Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza
GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO
Etec “JORGE STREET”
PROJETO DE TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO
TÉCNICO EM MECATRÔNICA
KIT DE AUTOMATIZAÇÃO DE CADEIRA DE RODAS
Jonas T. A. Mariano
Leonardo P. Monesi
Leonardo Demori
Pedro Henrique Birais
Orientador:
Professor Francisco Chagas
São Caetano do Sul / SP
2012
Avaliação: ________________
Professor Francisco Chagas
Resumo
O projeto do grupo se resume na elaboração de um kit de automatização de
cadeira de rodas, que foi escolhido como tema, após verificarmos a dificuldade de
pessoas com deficiências motoras em obter uma boa cadeira elétrica, a um custo
acessível para os mesmos. Para solucionarmos este problema resolvemos criar um
kit que será acoplado à cadeira. Uma bandeja localizada em baixo do banco com
uma bateria automotiva de 12V serão instalados dois motores nas rodas traseiras da
cadeira além de um joystick que ficará no braço da mesma, transformando-a de uma
cadeira comum a uma cadeira motorizada.
Palavras- chave: automatização – custo – rápida
Lista de Figuras
Figura 1- Cadeira de rodas........................................................................................ 8
Figura 2- Bandeja de suporte.................................................................................... 9
Figura 3- Extensão do braço ....................................................................................10
Figura 4- Esquema inicial...........................................................................................10
Figura 5- Montagem do circuito..................................................................................11
Figura 6- Montagem do circuito 2...............................................................................11
Figura 7- Circuito finalizado........................................................................................12
Figura 8- Reparos na caixa........................................................................................12
Figura 9- Caixa finalizada...........................................................................................13
Figura 10- Fabricação do braço de sustentação........................................................13
Figura 11- Braço de sustentação ..............................................................................14
Figura 12- Eixo fabricado em inox..............................................................................14
Figura 13-Eixo............................................................................................................15
Figura 14- Acoplamento dos motores........................................................................15
Figura 15- Fixação das rodas.....................................................................................16
Figura 16- Sistema de freio........................................................................................16
Figura 17- Motor Bosch..............................................................................................17
Figura 18- Manipulo....................................................................................................19
Figura 19- Parte elétrica.............................................................................................20
Figura 20- Desenho mecânico da cadeira de rodas...................................................21
Sumário
Projeto de trabalho de conclusão do curso em mecatrônica ........................ 6
Introdução .................................................................................................... 6
Objetivos ...................................................................................................... 7
Metodologia ................................................................................................. 8
Passo a passo .................................................................................. .8
Introdução teórica ........................................................................................ 17
Definição ........................................................................................... 18
Motor de limpador de para-brisa......................................................... 18
Transmissão coroa parafuso ........................................................... 18
Joystick ............................................................................................ 18
Joystick analógico ................................................................. 19
Joystick digital ....................................................................... 19
Escopo....................................................................................................... 20
Parte elétrica................................................................................... 20
Parte mecânica.............................................................................. . 21
Diagrama de Gantt.......................................................................... 22
Cronograma................................................................................... 23
Planilha de custos .......................................................................... 24
Conclusão................................................................................................. 25
Bibliografia................................................................................................ 26
Anexo A- Esquema elétrico
B- Suporte do eixo
C- Arruela
D- Eixo
E- Conjunto
F-Diagrama de Gantt 1º semestre
G-Diagrama de Gantt 2º semestre
H- Cronograma PTCC
I- Cronograma DTCC
J-Planilha de custos
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Introdução
Até Chegarmos ao projeto de automatização da cadeira tivemos outras duas
idéias, um sistema de reaproveitamento de água da máquina de lavar e um contador
automático de gastos elétricos, mas devido a algumas dificuldades em relação a
custos e viabilidade, o projeto do kit de automatização foi escolhido por ser o projeto
que mais desenvolveria e aprimoraria as habilidades específicas dos integrantes do
grupo, além de o projeto promover um benefício à sociedade..
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Objetivos
Um grande problema nos dias de hoje para quem é portador de deficiências
motoras é a obtenção de uma boa cadeira de rodas, pelo fato de que as comuns
apesar de serem baratas, exigem muito esforço e são difíceis de se controlar, mas
ainda há as elétricas que são fáceis de se controlar e não exigem esforço físico do
usuário, entretanto são muito caras, podendo ultrapassar o valor de R$15.000,00.
