Revista Mecatronica Atual - Edicao 001

NOTÍCIAS

MECA TRÔNICA TRÔNICA NOTÍCIAS Newton C. Braga

Robôs Exploram Inteligência Artificial no MIT Uma excursão multimídia no mundo da inteligência artificial pode ser vista na exposição Robots and Beyond (Robôs e Além) realizada nos laboratórios do MIT (Massachussets Institute of Technoloy http://web.mit.edu - onde os cientistas estão pesquisando os mistérios da AI (Artificial Inteligence) a quatro décadas. O que diferencia a exposição é que além de focalizar a pesquisa e a experimentação em Inteligência Artificial, mostra também o aspecto prático do produto final. Desde o momento em que os visitantes entram na exposição, eles já participam da pesquisa do MIT. Muitos dos projetos apresentados são tanto experimentais como experienciais, com o próprio visitante tendo acesso às cenas que precederam todo o processo de invenção. Na exposição é possível obter detalhes dos famosos robôs do MIT como o Cog, um robô criado para sentir seu ambiente através de sensores tanto visuais como tácteis. Através de protótipos e outros meios, o visitante pode seguir a evolução do Cog desde quando ele era um robô primitivo, até adquirir todo um sofisticado sistema de sensores. Nesta exposição também pode-se perceber que, para ser eficiente, um robô não precisa ter o mesmo tamanho de um ser humano. Robôs microscópiCoq olhando Rod Brooks, diretor do Laboratório de os são uma das Inteligência Artificial do MIT e fundador do Humanoid atrações que deRobotics Group). mosntram isso. MECATRÔNICA ATUAL Nº1/OUTUBRO-NOVEMBRO/2001

Robôs Submarinos Ajudam Pesquisa Arqueológica Um estranho objeto em forma de charuto foi encontrado no fundo do oceano por um robô submarino. Analisando melhor as imagens enviadas pelo robô o arqueologista marinho Robert Chruch Chr uch constatou que sua descoberta nada mais era do que um submarino alemão da Segunda Grande Guerra que havia afundado 50 anos antes. A uma profundidade de 5000 pés (1500 metros). No dia 30 de julho de 1942 o U-166 afundou um navio americano e depois disso ele próprio afundou. No entanto, o que mais importa para os engenheiros é o uso industrial do robô, denominado AUV (Autonomous Underwater Vehicle) que pelo novo conceito tecnológico que emprega, pode ajudar muito na pesquisa no fundo do oceano para a construção de dutos de óleo e gás. O AUV AUV opera sem cabos sendo controlado por operadores a partir par tir da superfície, além de usar câmeras com muito melhor qualidade de imagem. 3

NOTÍCIAS Nasa Cria Robô em Forma de Bola Para Atividades Espaciais A Bola Espacial (Flying Space Ball) é o novo robô da NASA que está sendo desenvolvido para realizar tarefas de forma autônoma em espaços apertados como, por exemplo, dentro de uma estação espacial ou dentro do ônibus espacial. O robô em forma de bola terá sensores, equipamentos de vídeo, sistema de comunicação de dados sem fio e uma unidade inteligente de processamento que lhe permitirá entender comandos verbais e tomar decisões.

Mini Robôs Móveis Para Alunos da UDESC UDESC (Santa Catarina) adquiriu dois robôs fixos, de 80 quilos cada, capazes de manusear peças de até 5 quilos e também um industrial pesando 100 quilos, os quais deverão ser utilizados em pesquisas de iniciação científica com alunos de Engenharia Elétrica, de Computação e em teses de mestrado. Dois professores doutores em Robótica do laboratório da UDESC devem introduzir uma microcâmera nos robôs móveis para o desenvolvimento de um software que permita movimentos laterais.

IBM Descobre Dedos de Silício Capazes de Detectar Defeitos no DNA Cientistas da IBM na Universidade da Basileia (Suíça) descobriram a possibilidade de se usar micro mecanismos bio-mecânicos bio-mecânicos de silício capazes de detectar defeitos no DNA. O Jornal Science de Abril, notícia que o DNA se organiza organi za na forma de dedos que têm uma espessura da ordem de 1/50 do cabelo humano. A IBM e investigadores universitários revelam novo fenômeno no qual foram observadas torções na seqüência do DNA com o aparecimento de minúsculas estruturas de silício quando as moléculas se ligam possibilitando assim a detecção de defeitos muito pequenos. A presença do silício nestas estruturas têm implicações importantes que podem levar a nanorobôs capazes de manipular diretamente o DNA.

Computador Industrial IPC é Totalmente Configurável O Computador Industrial IPC totalmente configurável é um dos mais recentes lançamentos da Festo Automação. Elke pode controlar até 4000 pontos de entradas e saídas e ainda ser utilizados em pequenas e médias aplicações, pois é totalmente configurável. Também se destaca neste computador sua capacidade de entradas e saídas analógicas, sensores de temperatura e possibilidade de controle de motores de passo, servomotores e servoposicionamento pneumático. O Computador Industrial IPC pode controlar redes Field Bus com protocolos Festo Field Bus, Profibus, Interbus, Can Bus, e ASInterface. Na sua configuração, permite ainda o acoplamento de Disco Rígido, Floppy Disk, Impressora, Teclado, Mouse e Monitor VGA. Mais informações em: www.festo.com.br.

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MECATRÔNICA ATUAL Nº1/OUTUBRO-NOVEMBRO/2001

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Novo Sensor Óptico Proporciona Sensoriamento de Alta Precisão Um novo sensor transmissivo óptico com uma montagem horizontal única foi anunciado recentemente pela Vishay Intertechnology. Com uma abertura de 0,5 mm o novo componente Vishay Telefunken TCST5250 foi otimizado para sensoriamento de alta precisão em objetos com movimento horizontal em codificadores de engrenagens, VCRs, equipamento de armazenamento de dados, rodas codificadores de motores DC e outras aplicações com limitação de espaço. Ins-

talado num invólucro de plástico polycarbonato com uma altura de apenas 9 mm o TCST5250 proporciona uma abertura de 2,7 mm e um passo de terminal de 2,54 mm. Como sensor transmissivo, ele foi otimizado para ser usado em equipamentos compactos com o posicionamento face a face de um diodo emissor e um foto-transistor. A faixa de operação de luz é de 950 nm com uma resolução de 0,4 mm. Informações em: www.vishay.com

Novo Motor DC com apenas 8 mm Não Usa Ferro A Portscap anuncia a disponibilidade imediata de seu novo motor DC da série 08 G. Capaz de produzir um torque 50% maior do que os motores equivalentes de mesmo tamanho, ele tem apenas 8 mm de diâmetro podendo substituir motores maiores em muitas aplicações o que leva a novos níveis de miniaturização sem afetar a performance dos produtos. O motor tem uma potência de 700 mW e velocidade até 11 600 RPM, disponível em dois comprimentos (16 mm e 19 mm). Informações em: http://www.danahermcg.com/default2.asp


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NOTÍCIAS Fraude – Redes Neurais Podem Resolver? Redes Neurais visam imitar padrões biológicos capazes de fazer um reconhecimento. Basicamente, elas imitam os neurônios do nosso cérebro, mesmo que ainda não saibamos exatamente como eles funcionam no reconhecimento de padrões. Uma idéia que está em curso é a utilização do reconhecimento de padrões para detectar operações fraudulentas com cartões de crédito. A idéia é obter um padrão que permita comparar transações reais com fraudulentas de modo a se poder fazer a detecção com facilidade. Atualmente, o que se usa é um programa baseado em fractais que emprega a lógica de Bayes que, segundo

se afirma, é bem eficiente. Neste sistema a detecção de fraudes é detectada com base na medição de termos “positivos falsos” que indicam se a operação é fraudulenta ou não. Em Robótica, o uso das redes neurais, segundo estes mesmos princípios, pode agregar a um robô um certo sentido que lhe permita “não ser enganado” ao receber um comando que o mande cumprir uma função indevida. No entanto, é preciso ainda comparar os resultados entre as duas abordagens: redes neurais ou fractais para se obter aquela que tenha o melhor desempenho neste tipo de aplicação.

Vishay Despacha o Diodo De Vidro Número 150 000 000 000 A Vishay Intertechnology Inc anunciou recentemente o despacho de uma encomenda onde completa a fabricação de 150 bilhões de diodos de vidro. Estes diodos são usados em aplicações que vão de comutação de alta velocidade em circuitos como computadores e telefones celulares até sintonia em rádios de AM e FM. A Vishay produz mais de 10 bilhões de diodos anualmente e é o fornecedor nú-

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mero um na Europa deste tipo de dispositivo e o segundo do mundo. Os diodos de vidro são componentes simples mas, segundo a Vishay, fabricá-los em tamanha quantidade, mantendo a qualidade, não é uma tarefa simples. Para mais informações sobre a Vishay e sua linha de componentes visite o site: www.vishay.com/products/ diodes_rectifiers


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Família de Controladores Lógico-Programáveis FEC da FESTO Pode ser Comandada por Palm A partir de agora, a família de CLPs FEC da Festo Automação conta com o Easy Control (Controle Fácil), um software projetado para rodar em plataforma Palm Pilot. Com ela, as mais diversas aplicações que vão do gerenciamento de processos à manipulação de materiais podem ser controladas por um equipamento Palm usando linguagem de programação desenvolvida pela Festo. Esse add on é totalmente gratuito. O usuário pode fazer o download do programa na Internet e carregar seu Palm de qualquer marca. Segundo a Festo, antes disso era necessário usar um microcomputador desktop ou notebook. Informações podem ser obtidas no site da Festo em: www.festo.com.br

Conector Molex Para Robótica é 15 Vezes Menor que as Versões Tradicionais Projetado para aplicações em Automação como pequenos robôs e outros equipamentos movimentados por motores, o sistema Compact Robotic Connector (CRC) tem 1/15 do tamanho dos conectores I/O tradicionais para trabalhos pesados. O sistema é um dos sistemas I/O para até 30 circuitos. Disponível em versões de 12, 20 e 30 circuitos, o sistema CRC tem a pinagem necessária para controlar robôs pequenos que, normalmente, usam até 4 motores. O sistema é especificado para 250 V e pode ser usado tanto para conectar sinais como alimentação. Um sistema de trava por mola facilita a manutenção, uma vantagem sobre os tipos comuns que usam parafusos. Informações em http://www.molex.com MECATRÔNICA ATUAL Nº1/OUTUBRO-NOVEMBRO/2001

Sensor Determina o Comprimento de Onda da Luz Incidente Este novo dispositivo opera com comprimento de onda de 450 nm a 900 nm e mede o pico espectral da luz. O sensor de comprimento de onda PSS-WS7.56 pode determinar o pico de freqüência de uma luz monocromática. Diferentemente de outros dispositivos, a saída não é afetada pela intensidade da luz medida. O dispositivo pode ser usado em quantificação de LEDs, casamento de cores, teste de lentes e em outras aplicações em que se necessita de medida precisa do comprimento de onda da luz. A área sensível é de 2,75 mm quadrados com duas junções pn superpostas, uma sobre a outra. Informações na Pacific Silicon Sensor em: http://www.pacific-sensor.com

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ESPECIAL

MECA TRÔNICA TRÔNICA Uma Abor dagem V oltada Abordagem oltada à Automação Industrial Julio Cezar Adamowski

Professor Titular do Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos Escola Politécnica da USP

Celso Massatoshi Furukawa

Professor Doutor do Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos Escola Politécnica da USP

A Mecatrônica pode ser definida como a integração de Mecânica, Eletrônica e Computação de forma concorrente. Essa combinação tem possibilitado a simplificação dos sistemas mecânicos, a redução de tempos de desenvolvimento e custos, e a obtenção de produtos com elevado grau de flexibilidade e capacidade de adaptação a diferentes condições de operação. Os conceitos de Mecatrônica podem ser empregados numa vasta gama de aplicações, sendo que este artigo é focado na área de Automação Industrial. INTRODUÇÃO

O mundo vem presenciando nos últimos anos o avanço vertiginoso da Microeletrônica, num ritmo que até o momento não tem dado sinais de desaceleração. Como resultado, são obtidos circuitos eletrônicos cada vez mais rápidos e poderosos, mas paradoxalmente cada vez menores, mais baratos e econômicos. Associados diretamente à Microeletrônica, o computador digital e as Ciências da Computação também se desenvolvem rapidamente, num círculo virtuoso em que computadores mais poderosos favorecem o desenvolvimento de aplicações mais complexas, que por sua vez exigem cada vez mais poder computacional. Apesar desses resultados estarem causando uma ampla revolução tecnológica na Engenharia e na sociedade em geral, quando são associados à sistemas mecânicos é que se 8

observa um maior impacto nos sistemas produtivos e no cotidiano das pessoas. Não é de hoje que componentes eletrônicos (tais como sensores, atuadores eletro-mecânicos e circuitos de controle) são utilizados no controle e acionamento de sistemas mecânicos. No entanto, foi o recente desenvolvimento dos circuitos integrados que possibilitou a produção em larga escala e baixo custo de microprocessadores dedicados conhecidos como microcontroladores. Hoje esses dispositivos eletrônicos estão presentes não apenas em máquinas e equipamentos industriais mas também nos automóveis, nas máquinas de lavar roupas, nos sistemas de ar condicionado, aparelhos de vídeo, etc. Os sistemas mecânicos sofreram profundas modificações conceituais com a incorporação da capacidade de processamento, o que permitiu torná-los mais rápidos, eficientes e confiáveis, a custos cada vez menores.

