Passos para execução do teste

1. Garantir que a fonte de tensão próxima ao sistema de aquisição de dados está ligada. Se não estiver ligada, desligar a chave do motor e ligar a fonte de tensão (botão verde)

2. Abrir o programa em LabView para coletar os dados. Se o programa já não estiver aberto, dar um clique duplo em seu ícone na área de trabalho. O nome do arquivo é “ NI Encoder Test”

3. Garantir que o bloco de escrita no diagrama de blocos refere-se a um arquivo de texto em branco no hd externo. Deve seguir o exemplo “F:\Test6_Encoder2.txt” dependendo do encoder ao qual o bloco está referido (Figura 42). Se o arquivo de texto neste diretório não estiver em branco, iniciar outro arquivo de texto. Salvar este arquivo com o nome desejado no mesmo diretório, e atualizar o LabView para reconhecer o nome de arquivo. Garantir que o nome do arquivo esteja correto para gravação de dados.

Figura 42.Tela de código do LabView onde o nome do arquivo deve ser alterado

4. Pressionar “executar” no LabView (a pequena seta branca no canto esquerdo superior)

5. Dar um clique duplo no ícone da área de trabalho para “FailureText.py”. Este é um código na linguagem Python escrito pelo Phil que irá iniciar o teste e contar o número de ciclos antes da parada.

6. Ligar a chave do motor e observar enquanto o Arduino checa as chaves limitadores e inicia o ciclo.

7. Se o usuário desejar filme o teste em algum ponto, abrir o VLC media player na área de trabalho. Seguir os passos:

Mídia -> abrir o dispositivo de captura-> reproduzir -> pressionar o botão vermelho de gravação. Para parar a gravação apertar o botão vermelho de gravação novamente.

8. Se o programa parar, pare o LabView usando o botão “pare” (stop – Figura 43) na tela, não apertar o botão com sinal de pare na barra de tarefas. Isso fará com que o LabView de continuar escrevendo os dados no arquivo de texto.

12 – Resultados e Discussão

Embora o Motor 1 tenha sido extensivamente utilizado para testar o sistema de controle a fim de depurar e criar um perfil de movimento apropriado, este ainda demonstrou resultados úteis perante mais testes. O Motor 1 foi testado por aproximadamente 110000 ciclos ou um período de 24horas. Entre o início do período de teste para o Motor 1 e o momento de falha do mesmo, algumas mudanças notáveis ocorreram na caixa de redução do atuador.

Mostrados nas Figuras 44, 45, 46 e 47 estão os gráficos do teste 3 e teste 9 do primeiro atuador. Com o passar do tempo, os encoders conectados ao mecanismo de teste apresentaram algumas tendências que, após estudo do mecanismo, mostraram deterioração nas engrenagens do motor. O aumento na frequência de ciclos em cada teste é indicativo de desgaste nas engrenagens. O desgaste permitiu a formação de uma folga e que o mecanismo superasse a movimentação do atuador. Isso fez com que os encoders atingissem sua posição limite mais rapidamente, assim reduzindo o tempo de ciclo. Além disso, pequenas mudanças no gráfico de perfil do encoder indicam uma folga significativa nas engrenagens que aparecem como pequenas saliências no perfil do Encoder 3 durante o teste 9. Mesmo sem um encoder ligado diretamente ao motor os efeitos da folga são evidentes.

Para o Motor 2 o desgaste no atuador foi menos óbvio (Figuras 48 e 49). Embora um resíduo preto estivesse evidente nos dois conjuntos de engrenagens após vários ciclos de testes, ficou claro que os motores não falharam da mesma forma. O resíduo era proveniente do desgaste dos dentes da engrenagem, criando um pó fino que passou pelas engrenagens, mas este desgaste foi a causa da falha somente no Motor 1. Esta falha foi constatada pela falha na organicidade do movimento, que foi corroborada pelo vídeo correspondente ao teste 9. O motor 2 falhou mais catastroficamente uma vez que os eixos da caixa de redução se deslocaram para fora de alinhamento, impedindo o contato entre as engrenagens e, consequentemente, a transmissão de torque. Esta falha excedeu o critério de organicidade de movimento, não permitindo uma análise de falha por desgaste do motor.

