
regras foi que:
A seleção de materiais deve levar em conta além dos fatores estruturais de projeto a
minimização da utilização de fontes naturais (muitas vezes não renováveis), e a
quantidade de resíduos que necessitam de tratamento final, portanto a seleção de
materiais deve também estar alinhada com os conceitos de reciclagem (UNINOVE,
2009, p.4).
5
O regulamento proposto em Uninove (2009) previa que todos os itens fossem confeccionados
pelo grupo de trabalho, não sendo permitida a utilização de mecanismos, chassis, carenagens e outros
elementos previamente existentes no mercado para idêntica finalidade de utilização.
Outra prerrogativa, inserida por Uninove (2009), foi que o veículo participasse de três
competições, a saber: “[...] percorrer em menor tempo um percurso pré-determinado; percorrer a
maior distância, após receber o impulso inicial da fonte de energia; design do produto” (UNINOVE,
2009, p.3).
Aos moldes descritos anteriormente, o presente trabalho objetivou a concepção e a construção
de um protótipo de veículo autônomo, movido à energia potencial elástica, para participar de uma
competição.
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Concepção, Construção e Testes do Protótipo
No inicio do projeto, a primeira preocupação que tivemos foi com a escolha do material, pois o
projeto não poderia exceder as 500g. Decidimos que o chassi e as demais peças seriam feitas de
alumínio, pois é um material leve e de fácil usinagem. Fizemos então os croquis, e verificamos que o
carrinho iria ultrapassar o peso especificado, o que seria um problema, mas como tínhamos tempo,
fizemos novas alterações. Logo que terminamos os croquis, começamos a fabricação.
Neste projeto foi utilizada uma trena como mecanismo de propulsão, que, ao ser girado em
sentido contrário, ela armazena uma determinada carga de energia Potencial, que posteriormente será
transformada em energia Cinética, que irá provocar o movimento do carrinho para frente.
No primeiro teste, verificamos que o carrinho não estava alinhado e que gastava muita energia
na partida, a ponto de patinar. Tínhamos também que diminuir a área de atrito para que o veículo
conseguisse ir mais longe. Para resolver o problema de alinhamento, modificamos os eixos dianteiro
e traseiro, mas ainda sim, precisávamos eliminar a perda de energia na partida. Pesquisamos um
pouco e conseguimos encontrar uma solução.
Deste modo, para que essa energia não seja descarregada de uma vez, utilizamos duas
engrenagens, para reduzir o deslizamento das rodas (redução do torque) e conseqüentemente
aumentar o espaço a ser percorrido. A intenção de inserção do par de engrenagens no projeto foi
diminuir o torque e o carrinho não iria patinar mais. Então, foi usinado um novo eixo (eixo central),
onde a engrenagem maior seria fixada. Como conseqüência o eixo traseiro também sofreu mudanças,
pois seria fixado nele uma pequena engrenagem. Feito as mudanças, reduzimos a área de atrito das
rodas e conseqüentemente reduzimos o peso final do carinho. Depois de montado, fizemos os testes,
e ficamos surpresos com o resultado, que foi muito satisfatório.
Após o inicio do movimento não sofreu interferência humana (dispositivo autônomo). Este
mecanismo é solidário ao veículo, tendo nosso grupo optado por colocá-lo no eixo central.
Durante todo o deslocamento o veículo deverá estar apoiado no solo em pelo menos três
pontos. Para tal, previmos e testamos que o nosso carrinho deveria ter três rodas.
Todos os itens foram confeccionados pelo nosso grupo de trabalho, que inicialmente, se reuniu
para definir a confecção do projeto do carrinho. Chegamos à conclusão de quê o material deveria ser
leve e de fácil usinagem. Portanto o material escolhido foi o alumínio.
7
Em data posterior novamente nos reunimos, para iniciar a fabricação/usinagem das peças já
desenhadas e definidas. A chapa de alumínio foi cortada e furada. Os eixos e as rodas foram usinados
conforme dimensional. O sistema propulsor foi fixado no eixo traseiro conforme necessidade e
alinhamento com calço em alumínio. Logo após a usinagem, começamos a montagem fixando os
eixos ao chassi, também foi montado o sistema de trava do chassi e fixação da mola. Para validar o
teste físico, verificamos que o projeto alcançou a distância de 36 m com sucesso. Após teste físico,
discutimos há necessidade de alterações no projeto, destacado na figura 1.
Figura 1: Montagem dos eixos no chassi.