No Japão, a combinação bem sucedida de Mecânica, Eletrônica e Processamento Digital em produtos de consumo recebeu o cognome de Mecatrônica no final da década de 70. A figura 1 representa de forma genérica um sistema mecatrônico. Os sensores captam as informações do mundo físico que são processadas digitalmente, resultando em ações de controle. O sistema de controle age sobre o sistema físico através de atuadores. Disto resulta um sistema realimentado, que pode representar sistemas com níveis variados de complexidade. Essa combinação pode gerar uma gama muito ampla de aplicações, de tal forma que o termo Mecatrônica pode ser interpretado de formas diferentes dependendo da aplicação em questão. Este artigo tem seu foco na Automação Industrial, com particular ênfase na indústria de manufatura. Este é o foco adotado no curso de Engenharia Mecânica com habilitação em Automação e Sistemas da Escola Politécnica da USP (EPUSP), com o qual os autores se encontram envolvidos (Cozman, 2000). MECATRÔNICA

Muitos engenheiros consideram que a Mecatrônica surgiu com o desenvolvimento dos robôs. Os projetos na área de Robótica impulsionaram o desenvolvimento de outras áreas, tais como o controle realimentado a partir da fusão de informações sensoriais, tecnologias de sensores e atuadores,


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Figura 1 - Sistema mecatrônico.

programação de alto nível, cinemática e dinâmica. O grande avanço na área de Robótica somente foi possível com o surgimento do microprocessador, pois o controle de trajetória dos robôs articulados envolve cálculos complicados que devem ser realizados em tempo real. Segundo Schweitzer da ETH de Zurich (1996), Mecatrônica é uma área interdisciplinar que combina a Engenharia Mecânica, a Engenharia Eletrônica e Ciências da Computação. Van Brussel, da Universidade Católica de Leuven (1996), considera Mecatrônica como a combinação de Engenharia Mecânica, Engenharia de Controle, Microeletrônica e Ciência da Computação, numa abordagem de engenharia concorrente, isto é, deve-se ter uma visão simultânea das possibilidades nas diferentes disciplinas envolvidas, em contraste com as abordagens tradicionais que geralmente tratam os problemas separadamente. Salminen, da empresa FIMET da Finlândia (1992), define Mecatrônica como sendo a combinação de mecânica e eletrônica para melhorar a operação em vários aspectos, aumentar a segurança e reduzir custos de máquinas e equipamentos. Presume-se que o autor considera a Computação como parte da Eletrônica. Acar, da Universidade de Loughborough na Inglaterra (1996), considera a Mecatrônica como uma filosofia de projeto, baseada na integração de Microeletrônica, Computação e Controle em Sistemas Mecânicos, para se obter a melhor solução de projeto e produtos com um certo grau de “inteligência” e “flexibilidade”.

Existem vários outros artigos que discutem a definição de Mecatrônica (Ashley, 1997), porém verifica-se que o ponto comum à maioria das abordagens é, mais que a simples soma, a integração de diferentes tecnologias. A partir de meados da década de 80, países como Austrália, Japão, Coréia do Sul, além de alguns países Europeus, iniciaram a criação de cursos de graduação e pós-graduação voltados ao ensino multidisciplinar de Mecatrônica (Acar, 1997). Nos Estados Unidos não foram criados cursos específicos de Engenharia Mecatrônica, porém foram introduzidas, nos currículos dos cursos de graduação, disciplinas que apresentam o conceito de Mecatrônica (Ashley, 1997). Na grande maioria das Faculdades de Engenharia dos E.U.A., as modificações foram feitas nos cursos de Engenharia Mecânica, com disciplinas que abordam a integração de Mecânica, Eletrônica e Computação, para o desenvolvimento de componentes e máquinas. Na Finlândia foi introduzido em 1987 um programa especial de pesquisa em Mecatrônica com a participação de quatro universidades técnicas. Este programa contou com um orçamento de 6,5 milhões de dólares até 1990, e a participação de aproximadamente 80 indústrias atuando em setores estratégicos (máquinas para fabricação de papel, telefonia móvel, máquinas florestais, robôs especiais) (Salminen, 1996). O programa atingiu o objetivo de difundir os conceitos de Mecatrônica nas indústrias e em 1995 um novo programa foi introduzido, com horizonte de quatro anos e um orçamento de 20 milhões de dólares, en-


volvendo universidades, centros de pesquisa e indústrias, com novos temas na área de Mecatrônica. Na Inglaterra, a comunidade envolvida com Mecatrônica só recebeu aceitação oficial em 1990 com a criação de um Fórum de Mecatrônica apoiado pelo IEE (Institute of Electrical Enginners ) e o MechE ( Institute of Mechanical Engineers ) (Hewit, 1996). No Brasil, o primeiro curso de graduação em Mecatrônica surgiu no final da década de 80, como uma iniciativa pioneira da Escola Politécnica da USP. O curso, denominado Automação e Sistemas, foi implementado no Departamento de Engenharia Mecânica, aproveitando-se o núcleo do curso de Engenharia Mecânica, ao qual se introduziram disciplinas novas de Eletrônica e Computação (Cozman, 2000). Este curso foi iniciado em 1988 e já formou cerca de 450 engenheiros até o final de 2000. CONCEITOS DE MECATRÔNICA

Atualmente a Mecatrônica é entendida como uma filosofia relacionada à aplicação combinada de conhecimentos de áreas tradicionais como a Engenharia Mecânica, Eletrônica e Computação de forma integrada e concorrente, conforme mostra a figura 2. Uma combinação para ser concorrente deve extrair o que há de mais adequado em cada uma das áreas, de tal forma que o resultado final é mais do que a simples soma de tais especialidades, mas sim uma sinergia entre elas. O conceito de Mecatrônica representa a combinação adequada de materiais (resistência dos materiais, comportamento térmico, etc.), mecanismos (cinemática, dinâmica), sensores, atuadores, eletrônica e processamento digital (controle, processamento de sinais, simulação, projeto auxiliado por computador), possibilitando as seguintes características: a) No projeto

Simplificação do sistema mecânico; Redução de tempo e de custo de desenvolvimento; •

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ESPECIAL tamentos desejados, como por exemplo, maior rigidez e eliminação de modos de vibração. As aplicações de computação em Engenharia Mecânica evoluíram a partir do início da década de 80 com a evolução vertiginosa do poder de processamento dos computadores, acompanhado por um imenso declínio de preços. Antes disso, programas para análise estrutural, térmica ou fluida eram rodados em computadores tipo main frame com entrada de dados em cartões perfurados e saídas em forma de listagens. Atualmente esses programas de análise oferecem excelentes interfaces gráficas para o usuário, tanto relacionadas à entrada de dados como apresentação dos resultados. Hoje, modelos matemáticos sofisticados e cada vez mais complexos podem ser simulados mesmo em computadores pessoais. NÍVEIS

Figura 2 - Uma representação esquemática da Mecatrônica.

facilidade de se introduzir modificações ou novas capacidades; flexibilidade para receber futuras modificações ou novas funcionalidades. •

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b) No produto:

flexibilidade de operação: programabilidade; inteligência: capacidade para sensoriar e processar informações para se adaptar a diferentes condições de operação; auto-monitoração e prevenção ativa de acidentes; auto-diagnóstico em caso de falhas; redução do custo de manutenção e consumo de energia; elevado grau de precisão e confiabilidade. Vejamos alguns exemplos de como esses resultados são possíveis, dentro da área de Automação Industrial. Sistemas tais como máquinas ferramentas e máquinas de manufatura •

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em geral eram compostos por mecanismos para sincronização de movimentos e normalmente acionados por um só atuador (em geral, um motor elétrico). A grande complexidade dos mecanismos exigia precisão elevada para diminuir folgas e dispositivos de lubrificação para reduzir atritos. Essas máquinas sofreram um grande desenvolvimento, com a introdução do controle numérico computadorizado (CNC), possibilitando a obtenção de peças com formas tridimensionais complexas. Os Controladores Lógicos Programáveis (CLP) possibilitaram grandes modificações na indústria com a automação de processos, melhorando o desempenho e a qualidade dos produtos. A utilização de mecanismos elásticos tem se tornado uma realidade e possibilita a eliminação de juntas articuladas, por exemplo. Estruturas flexíveis podem ser controladas, através de sensores e atuadores montados ao longo dessas estruturas, passando a apresentar compor-

Para alguns, Mecatrônica é o conceito de engenharia integrada que utiliza CAD e CAM para gerar um produto complexo como, por exemplo, um robô. Um engenheiro de produção, por outro lado, pode entender a Mecatrônica como sendo a implementação de um sistema flexível de manufatura. Um engenheiro, ao pro jetar uma câmara de vídeo, pode entendê-la como a utilização de eletrônica numa aplicação Mecânica. Já um engenheiro químico pode entender a Mecatrônica como o controle de um processo químico utilizando sensores e atuadores, controlados por um processador digital. Provavelmente todos estão corretos, pois a Mecatrônica está presente em diferentes níveis. Neste artigo são definidos os seguintes níveis: Componente (por exemplo, circuitos integrados, sensores, atuadores, mecanismos); Máquina (máquinas de usinagem, medição, inspeção, movimentação, embalagem); Sistema (FMS - flexible manufacturing system, FAS - factory automation system, CIM - computer integrated manufacturing). •

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ESPECIAL A atuação profissional nos diferentes níveis está relacionada com o grau de compreensão exigido dos fenômenos físicos envolvidos: quanto mais próximo, maior deve ser o domínio sobre eles. O nível de componente exige o maior grau de domínio, enquanto que o nível de sistema requer o menor. Desta forma, conforme nos distanciamos do nível físico, diminuise a complexidade física envolvida devido ao aumento do nível de abstração. Por outro lado aumenta também a complexidade lógica do sistema, exigindo maior poder de processamento para lidar com uma maior quantidade de informação. É o que ilustra a figura 3. No caso de um sensor de temperatura, por exemplo, precisamos ter conhecimento dos fenômenos físicos que podem ser utilizados para realizar a medida (variação de resistência, dilatação térmica, junção termo-par, etc), as vantagens e desvantagens de cada um, as condições em que a medida deverá ser feita (tempo de resposta, faixa de temperatura, precisão e condições ambientais adversas), e a eletrônica necessária para condicionar o sinal e permitir a sua leitura. No caso extremo do projeto de um sensor desse tipo, a informação desejada é o valor real de uma temperatura, e seu processamento envolve a transdução para um sinal elétrico.

No noutro extremo, um sistema de automação de fábrica (FAS) deve lidar com informações bastante abstratas, tais como adequação de estoques, capacidade produtiva das máquinas, previsões de demanda, escalas de manutenção, possibilidade de falhas, limites de consumo de energia, etc. A geração de um planejamento otimizado de produção (o que produzir, quando e como) e o posterior controle da produção (com correções ocorrendo ao longo do trabalho) exige o conhecimento preciso e instantâneo de todas estas variáveis e de muitas outras mais, além de envolver algoritmos sofisticados para tomada de decisões. DISCUSSÃO

O ponto importante do conceito e da filosofia de Mecatrônica é a combinação concorrente da Mecânica, Eletrônica e Computação, de forma integrada para se obter, no produto, características, tais como, flexibilidade e inteligência, e no projeto, sistemas mecânicos mais simples, redução de custos e facilidade para se introduzir modificações. Os grandes desafios impostos pela Mecatrônica são: atualização constante e projetos visando a integração de conhecimentos de diferentes áreas.Os meios de comunicação têm acompanhado esta evolução e a Internet tem

Figura 3 - A complexidade física é maior no nível de componente, enquanto que a complexidade lógica é maior no nível de sistema


possibilitado consulta rápida a fornecedores e fabricantes de componentes, máquinas e sistemas. A integração, sendo uma característica dos pro jetos em Mecatrônica, exige do profissional não apenas um conhecimento técnico abrangente, mas também a habilidade para trabalhar em equipe, uma vez que seria muito difícil um único profissional ter domínio total sobre todas as áreas envolvidas. O rápido desenvolvimento científico e tecnológico que estamos presenciando inviabiliza a formação de profissionais com profundo domínio de todas as especialidades que compõem a Mecatrônica, exigindo que a educação ocorra de forma continuada mesmo após a conclusão do curso. l REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Acar M., Parkin R.M., Engineering Education for Mechatronics, IEEE Transactions on Indus- trial Electronics , vol. 43, no. 1, p.106112, 1996. 2. Acar M., Mechatronics Challenge for the Higher Education World, IEEE Transactions on Components, Packing, and Manu- facturing Technology , vol. 20, no. 1,

p.14-20, 1997. 3. Ashley S., Getting a Hold on Mechatronics, Mechanical Enginee- ring , ASME, maio de 97, p. 60-63, 1997. 4. Cozman F.G., Furukawa C.M., A Reestruturação Curricular do Curso de Mecatrônica da Escola Politécnica, Anais do COBENGE 2000 , Ouro Preto, MG, out. 2000. 5. Hewit, J.R. & King, T.G., Mechatronics Design for Product Enhancement, IEEE/ASME Transac- tions on Mechatronics , vol. 1, no. 2, p.111-119, 1996. 6. Salminen V., Ten Years of Mechatronics Research and Industrial Applications in Finland, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics , vol. 1, no. 2, p.103-105, 1996. 7. Van Brussel H.M.J., Mechatronics – A Powerful Concurrent Engineering Framework, IEEE/ASME Transactins on Mechatronics , vol. 1, no. 2, p.127-136. 11

PNEUMÁTICA

A impor tância dos importância

COMPONENTES PNEUMÁTICOS...CONFIÁVEIS José Carlos Amadeo

Centro Universitário Salesiano de São Paulo

Hoje, é bastante comum, Engenheiros de Automação Industrial, Técnicos em Instrumentação, estudantes de Mecatrônica, entre outros profissionais, elaborarem seus projetos, sem se preocuparem com os componentes e demais elementos de Campo. Nosso objetivo principal, é fazer um alerta à estes profissionais, para que especifiquem, em seus projetos, produtos de alta qualidade e com a confiabilidade assegurada, pois somente assim seus projetos terão resultados positivos. A área de Automação Pneumática, hoje responsável pela maioria dos comandos, utilizados em Robótica, Processos Industriais, Malhas de Instrumentação, etc., é o tema principal deste artigo.