No caso do Motor 1, a falha foi produto do desgaste do motor. Este desgaste foi apresentado em movimentos inesperados do mecanismo conforme as engrenagens criavam fricção no contato entre si e se desintegravam. O espaço deixado entre os dentes das engrenagens como resultado dessa desintegração foi visto na folga criada. Esta falha ocorreu em algum momento após 100000 ciclos de testes. Em um boneco animatrônico este período de vida útil seria uma quantidade de tempo significativa. Se o atuador fosse usado uma vez por minuto, 100000 ciclos representariam um pouco menos de 2 anos de uso contínuo. Como esta não seria a real condição de funcionamento, é seguro dizer que uma troca regular dos atuadores seria uma opção viável para os donos e operadores do parque temático.

testados é improvável que eles tivesse perfis envolventais de qualidade nas caixas de redução. Os eixos desalinhados causariam atrito, desgaste e aumento de estresse no dente da engrenagem o que levaria a uma falha. O uso de caixas de redução com perfis envolventais adequados nas engrenagens provavelmente aumentaria a vida útil da mesma.

Figura 44. Dados dos encoders 2 e 3 no início do teste antecipado do Motor 1

Figura 45. Dados dos encoders 2 e 3 no fim do teste antecipado do Motor 1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -10 -5 0 5 10 15 20

number of encoder counts

enc

oder

v

al

ue

Data from test 3, beginning of the test

Encoder2 Encoder3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -10 -5 0 5 10 15 20

number of encoder counts

enc

oder

v

al

ue

Data from test 3, end of the test

Encoder2 Encoder3

Figura 46. Dados dos encoders 2 e 3 no início do teste último do Motor 1

Figura 47. Dados dos encoders 2 e 3 no fim do teste último do Motor 1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0

number of encoder counts

enc

oder

v

al

ue

Data from test 9, beginning of the test

Encoder2 Encoder3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0

number of encoder counts

enc

oder

v

al

ue

Data from test 9, end of the test

Encoder2 Encoder3

Figura 48. Dados dos encoders 2 e 3 no início do teste último do Motor 2

Figura 49. Dados dos encoders 2 e 3 no fim do teste último do Motor 2

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 -10 -5 0 5 10 15 20 25

number of encoder counts

enc

oder

v

al

ue

Data from M2 Test2, beginning of the test

Encoder2 Encoder3 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 -10 -5 0 5 10 15 20

number of encoder counts

enc

oder

v

al

ue

Data from M2 Test2, end of the test

Encoder2 Encoder3

13. Perspectivas Globais, Sociais e Ambientais

Embora seus impactos globais e sociais não sejam evidentes, este projeto tem potencial para causar grande impacto na indústria mundial de entretenimento. Inicialmente, este projeto foi dado a equipe em uma tentativa de fornecer maior precisão e simplicidade a um fabricante de alta-qualidade de bonecos para filmes e parques temáticos. Embora, em geral, seja considerado que motores pneumáticos requisitem menos energia e sejam mais confiáveis em relação aos motores elétricos, este projeto tinha como objetivo testar a viabilidade de troca para motores elétricos nesse tipo de aplicação.

Dada a quantidade de peças hidráulicas necessárias para mover um dos seus bonecos animatrônicos, se um motor elétrico pudesse não só aumentar a precisão, mas também ajudar na reposição de diversas dessas peças, seria possível reduzir os requisitos de energia. Se os parques temáticos ao redor do mundo conseguissem reduzir o uso de energia e criar, simultaneamente, animatrônicos mais realistas com maior capacidade de movimentação, isso revolucionaria a indústria, fornecendo ainda mais oportunidades para a criação de atrações animatrônicas com o uso do dinheiro em P&D ao invés de energia. Da mesma forma, se Hollywood tivesse acesso a animatrônicos ainda mais precisos para o uso em filmes, isso poderia mudar completamente o foco da indústria, que voltaria a utilizar animatrônicos ao invés de imagens geradas por computador, fornecendo texturas mais realistas e chamando a atenção do público para esse tipo de filme. Com o apoio de toda a indústria de entretenimento, atuadores elétricos de qualidade, confiáveis e duradouros ganhariam mais espaço em ambientes industriais mais pesados, permitindo maior precisão em equipamentos pesados sem redução de vida útil ou falhas catastróficas. Isso poderia resultar em máquinas mais precisas e maiores capacidades de manufatura, e o ciclo de progresso nessa área continuaria, com a produção de atuadores elétricos melhores que proporcionariam novas ondas de melhoria no ambiente industrial. Se atuadores pequenos como estes testados pudessem ser utilizados , haveria uma grande redução no consumo de energia, contribuindo para um futuro mais sustentável. Embora isso seja uma extensão forçada, o potencial impacto da prova da confiabilidade e durabilidade de atuadores elétricos pequenos e de alta precisão certamente tem potencial para gerar muitos benefícios globais.