Sistemas de design mecatrônico

Passo 2

Concepção de Sistemas Mecatrônicos

A mecatrônica integra áreas de mecânica, ciência da computação, controle, eletroeletrônica e outras possíveis áreas.

Projetos mecatrônicos interligam uma combinação que adéqua materiais á processos digitais, que tem por objetivo transformar um processo manual em um processo semiautomático ou totalmente automático.

O controle automático é realizado através da manipulação de informações, essa manipulação se dá por meios elétricos (computadores). Exemplo;

Controlador

(elemento de tratamento de sinais) Energia Funções

Executadas

Grandezas Elétricas Grandezas Mecânicas

Os sensores permitem obter informações que são processadas digitalmente, resultando em ações de controle. Controladores possuem um sistema de realimentação, que funciona na medida em que os sensores colhem informações e assim unem o resultado da leitura dos elementos com a ação dos elementos atuadores.

A evolução desse sistema tem se mostrado importante dentro das corporações, em processos de realização de tarefas nas linhas de produção e demais setores do mercado mundial.

Passo 3 Sistema Biológico x Sistema Mecatrônico

Sistema biológico é um sistema orgânico, que juntos com vários órgãos executam determinada tarefa. Itens que fazem parte do sistema Biológico.

Cérebro

Conhecimento

Membros inferiores e superiores

Sistema nervoso central

Alimentação

Esqueleto

O sistema mecatrônico é um sistema que combina materiais e mecanismos para execução de determinada tarefa. Fazem parte do sistema Mecatrônico.

Computadores lógicos

Sensores

Rede de comunicação

Condutores de energia

Rede de comunicação

Estrutura mecânica

Passo 3 tipos (níveis) de Automação

Automação Fixa (rígida) as máquinas são específicas para o produto a ser produzido, elas produzem grande quantidade um único produto.

Automação flexível o volume de produção é médio e geralmente a máquina pode ser programada para produzir outro produto automotiva.

Automação programável o volume de produção é baixo, mas a variedade de produtos diferentes é alta.

Passo 4

A mecatrônica integra áreas de mecânica, ciência da computação, controle, eletroeletrônica e outras possíveis áreas.

Projetos mecatrônicos interligam uma combinação que adéqua materiais á processos digitais, que tem por objetivo transformar um processo manual em um processo semiautomático ou totalmente automático.

O computador faz uma com que uma máquina interprete, analise e tome decisões – tarefas até então eram exclusivas do homem.

A evolução desse sistema tem se mostrado importante dentro das corporações, em processos de realização de tarefas nas linhas de produção e demais setores do mercado mundial.

Etapa 2

Passo 1

Integração de sistemas automatizados.

A integração de sistemas automatizados compõe a parte operativa e a parte de comandos de um sistema automatizado.

Um sistema é qualquer coleção de interação de elementos que funciona para alcançar um objetivo comum e que evolui com o tempo.

Existem, razões convincentes para considerar os benefícios do software de integração de hoje giram em torno do impacto positivo onde a integração pode contribuir de modo benéfico para organização.

Custos de TI reduzidos e soluções de TI mais eficientes.

Uma solução integrada é mais simples para gerenciar e manter, além disso, soluções integradas, como são projetadas para funcionar como um todo detalhado, podem melhorar o desempenho, a escalabilidade e o throughput (quantidade de dados transmitidos em uma unidade de tempo) .

Eficiências organizacionais melhoradas.

Automatizar processos de negócios pode ajudar a agilizar a operação e ter as eficiências organizacionais melhoradas, que iram ajudam a reduzir custos de pessoas (diminuir o trabalho manual.)

Satisfação do cliente melhorada.

Melhorar as eficiências operacionais, resulta em maior velocidade de entrega em todas as questões relacionadas a clientes.

Maior agilidade de negócios.

A maior visibilidade nos processos de negócios permite às empresas melhorar e otimizar as eficiências operacionais através do gerenciamento de processos de negócios, aumentando a competitividade de modo geral.

Passo 2

Linguagens usadas na modelagem de sistemas automatizados

Foram definidas cinco linguagens (duas textuais e três gráficas), utilizadas atualmente na maioria dos controladores lógicos programáveis disponíveis no mercado, customizados de acordo com cada fabricante.

Apesar da diversidade de implementações, por estarem baseadas nessa padronização, sempre permitem meios para especificar todos os procedimentos e intertravamentos de controle inerentes ao sistema a ser automatizado.

5 tipos de linguagens

1. IL – Instruction List ou Lista de Instruções

Linguagem textual de baixo nível (linguagem de máquina).

Baseada em comandos ‘load’, ‘store’, ‘move’, ‘add’.

Esses comandos apresentam alta eficiência em pequenas aplicações (como sensores/atuadores inteligentes) ou na otimização de partes de uma aplicação.

Utiliza o registrador IL do processador.

2. ST – Structured Text ou Texto Estruturado

Linguagem textual de alto nível, similar ao Pascal etc., porém incorporando uma série de conceitos intuitivos para o engenheiro de automação.

