Construção do protótipo da estufa robotizada

O protótipo foi desenvolvido junto ao NIMASS da UNIJUÍ Campus Panambi. A construção da estrutura de apoio do robô foi realizada com material de baixo custo, juntamente com os dispositivos responsáveis pelo movimento de cada elo de forma artesanal nos laboratórios de soldagem e usinagem.

O atuador pneumático responsável pelo movimento longitudinal do robô é mostrado na Figura 3.9. Na construção do atuador do tipo cabo-guiado foi utilizado um tubo circular de alumínio com diâmetro interno de 96 mm, e de comprimento 4700 mm e parede de 2 mm de espessura. Para prender o cilindro na estrutura de suporte, foram utilizadas abraçadeiras de alumínio com 100 mm de raio.

Figura 3.9– Componentes atuador pneumático 1

Para vedar as extremidades do cilindro, foram usinadas tampas em nylon, mostrada na Figura 3.10. Estas tampas contam com dois rasgos para a colocação de dois anéis O’rings de vedação e um furo roscado para a inserção de uma conexão pneumática para a passagem de ar para as câmaras do cilindro. No centro das tampas há um furo de 5 mm com um rasgo interno para colocação de um anel O’ring, por ele passa um cabo de aço, as tampas estão presas no cilindro através de parafusos.

Figura 3.10 - Tampas da extremidade do cilindro

Fonte: Autora (2019)

O movimento linear é feito por um êmbolo, com diâmetro de 96 mm e com rasgos para o anel guia e duas gaxetas, usinado e montado no laboratório. O cilindro desenvolvido é tipo cabo-guiado, em aço e acoplado ao embolo através de porca presa ao próprio cabo, dentro de uma bucha, conforme ilustra a Figura 3.11.

Figura 3.11 – Fotografia do êmbolo com acoplamento do cabo

Após a elaboração das tampas e do êmbolo, foram usinadas as roldanas em nylon por onde o cabo passa. Em uma das roldanas, foi utilizado um eixo maciço preso através de parafusos conforme ilustra a Figura 3.12 para que se tornasse viável o acoplamento do encoder para medir os deslocamentos do sistema.

Figura 3.12 – (a) Detalhe da tampa com roldana acoplada, (b) Detalhe da tampa com roldana e Encoder acoplados ao sistema do cilindro 1

(a) (b)

Fonte: Autora (2019)

Com o cilindro de alumínio já montado, foi desenvolvido um cursor mostrado na Figura 3.13, para deslocar a estrutura do robô. Esse cursor conta com duas cantoneiras parafusadas em um tubo retangular de aço.

Figura 3.13- Cursor construído para deslocar a estrutura do robô

Fonte: Autora (2019)

Também foi construído a estrutura responsável pelo acoplamento do atuador 2 de forma a promover o deslocamento do sistema. Essa estrutura é constituída de um quadro de

tubo retangulares que desliza sobre as guias. Para o guiamento da estrutura, foram desenvolvidos suportes para as roldanas de aço as quais deslizam sobre o eixo maciço redondo, conforme ilustra a Figura 3.14.

Figura 3.14 – Fotografia da guia linear da junta 1 do robô

Fonte: Autora (2019)

Para a construção do atuador responsável pelo movimento transversal do robô, conforme ilustra a Figura 3.15, foi realizada a construção do atuador do tipo cabo-guiado utilizando um tubo circular de alumínio com diâmetro interno de 72,9 mm, 2600 mm de comprimento e parede com espessura de 2 mm.

Também foram usinadas tampas de nylon para vedar as extremidades do cilindro do atuador pneumático. Estas tampas contam com um rasgo para que seja possível a colocação um anel O’ring para realizar a vedação. Foi feito um furo roscado para a inserção de uma conexão pneumática para a passagem de ar para dentro das câmaras do cilindro.