Imaginem o segmento bancário, operando sem os recursos dos computadores - seria um caos atender à todos os serviços e as facilidades geradas através da Eletrônica, sem falar da Internet, pelo sistema da rede de Telecomunicação Computadorizada. Uma empresa , que não utiliza os recursos dos computadores, seja para: controle de estoque, de vendas, de produção - análise dimensional de peças - CAD - controles estatísticos projetos, entre outros serviços, certamente estará fora de competição no mercado atual. E na linha de produção, onde inúmeros comandos são responsáveis para: alimentar, posicionar, fixar, expulsar; separar, girar, contar, dosar, ordenar; imergir, elevar; alimentação de fitas com avanços compassados; unidades de avanço giratório passo-a-passo; Robótica; entre outras aplicações. É possível imaginá-los sem os recursos da Automação Eletrônica? E na área da Automação Pneumática, podemos elaborar dispositivos sem a ajuda da Eletrônica? Sim, só que não podemos contar com a confiabilidade operacional destes equipamentos, pois seus recursos de aplicação são limitados. Exemplo: Um comando pneumático que depende de um acionamento de fim de curso pneumático e/ou mecânico; será que podemos confiar no seu sinal de retorno informando: •

Atualmente, podemos afirmar que seria quase impossível projetar qualquer sistema de Automação sem recorremos aos recursos da eletrônica. Presente em todos os sistemas que necessitam de: confiabilidade; segurança operacional; rapidez na geração dos sinais de comando, gerando produtividade, produtos seriados com a qualidade assegurada, e conseqüentemente redução de custos, no produto terminado. As aplicações da Automação, seja ela Pneumática, Hidráulica ou qualquer outra forma que dependa dos comandos da Mecatrônica (Mecânico + Eletrônica) estão presentes nas grandes, médias ou pequenas empresas, com ampla gama de contribuições. Destacamos a mecanização de tarefas manuais, a automação ou • • •

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semi-automação de máquinas dos mais diversos tipos, a construção de dispositivos que executam automaticamente seqüências operacionais simples ou mais complexas, tudo isto facilmente integrado à Microeletrônica e à Informática. Hoje, os componentes de campo, tais como; sensores, transmissores de pressão, de temperatura, válvulas solenóides, sinalizadores, alarmes, lâmpadas , etc., e sem deixar de mencionar, os Controladores Lógicos Programáveis (CLP’s), superam suas próprias perspectivas. De um simples projeto - o de abrir e fechar uma porta, até o mais dos sofisticados computadores que comandam todos os controles de uma Nave Espacial, a Eletrônica se faz presente, oferecendo segurança e confiabilidade.

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MECATRÔNICA ATUAL Nº 1/OUTUBRO-NOVEMBRO/2001

PNEUMÁTICA “peça posicionada” - “válvula solenóide de emergência fechada” , “porta do forno aberta”, etc., e sua segurança operacional ? Vamos imaginar uma máquina complexa, responsável por 60% da produção (de alta responsabilidade), cujo investimento para a empresa foi bastante representativo, e por qualquer motivo esta máquina “parar”, por falha de algum componente pneumático. Será prejuízo na certa para a empresa, gerando atrasos na produção, em seus compromissos de entregas, no seu faturamento , etc. Temos estatísticas que uma máquina parada por razões de manutenção/ reparos, ou mesmo para troca de um simples componente, sua “hora máquina parada” representa para a empresa, R$ 10.000,00/hora, aproximadamente, dependendo do tipo de máquina e dos componentes instalados. Nossa imaginação está voltada para esta máquina - fabricada no Brasil ou importada - e que vem equipada com blocos de válvulas pneumáticas - comando solenóides - e com um programa de CLP incorporado. O fabricante , por razões desconhecidas ou mesmo por questões de redução de custos, especificou, no item “válvulas/componentes pneumáticos”, uma certa marca “X” . Se esta máquina for importada - ex.: USA, entre o despacho de origem, até sua chegada ao Porto de Santos, e translado para a Capital, passaram-se 05 meses - (prazo bastante otimista). Seus componentes pneumáticos, e demais acessórios instalados , ficaram inativos durante este período. Nos “Termos de Garantia”, os fabricantes costumam mencionar: “Não garantimos seus componentes por uso inadequado e/ou aplicações que não estejam dentro dos descritivos técnicos ...” - ou coisas semelhantes.

lar dentro das especificações e das normas técnicas exigidas pelo fabricante, componentes “confiáveis”, pois este será mais um dos acessórios responsáveis pelo bom andamento dos equipamentos; Ler as especificações técnica do manual, quanto: a pressão de operação (máxima e mínima), sistemas de filtragem do ar comprimido, temperatura ambiente, se este equipamento necessita ser instalado em salas climatizadas, entre outras notas importantes; O conjunto de preparação e tratamento do ar comprimido, filtro/ regulador de pressão e Lubrificador, deverá atender à todas exigências em relação a: qualidade do ar comprimido, instalação de filtros coalescentes, secador de ar, vazão/ pressão, etc.; Lubrificação: se a máquina opera com ou sem lubrificação, especificar para compras, o óleo recomendável (confiáveis), especial para sistemas de lubrificação pneumática; Entre outras inúmeras providências. •

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E em relação as “válvulas de comando pneumáticas instaladas... são confiáveis?" Estão em condições para entrar em operação? O que adiantou os engenheiros/ técnicos em Mecatrônica projetar seus comandos / CLP’s com os mais sofisticados componentes eletrônicos, garantindo movimentos operacionais, através dos sinais I/O, se no final da “linha” existem componentes, neste caso, pneumáticos, sujeitos a falhas? Nosso alerta está voltado para o usuário final, ou mesmo para os pro jetistas que deverá especificar/exigir do fabricante, seja ele nacional ou mesmo de produtos/máquinas importadas, que seus componentes pneumáticos. Exemplo: válvulas solenóides, sejam de alta tecnologia e que tenham no Brasil, representantes/distribuidores autorizados com assistência técnica, para que em caso de emergência, falha de algum componente, queima de uma bobina da válvula solenóide ou mesmo após um longo período operacional tenham, no local, peças de reposição.

HORA DE INSTALAR A MÁQUINA

Se o instalador possuir alguns conhecimentos em Automação Pneumática, suas primeiras providências serão: Verificar o local da instalação; Se existe neste local, ponto de ar comprimido, caso contrário, insta• •

Figura 1 - Exemplo de uma válvula solenóide de ação Direta, com a nova tecnologia “Spool & Sleeve”.


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PNEUMÁTICA

Figura 2 - Exemplo de válvula solenóide servo-pilotada em "corte".

UM ALERTA, EM RELAÇÃO AS VÁLVULAS E DEMAIS COMPONENTES PNEUMÁTICAS

Já estão disponíveis no mercado nacional, válvulas pneumáticas com nova tecnologia, chamada de: “A tecnologia do Spool & Sleeve”. Trata-se de válvulas pneumáticas que operam sem guarnições de borracha, ou seja, sem as tradicionais vedações do tipo “O ring’s”, garantindo desta forma, confiabilidade em seus comandos, maior rapidez de comutação, alta vazão constante, longa vida operacional , entre outros benefícios. A figura 1 mostra um exemplo deste tipo de válvula. A TECNOLOGIA SPOOL SLEEVE PASSO-A-PASSO

que passa a atuar como se fosse um rolamento pneumático evitando qualquer contato metal-metal, conseqüentemente, sem nenhum atrito no conjunto. Além disso: O ajuste perfeito entre o Spool e o Sleeve dispensa as vedações dinâmicas tipo “O ring’s”, tornando a durabilidade das válvulas quase infinita e sem vazamentos. Trabalhando com ou sem lubrificação elas resistem a contaminantes, misturas pegajosas e ferrugem das redes de ar (redes antigas) por vários anos sem manutenção. As afiadas arestas existentes no Spool formam uma perfeita lâmina nos orifícios de passagem do ar no Sleeve, funcionando como raspadores, combatendo os elementos de contaminação da rede de ar comprimido. Possuem extrema versatilidade de aplicação, como: pressão-vácuo, dupla-pressão, vácuo-vácuo, etc. Através desta nova tecnologia, a confiabilidade de comando geradas pelos CLP's estará garantida. Esta nova tecnologia permite que as válvulas pneumáticas operem isentas de lubrificação, não poluindo e/ou contaminando o ambiente de tra•

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Esta tecnologia é formada por um carretel deslizante e um cartucho flutuante. Confeccionados em aço inox com precisão micrométrica e submetidos a tratamento térmico de endurecimento. Sendo balanceado, ao injetar-se o ar comprimido na válvula, o Spool é centrado no Sleeve e o ar ao redor deste, formando um colchão de ar, 14

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balho, eliminando desta forma, o óleo que sai pelos escapes, contrário aos modelos de válvulas que necessitam operar com lubrificação permanente. Atuadores pneumáticos - Cilindros - responsáveis pelos movimentos/forças entre outras funções, também disponíveis para operar sem lubrificação. A figura 2 mostra um exemplo de válvula servo-pilotada em “corte”. É importante divulgar esta nova tecnologia, pois as válvulas pneumáticas, que possuem as tradicionais guarnições de borracha, como elementos de vedação, podem ressecar, por falta de uma lubrificação adequada, ou mesmo apresentar desgastes pelo seu uso constante, provocando falhas, resultando as “paradas de máquinas”, para troca dos jogos de reparos, além do desperdício do ar comprimido, provocados pelos vazamentos (desgaste natural dos componentes de borracha). Podemos afirmar que nada adiantaria fazer uso da alta tecnologia dos Comandos Eletrônicos, sejam estes, de fabricação atual ou mesmo do próximo século, se não utilizarmos Componentes Pneumáticos Confiáveis. l •


ELETRÔNICA

CAIXAS DE REDUÇÃO Solução para a realização de projetos de Mecatrônica Newton C. Braga

Um dos problemas para a realização de projetos práticos que envolvam automatismos mecânicos acionados por meio de circuitos eletrônicos, como por exemplo, a partir de computadores e circuitos digitais de controle é a obtenção de componentes mecânicos. A Mecatrônica, que une as tecnologias da Eletrônica e da Mecânica está se difundindo cada vez mais e muitas escolas já possuem cursos regulares desta disciplina. No entanto, elas enfrentam muitas dificuldades justamente pela impossibilidade de implementação de projetos didáticos simples, acessíveis e baratos que possam ser realizados no nível exigido pelos cursos. Uma solução interessante que apresentamos neste artigo consiste no uso de caixas de redução. O maior problema para os montadores de automatismos mecânicos como braços mecânicos, robôs, pequenos veículos controlados à distância, etc., está na obtenção das partes mecânicas. Muitos, desmontando brinquedos e eletrodomésticos fora de uso e mesmo equipamentos de uso especializado que usam elementos mecânicos acabam por conseguir muitos componentes importantes como motores, engrenagens, polias, etc e a partir deles construir sistemas de redução, movimentação de alavancas, braços e em alguns casos até montar servosmecanismos. No entanto, trata-se de um verdadeiro trabalho de "garimpagem" que nem sempre leva às soluções desejadas, além de dar muito trabalho. Com a disponibilidade de computadores em

praticamente qualquer laboratório de desenvolvimento, a possibilidade de se controlar dispositivos mecânicos a partir de programas automatizadores, de um teclado ou mesmo de um joystick, torna-se cada vez mais tentadora, e as escolas que ensinam Mecatrônica sabem disso e até mesmos os profissionais que tentam implementar seus próprios projetos nesta área. No entanto, esbarra-se ainda na parte mecânica que pode significar a diferença entre o êxito e o fracasso de qualquer projeto. Mas, o problema tem algumas soluções simples que podem facilitar bastante o trabalho dos projetistas. A disponibilidade no mercado de uma caixa de redução com características padronizadas e que funciona com tensões que são facilmente obti-


das a partir de circuitos eletrônicos comuns pode ajudar bastante os leitores interessados. CAIXA DE REDUÇÃO A Saber Marketing Direto Ltda. tem na sua linha de produtos uma caixa de redução que pode servir para a realização de uma infinidade de projetos que envolvam o controle de dispositivos mecânicos a partir de sinais elétricos.

Figura 1 - Uma caixa de redução para projetos de Mecatrônica.

Esta caixa de redução, conforme mostra a figura 1, consta de um motor de corrente contínua de 6 volts que aciona um conjunto de engrenagens metálicas, obtendo-se assim uma redução de velocidade numa proporção que pode ser considerada ideal para aplicações em Mecatrônica, Robótica e automatismos mecânicos diversos. Como os motores de corrente contínua possuem uma velocidade que depende de sua carga, não é possível definir exatamente a velocidade da redução, mas ela estará entre 0,5 e 1 15

ELETRÔNICA giro por segundo, tipicamente, dependendo de quanta força você desejar que ela aplique num mecanismo. Para um motor pequeno, esta taxa de redução permite uma multiplicação considerável da força, o que quer dizer que no eixo de redução obtém-se um torque considerável. De fato, enrolando-se diretamente um fio neste eixo, é possível deslocar um peso considerável, conforme mostra a figura 2.

Figura 2 - A força do motor fica multiplicada pela redução.