Utilização na implementação de procedimentos complexos, que são difíceis de expressar com linguagens gráficas, tais como linguagem de algoritmos de otimização de processo e inteligência artificial.

• Expressões de atribuição de valor:

Var1:= Var2;

• Expressões de seleção (if, then, else, case etc.):

IF Var1= 0.0 THEN Var2 := Var3/(2.0*Var4)

ELSE Var2 := Var3/Var5;

• Expressões relacionadas à elaboração de loops (for, while, repeat etc.):

FOR I:=1 TO 1000 BY 2 DO

Var2 := Var2 – 1;

END_FOR

3. LD – Ladder Diagram ou Diagrama Ladder

Trata-se de uma linguagem gráfica baseada em símbolos e esquemas elétricos, tais como relés, contatos e bobinas, proporcionando um entendimento intuitivo das funções de intertravamento. É muito bem aceita pelos profissionais da área de automação e controle de processos.

• Principais elementos:

Bobinas:

Bobinas inversas.

Bobinas sensíveis à borda de subida ou descida.

Bobinas de memorização .

Bobinas de set/reset.

Temporizadores

‘On delay’.

‘Off delay’.

Do tipo pulso.

Comandos para manipulação do fluxo

Return, jump.

4. FBD – Function Block Diagram ou Diagrama de Blocos de Função

Linguagem gráfica que permite ao usuário construir procedimentos combinacionais complexos utilizando blocos-padrão como AND, OR, NOT etc. para a representação de equações booleanas.

Muito utilizado no desenvolvimento de dispositivos automatizados de baixo custo.

5. SFC – Sequential Function Chart ou Diagrama Funcional Seqüencial

Também conhecido pelo nome de Grafcet, divide o processo em um número definido de passos separados por transições.

É o núcleo da IEC 61131-3, pois as outras linguagens são utilizadas apenas para descrever as ações realizadas a cada passo, bem como as lógicas combinatórias envolvidas.

Oferece muitas vantagens aos usuários e programadores, principalmente na modelagem de problemas complexos de automação.

O problema pode ser subdividido em várias partes, proporcionando uma programação mais simples.

Facilita a visualização da sequência de operações, da alteração de especificação e da detecção de falhas conceituais no programa.

Passo 3

Redes de Petri

Rede de Petri ou Redes de transição, consiste em posições, transições e arcos direcionados, na qual, foi desenvolvida para modelar sistemas discretos com componentes que interagem concorrentemente.

Também se baseiam em representações matemáticas que define graficamente a estrutura de um sistema distribuído.

ETAPA 3

PASSO 1

Modelagem de sistemas mecatrônicos.

Diversas formas de modelagem, são empregadas para descrever, sistemas mecatrônicos.

Estas formas foram desenvolvidas para descrever os mais variados tipos de sistema, levando em consideração as necessidade de cada caso. É importante destacar que não existe uma forma correta que seja adequada para modelar, exemplo:.Máquinas de estados finitas, redes de petri, diagrama de blocos

Tipos de configurações de robôs.

Os robôs se classificam em 5 classes de acordo com seus eixos, tipo de acionamento e geometria.

Robô de Coordenadas Cartesianas

Um robô de coordenadas cartesianas, pode se movimentar em linha reta, em deslocamentos horizontais e verticais.

Seu controle é simples em razão do movimento linear dos vínculos e de momento de inércia da carga ser fixo em toda a área de atuação

Robô de Coordenadas Cilíndricas

Robôs desse tipo combinam movimentos lineares com movimentos rotacionais. O controle é mais complicado, devido à existência de vários momentos de inércia para diferentes pontos na área de trabalho e pela rotação da junta da base.

Robô de Coordenadas Polares

Um robô de coordenadas polares possui dois movimentos rotacionais, na cintura e no ombro, e um terceiro, que é linear os três eixos descrevem um movimento esférico. O controle é ainda mais complicado devido aos movimentos de rotação.

Robô de Coordenadas de Revolução.

Possuem três juntas articuladas. Sua área de atuação é maior que a de qualquer tipo de robô.

Seu controle é complicado e difícil em razão das três juntas de revolução e das variações no momento de carga e no de inércia.

Robô Scara

Possui duas juntas de revolução e uma deslizante. Os robôs Scara têm área de atuação menor que a do modelo esférico e são apropriados para operações de montagem devido ao movimento linear vertical do terceiro eixo.

Passo 2

Máquinas de estados finitas

Máquinas de estados finitas, foram desenvolvidas para descrever os mais variados tipos de sistema, levando em consideração as necessidade de cada caso. É importante destacar que não existe uma forma correta que seja adequada para modelar exemplo:.Máquinas de estados finitas, redes de petri, diagrama de blocos

Uma máquina de estados finitos (FSM), é uma abstração matemática, empregada para representar uma classe de sistemas a eventos discretos.

São uma forma de representação de sistemas sequenciais, números finito de estados vinculados a regras de transições entre os estados, e ações ou seja, cujos eventos ocorrem sequencialmente no tempo. Este tipo de representação é adequada para representar muitos sistemas de automação, além de ser base dos circuitos lógicos sequenciais, empregadas nos computadores atuais. Os programas de computador baseiam‐se em estados que correlacionam entradas e saída.