Em outra reunião a equipe se reuniu para efetuar as modificações necessárias. Que foram
feitas nas seguintes peças: chassi, rodas, eixos e no sistema propulsor. As modificações no chassi,
nos eixos e nas rodas foram feitos para diminuir o peso do carrinho e garantir melhor estabilidade.
No sistema Propulsor, a modificações foram necessárias para se obter melhor alinhamento ‘direção’
e aumentar a distância percorrida, destacado na figura 2.
Figura 2: Montagem e alinhamento dos eixos no Chassi.
8
Todo o processo de montagem e testes ocorreu no dia seguinte, e verificamos que as rodas
patinavam, pois o torque de partida era muito alto. Para que essa energia não seja descarregada de
uma vez, utilizamos duas engrenagens e um eixo central, para reduzir o deslizamento das rodas
(redução do torque) e conseqüentemente aumentar o espaço a ser percorrido. Logo após as
alterações, fizemos novos tentes, e o resultado foi satisfatório.
Figura 3: Engrenagem. Figura 4: Carrinho montado
Cálculos Aproximados envolvendo o Veículo Autônomo.
Neste item, concebemos algumas aproximações de cálculos, de modo a promover uma aplicação dos
conteúdos e procedimentos das demais disciplinas do ciclo básico das engenharias.
a) Cálculo do peso do carrinho: P = m.g
A massa final do protótipo foi m = 480g = 0,48Kg.
P = 0,48 x 9,8
P = 4,70N
b) Cálculo da reação normal em cada roda (força normal).
N’ = P’ = 4,70N
Nr = 4,70/3
Nr = 1,57N {Em cada roda}
c) Estimativa da força de atrito; Fa = µ.N.
Considerando-se um intervalo para o coeficiente de atrito entre as rodas e o piso, delimitamos um
intervalo mínimo/máximo para a força de atrito cinética.
Fa = 0,5 x 1,57
Fa = 0,78N {mínimo}
Fa = 0,9 x 1,57
Fa = 1,41N {máximo}
d) Calcular o momento de inércia aproximado (I)
.Kg/m1,93x100,022x 0,08x 0,5 0,5.M.R I
)(022,022R
)(08,080
25-22
m
m
===
⇒=⇒=
médiotrenadaRaiommm
TrenadaMassaggMonde
9
sradx
w
desenrolarseparademoratrenaaquetempooétondet
w
/28,61
14,32
.,2
==
= π
Cálculo da Energia Cinética para a trena (no ato de Desenrolar)
JxJk
xxk
wIk
4
2
2
104,500054,0
48,70000193,05,0
..5,0
−⇒=
=
=
Esta energia será transferida (como energia cinética de translação) ao carrinho durante o desenrolar da
trena:
smVx
M
wIVVMwIvMwI
/30,008,0
28,6000193,0
.....5,0..5,0
2
22222
=⇒
=→=→=
e) Supondo que durante o trecho onde há desenrolar da trena o carrinho seja
aproximadamente MRU, é possível estimar a velocidade neste trecho.
No trecho seguinte, quando o carrinho não está sob o efeito da trena, o movimento será
uniformemente retardado. Assim, a velocidade inicial é V e a velocidade final é zero (pois o
carrinho para).
Daí, como a única força atuante é a de atrito, tem-se:
2
2
/93,248,0
41,1amax
/62,148,0
78,0amin
a
sm
sm
m
F
m
F atr
==
==
==
mdd
d
daVsav
0729,024,3
00014,0
).62,1.(230,0
..20..2v
:TorricellideEquação
2
222
0
2
=∴=
=
−=→∆+=
mdd
d
daVsav
132,086,5
00014,0
).93,2.(230,0
..20..2v
:TorricellideEquação
2
222
0
2
=∴=
=
−=→∆+=
10
Relação dos Desenhos Técnicos
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Referências Bibliográficas
ESCOLA BRASIL. Energia e trabalho de uma força. São Paulo, 2009. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/fisica/trabalho.htm>. Acesso em 03. mai. 2012.
SILVA, Daniel. PROJETO INTEGRADOR. Curso Superior, 2009. Notas de Aula. Manuscrito.
UNINOVE. Construção de Veículo Autônomo. 2009. Disponível em: <http://www.>. Acesso em 03. mai. 2009.
WIKIPÉDIA. Benchmarking. São Paulo, 2009. Disponível em: <http://Wikipedia.org/wiki/benchmarking>. Acesso em 03. mai. 2012.