A vantagem principal deste sistema está na facilidade que se tem de acoplar o eixo a qualquer dispositivo que se deseje movimentar e na possibilidade de se controlar o motor com tensões e correntes relativamente baixas. Também observamos que é possível inverter o sentido de rotação do sistema, bastando para isso que se inverta a circulação da corrente no motor. Para os projetistas de Mecatrônica, Robótica e automatismos mecânicos existe uma outra vantagem importante no uso destas caixas: a possibilidade de se conseguir diversas unidades com características semelhantes, garantindo assim uniformidade na ação do projeto. Certamente isso não vai ocorrer se peças isoladas forem aproveitadas de sucatas ou montadas a partir de componentes isolados aproveitados da mesma forma. Também é importante observar que o próprio motor original pode ser facilmente trocado, caso o projetista deseje características diferentes para seu automatismo. 16

COMO USAR A maneira mais simples de se controlar o motor a partir de sinais de pequena intensidade faz uso de um transistor NPN ou PNP de média potência de uso geral, mostrado na figura 3. Para se alterar a velocidade de rotação numa faixa bastante ampla podemos usar um controle PWM com base em circuitos integrados simples. Assim, o circuito da figura 4, altera o ciclo ativo do sinal retangular aplicado no motor de modo a modificar sua velocidade com um mínimo de perda de torque nas baixas rotações. Neste circuito também podemos usar um transistor de efeito de campo de potência (Power FET) que é capaz de controlar vários ampères de corrente com grande facilidade. Esta característica é importante, pois diferentemente dos reostatos comuns não existe uma “faixa morta” em que o motor é alimentado mas não “parte”, saindo depois da imobilidade

Figura 3 - Um controle linear de velocidade.

já com boa velocidade. Este problema, muito notado em ferrovias em miniatura, autoramas e robôs móveis, não ocorre com este tipo de controle. Uma aplicação interessante consiste na inversão da polaridade e portanto do sentido de rotação por meio de uma ponte de transistores ou ponte H como é chamada. Este circuito‚ mostrado na figura 5, funciona da seguinte forma: quando o nível do sinal de controle é alto, conduzem os transistores Q 1 e Q3, com a corrente passando num sentido pelo motor. Quando o nível do sinal de controle é baixo, conduzem os transistores Q2 e Q 4 com a circulação da cor-

Figura 4 - Um controle PWM para motor e caixa de redução.

Outras caixas de redução: Muitos brinquedos que se movimentam não têm suas rodas propulsoras diretamente acopladas aos motores, pois eles são de alta rotação e neste caso deseja-se baixa rotação e maior torque. Assim, é comum que nestes brinquedos já encontremos os motores acoplados à pequenas caixas de redução que tanto podem ter engrenagens plásticas como de metal. Estes motores, com suas caixas de redução, podem ser usados em diversos projetos de Mecatrônica. MECATRÔNICA ATUAL Nº 1/OUTUBRO-NOVEMBRO/2001

ELETRÔNICA

Figura 5 - Um controle de direção para motor DC usando uma ponte H.

rente pelo motor no sentido inverso. A combinação deste circuito com o anterior permite que se tenha um domínio completo sobre o sentido de rotação e a velocidade do motor. Observe que estes circuitos permitem o controle digital da caixa de redução o que pode ser interessante nas aplicações que envolvam o uso de computadores. Para se usar o computador (PC) diretamente no controle de uma caixa de redução (ou mais) podemos obter os sinais de sua porta paralela. Para isso, basta conhecer os sinais obtidos nesta porta que são discutidos com maiores detalhes no artigo: "Os Segredos da Porta Paralela". Em cada saída D0 a D 7 temos sinais de controle que podem drenar correntes máximas de 24 mA e fornecer correntes máximas de 2,4 mA a uma carga externa. Isso significa que, para maior segurança sempre deveremos fazer os acionamentos com a porta correspondente no nível baixo ou então usar buffers apropriados. O acionamento direto por meio de transistores é mostrado na figura 6. Neste circuito o uso de transistores PNP faz com que o motor seja acionado quando o nível lógico na saída seja 0. A fonte de alimentação do motor (ou motores) deve ser separada, mas o ponto de terra deve ser comum com a fonte do computador. Para que o acionamento do motor ocorra com o nível lógico 1 podemos ter um inversor que é mostrado na figura 7. Para usar buffers devemos lembrar que as saídas do PC casam-se com a tecnologia TTL LS e HC MOS.

Figura 6 - Acionamento direto de motor pela porta paralela (nível baixo).

Finalmente, para maior segurança nos projetos, pode ser usada uma interface com isoladores ópticos, caso em que se garante que qualquer problema elétrico que ocorra não vá refletir no computador. Um circuito deste tipo é mostrado na figura 8. É importante observar que os buffers internos do computador que fornecem sinais a sua saída normalmente fazem parte de chips com outras funções in-


ternas, como por exemplo, o controle dos drivers. Isso significa que um dano acidental nos circuitos das portas pode ter conseqüências graves para o PC. Desta forma, ao implementar qualquer circuito de controle com seu computador olhe com especial cuidado para as conexões da DB25. Qualquer curto nesta parte do circuito pode ser fatal para a integridade de seu computador. A ida ao nível lógico baixo ou alto sem encontrar uma limitação de corrente significa uma sobrecarga que os circuitos do computador não suportam. Lembre-se também que os circuitos das portas são tri-state permanecendo num estado indeterminado (nem 0 nem 1) na ausência de sinal de habilitação. Com relação aos programas de controle eles podem ser facilmente elaborados em Quickbasic (Qbasic), Visual Basic, Delphi ou qualquer outra liguagem de alto nível ou mesmo de baixo nível que são ensinadas nos cursos técnicos. l

Figura 7 - Acionamento direto no nível alto.

Figura 8 - Interface com acoplador óptico.

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DISPOSITIVOS

Sistema Automatizado de

COMUTAÇÃO DE GASES E CONTROLE DO FLUXO DE MASSA Aplicação em Fornos Térmicos Sebastião G. dos Santos Filho

Professor Associado do Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos – LSI/PSI/EPUSP Escola Politécnica da USP

O controle do fluxo e da comutação de gases bem como de vapores, encontra aplicação direta em salas limpas para fabricação de circuitos integrados, em hospitais, para controle do fluxo de anestesia, em fornos de sinterização de materiais, para metalurgia, dentre outras possíveis. Neste artigo apresentaremos um sistema para comutação e controle do fluxo de massa para gases de entrada num forno térmico destinado a sinterização, oxidação e nitretação de materiais. O sistema automatizado aqui apresentado para o controle de fluxo e seqüenciamento de diversos gases num forno é um exemplo de projeto mecatrônico que utiliza atuadores mecânicos, elétricos e controle via microcomputador. Na construção de um sistema automatizado de comutação e controle do fluxo de gases, são normalmente empregados três tipos de dispositivos básicos que são os pneumáticos, os para gases e os eletrônicos. Uma associação de dispositivos pneumáticos interligados por tubos e alimentados por ar comprimido resulta num circuito puramente pneumático. Já a associação de dispositivos para gases resulta em painéis de gases assim como a associação de dispositivos eletrônicos resulta em circuitos eletrônicos. Um sistema automatizado de comutação e controle do fluxo de gases nada mais é do que um circuito híbrido contendo os três tipos de dispositivos mencionados. Os circuitos pneumáticos incluem fonte de ar comprimido, mangueiras ou tubulações, 18

semos, podem ser interconectados entre si de forma a implementar circuitos completos. Nesta tabela, podemos destacar que o cilindro de ação simples possui um êmbolo ligado a uma mola. Quando o ar comprimido é introduzido no compartimento sem a mola, o êmbolo se movimenta e atua empurrando uma vareta para fora do cilindro. Mais tarde, a mola movimenta o êmbolo em direção contrária quando existir ausência de pressão no compartimento sem mola. Já no cilindro de ação dupla, o êmbolo pode ser movimentado para a esquerda ou para a direi-

válvulas, cilindros simples ou duplos, filtros, etc. Os circuitos que compõem os painéis de gases incluem válvulas “agulha”, rotâmetros, controladores de fluxo de massa (mass flow controllers), tubulações rígidas ou flexíveis (poliflo), reguladores, filtros, válvulas, etc. Finalmente, os dispositivos eletrônicos (transistores, resistores, etc.) permitem implementar circuitos de interface com microcomputadores de modo a se conseguir fazer a programação dos fluxos e da seqüência de gases que serão inseridos, por exemplo, num dado forno térmico. CIRCUITOS PNEUMÁTICOS PARA GASES

A tabela 1 mostra os símbolos dos dispositivos pneumáticos mais comuns os quais, conforme já dis-

Tabela 1 - Símbolos representativos dos dispositivos pneumáticos mais comuns.


DISPOSITIVOS ta dependendo do compartimento onde é inserido o ar comprimido e o mesmo também atua sobre uma vareta. Por outro lado, a válvula é um dispositivo básico que permite ou não a passagem de ar comprimido quando acionada. Na tabela 1 é mostrado o símbolo de uma válvula com caminho entre os pontos 1 e 2 habilitado tendo o acesso 3 fechado. Os tipos possíveis de acionamento de uma válvula para ar comprimido estão mostrados na tabela 2. Observe que a posição da seta entre os terminais 1 e 2 corresponde ao caminho ativado pela fonte de acionamento (solenóide, botão, alavanca, pedal, batente, rolete ou mola) enquanto que o acesso 3 representado na figura fica fechado após o acionamento. A “caixa” indicada no lado esquerdo da figura 1 representa uma válvula cujo caminho entre os pontos P e A foi acionado através de uma ten-

Figura 1 - Válvula pneumática normalmente fechada acionada eletricamente por tensão aplicada a uma solenóide. A caixa do lado esquerdo representa o acionamento por solenóide e a caixa do lado direito representa a posição de repouso assegurada por uma mola.

Para analisar os dispositivos dos painéis de gases, considere a tabela 3 onde temos representada a simbologia típica de todos aqueles que são mais comumente empregados. Estes dispositivos destinam-se a não apenas controlar o fluxo mas também seqüenciar os gases dese jados por uma dada linha de saída conectada, por exemplo, num forno térmico. A figura 3(a) mostra um circuito híbrido onde uma válvula solenóide para ar comprimido é empregada em conjunto com uma válvula para gás (normalmente fechada) de forma a permitir o acionamento elétrico da passagem do mesmo, isto é, a válvula solenóide controla a passagem de ar comprimido o qual, por sua vez, ativa a válvula de gás. Veja que quando a energizamos a solenóide, o caminho entre A e P é habilitado. Em seguida, o êmbolo do cilindro de ação simples movimenta

Figura 2 - Válvula solenóide MUFH-3-PK-3 fabricada pela FESTO cujo símbolo foi apresentado na figura 1.

Tabela 2 - Válvulas pneumáticas onde são indicados os tipos mais comuns de acionamento.

são aplicada a um solenóide ficando a via B fechada. Numa etapa seguinte representada pela “caixa” desenhada do lado direito, com a ausência de tensão aplicada na solenóide, o caminho entre os pontos A e B é acionado por uma mola ficando desta vez a via P fechada. A figura 2 mostra um exemplo comercial cujo símbolo já foi apresentado na figura 1. Trata-se da válvula solenóide MUFH-3-PK-3 fabricada pela FESTO. Observe que a energização do solenóide é feita com 220 V eficazes da rede através de uma chave S 1.


Tabela 3 - Componentes típicos empregados em painéis de gases.

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DISPOSITIVOS

Figura 3 - Circuito híbrido para acionamento de uma válvula para gás entre os pontos C e D: (a) Representação esquemática completa; (b) Representação também completa mas com símbolo mais simples para a válvula solenóide; (c) Representação simplificada de uma válvula para gás acionada por válvula solenóide pneumática.

uma vareta que abre a válvula e libera a passagem de gás entre os pontos C e D. Este tipo de associação é comum em painéis de gases os quais podem ser controlados de forma remota através de chaves discretas que ativam tensões elétricas ou ainda através de circuitos de interface conectados a um microcomputador no qual exista um software de controle. A figura 3(b) mostra uma representação simplificada da válvula solenóide conectada ao cilindro de ação simples e, ainda, a figura 3(c) é equivalente ao circuito da figura 3(b)

sendo que o cilindro ficou imbutido na válvula de gás. Na última seção deste artigo, voce terá a oportunidade de ver um circuito circuito eletrônico simples de interface para microcomputador para acionamento remoto de um painel de gases. Convém também destacar no caso da válvula para gás da tabela 3 que o acionamento pode ser feito, além daquele mostrado na figura 3(b), também das diversas maneiras mostradas na tabela 4. Veja que, no acionamento pneumático/elétrico, temos presente diversos componentes

Tabela 4 - Formas de acionamento de uma válvula para controlar a passagem de gás.

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pneumáticos como os cilindros de ação simples e dupla associados a válvulas solenóides para ar comprimido. O acionamento pode também ser via manual, motor e eletromagnética. Neste último caso, o campo eletromagnético da solenóide movimenta uma vareta que abre uma válvula que estava normalmente fechada. A mola tem a função de deixar a válvula normalmente fechada na ausência de campo. Por outro lado, o controlador de fluxo de massa (MFC: Mass Flow Controller) Controller ) é um outro dispositivo para gás que permite um controle extremamente preciso do fluxo de gás em uma dada linha. A figura 4 mostra um diagrama completo de um controlador de fluxo de massa. O fluxo de gás que passa entre os pontos A e B é controlado para ficar estável num valor específico pré-programado. Conforme indicado na figura 4, o MFC é composto de um bloco I onde se mede o fluxo de massa e um bloco II que controla o fluxo de massa de forma a se igualar com um valor de referência (set point). Considerando inicialmente o bloco I onde se mede o fluxo de massa, normalmente fabrica-se o tubo por onde passa o gás em aço inoxidável internamente internamente eletropolido a fim de garantir alto nível de limpeza e minimizar reações químicas entre o gás e o referido tubo. Observe você na figura 4 que existem dois sensores de temperatura nos dois extremos do tubo de aço eletropolido e um esquentador ao centro. Quando o gás flui através do tubo, ele carrega calor de uma extremidade a outra sendo que quando maior o fluxo, maior a quantidade que é transportada. Porém, esta quantidade de calor transportada é proporcional a diferença de temperatura entre os dois sensores e, portanto, proporcional ao fluxo de massa. A diferença de temperatura é medida com a ajuda de uma ponte de Wheastone onde os sensores são resistências com um coeficiente de variação com a temperatura. As resistências associadas aos sensores 1 e 2 nas temperaturas T E e T S, respectivamente, podem ser escritas, também respectivamente, como segue:


DISPOSITIVOS

Figura 4 – Diagrama funcional do controlador de fluxo de massa (MFC).

