A base e as rodas do carro foram obtidas do kit 40-100 da Feedback. Foram confeccionadas uma série de peças para adaptar-se na base e servir de suporte para sensores e atuadores.
Nos subitens que se seguem são demonstrados em desenhos mecânicos e fotos, as referidas peças construídas, destacando-se ainda detalhes pertinentes a montagens das peças na base do veículo.
2.1.1.1 Base do motor de tração
A base foi confeccionada para conectar a base ao motor de tração e as rodas traseiras. A altura do centro do motor a base do é 92 mm. A Figura 28 mostra a peça em questão.
FIGURA 28: Base motor de tração.
As dimensões da placa podem ser vistas na Figura 29:
FIGURA 29: Dimensionais base.
2.1.1.2 Base do motor da cremalheira
Esse suporte foi construído para alinhar uma engrenagem, acoplada em um motor CC, a uma cremalheira. A altura da base do veículo a esta base é de 53,4 mm. Segue na Figura 30 os dimensionais pertinentes a aplicação.
FIGURA 30: Base motor cremalheira.
2.1.1.3 Eixo do servomotor
Foi modificado o sistema de direção existente. Como foi escolhido utilizar um servomotor para controle da direção, foi necessário fabricar um eixo para conectar o sistema.
A Figura 31 ilustra o eixo conectado ao sistema de direção.
FIGURA 31: Eixo acoplado ao sistema.
A figura 32 apresenta os dimensionais da peça.
Eixo
FIGURA 32: Eixo.
2.1.1.4 Suporte chaves de contato seco
Para fixar as chaves ao carro foram elaboradas duas estruturas que estão montadas nas laterais. Essas estruturas estão posicionadas na parte posterior do veículo, adequando à lógica de acionamento. As dimensões estão descritas na Figura 33.
FIGURA 33: Suporte chave de contato seco.
2.1.1.5 Suporte encoder da cremalheira
Para medir o deslocamento da cremalheira criou-se um sistema com um led emissor e outro receptor servindo como encoder incremental. Para que os sensores ficassem alinhados
entre si e com os dentes da cremalheira, uma estrutura foi elaborada e instalada no suporte da cremalheira. A Figura 34 descreve os dimensionais dessa estrutura.
FIGURA 34: Suporte encoder cremalheira.
2.1.1.6 Suporte da cremalheira da tração
Para cálculo da distância percorrida utilizou-se também um sistema de encoder incremental. Esse sistema é fixado em uma das rodas contando os pulsos que são gerados a partir da rotação de uma peça vazada em alguns pontos. A imagem desse sistema é apresentada na Figura 35.
FIGURA 35: Encoder tração.
A figura 36 descreve a distância dos leds e o tamanho da placa.
FIGURA 36: Encoder tração.
Emissor Receptor
Placa
2.1.1.7 Suporte do sensor ir
No extremo da cremalheira foi fixado um sensor IR. Seguem abaixo uma foto do sensor instalado na cremalheira (Figura 37) e na sequência uma figura com os dimensionais (Figura 38).
FIGURA 37: Cremalheira com sensor.
FIGURA 38: Dimensionais montagem.
2.1.2 Sistema de direção
O sistema de direção é composto por três partes: o servomotor, o eixo e a barra de direção. Como se resolveu utilizar um servomotor, uma nova estrutura teve que ser elaborada.
Sensor IR
O servomotor utilizado é o que se aplica em sistemas de posicionamento de antenas parabólicas. Possui um torque baixo, porém suficiente para rotacionar a barra de direção.
Possui ainda um circuito de controle interno com um potenciômetro ligado ao eixo de movimentação, que identifica se o eixo está no ângulo correto.
O eixo foi fabricado para interligar o servomotor a barra de direção. Para tal, nessa peça existem algumas particularidades. A extremidade do eixo que se conecta no servo, possui um conector macho em forma de quadrado que se conecta no conector fêmea em forma de quadrado de teflon do motor. Na outra extremidade, a peça foi usinada para conectar em uma parte da barra de direção. A peça é vazada para a conexão de um parafuso no teflon do servomotor
A barra de direção possui uma peça central que é conectada ao eixo e transmite o movimento através de duas barras para as rodas.
Para conexão do sistema à base do carro, utilizaram-se peças existentes.
2.1.3 Tração do veículo
Para a tração do veículo, fez-se necessário considerar a massa do carro, a velocidade média desejada e o torque necessário para vencer a inércia (dados obtidos desconsiderando atrito).
A velocidade média desejada é de 2 m/s. A velocidade angular máxima (ω), obtida através de um tacogerador é 68 rpm. Como v=ω . r, dado r= 0, 03125m, o valor máximo de v é 2, 125 m/s, podendo assim esse motor fornecer a velocidade média desejada.
Sabendo-se que a massa do carro é 2,10 Kg, é possível determinar seu peso pela relação P=m.g. Sendo g=9,81 m/s², tem-se P=20,601 N.
Como o peso é aplicado nas quatro rodas, para o cálculo da força normal N, deve-se dividir P por quatro, obtendo-se N= 5,15 N.
O torque necessário para fazer girar uma roda é dado por τ=N.d, onde d é o raio da roda.
Logo, τ= 5,15 . 0,03125 (m)= 0,161 N.m.
Logo o τ total = 4. τ= 0,644 N.m. Esse τ total é o torque necessário para retirar o veículo da inércia.
Sendo assim, é necessário um motor com torque maior do que este valor para movimentar o carro.
O motor que foi utilizado era o do kit 40-100, porém não existe nenhuma informação sobre suas especificações, necessitando obté-los ou calculá-los.
A tensão máxima aplicada Vmax é 9 V, proveniente da bateria. A resistência pode ser obtida medindo a resistência entre os terminais, equivalendo a 12 Ω. A corrente com motor a vazio se obtém colocando um amperímetro em serie com o circuito, obtendo-se 2,50 A. De posse desses valores é possível calcular o torque na potência máxima através das seguintes relações:
Pmax=U.I Pmax=τPmax.ω
τPmax=(U.I)/ω
Calculando esses valores, se obtém o valor de torque na potência máxima de 0,331 N.m.
Porém, como explicito na Figura 39, o torque na potência máxima equivale a 50% do torque máximo desenvolvido pelo motor (τmax), que vale assim 0,662 N.m.
FIGURA 39: Comportamento de motor dc.
Como τmax é maior que τ, esse motor é suficiente para retirar o carro da inércia.
2.1.4 Sistema de movimentação da cremalheira
Para executar essa lógica no protótipo, criou-se um dispositivo dotado de uma cremalheira com um sensor na extremidade, uma engrenagem e um motor. O motor é
acoplado a engrenagem e quando acionado desloca a cremalheira. O tamanho útil da cremalheira é de 210 mm. O motor escolhido possui uma redução mecânica que aumenta seu torque, sendo esse suficiente para movimentar o sistema. Para alinhar todo esse sistema foram elaboradas duas estruturas: uma para sustentar o motor, descrito acima, e uma base fixa a base do carro em que a cremalheira fica armazenada.