Diante desta dificuldade de acesso devido ao alto custo financeiro,optamos pelo
projeto de TCC elaborar um kit de automatização para ser acoplado a uma cadeira
de rodas comum, visando baratear o custo de uma cadeira motorizada e facilitar a
locomoção dos cadeirantes, proporcionando-lhes mais facilidade em suas atividades
rotineiras.
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Metodologia
Para alcançar a finalidade que se destina o nosso projeto, passamos por uma
serie de etapas e processos que estão demonstrados abaixo.
Após a definição do projeto e seus respectivos objetivos, o grupo começou a
elaborar o escopo e o cronograma para a melhor organização do trabalho. A cadeira
de rodas (vide imagem 1) que será usada no projeto, é uma cadeira comum
comprada pelo grupo.
(Imagem 1-Cadeira similar a do projeto)
Após distribuirmos as tarefas aos respectivos integrantes do grupo, iniciamos
diversas pesquisas na escola e na internet para descobrirmos os melhores métodos
e materiais para construção do kit. Depois de uma pré definição destes termos, o
grupo começou a procura por materiais e a ornamentar todo o projeto para que seu
objetivo de baratear o equipamento fosse possível.
A elaboração de nosso kit será realizada na escola e na casa dos integrantes,
junto com as pesquisas de mercado que serão feitas. A partir da colaboração dos
professores do curso de mecatrônica, poderemos nos utilizar das dependências da
escola nos horários de aula para a efetuação do TCC. Por esse fato o
desenvolvimento do trabalho foi harmonioso, permitindo que o grupo fizesse a
fabricação de varias peças do projeto usando os materiais e maquinas pela escola
fornecidos. Depois de consultarmos a NBR ISO 06440 para aderirmos o nosso
projeto as normas, começamos a construção.
Passo a passo
1- O primeiro passo para começarmos a construção do projeto foi adquirir as
peças necessárias. Começamos comprando os dois motores e os relés,
depois com a ajuda da escola e dos nossos colegas de classe adquirimos a
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bandeja de suporte da bateria, uma barra de ferro para a extensão do braço
da cadeira. E por último obtivemos as peças para suporte do motor.
2-Após a obtenção das peças, começamos nosso projeto pela fabricação da
bandeja de sustentação da bateria, usando o apoio inferior de uma das
carteiras fornecida pela escola. Para isso, fizemos recortes na estrutura e em
seguida soldamos as hastes com uma inclinação que possibilitasse a fixação
na cadeira. Conforme apresentado na figura abaixo.
(Figura 2- bandeja de suporte)
3-Utilizando uma barra de ferro tubular 40x20mm de aproximadamente um
metro, cedida por nossos colegas de classe, conseguimos construir a extensão
do braço da cadeira onde posteriormente foi fixado o manipulo. Para deixá-la
de maneira adequada fizemos alguns recortes em sua lateral, possibilitando
que a dobrássemos em três partes, sendo a segunda com inclinação de 90º e
a terceira com 45º. Apos a dobragem, soldamos a barra na cadeira para assim
prosseguirmos com o projeto. O resultado desta parte esta representado na
figura abaixo.
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(Figura 3- Extensão do braço)
4-Ao terminarmos o esquema elétrico começamos a confeccionar a caixa de
comando onde ficara toda a parte elétrica da cadeira. Utilizamos em sua confecção
chapa de policarbonato liso de espessura de 3 mm. Todo o comando foi feito com
reles automotivo 12v 40A. Foram utilizados 6 reles comutadores e 6 reles de um
contato NA. Em toda sua ligação foram utilizados terminais de fixação e bornes.
Também foi feito dois barramentos um com sua polaridade positiva (+) e a outra
negativa (-). Como vemos nas figuras 4, 5, 6 e 7 a fabricação de todo o circuito
elétrico.
(Figura 4- Esquema inicial)
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(Figura 5 – Montagem do circuito)
(Figura 6- Montagem no circuito 2)
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(Figura 7- Circuito finalizado)
5- Ao concluirmos todo o circuito e sua caixa fixamos a caixa à cadeira. Como
podemos ver nas figuras 8 e 9 a seguir.