No centro das tampas há um furo de 5 mm com um rasgo interno para colocação de um anel O’ring, por ele passa um cabo de aço, as tampas estão presas no cilindro através de parafusos. Para a realização do movimento linear, é necessário um êmbolo. Assim, foi usinado um êmbolo com diâmetro de 72.9 mm e com rasgos para o anel guia e duas gaxetas.

O cilindro desenvolvido é tipo cabo-guiado, dessa forma o cabo de aço está acoplado ao embolo através de porca presa ao cabo, dentro de uma bucha. Após a elaboração das

tampas e do êmbolo, foram usinadas as roldanas em nylon por onde o cabo passa. Em uma das roldanas, foi utilizado um eixo maciço preso através de parafusos, possibilitando o acoplamento do encoder.

Figura 3.15 - Componentes do atuador pneumático 2

Fonte: Autora (2019)

Com o segundo atuador montado, foi desenvolvido um sistema mostrado na Figura 3.16, para deslocar o terceiro atuador do robô e realizar o guiamento da junta 2 do robô. Esse sistema conta com uma chapa de aço parafusada a dois tudos de nylon, que deslizam em tudos fixados na estrutura do primeiro elo do robô.

Figura 3.16 - Sistema construído e guiamento da junta 2 do robô

O movimento vertical do robô é formado por um atuador servoposicionador pneumático composto por um cilindro de dupla ação e haste simples de 400 mm da marca PROAR, ISO 6431, mostrado na Figura 3.17. O efetuador final (Garra) pode ser adaptado para a ferramenta necessária para a devida atividade a ser exercida em uma determinada horticultura como, por exemplo, a operação de semeadura ou outra tarefa agrícola pré definida.

Figura 3.17 – Fotografia do atuador pneumático 3

Fonte: Autora (2019)

A montagem final do protótipo do robô Gantry para aplicações em estufas agrícolas é mostrada na Figura 3.18 (a e b), acoplando os três graus de liberdade em uma estrutura construída com tubos retangulares responsáveis pela sustentação e descrita em Bueno (2018).

Figura 3.18 – Robô Gantry

(b)

Fonte: Autora (2019)

O encoder mostrado na Figura 3.19 é um dos equipamentos mais usados em Automação Industrial e Mecatrônica, pois com ele consegue-se converter movimentos angulares e lineares em informações úteis, em forma de uma série de pulsos digitais elétricos. Neste arranjo experimental foram utilizados dois encoders, um para o atuador 1 e outro para o atuador 2.

Figura 3.19– Fotografia do encoder incremental utilizado

Na Tabela 3.2, estão descritas as características técnicas dos principais componentes utilizados na bancada experimental.

Tabela 3.2 - Principais componentes da bancada experimental

Fonte: Autora (2019)

Para melhor entender o funcionamento do protótipo do robô Ganty construído para realização de ensaios experimentais, com objetivo de identificar os parâmetros de atrito nos atuadores pneumáticos e zona morta nas sevovalvulas proporcionais direcionais utilizadas, e posterior validação do modelo matemático desenvolvido, foi editado um vídeo cujo Link é

https://youtu.be/bBVoMGITtaE disponível no yotube.

Componente Fabricante Código Principais

Especificações

Encoder incremental Hohner 7510-0622-1000 1000 pulsos por rotação

Válvula Pneumática Festo MPYE-5-1/8-HF-010B 0-10V

Lubrificante Festo LOE-D-MIDI P1max=16 bar

1,6 mba

Regulador de pressão Festo LFR-D-MIDI

P1max=16 bar 1,6 mba P2max=12 bar 1,2 mba Fonte HP Agilent Power (for HP) 6543A Corrente Contínua; Voltagem de saída:0-35 V; Corrente de saída: 0-6 A; Corrente máxima: 5,4 A; Precisão 15 mV e 6,7 mA Sensor de pressão Festo SDE1-D10-G2-R18-C-

PU-M8

Faixa de medição 0...10 bar

4 RESULTADO DA MODELAGEM MATEMÁTICA DO ATUADOR