(

=

+α

(

−

))

e

(

=

(1)

+α

(

−

))

onde Ta é a temperatura ambiente e α é o coeficiente de variação com a temperatura. Supondo: α

(

) <<

−

e, α

(

Considerando agora o bloco II, verifica-se facilmente que o sinal de controle que vai para a entrada da válvula eletromagnética tipo proporcional é dado por K(m’- mS’), isto é, o fluxo de massa medido (m’) é constantemente comparado com o “set point” (mS’). Quando m’ e mS’ se igualam, o sinal que vai para a válvula solenóide passa a ser nulo e não há nenhum acionamento. Desta forma, ficando o fluxo constante no valor de “set point” mS’.

Existe uma gama muito grande de fabricantes de controladores de fluxo de massa (MFC) dentre os quais podemos citar MKS, BROOKS e TYLAN que invariavelmente obedecem o princípio de funcionamento já descrito e são construídos geralmente para operar: (a) numa ampla faixa de pressão de entrada do gás de processo até 1500 psi, (b) numa larga faixa de fluxos até 30 slpm (litros por minuto), (c) com rápida resposta a

) <<

−

podemos dizer que a corrente que passa nos dois ramos da ponte de Wheastone são aproximadamente iguais e dadas por: ≅

(2)

≅

Dessa forma, a diferença de potencial na saída da ponte (entre os pontos C e D) que é proporcional ao fluxo de massa m’ será dada por:

 =

−

=α

−

(3)

Figura 5 – Diagrama esquemático de um painel de gases conectado a um forno térmico convencional para lâminas de silício.


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DISPOSITIVOS

Figura 6 – Diagrama completo do painel de gases para controle do fluxo e comutação dos gases nitrogênio (N 2), argônio (Ar), mistura comercial argônio/hidrogênio (Ar/H2), oxigênio (O 2), amônia (NH3), óxido nitroso (N 2O) e gás clorídrico (HCl).

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DISPOSITIVOS

Tabela 5 – Tabela de conversão de pressões (fonte: Manual VAT).

mudança de fluxo de processo (segundos), (d) com partes internas resistentes a gases corrosivos e (e) opcionalmente com saída padrão para microcomputador. CONSTRUÇÃO DE UM PAINEL DE GASES PARA FORNO TÉRMICO

Os fornos térmicos tem sido empregados em etapas avançadas de processo visando a fabricação de circuitos integrados. Estas etapas consistem em tratamentos térmicos numa dada temperatura durante um tempo pré-fixado em um ambiente gasoso de tipo e fluxo pré-escolhido. A figura 5 mostra um diagrama esquemático de um painel de gases conectado a um forno térmico no qual foi inserido lâminas de silício. Opcionalmente, fornos de processamento térmico rápido poderiam ser alimentados pelo mesmo painel de gases da figura 5 onde uma única lâmina por vez é carregada horizontalmente no tubo de quartzo e a resistência enrolada junto ao tubo é substituída por bancos de lâmpadas halógenas.

Figura 7 – Conexão VCR “macho” e “fêmea” juntamente com o símbolo característico para circuitos de painéis de gases.

Os gases inertes (N 2, Ar) destinam-se a tratamentos de difusão de dopantes no silício, o oxigênio (O2) permite fazer oxidações, a mistura padrão Ar/H2 (90% Ar + 10 % H 2) permite fazer tratamentos de sinterização entre camadas de metal e entre metal e silício, os gases a base de nitrogênio (NH3 ou N2O) permitem fazer a nitretação da superfície das lâminas de silício e finalmente o gás clorídrico inserido conjuntamente com o oxigênio destina-se enriquecer a taxa de oxidação do silício. O


Figura 8 – Representação da construção física do controlador de fluxo de massa 2159B e a correspondente pinagem do conector de 15 pinos para controle remoto do fluxo de massa.

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DISPOSITIVOS leitor interessado em entender o encadeamento das etapas de processo para fabricação de circuitos integrados deve, por exemplo, se reportar ao Apêndice A do livro Microeletrônica (tradução) de A. Sedra (veja nas referências bibliográficas deste artigo). Também é importante destacar na figura 5 que todos os gases de entrada no painel de gases estão pressurizados numa dada pressão de entrada (tipicamente 50 psi) enquanto que a saída do forno térmico encontra-se na pressão ambiente de 1 atmosfera (1 atm ou 760 Torr). A tabela 5 é muito útil pois permite fazer a conversão de pressão para qualquer unidade conhecida. A figura 6 apresenta um esquema completo do painel de gases pro jetado que pode ser controlado via microcomputador através de um acionamento adequado das válvulas solenóides (SC1, SC2, SC3, SP1, SP2, SP3, SA 1, SA 2, SA 3, SA 4, SA 5, SA 6, SA7, SS1 e SS2). Para cada gás de entrada numa pressão típica de entrada de 50 psi, existe um filtro de entrada (para eliminar contaminação por particulado) em série com uma válvula manual. Antes da operação do painel, estas válvulas manuais de entrada devem ser abertas. Observe que os gases corrosivos (NH3, N2O e HCl) possuem um circuito de purga

em nitrogênio que é ativado após o uso para evitar a corrosão das linhas de gases. Observe que o diagrama da figura 6 até que é relativamente simples e mesmo assim apresenta uma formação tipo árvore com um número relativamente grande de componentes. Historicamente os sistemas controladores de fluxo de gases eram chamados de selvas porque estes sistemas eram construídos em salas apropriadas e tinham o aspecto de selvas de tubos e vávulas. A lógica de controle do sistema de gases da figura 6 é tal que qualquer tratamento térmico deve ser sempre iniciado em gás inerte (N 2 ou Ar) e na seqüência podem vir O2, Ar/ H2, NH3 ou N2O. O HCl, em particular, é empregado com fluxo de até 600 sccm (centímetros cúbicos por minuto) em conjunto com O2 num fluxo substancialmente mais alto (até 6 litros/minuto). Após a etapa no gás de processo desejado, seja ele corrosivo ou não, o tratamento térmico deve terminar em ambiente inerte quando então as lâminas de silício são retiradas vagarosamente do forno ainda aquecido na temperatura de processo. Todos os fluxos dos gases são previamente programados nos controladores de fluxo de massa através da tensão de “set point” na faixa de 0 a 6 litros por minuto (slpm).

Figura 9 – Circuito para acionamento individual das solenóides das válvulas SC 1, SC2, SC3, SP1, SP2, SP3, SA1, SA2, SA3, SA4, SA5, SA6, SA7, SS1 e SS2 indicadas na figura 6. Veja que este circuito deve ser replicado 15 vezes e os sinais de acionamento podem ser provenientes, por exemplo, da porta paralela de um PC.

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Observe você na figura 6 que para habilitar o nitrogênio na saída do circuito, basta acionar as válvulas solenóide SA1 e SS1 (por hipótese a válvula manual M1 deve estar acionada e o “set point” do controlador de fluxo de massa MF 1 deve estar previamente ajustado). Por outro lado, para acionar a amônia na seqüência, devemos desativar as solenóides SA1 e SS1 e em seguida ativar as solenóides SC1, SA5 e SS1. Finalmente, para terminar o processo de nitretação, as chaves SC1, SA5 e SS1 são desativadas e as solenóides SA1 e SS1 são novamente ativadas. Note neste exemplo que começamos e terminamos em gás inerte. O processo de “purga” da linha de amônia é feito após as lâminas de silício terem sido retiradas do forno. Neste caso, as solenóides SA1 e SS1 são desabilitadas e as solenóides SP1, SA5 e SS1 são habilitadas. Com isso, asseguramos a durabilidade do controlador de fluxo de massa e dos tubos de gás. Este processo de “purga” é particularmente importante para o caso do gás clorídrico que é o mais corrosivo dos três gases que tem circuito de purga na figura 6. O projeto mostrado na figura 6 pode ser implementado com várias bitolas de tubo. A bitola aqui escolhida foi a de ¼ de polegada que é a mais comum para a faixa de fluxos de gás empregados para fornos térmicos. Além disso, a escolha das conexões entre as tubulações e os dispositivos tem importância fundamental. As conexões do tipo VCR apresentadas na figura 7 são aquelas que asseguram o melhor grau de limpeza do painel de gases. Todos os gases utilizados em etapas de processo para microeletrônica são ultrapuros e, portanto, não devem sofrer contaminações ao passar do painel para a entrada do forno. A vedação da conexão VCR é assegurada quando uma anilha (gasket) é esmagada após forçar o rosqueamento entre os terminações “macho” e a “fêmea” apresentadas na figura 7. Veja na figura 6 que estão representadas todas as conexões VCR. É importante destacar que diversas co-


DISPOSITIVOS

Figura 10 – Diagrama esquemático completo do “hardware” necessário para controle automático do painel de gases. Cada estágio 247C permite efetuar a leitura e a geração de set point para até 4 controladores de fluxo de massa.


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DISPOSITIVOS nexões padrões podem ser adquiridas no mercado com “tees”, “cruzes”, “Ls”, etc. Além disso, é possível especificar soldagens de terminações “macho” ou “fêmea” nas extremidades de tubos internamente eletropolidos. As soldagens de terminações em tubos eletropolidos é feita através de sistema de descarga a arco especialmente projetado para este fim (Veja, por exemplo, o sistema CWS-100 DR no portal apresentado na referência 5). Também, para ver outros tipos de conexões além daquelas apresentadas na figura 6, navegue no portal apresentado na referência 5. A lista de material necessário para construir o painel de gases apresentado na figura 6 é a seguinte: a) Circuito pneumático

- 15 válvulas solenóides MUFH3-FK-3 – FESTO; - 20 metros de mangueira de interconexão entre válvula solenóide e válvula para gás. b) Circuito para gases

- 2 Controladores de fluxo de massa 2159B-10000RV-S (SPCAL = 5VDC para 6000 sccm de N2O ou O2) da MKS; - 1 Controlador de fluxo de massa 2159B-10000RK-S (SPCAL = 5VDC para 600 sccm de HCl) da MKS; - 1 Controlador de fluxo de massa 2159B-10000RK-S (SPCAL = 5VDC para 2000 sccm de NH3) da MKS; - 2 Controladores de fluxo de massa 2159B-10000RV-S (SPCAL = 5VDC para 6000 sccm de N2, Ar ou Ar/H2) da MKS; - 1 Controlador de fluxo de massa 2159B-00100SV (SPCAL = 5VDC para 100 sccm de HCl) da MKS; - 8 válvulas Nupro normalmente fechadas acionadas por ar comprimido; - 8 válvulas manuais; - 8 filtros de de entrada para gás; - 11 Tees (316L-4-ATW-3-4TB7-4 A, tube weld manifold tee); - 5 “Ls” (316L-4-ATW-9, Tube weld elbow); 26

- 14 uniões fêmeas duplas (SS-4WVCR-6-DF, Double Female union); - 25 terminações macho (SS-4VCR-3-4MTW, VCR Male weld gland); - 50 metros de tubos eletropolidos de um quarto de polegada. Os controladores de fluxo de massa modelo 2159B da MKS apresentam-se em série com uma válvula de gás normalmente fechada, acionável via solenóide, com conector de 15 pinos para entrada de alimentação ±15V, tensão de set-point na faixa de 0 a 5 VDC, terra, sinal de fluxo de saída, pontos de teste e pontos não conectados conforme indicado na figura 8. INTERFACE COM MICROCOMPUTADOR PC

Vamos agora apresentar os circuitos de interface para controle automatizado do painel de gases utilizando um microcomputador PC. A figura 9 mostra um circuito para acionamento individual de cada solenóide apresentada na figura 6. Observe que o circuito utiliza um TRIAC TIC 206D (Texas) que quando acionado energiza a solenóide da válvula MUFH-3-FK-3. O acionamento do TRIAC é feito através do fotoTRIAC MOC3020 (Texas) que permite isolar a rede de alta tensão (220 Vef) do circuito TTL (5 volts) do estágio de entrada formado pelo transistor BC548 e o diodo emissor de luz. O sinal de comando para o circuito da figura 9 pode vir, por exemplo, da saída paralela de um microcomputador PC. Através do emprego de linguagens de programação do tipo QBASIC, C++, DELPHI, etc.; é possível controlar os sinais da saída paralela de forma a promover a seqüência de acionamentos das solenóides válvulas SC1, SC2, SC3, SP1, SP2, SP3, SA1, SA2, SA3, SA4, SA5, SA6, SA7, SS1 e SS2. Não vamos neste artigo detalhar como se faz o programa (software) de controle da saída paralela do microcomputador PC porque isto é algo já amplamente divulgado (Veja, por exemplo, o artigo: “Os segredos da porta paralela”, na página 32).