(Figura 8- Reparos na Caixa)
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(Figura 9- Caixa finalizada)
6- Iniciamos então a parte mecânica da cadeira. Começamos a fabricar o braço de
sustentação das rodas. Feito em aço e alumínio, foi utilizado ferro chato de 2”x 3\16”
de aço 1020 e barra de alumínio de 50 x 250mm. Na figura a seguir podemos ver
parte de sua fabricação.
(Figura 10- Fabricação do braço de sustentação)
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(Figura 11- Braço de sustentação)
7- Os eixos foram fabricados em aço inox, projetado pelo grupo para atender aos
esforços de tração que nele serão feito durante o uso da cadeira. Neles serão
acoplados os motores e também darão sustentação as rodas traseiras já que sua
montagem será feita diretamente nos cubos das rodas. Também foi utilizado um
rolamento em cada roda traseira. Podemos ver sua montagem nas figuras 12 e 13.
(Figura 12- Eixo fabricado em inox)
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Figura 13- Eixo
8- Os motores foram acoplados aos eixos das rodas através de um pino de aço inox
onde transmitira tração a cadeira e fixados ao braço de sustentação de alumínio.
Podemos ver nas figuras 14 e 15 a seguir.
(Figura 14 – Acoplamento dos motores)
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(Figura 15- Fixação das rodas)
9- Após tantas modificações chegamos ao sistema de freio que foi adaptado ao novo
esquema de funcionamento da cadeira. Veja na figura 16.
(Figura 16- Sistema de freio)
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Introdução teórica
Para a construção do kit de automação da cadeira de rodas, utilizaremos dois
motores Bosch de modelo (CEP 9 930 453 032), também utilizado em limpador
depara-brisa de caminhões (vide imagem 1). Aos motores são vinculados um
sistema de redução parafuso coroa, e estes serão fixados à cadeira por parafusos
de 1\4” ao braço de sustentação das rodas. O acionamento dos motores será feito
por um manipulo 4 posições posicionado no braço superior da cadeira, possibilitando
o controle das ações de acordo com a vontade do usuário.
(Figura 17- Motor Bosch)
Cálculos
Raio da roda= 0,3m(30 cm)
Perímetro= 2πR = 2x3,14x0,3 =1,88m
Torque = F(força)xR(raio)= 2x0,3= 0,6kg
Velocidade máxima= Rotação máxima x Perímetro= 75x1,88= 141m/min. ou
2,35m/s
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Definição
Os componentes e dispositivos utilizados no projeto são:
Motor de limpador de para-brisa
Os limpadores de parabrisa são acionados por um pequeno servo motor
elétrico que põe em movimento um mecanismo de engrenagem e manivela que
converte o movimento de rotação em um movimento alternado. O comprimento da
manivela condiciona o funcionamento angular das palhetas. Além do interruptor do
limpador de parabrisa, que se encontra no painel, existe outro interruptor ligado ao
conjunto da manivela.
Transmissão coroa parafuso
O sistema coroa e parafuso sem fim é utilizado na mecânica para transmissão
com velocidades variadas e altas tensões entre dois eixos perpendiculares entre si,
não situados no mesmo plano e possui eficiência de transmissão elevada.
O parafuso sem-fim é a engrenagem condutora, cujo contato entre a coroa é linear
devido o fato de a roda envolver parcialmente o parafuso.
Na construção dessas engrenagens, as dificuldades residem essencialmente
no fato de se conseguir idênticas características geométricas do sem-fim e da
ferramenta geradora dos dentes da roda, é necessário operações de retificação com
rebolos, na maioria dos casos. Este mecanismo é uma variante das engrenagens
helicoidais, assim como o parafuso sem-fim pode possuir uma roda de diâmetro
arcaico muito pequeno, com poucos dentes, assim chamado de parafuso sem-fim de
uma só entrada. O parafuso sem-fim contém duas, três ou mais entradas. O
aumento das entradas no parafuso sem-fim proporciona uma roda helicoidal.
Manipulo
O Manipulo (como na imagem 2) é um dispositivo elétrico usado para o
acionamento de controle diversos seguimentos, que é composto por uma haste
fixada a uma base em que transmite um ângulo de duas a três dimensões.
Geralmente são configurados para movimentar nos sentidos esquerda\direita,
cima/baixo.
