O simulador implementado em ambiente Simulinkrpermite a visualização temporal das
saídas e entradas do sistema em estudo. Para melhor compreender e analisar o comporta- mento do sistema torna-se imprescindível a implementação de um analisador grá co de re- sultados que é descrito a seguir. Assim, após as simulações realizadas no domínio do tempo, são obtidos arquivos de dados temporais correspondentes às variáveis de estudo (posição an- gular e cartesiana, velocidade linear e angular e sinais de controle), que após tratamento conveniente, torna-se possível veri car importantes resultados para melhor análise do com- portamento do sistema. A Figura 5.15 ilustra o menu principal do analisador grá co do sistema robótico móvel em estudo.
O módulo analisador grá co de resultados permite uma análise completa do comporta- mento cinemático e dinâmico do sistema robótico móvel em estudo, inclusive dos erros. No menu principal pode-se optar pelos grá cos do deslocamento linear do robô, da trajetória cartesiana do robô, da velocidade linear do robô, do deslocamento angular do robô com re- lação ao CCI, da velocidade angular do robô com relação ao CCI, do raio de curvatura nas trajetórias circulares do robô com relação ao CCI, da velocidade linear nas rodas (motor direito e esquerdo), da velocidade angular nas rodas e, nalmente, os grá cos para análise dos erros.
As Figuras 5.16, 5.17 e 5.18 ilustram os outros sub-menus do sistema. Cada sub-menu tem suas funções, como geração de grá cos de deslocamento linear, angular, velocidades, erros, etc.
(a) Sub-menu deslocamento
nos eixos cartesianos. (b)da Sub-menutrajetória cartesiana.
(c) Sub-menu da velocidade lin- ear do robô.
Figura 5.16: Sub-menus do sistema analisador grá co.
A Figura 5.19 ilustra um grá co com resultado de erros gerados na simulação do sistema robótico móvel. Maiores detalhes com exemplos esmiuçados são apresentados no capítulo 6 onde é feita a validação experimental de todo o sistema proposto.
(a) Sub-menu do desloca-
mento angular do robô. (b) Sub-menu da veloci-dade angular do robô. (c) Sub-menu do raio decurvatura do robô.
Figura 5.17: Sub-menus do sistema analisador grá co.
(a) Sub-menu da veloci-
dade linear das rodas. (b) Sub-menu da velocidade an-gular das rodas. (c) Sub-menu es-tudos dos erros.
(a) Submenu de análise dos erros do robô. 0 5 10 15 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 Tempo(s) Erro (m/s)
Erro Vel. Linear Robô
0 5 10 15 −2 −1 0 1 2 Tempo (s) Erro (rad/s)
Erro Vel. Angular Robô
0 5 10 15 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 Tempo (s) Erro (m/s)
Erro Vel. Linear Eixo Esq.
0 5 10 15 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 Tempo (s) Erro (m/s)
Erro Vel. Linear Eixo Dir.
(b) Grá co dos erros das velocidades do robô.
Figura 5.19: Submenu do módulo de estudos de erros do robô com um exemplo de grá co gerado.
5.5 Prototipagem rápida
O termo prototipagem rápida, na sua versão tradicional da engenharia mecânica, designa um conjunto de tecnologias usadas para se fabricar objetos físicos diretamente a partir de fontes de dados gerados por sistemas de projeto auxiliado por computador (CAD1). Tais
métodos são bastante peculiares, uma vez que eles agregam e ligam materiais, camada a camada, de forma a constituir o objeto desejado. Eles oferecem diversas vantagens em muitas aplicações quando comparados aos processos de fabricação clássicos baseados em remoção de material, tais como fresamento ou torneamento(WOHLERS, 2001).
Segundo Wright (2001) a prototipagem rápida possibilita produzir modelos e protótipos diretamente a partir do modelo sólido 3D gerado no sistema CAD. Ao contrário dos processos de usinagem, que subtraem material da peça em bruto para se obter a peça desejada , os sistemas de prototipagem rápida geram a peça a partir da união gradativa de líquidos, pós ou folhas de papel. Camada por camada, a partir de seções transversais da peça obtidas a partir do modelo 3D, as máquinas de prototipagem rápida produzem peças em plásticos, madeira, cerâmica ou metais. Os dados para as máquinas de prototipagem podem ser gerados
no sistema CAD no formato STL2, que aproxima o modelo sólido por pequenos triângulos
ou facetas. Quanto menor forem estes triângulos, melhor a aproximação da superfície, ao custo naturalmente de maior tamanho do arquivo STL e tempo de processamento. Um vez que o arquivo STL é gerado, as demais operações são executadas pelo próprio software que acompanha as máquinas de prototipagem rápida. Basicamente estes softwares irão, além de operações básicas de visualização, gerar as seções transversais do modelo que será construído. Tais dados são então descarregados para a máquina que irá depositar as camadas sucessivamente até que a peça seja gerada.
Tais métodos permitem aos projetistas criar rapidamente protótipos concretos a partir de seus projetos, ao invés de guras bidimensionais. Esses modelos apresentam diversos usos. Eles constituem um auxílio visual excelente durante a discussão prévia do projeto com colaboradores ou clientes. Além disso, o protótipo pode permitir testes prévios como, por exemplo, ensaios em túnel de vento para componentes aeronáuticos ou análise fotoelástica para se veri car pontos de concentração de tensões na peça. A verdade é que os projetistas sempre construíram protótipos; os processos de prototipagem rápida permitem que eles sejam feitos mais depressa e de forma mais barata. De fato, estima-se que a economias de tempo e de custos proporcionada pela aplicação das técnicas de prototipagem rápida na construção de modelos sejam da ordem de 70 a 90% (GORNI, 2001).
As mesmas técnicas de prototipagem rápida podem ser usadas para a fabricação de fer- ramentais, um processo também conhecido como ferramentaria rápida, ou seja, a fabricação automática de ferramentas para uso na produção em série. A produção de ferramentas é uma das etapas mais lentas e caras no processo de manufatura, em função da qualidade extremamente alta que se exige delas. Ferramentas geralmente apresentam geometrias com- plexas e precisam ser dimensionalmente precisas, em torno de centésimos de milímetro. Além disso, elas devem ser duras, resistentes ao desgaste e apresentar baixa rugosidade. Por isso matrizes e moldes são tradicionalmente feitos por usinagem CNC, eletroerosão ou mesmo manualmente. Todos esses processos são caros e demorados, o que torna a implementação das técnicas de prototipagem rápida muito bem vinda. Estima-se que essas técnicas permi- tam economizar 75% do tempo e custos envolvidos na fabricação das ferramentas (DRIZO; PEGNA, 2006).
Elas também permitem a obtenção de peças com mesmo nível de qualidade da produção em série, na chamada manufatura rápida. De fato, a prototipagem rápida é o melhor processo
2STL é um formato de arquivo nativo dos softwares de estereolitogra a em CAD, criados para os sistemas 3D. Este formato de arquivo computacional é suportado por vários outros sistemas de software e é muito utilizado nas técnicas de prototipagem rápida e CAM (computer-aided manufacturing).
de manufatura possível quando se precisa produzir pequenos lotes de peças e ou no caso de componentes complicados.
O termo rápido associado a esses processos é relativo. A construção de alguns protótipos pode levar de 3 a 72 horas, dependendo do tamanho e complexidade do objeto. Ainda assim esses processos são bem mais rápidos que os métodos tradicionais, tais como usinagem, que podem requerer dias ou mesmo meses para fabricar um único protótipo (DIMITROV et al., 2007).