Por outro lado, o controle automatizado dos controladores de fluxo de massa MFC 1, MFC2, MFC3, MFC4, MFC5, MFC6 e MFC7 é feito conforme ilustrado na figura 10. O bloco 247C comercializado pela MKS é um estágio de leitura/gerador de “set-point” de quatro canais para fixar o fluxo de massa em cada controlador MFC. Note que como temos um total de 7 MFCs, são necessários 2 estágios 247C interconectados entre si (configuração mestre/escravo). O bloco 232 de interface, também comercializado pela MKS, permite enviar os sinais de controle para os estágios 247C através da saída RS232 do PC. A documentação do bloco 232 da MKS já fornece o código fonte de programação para controle do fluxo dos MFCs. Este código fonte pode ser extendido para permitir o controle integrado dos MFCs juntamente com as solenóides. Veja mais informações na referência 3. AGRADECIMENTOS

À FAPESP por ter financiado o pro jeto e construção do painel de gases apresentado neste artigo. Aos técnicos Renato Franzin, Nelson Ordonez, Alex Markevicius e Alexandre Camponucci pelas discussões e construção do painel de gases. Ao Bacharel em Física José C. de Souza Filho pelo projeto inicial do software de controle automático.l REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Dispositivos pneumáticos: http://www.festo.com 2. Dispositivos pneumáticos: http://www.festo.com.br 3. Dispositivos para gases: http:/ /www.mksinst.com 4. Dispositivos para gases: http:/ /frco.com/brooks/products/ products.html 5. Conexões para linhas de gases: http://www.swagelok.com/en/ Ecatalog/ecmainframes.asp 6. Conexões para linhas de gases: http://www.bayvalve.com/pages/ products.htm Sedra, A.S. and Smith, K.C. Microeletrônica. Makron Books, 2000, ISBN 85-346-1044-4 (tradução da 4a. edição em inglês).


ESPECIAL

A ROBÓTICA NA EDUCAÇÃO Fernando A. Pazos

Coordenador do Laboratório de Robótica Instituto de Tecnologia ORT do Rio de Janeiro

Na Engenharia moderna, a área de Robótica, intimamente relacionada com a de Automação e Controle de Sistemas, é uma área que cada vez mais vai aumentando seu campo de estudo e aplicação. Efetivamente, hoje em dia é impensável uma indústria de manufatura que não esteja total ou parcialmente automatizada, mesmo que o nível de automação consista apenas no controle do ponto eletrônico dos funcionários. É possível observar uma aplicação da automação industrial em empresas que fabricam produtos totalmente diversos, desde montadoras de carros e outros tipos de indústrias metalúrgicas até fábricas de brinquedos, de papel, de bebidas, de embalagens, produtoras de alimentos, e inclusive empresas de serviços como bancos, por exemplo. Tal foi o crescimento nas últimas décadas da automação nas indústrias, e das pesquisas nessa área, que hoje não é exagerado afirmar, por exemplo, que a Engenharia Eletrônica se divide em três grandes áreas: em Eletrônica Analógica, que inclui processamento de sinais, Tecnologia das Telecomunicações, Eletrônica de Potência, etc., em Eletrônica Digital, que inclui microeletrônica, microprocessadores, computadores, etc., e em Controle de sistemas, que inclui Automação e Robótica. Na vida acadêmica e universitária, esse crescimento teve e continua tendo um reflexo imediato. Milhares de pesquisas sobre diversas estratégias de controle de sistemas, sobre modelagem, e sobre aplicações específicas foram feitas nos últimos anos em quase todas as universidades e centros de pesquisa no mundo inteiro. Revistas especializadas, como a “ International Journal of Control”,

como diversas matérias obrigatórias nos cursos de graduação, e também teve seu reflexo no surgimento de publicações especializadas (“Robótica & Automação” ) e em congressos nacionais como o Congresso Brasileiro de Automática , organizado pela So- ciedade Brasileira de Automática e realizado a cada dois anos. Atualmente, diversas universidades do país estão implementando programas de graduação em Engenharia de Controle, tal é o caso da PUC-Rio, da UFRJ, da UFSC, da UFES, entre outras.

“Journal of Dynamic Systems, Measurements and Control”, “IEEE Transactions on Automatic Control”,

entre muitas outras, foram surgindo e crescendo, assim como congressos internacionais sobre a área. Aqui no Brasil, o estudo de Controle de Sistemas começou sendo implementado como programas de pós-graduação em Engenharia de Controle e Engenharia Mecatrônica e


Figura 1 - Braço mecânico Armdroid.

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ESPECIAL

Figura 2 - Laboratório de Robótica do Instituto de Tecnologia ORT.

Mas o que está sendo novidade no Brasil, e que já tem alguns anos em outros países do mundo, é a implementação de programas de ensino da Robótica no nível técnico e inclusive no ensino fundamental. No nível técnico, diversas instituições estão adotando tais programas nos cursos de Eletrônica, Mecânica e Informática. Em alguns casos tais programas visam dar ao aluno uma formação específica adequada para o mercado de trabalho, como é o caso de diversos cursos implementados no SENAI e outras instituições de capacitação técnica. Em outros casos o objetivo fundamental é fornecer ao aluno uma introdução e preparação para as diversas matérias de controle que fazem parte dos programas de graduação em Engenharia nas universidades. Mas em todos os casos, o ensino da Robótica acarreta algumas vantagens pedagógicas que fazem da implementação de tais programas atrativa inclusive para escolas de 2° grau não técnicas e até para, com os níveis e a orientação adequados, para o ensino fundamental. Laboratórios de Robótica específicos para os objetivos do curso podem ser implementados, com custos variáveis dependendo da complexidade dos sistemas, mas que em todos os casos vão decrescendo a cada ano. Já existem no Brasil empresas 28

dedicadas à fabricação, importação e comercialização de robôs didáticos, alguns de alta sofisticação e outros de grande simplicidade de montagem e manipulação, como podem ser braços mecânicos pequenos, movimentados por servo-motores, e carros exploradores com diversos tipos de sensores. Alguns desses sistemas já vem com interfaces de computador e programas utilitários específicos muito simples, de maneira de permitir sua utilização até para crianças de curta idade. Kits de

Figura 3 - Elevador de 4 andares.

mecanismos como engrenagens, eixos, polias, motores, sensores, peças diversas e sistemas para montar de grande simplicidade também já são comercializados. Além disso, é possível montar alguns sistemas mecânicos ou pneumáticos de maneira relativamente simples e econômica, e com interfaces adequadas e computadores não necessariamente de última geração é possível implementar um laboratório suficientemente bem equipado para os objetivos do curso. No Instituto de Tecnologia ORT, instituição dedicada ao ensino técnico de 2° grau, existe um laboratório de Robótica (figura 2) do qual sou coordenador. Temos ali 8 computadores, todos equipados com placas de interface paralela e conversores A/D; nessas placas estão ligadas interfaces de potência externas que acionam diversos sistemas controlados pelo computador. Alguns desses sistemas foram adquiridos comercialmente e vários foram construídos no próprio laboratório, em alguns casos utilizando sucata mecânica e materiais de baixo custo. Podemos mencionar entre esses sistemas dois braços mecânicos, um movimentado por servo-motores e outro por motores de passo (figura 1), um elevador de quatro andares (figura 3), um carro explorador equipado com diversos tipos de sensores e movimentado por dois motores de passo (figura 4), uma máquina automática que corta peças de isopor pequenas (figura 5), uma seletora de peças acionada por pistões pneumáticos, um sistema de visão e um “plotter” onde uma caneta é movimentada em um plano por um sistema acionado por motores de passo. Todos os computadores possuem arquivos com bibliotecas de comandos específicos para o controle de cada robô realizadas em Pascal, que o usuário pode utilizar para realizar seus próprios programas, além de programas de teste e demonstração. Nesse laboratório são ministradas aulas para os alunos da terceira série de eletrônica e para a terceira série de informática. No caso dos alunos da eletrônica, eles estudam ali programação, teoria de controle, sensores e atuadores, mecanismos de transmissão de potência, sis-


ESPECIAL

Figura 4 - Carro automatizado.

temas de visão, robôs manipuladores, exploradores e máquinas ferramenta, além de realizarem diversas práticas que incluem a realização de programas de controle dos sistemas do laboratório. Os alunos de informática recebem aulas que visam fornecer informação sobre a programação de sistemas, conceitualmente diferente da realização de programas comerciais. Além disso, cursos livres e abertos são oferecidos regularmente orientados a profissionais e estudantes de Engenharia e de áreas técnicas em geral. Podemos mencionar entre as vantagens do ensino da Robótica a interrelação entre diversas áreas da ciência que se aúnam nessa área, e a aplicação prática, com suas conseqüentes vantagens pedagógicas, que o aluno faz de tais conhecimentos. Dentre as áreas que o aluno aprende e aplica em um laboratório de Robótica podemos destacar: Física: onde podem ser estudados e aplicados alguns conceitos da física mecânica tais como força, torque, velocidade, aceleração, e máquinas simples como polias, alavancas, entre outras, necessários para o cálculo e pro jeto de caixas de redução, especificação dos motores adequados, projetos de transmissões mecânicas, entre outras aplicações. Também, dependendo dos sistemas disponíveis no laboratório, conceitos de hidráulica, pneumática e termodinâmica podem ser estudados e aplicados. Em casos mais avançados podem ser estudados e analisados os modelos cinemático e dinâmico de sistemas tais como robôs manipuladores ou veículos exploradores controlados, assim como cinemática e dinâmica de corpos rígidos necessárias para o cálculo dos parâmetros físicos dos elos do robô.

Eletrônica: onde podem ser estudadas, projetadas e armadas as diversas interfaces de computador necessárias para controlar um sistema, projeto de drivers digitais e amplificadores para os diversos atuadores, interfaces de transdutores e dispositivos de instrumetação, placas de aquisição de dados, conversores analógico–digital e digital–analógico, e até projeto de controladores implementados com microprocessadores e microcontroladores específicos. Informática: necessária para a implementação dos programas de controle. As linguagens utilizadas podem ser variadas, dependendo do laboratório e dos objetivos do curso. Podem ser utilizadas as linguagens tradicionais como C ou Pascal, com bibliotecas de comandos específicas para o controle dos dispositivos do sistema. Podem ser implementados também programas mais avançados, como programas residentes e programação das interfaces e do relógio do computador. No caso que o projeto inclua o controlador implementado com um microprocessador ou microcontrolador, os programas de controle podem ser editados em Assembly. No caso de serem utilizados controladores específicos como um Controlador Lógico Programável, a linguagem própria como pode ser a “ladder” deve ser estudada. No caso do laboratório estar orientado às crianças, programas utilitários simples, ou linguagens de programação específicas em português e simplificadas podem constituir uma atraente introdução à computação para os alunos.

Figura 5 - Máquina cortadora de isopor.

Matemática: em casos mais avançados, conceitos de álgebra linear, cálculo diferencial, e resolução de sis-


temas de equações, necessários para a modelagem dinâmica dos sistemas e projeto e cálculo das leis de controle, podem ser estudados e aplicados. Conceitos próprios de teoria de Controle: como ser estudo e classificação de sistemas, excitação e resposta, controladores, modelagem de sistemas físicos, transferência, realimentação, sensores, atuadores e outros dispositivos utilizados em automação, e diversas estratégias de controle, com a profundidade e alcance segundo os objetivos do curso. No caso do ensino técnico, diversas práticas aplicando muitos desses conhecimentos podem ser implementadas em um determinado sistema de laboratório. Por exemplo, o aluno pode armar um robô manipulador de apenas uma junta. Para isso deve realizar um cálculo da velocidade e torque adequados para movimentar o elo do manipulador, escolher um motor e pro jetar uma caixa de redução de engrenagens, armar o robô com um kit de peças adequadas, ligar o motor e um sensor de posição a uma interface de computador específica, e realizar um programa de controle simples do dispositivo. No caso do ensino fundamental, o aprendizado dos conceitos básicos de computação em geral e até de programação (utilizando um programa utilitário didático ou uma linguagem específica simples), é pedagogicamente vantajoso se o aluno usa ou cria um programa para ver um sistema, como pode ser um carrinho ou a famosa tartaruga do “logo”, se movimentar da maneira desejada, que simplesmente para observar um resultado impresso na tela. A quantidade e diversidade de conceitos teóricos e tipo de práticas que podem ser realizadas aplicando esses conceitos, nos diversos níveis educativos e com os diversos objetivos didáticos, pode ser enorme. O aluno se vê na necessidade de raciocinar lógica e metodicamente para resolver problemas específicos utilizando as ferramentas adequadas, tanto conceituais como de materiais disponíveis, com óbvias vantagens pedagógicas. O único limite é a imaginação dos professores e alunos.l 29

MECÂNICA

POLIAS E ENGRENAGENS Eduardo de Pinho Prado

Em muitos projetos práticos de Mecatrônica, o movimento necessário para o acionamento de um mecanismo é obtido a partir de um motor elétrico. A freqüência de rotação desse motor não é, na maioria das vezes, a que se necessita para o correto funcionamento do mecanismo. Para corrigir esse problema são utilizados conjuntos formados por polias e engrenagens que são capazes de modificar a freqüência motora atendendo assim às necessidades operacionais do mecanismo. As polias e as engrenagens são rodas utilizadas na transmissão do movimento circular. São constituídas por uma coroa, em cubo de roda e em conjunto de braços ou disco, cuja função é ligar rigidamente a coroa ao cubo de roda. A figura 1 mostra algumas representações de polias e engrenagens. Inseridas num mecanismo essas rodas transmitem o movimento circular através de uma correia ou pelo contato direto entre coroas enquanto que seus cubos de roda ficam acopladas a eixos (figura 2).

Quando se transmite o movimento circular utilizando um par de rodas, a roda que origina o movimento é chamado de roda motora enquanto que chamamos de roda movida, a roda que capta esse movimento. Normalmente a roda motora tem seu cubo de roda conectado ao eixo de um motor (figura 3). MOVIMENTO CIRCULAR UNIFORME (M.C.U) Para compreender melhor como se dá a transmissão do movimento cir-

Figura 2 - Formas de transmissão dos movimentos.

Figura 1 - Representações de polias e engrenagem.