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(Figura 18- Manipulo)
São muito usados também para controlar máquinas tais como elevadores e
guindastes. Os joysticks são divididos em 2 tipos:
Joystick analógico
Esse tipo de joystick é caracterizado por conter circuitos de estados
contínuos, retorna ângulos em qualquer movimento em qualquer direção do plano
(2D) ou espaço (3D), normalmente utilizam potenciômetros para obter os estados.
Joystick digital
Usa internamente controladores digitais, que retornam o estado ligado
desligado usados para capturar os comandos passados ao joystick.
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Escopo
Parte elétrica
Parte elétrica constituída de:
- Um manipulador de 4 posições com 1 contato NA por posição;
- Doze relés sendo 6 DNI-116 e 6 DNI-103 de 40A;
- Bateria automotiva de 45A;
- Dois motores de 12Vcc de7A de corrente nominal;
- Cabos de 1,5mm;
O sistema de funcionamento baseia-se no comando do manipulador, enviando sinal
aos relés e de acordo com a ligação, acionando os motores para executar o
movimento desejado. Exemplo colocando-se o manipulo na posição frente, são
ativados os dois motores no sentido horário movendo assim a cadeira para frente.
Pensando em evitar o desgaste dos motores os movimentos de direita e esquerda
serão efetuados com um motor virando no sentido horário e o outro no anti-horário.
O esquema elétrico do projeto pode ser verificado no anexo A. Na figura abaixo
temos o painel elétrico que será colocado na lateral do braço da cadeira e que fará
os comandos elétricos anteriormente explicados.
(Figura 19 – Parte elétrica)
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Parte mecânica
(Figura 20– Desenho mecânico da cadeira de rodas)
Parte mecânica constituída de:
- Dois motores de 12Vcc com 7A de corrente nominal;
- Extensão do Braço
- Dois eixos em aço inox.
Os desenhos mecânicos das peças citadas anteriormente estão nos anexos
B, C, D e E respectivamente.
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Diagrama de Gantt
É um gráfico usado para ilustrar o avanço das diferentes etapas de
um projeto. Os intervalos de tempo representando o início e fim de cada fase
aparecem como barras coloridas sobre o eixo horizontal do gráfico como indicado no
anexo F e G.
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Cronograma
O cronograma é um meio de planejamento e controle semelhante a um
diagrama, em que são definidas e detalhadas as atividades a serem executadas
durante um período estimado.
Para o gerenciamento, o cronograma é um artifício de controle importante e a
partir dele, se faz uma análise de viabilidade antes da aprovação final para que o
projeto aconteça.
Nosso cronograma do nosso grupo mostra desde a primeira etapa do trabalho
que foi a definição do projeto até a conclusão da monografia, além de indicar a parte
destinada a cada integrante, como pode ser verificado no anexo H e I
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Planilha de custos
Planilha de custo é um demonstrativo de todos os custos de um determinado
produto ou serviço. É imprescindível, para calcular o custo final do produto,
possibilitar ao gerenciador estabelecer o preço de venda e assegurar que haja uma
margem de lucro satisfatória.
A Planilha de custos do nosso grupo foi editada em duas partes, a primeira
mostra qual seria o custo de produção real do projeto; já a segunda quanto custará
para o grupo elaborar o projeto, ou seja, excluir os custos de usinagem (hora/homem
e hora máquina) e de algumas peças obtidas pelo grupo. A planilha de custos pode
ser verificada no anexo J.
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Conclusão
Após a realização deste trabalho, pudemos aprimorar nossas habilidades em
mecânica, elétrica e eletrônica, além de aprendermos um pouco sobre as
dificuldades que os cadeirantes enfrentam diariamente.
Criamos o projeto para facilitar e tornar o dia a dia deles mais ameno e
condizente com a realidade do mundo moderno.
26
Bibliografia
-http://pt.scribd.com/doc/6174338/Elementos-de-Maquinas-Transmissao-Coroa-eParafuso-Sem-Fim (Acesso em 23/06/2012 ás 18:27)
-http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAaLkAB/servomotor-principios-basicosfuncionamento ( Acesso em 25/06/2012 ás 15: 43)
-http://www.cdscadeiraderodas.com.br/ (Acesso em 10/06/2012 ás 17:35)
http://pt.scribd.com/doc/57545591/NBR-06440-Cadeira-de-Rodas-NomenclaturaTermos-e-Definicoes
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Anexo A
Anexo B
Anexo C
Anexo D
Anexo E
Anexo F
Anexo G
Anexo H
Anexo I
Anexo J