Variáveis de entrada Variáveis de saída

. .

. .

. .

PASSO 3

Dimensões dos Elos.

Existem três tipos de elos; elo de entrada, junta considerada e elo de saída.

Numa junta qualquer, o elo que estiver mais próximo da base é denominado elo de entrada. O elo de saída é aquele mais próximo do órgão terminal.

Tipos de Juntas

Existem diversos tipos de juntas entre elas estão.

Nos robôs industriais são usados juntas rotativas e prismática.

Juntas rotativas

As juntas rotativas, podem ser classificadas de acordo com as direções dos elos, de entrada e de saída em relação ao eixo de rotação. Assim temos as seguintes juntas rotativas:

Rotativa de torção ou torcional T: Os elos de entrada e de saída tem a mesma direção do eixo de rotação da junta.

Rotativa rotacional R: Os elos de entrada e de saída são perpendiculares ao eixo de rotação da junta.

Rotativa revolvente V: O elo de entrada possui a mesma direção do eixo de rotação, mas o elo de saída é perpendicular a este.

Passo 4

Relatório 03

Diversas formas de modelagem são empregadas para descrever, sistemas mecatrônicos, é importante destacar que não existe uma forma correta para modelar.

Tipos de robôs - Existem 5 classificações de robôs, sendo elas;

Robô de Coordenadas Cartesianas

Um robô de coordenadas cartesianas, pode se movimentar em linha reta, em deslocamentos horizontais e verticais.

Robô de Coordenadas Cilíndricas

Robôs desse tipo, combinam movimentos lineares com movimentos rotacionais.

Robô de Coordenadas Polares

Um robô de coordenadas polares possui dois movimentos rotacionais, na cintura e no ombro, e um terceiro, que é linear, os três eixos descrevem um movimento esférico.

Robô de Coordenadas de Revolução.

Possuem três juntas articuladas, sua área de atuação é maior que a de qualquer tipo de robô.

Robô Scara

Possui duas juntas de revolução e uma deslizante.

Máquinas finitas - Máquinas de estados finitas,foram desenvolvidas para descrever os mais variados tipos de sistema, é uma forma adequada de representação de sistemas sequenciais, números finito de estados vinculados a regras de transições entre os estados e ações ou seja, cujos eventos ocorrem sequencialmente no tempo.

Elos -Existem três tipos de elos; elo de entrada, junta considerada, elo de saída. Numa junta qualquer, o elo que estiver mais próximo da base é denominado elo de entrada. O elo de saída é aquele mais próximo do órgão terminal.

Desenho Robô Manipulador VVR - VR

Etapa 4

Passo 1

Modelagem dinâmica de sistemas mecatrônicos.

Muitos equipamentos de hoje são obrigados a executar tarefas, que exigem alto nível de precisão no posicionamento de braços mecânicos articulados.

Ao utilizar braços mecânicos rígidos, as articulações destes equipamentos tendem a serem grandes, rígidas e pesadas. Isso evita oscilações nos links, que é um das principais causas de erros de posicionamento no sistema, porém, muito da potência do motor nas articulações é gasta para movimentação de pesados braços rígidos e, muitas vezes atuando contra a ação da força da gravidade, além disso, a carga deve ser mantida pequena, quando comparada à massa do equipamento propriamente dito, uma vez que grandes cargas irão causar vibrações e insegurança posicional no fim dos braços mecânicos.

Estas limitações, resultam, em uma situação em que estes sistemas de braços rígidos são muito ineficazes e lentos para a realização de determinadas atividades.

Para se modelar, este sistema á parâmetros distribuídos, através da obtenção das densidades de energias cinética e potencial elástica do sistema. As equações obtidas são equações diferenciais parciais, não lineares, com o movimento de corpo rígido e elástico acoplados.

A discretização do sistema é feita pelo Método dos Modos Assumidos, que resulta na separação das coordenadas acopladas, em dois tipos distintos de equações somente temporais e equações somente espaciais.

Passo 2

Os parâmetros de Denavit-Hartenberg, permitem obter o conjunto de equações que descreve a cinemática de uma junta com relação à junta seguinte e vice-versa. Na figura abaixo estão visíveis os eixos das juntas obtidos pela aplicação da notação de Denavit-Hartemberg no braço mecânico.

VVR:VR.

Passo 3

Matriz com obtenção de variáveis = X, Y e Z

Passo 4.

Relatório 04

Matriz = X, Y e Z.

Bibliografia.

Disponível em: Livro Sistemas de Automação Volume cinco. / 01/05/2013

Disponível em: [http://www.stmautomacao.com]. Acesso em / 01/05/2013

Disponível em: [http://www.youtube.com/watch?v=kBqLiuZDza4]. Acesso em / 01/05/2013

Disponível em: [http://webx.ubi.pt/~felippe/texts3/autom_ind_cap1.pdf]. Acesso em / 10/05/2013