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cular no acoplamento de polias ou engrenagens, é necessário revisar alguns conceitos físicos. Considere uma partícula movendose em trajetória circular de raio r , com velocidade escalar v constante MECATRÔNICA ATUAL Nº1/OUTUBRO-NOVEMBRO/2001

MECÂNICA

Como o diâmetro de uma roda é o dobro de seu raio, a relação entre as freqüências de rotação f1 e f2 também pode ser dada por: Figura 3 - Roda motora e roda movida.

Figura 5 - Velocidades escalares das coroas.

Figura 4 - Variáveis do movimento circular uniforme (M.C.U.).

(M.C.U). O intervalo de tempo necessário para completar uma volta é constante e chamado de período de rotação (T). Para esse movimento chamamos de freqüência (f) a quantidade de voltas executadas em determinada unidade de tempo. As unidades usuais de freqüência são o Hz (hertz) que significa “rotações por segundo” e o r.p.m cujo significado é “rotações por minuto”. A seguir são apresentadas algumas relações entre as grandezas envolvidas no estudo do movimento circular uniforme:

Para os acoplamentos por correia ou por contato, as velocidades escalares das coroas das rodas associadas são iguais. No caso do acoplamento por correia as velocidades escalares das coroas correspondem a própria velocidade da correia (figura 5).

v1: velocidade escalar na coroa da roda (1); v2: velocidade escalar na coroa da roda (2); vc: velocidade escalar na correia. Considere o acoplamento de duas rodas (1) e (2) de raios respectivamente iguais a r1 e r 2. A roda (1) gira com freqüência f1. Podemos determinar a freqüência de rotação f2 da roda (2) à partir da igualdade das velocidades escalares das coroas dessas rodas (figura 6).

D1: diâmetro da roda (1); D2: diâmetro da roda (2). Considere agora duas engrenagens (1) e (2) sendo n1 e n2 as quantidades de dentes nas coroas dessas engrenagens. Se T1 eT2 são os períodos de rotação das rotas (1) e (2), as velocidades escalares v1 e v2 de suas coroas podem ser dadas por: e com v1 e v2 medidas, por exemplo, em "dentes/s" ou "dentes/min" Igualando essas velocidades escalares temos:

Existe ainda uma outra possibilidade de acoplamento, que consiste em montar duas rodas sobre um mesmo eixo de rotação. Nesse caso as freqüências de rotação são iguais. l

TRANSMISSÃO DO M.C.U Ao acoplar polias objetivo principal é a obtenção de uma freqüência de rotação na polia movida diferente daquela tida na polia motora.

Figura 6 - Relação entre as freqüências de rotação.


Figura 7 - Acoplamento sobre o mesmo eixo.

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HARDWARE

OS SEGREDOS DA POR TA PARALELA Newton C. Braga

Como utilizar o seu computador (PC) para controlar um braço mecânico, um robô ou receber mensagens do “mundo exterior” como sensores, olhos eletrônicos, etc.? Se o leitor deseja praticar Mecatrônica usando o PC deve saber como fazer o interfaceamento correto. Isso implica em conhecer os tipos de sinais que o computador pode enviar ou receber e de que modo podemos fazer os circuitos de interfaceamento para esta finalidade. Neste artigo vamos mostrar como tudo isso pode ser feito, lançando assim as bases que o leitor precisa para novos e fantásticos projetos. Os computadores pessoais do tipo PC (IBM e compatíveis) se comunicam com o mundo exterior por meio de “portas”. Exatamente como o nome indica, por elas podem entrar e sair sinais que o computador utiliza tanto para “sentir” o que se passa fora dele como para “comandar” dispositivos que não estejam no seu interior. As duas principais que encontramos no computador são as Seriais, as Paralelas e agora as USB (Universal Serial Bus). As portas seriais, como o nome sugere, recebem e enviam sinais em seqüência, como por exemplo, no controle do teclado ou de um mouse. Na figura 1 mostramos que, nestas portas, os “bits” precisam ser enfileirados e enviados um a um numa seqüência por meio de fios condutores. Circuitos especiais no interior do computador e no interior do dispositi32

Figura 2 - Como os bytes são transmitidos serialmente.

Figura 1 - Os bits são enviados em seqüência ou série na porta serial.

vo que se comunica por este tipo de porta fazem a decodificação destes sinais, levando-os a uma forma mais própria para uso de processadores. Na figura 2 mostramos de uma forma mais simples o que ocorre no envio destes sinais. Os bytes que devem ser enviados se alinham com a saída do dispositivo e por meio de um dispositivo especial são enviados bit a bit em seqüência. Quando um byte terminou de ser transmitido o byte seguinte “se alinha”

e é transmitido da mesma forma. Não é preciso dizer que esta forma de transmissão de dados é limitada em relação à velocidade, além de trazer alguns problemas de projeto, para quem deseja usá-la para o controle de dispositivos externos. As portas paralelas, como o nome diz, podem transmitir um byte inteiro, levando cada bit por um condutor separado, conforme mostra a figura 3. Os bits “correm” paralelos por um cabo de muitos condutores, conforme sugere a figura. A vantagem principal deste tipo de transmissão é que podemos ter todos os bits de um byte ao mesmo tempo na saída do dispositivo (ou na entrada) o que significa uma velocidade maior de transmissão de dados ou ainda o controle simultâneo de 8 linhas ou dispositivos.


HARDWARE vemos na própria impressora) enquanto que IBM desenvolveu sua própria saída, mantendo os sinais, mas usando um conector D-shell de 25 pinos conhecido popularmente como DB25. Isso significa que para fazer a conexão do PC a uma Impressora necessitamos de um “cabo adaptador” que numa extremidade tem um conector DB25 e na outra um conector Centronics de 36 pinos, conforme mostra a figura 4.

Figura 3 - São usados 8 fios separados, um para cada bit a ser transmitido. Os bits são transmitidos simultâneamente.

A dificuldade técnica está na necessidade de se usar um cabo de muitos condutores, mais caro do que um cabo simples necessário à comunicação serial. Se vamos nos comunicar com dispositivos muito distantes, como por exemplo, enviar sinais de um computador para outro situados em cidades diferentes, o uso de um cabo múltiplo tem custo proibitivo e além disso a linha telefônica não poderia ser usada. No entanto, se fizermos a comunicação serial o fio telefônico ou um par de fios trançados pode ser usado. Para curtas distâncias entretanto, como por exemplo, controlar uma impressora na mesma sala em que está o computador, um robô ou um conjunto de comandos próximos o cabo múltiplo já não representa problemas. Observando os computadores por trás vemos que eles possuem conectores que trabalham com os dois tipos de sinais através dos quais o computador pode ser conectado a dispositivos externos. Em especial interessa-nos o conector que corresponde à porta paralela que se destina, em princípio à conexão da impressora. O padrão adotado pela IBM para esta porta partiu de um fabricante de impressora, a Centronics que havia desenvolvido um conjunto de sinais de controle que funcionavam muito bem na época. A Centronics entretanto usava um conector Anphenol de 36 pinos (que

os circuitos externos são usados “buffers” que servem como isoladores e amplificadores (como o nome indica). Esses buffers são projetados para fornecer em sua saída uma corrente máxima de 2,6 mA e de drenar uma corrente máxima de 24 mA. Como a tensão no nível alto é de 5 volts, podemos facilmente garantir segurança de operação com resistores limitadores de valor apropriado. Veja então, que a capacidade de excitação de uma carga externa é maior quando o fazemos pelo nível baixo, conforme mostra a figura 5.

Figura 4 - Os conectores de um cabo de impressora.

Além dos dados que são transferidos pelos condutores temos sinais especiais de controle e que também servem para informar o computador o estado da impressora, ou seja, se ela está ligada, se ela recebeu os dados transferidos, etc. Para o projetista de interfaces que usam esta saída paralela é importante conhecer os tipos de sinais que podemos usar de modo a não colocar em risco a integridade do computador. Sabendo usar estes sinais podemos usar a porta paralela para controlar praticamente qualquer função de um projeto de mecatrônica ou ainda receber sinais de sensores ou de comandos externos. OS SINAIS DAS PORTAS PARALELAS

Os chips do computador operam com sinais extremamente fracos, dada a necessidade de se dissipar um mínimo de potência que deve ser distribuída pelos milhões de transistores do circuito. Assim, para compatibilizar o circuito interno dos processadores com


Figura 5 - Correntes máximas na porta paralela.

Na verdade não devemos usar à vontade estes limites, pois podem ocorrer problemas se tentarmos trabalhar com todas as portas atuando ao mesmo tempo. Um problema que ocorre é que muitos buffers de PCs mais modernos ficam integrados nos mesmos chips que fazem o controle dos discos rígidos e outros periféricos. Assim, um dano neles e todo o computador pode sofrer não somente as portas. Isso significa que não podemos “carregar” as saídas paralela dos computadores com dispositivos que ultrapassem esses limites, sob pena de causar dano ao equipamento. Alguns leitores tem enviado cartas a nossa redação dizendo que encontraram nas saídas de seus computadores os níveis lógicos de 5V e 0V, mas quando ligaram circuitos TTLs comuns ou CMOS não obtiveram seu acionamento. De fato, as correntes das saídas paralelas não excitam TTLs comuns, pelas características que vimos. As 33

HARDWARE saídas são compatíveis com tecnologia TTL LS (Low Power Schottky) ou HC (High Speed CMOS), mas observando os limites podemos até acionar etapas transistorizadas e LEDS diretamente, conforme veremos. Assim, uma vez que tenhamos acesso aos comandos e programas que “ponham” os níveis lógicos dese jados nas saídas de uma porta paralela, a conexão de circuitos externos que façam o que desejamos fica muito simples. QUE TIPO DE COMANDO PODEMOS ENVIAR PELA PORTA PARALELA?

Na porta paralela temos então 25 pinos, sendo os que mais nos interessam os que correspondem aos sinais, ou seja, o byte completo que vai de D0 a D7, conforme mostra a figura 6.

Figura 6 - Identificação da porta paralela.

Os outros pinos podem ser usados em algumas outras funções, mas isso será assunto para outra oportunidade. Através de comandos apropriados podemos colocar em qualquer um desses pinos uma tensão de 0 V ou de 5 V. Isso é feito levando-se em conta o valor do byte colocado na saída e que pode variar entre 0 e 255 ou seja, entre 0000 0000 e 1111 1111. Assim, se quisermos colocar uma tensão de 5 V nos pinos D0 e D1 ou seja, fazer com que a saída seja 0000 0011, devemos atribuir ao valor do 34

byte de saída “3”. Se quisermos por um 0001 001 o valor será “9”. A forma mais simples de se colocar estes sinais na saída é fazendo um programa que gere os valores desejados quando pressionamos determinadas teclas. Se usarmos por exemplo as saída D0 e D1 para fazer um motor ir para frente ou para traz basta fazer um programa que, quando pressionarmos a tecla A gere o valor 1 (0000 0001) e quando pressionamos a tecla B gere o valor 2 (0000 0010). Os outros canais podem ser usados para outros comandos. Na figura 7 mostramos como um circuito simples para esta finalidade pode ser ligado a porta paralela. Veja que, dependendo do programa que usamos para gerar estes valores podemos ter o comportamento desejado para o motor. Podemos fazer um programa que gere o sinal apenas enquanto a tecla estiver pressionada, mas também podemos fazer um programa que inclua um loop e que mantenha o sinal na porta por um determinado tempo, mesmo depois de que a tecla tenha sido liberada. Tudo vai depender da aplicação que se tenha em mente. Mas, conforme vimos não podemos ligar os motores diretamente na porta, pois os 5 V disponíveis não tem uma capacidade de corrente suficiente para o acionamento. Além disso não seria interessante ter dispositivos que montamos diretamente ligado à porta, pois se acontecer alguma coisa de errado com eles, o microprocessador pode sofrer as conseqüência e o dano sai caro. INTERFACEANDO

Sabendo que podemos colocar um sinal em qualquer um dos 8 pinos de saída da porta paralela o próximo passo no interfaceamento será ligar a cada um deles algum tipo de dispositivo que possa tanto isolar o circuito controlado do próprio PC como também permitir que dispositivos de alto consumo como motores sejam controlados. Isso é feito por uma interface de potência que admite diversas configurações.

INTERFACEANDO SEU PC COM O MUNDO

Temos duas possibilidades de interfaceamento do PC com o “mundo exterior” usando os sinais das portas paralelas. a) Interfaceamento direto

A forma mais simples de interfacear um circuito com um PC‚ usando diretamente os sinais da porta paralela para excitar o que desejamos se bem que, conforme tenhamos dito, temos o risco de que, se algo der errado o computador pode sofrer as conseqüências. Na figura 7 temos o modo de se fazer a excitação e LEDs de forma direta.

Figura 7 - Acionamento direto de LEDs no nível alto (a) e no nível baixo (b).

Levando em conta a queda de tensão no LED o resistor não precisa ser obrigatoriamente de 2,2 k ohms. Resistores de 1,2 k ohms a 1,5 k ohms podem ser usados. Para acionamento no nível baixo, quando a capacidade de correntes das saídas é maior podemos até reduzir os resistores para 470 ohms e em alguns casos 220 ohms. Outra forma de acionar algum dispositivo externo é usando um transistor amplificador, dois transistores ou mesmo um SCR e que são mostrados na figura 8. As correntes máximas dos dispositivos controlados são indicadas em cada caso. Observe que estes circuitos precisam ter uma alimentação própria com o terra comum ao terra do computador.


HARDWARE

Figura 9 - Acionamento de relés com transistores no nível alto "1" (a) e no nível baixo "0" (b).

Figura 8 - Acionando outras cargas.

b) Interfaceamento indireto

Esta é a forma mais segura de se controlar alguma coisa usando os sinais que podem ser colocados na porta paralela segundo o modo como explicamos. Existem basicamente duas técnicas para se poder controlar dispositivos de alta potência com os sinais da porta paralela e com o isolamento elétrico total.

Figura 10 - Controlando o sentido de rotação de um motor com um relé DPDT.

No circuito (a) quando um “1” lógico aparece no pino correspondente o transistor é polarizado e aciona o relé. Ligando aos contatos do relé um motor, um solenóide ou seja lá o que for teremos seu acionamento. No circuito (b) o acionamento ocorre com a saída da porta paralela indo ao nível baixo (0). A grande vantagem deste tipo de circuito está no fato de que o dispositivo acionado não precisa ser alimentado com a mesma tensão dos relés ou com os 5 V do PC. Podemos controlar até mesmo motores ligados na rede de 110 V ou 220 V e sua corrente está limitada apenas pela capacidade dos contatos do relé. Podemos ir além sofisticando cada circuito acionado por exemplo com o uso de relés com contatos reversíveis que permitem inverter o sentido de rotação de um motor a um simples comando lógico enviando pelo PC, conforme mostra a figura 10. Para este circuito ligado na porta D2, o motor gira num sentido quando o sinal na porta paralela for XXXX X1XX e gira em outro quando for XXXX X0XX. Os “X” mostram que os outros bits podem ser tanto 0 como 1 dependendo do que os outros pinos vão controlar. Outra forma de se fazer o interfaceamento de forma direta é usando “buffers”. Estes buffers nada mais são do que circuitos integrados que aumentam a capacidade de excitação das saídas do PC. Podemos usar tipos tanto da família TTL LS

Com relés

A técnica que faz uso de relés é uma das mais simples e seguras e amplamente usada no controle de pro jetos de Mecatrônica e Robótica. O que se faz é ligar em cada um dos pinos de sinal da porta paralela (D0 a D7) um circuito como o indicado na figura 8 e que aciona um relé. MECATRÔNICA ATUAL Nº 1/OUTUBRO-NOVEMBRO/2001

Figura 11 - Buffer usando o 74LS540.

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HARDWARE controle. Nele, temos a mudança de estado dos flip-flops que controlam os opto-acopladores com a entrada do bit de comando. A entrada de habilitação‚ mantida no nível alto de modo a haver a resposta instantânea do circuito. Com acopladores ópticos

Os acopladores ópticos são dispositivos formados por um LED e um sensor de luz (normalmente um fototransistor) conforme mostra a figura 15.

Figura 12 - Usando o buffer como driver de transistor.

como HC CMOS, conforme mostra a figura 11 em que temos um 74LS540 excitando LEDs alimentado pelo próprio PC. Observe que, como os buffers do 74LS540 são inversores, os LEDs acendem quando temos o bit 0 na saída correspondente. Observe a existência de um resistor limitador de corrente em série com os LEDs. Na figura 12 mostramos como usar um buffer para acionar uma carga de maior potência. Para os que desejarem uma versão com portas não inversoras podemos sugerir o circuito com o 74H541 que tem a pinagem mostrada na figura 13. Uma aplicação interessante que permite o controle de TRIACs é mostrada na figura 14 e faz uso de um Latch Octal tipo D do tipo 74HC573. Um Latch é um dispositivo muito importante para certas aplicações de

Figura 13 - Buffer não inversor.

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Figura 15 - Um foto-acoplador.

Figura 14 - Circuito equivalente ao 74LS573 (Latch/Flip-Flops).

Se ligarmos o LED num dos pinos da porta paralela, tendo um resistor limitador de corrente, quando colocamos na porta uma tensão que acione o LED ele ilumina o foto sensor e com isso excita o circuito externo, conforme mostra o circuito típico da figura 16. A grande vantagem deste tipo de dispositivo no controle é que o coman-

Figura 16 - Usando um acoplador óptico.


HARDWARE SOFTWARE

Veja que, usando os circuitos indicados podemos fazer facilmente placas de comando ou interfaceamento de potência que controlariam robôs, braços mecânicos, elevadores, e muitos outros dispositivos de Mecatrônica. Basta que cada uma tenha 8 de qualquer dos muitos circuitos indicados e que no pino de entrada correspondente seja colocado um “1” ou “0” quando desejarmos a ativação do dispositivo correspondente. Para colocar este “1” ou “0” o programador tem uma quantidade enorme de possibilidades. Os modos mais simples são os que fazem uso de programas de menor complexidade como o próprio Basic ou mesmo linguagens projetadas justamente com esta finalidade como a LOGO. Para os que dominam melhor as técnicas de programação o Visual Basic (VB), Delphi, C++, Pascal e mesmo Assembler podem ser usados. CUIDADOS ESPECIAIS

Figura 17 - Configurações com opto-acopladores.

do passa do LED para o sensor na forma de um feixe de luz. Não há portanto contato elétrico entre o circuito de comando do PC e o circuito comandado ligado ao sensor. O isolamento típico de um optoacoplador é da ordem de 7000 volts o que quer dizer que se houver um acidente no circuito comando queimando-o por completo, o circuito de comando antes do LED estará perfeitamente seguro. Na figura 17 mostramos algumas configurações típicas usando este tipo de componente. Em (a) temos o acionamento de LEDs no nível baixo e em (b) o acionamento no nível alto. Em (c) temos o disparo de um relé no nível baixo e em (d) o dis-

paro no nível alto. A alimentação para os relés‚ deve ser obtida de um circuito externo. Lembre que o terra desta fonte deve estar em comum com o terra obtido na porta paralela. Para acionar diretamente cargas até 1 A no nível alto (e) e no nível baixo (f) podemos usar transistores Darlington de potência que devem ser dotados de radiadores de calor. Cuidado no acionamento de dispositivos que gerem transientes como cargas indutivas, protegendo o circuito contra sua ação. O disparo de um TRIAC com um opto-diac ‚ mostrado em (g). Observe que o MOC3020‚ usado na rede de 220V. O TRIAC pode ser o TIC226-D.


Evidentemente, os leitores com menos prática podem sentir um certo receio em ligar alguma coisa externa à uma porta do computador, com medo de causar algum tipo de dano irreversível. Algumas regras importantes podem ajudar a evitar estes problemas: a) As conexões dos cabos que vão da porta ao circuito controlado devem ser conferidos com extremo cuidado. É neste ponto que um curto acidental pode causar danos ao computador. b) Ao excitar circuitos energizados externamente de forma direta, limite sempre a corrente usando um resistor de valor apropriado. c) Se tiver de excitar circuitos alimentados pela rede ou alimentados com tensões diferentes de 5 volts use sempre elementos isoladores para maior segurança como optoacopladores ou relés. d) Se o circuito a ser excitado tiver um bom consumo dê preferência a uma fonte externa em lugar de aproveitar os 5 volts disponíveis do computador. l 37

SOFTWARE

CAD/CAE/CAM Emílio Carlos Nelli Silva

Professor Doutor do Departamento de Engenharia Mecatrônica e Sistemas Mecânicos Escola Politécnica da USP

Os termos CAD, CAE e CAM já são comuns na indústria moderna. Eles estão relacionados com a utilização do computador nas diferentes fases de desenvolvimento de um produto, que envolvem o seu desenho (CAD), a simulação computacional de seu comportamento físico (CAE) e o planejamento e controle de sua produção (CAM). Esse artigo procura dar uma visão geral sobre o que consistem essas áreas, a sua importância no contexto de desenvolvimento de um produto industrial, bem como, uma idéia do estado da arte dessas áreas de conhecimento atualmente. São áreas muito abrangentes (cada uma delas merecendo um artigo em especial) e a relevância e importância delas para o aumento de competitividade industrial no mundo atual é inegável. Os termos CAD, CAE e CAM já são comuns no meio industrial internacional (e nacional) atualmente e estão diretamente relacionados com a redução de custo de desenvolvimento e fabricação de um produto através da utilização de computadores, eliminando a necessidade e o custo de se realizar experimentos com protótipos. Para entendermos o significado desses termos é necessário entendermos inicialmente como ocorre o desenvolvimento de um novo produto na indústria, como representado no gráfico mostrado na figura 1. O gráfico possui duas colunas. A coluna da esquerda ilustra as etapas de desenvolvimento do produto e a da direita como o computador está presente em cada uma delas. Para ilustrar a explicação, vamos considerar o desenvolvimento de um 38

eletrodoméstico como uma batedeira de bolo, por exemplo. A primeira etapa, “Reconhecimento da Necessidade” consiste em se identificar a necessidade do produto, o que é feito pelo Departamento de Marketing através de pesquisas entre os consumidores, etc… Assim, será pesquisado, o que o consumidor espera de uma batedeira, acessórios desejados, cor preferida, desempenho, etc… Identificada a necessidade, parte-se para a etapa “Definição do Problema”, onde será feita a especificação do produto, ou seja, quais as faixas de rotação da batedeira, quais os seus acessórios, suas dimensões genéricas, capacidade da tigela, potência do motor, etc… A partir daí, se inicia a síntese do produto, ou seja, será realizado o projeto propriamente dito da batedei-

ra, definindo-se detalhadamente a sua forma, as suas dimensões, a forma e dimensões de seus acessórios, etc... Ou seja, dessa etapa em diante, a batedeira vai assumir a forma de um produto final. No entanto, as três etapas que se seguem consistem num complexo trabalho, que representa a essência da engenharia de desenvolvimento. A definição da forma (ou geometria) da batedeira depende não somente da escolha de um “design” que seja mais atrativo para o consumidor, mas também de uma forma que não comprometa o desempenho mecânico (no caso) da batedeira. Por exemplo, um problema sério no projeto de batedeiras de bolo, é que a distância entre a extremidade da pá e o fundo da tigela seja igual a um certo valor, caso contrário, a batedeira não tem sucesso em bater a clara de ovo de forma a gerar a tradicional “espuma”, conhecida como “claras em neve”. Essa distância entre a extremidade da pá e o fundo da tigela dependerá da rigidez da estrutura da batedeira, que dependerá por sua vez de sua forma. Sendo assim, o projetista deve ser capaz de prever o comportamento mecânico da estrutura da batedeira para cada tipo de forma escolhida. Se o comportamento mecânico não for satisfatório, a forma deve ser alterada, caso contrário, o desempenho da batedeira será comprometido. Uma maneira de se prever o comportamento mecânico é construir um protótipo da estrutura e realizar um experimento. Essa abordagem, muito usada no passa-


SOFTWARE mente, o computador ajuda a redução de custos nessa fase através da utilização de softwares de CAM (“Computer Aided Manufacturing”) que essencialmente, além de estimarem os custos e tempos de produção da batedeira, geram a partir do desenho no CAD um programa a ser fornecido a uma máquina ferramenta (também controlada por computador) que vai permitir essa máquina usinar o molde a ser usado na injetora de plástico para fabricar a batedeira, por exemplo. Assim, com o gráfico da figura 1, demonstra-se a utilização do computador nas diferentes etapas de desenvolvimento de produto, e sua importância na redução de custos e tempo de desenvolvimento. Vejamos com detalhe os softwares de CAD, CAE e CAM. CAD

Figura 1 - Desenvolvimento de um produto industrial e a presença do computador nas diferentes etapas.

do, demanda tempo e custo, certamente contribuindo para o encarecimento do preço final da batedeira. É aí que entra o computador para reduzir esse custo e tempo de desenvolvimento. Voltando ao gráfico acima, temos que a primeira etapa de projeto é a “Síntese”. Nessa etapa é proposta uma geometria para o produto (no caso, a batedeira). Essa etapa envolve basicamente a modelagem geométrica do produto. Essa etapa pode ser realizada no computador utilizando-se um software de CAD (“Computer Aided Design”), que é um software que permite realizar desenhos bi e tridimensionais de peças e alterá-los como se desejar. Na próxima etapa, chamada de “Análise e Otimização” é feita a análise do pro jeto geométrico proposto anteriormente de forma a prever o seu comportamento mecânico, elétrico, etc. Essa etapa também pode ser realizada no computador utilizando-se o chamado software de CAE (“Computer Aided Engineering”), que é um software que permite simular o comportamento mecânico, elétrico, etc. da peça projetada no CAD. Assim, no caso da batedeira, para cada desenho proposto no CAD, devemos

poder simular o comportamento mecânico e verificar se a rigidez do projeto proposto é suficiente para garantir a distância entre a extremidade da pá e o fundo da tigela, por exemplo. Se o projeto não for satisfatório, devemos retornar ao CAD, fazer as modificações necessárias no desenho geométrico e novamente simulá-la no CAE. Esse processo iterativo prossegue até que se obtenha um projeto satisfatório, como mostrado no gráfico. Uma vez convergido para um projeto, segue a etapa de “Avaliação” onde é construído um protótipo que será testado de forma a verificar se todas as exigências especificadas na etapa “Definição de Problema” acima são realmente satisfeitas. Caso não sejam, retornase para a etapa de “Síntese” acima, fazem-se as alterações necessárias no desenho, e o processo de projeto continua até que se obtenha o produto final que atenda a todas as especificações iniciais. Uma vez obtido o projeto final parte-se para a execução de sua documentação final através da execução de desenhos de fabricação, onde novamente o CAD desempenha um papel fundamental. Encerrado o projeto do produto, segue a sua fabricação. Nova-


Um sistema CAD é composto por software e hardware que oferecem em conjunto recursos gráficos para gerar desenhos utilizando o computador. Um software de CAD pode rodar num microcomputador tipo PC com sistema operacional Windows ou numa estação de trabalho com sistema operacional UNIX. Requer um monitor colorido com resolução em torno de 4096x4096 pixels, uma placa gráfica capaz de garantir uma boa velocidade nas operações gráficas, mouse e teclado. Além disso, pode agregar vários hardwares acessórios que facilitam a execução do projeto, como, por exemplo: “Light-pen”: trata-se de um dispositivo similar a uma caneta que quando apontada para um ponto do vídeo, envia as coordenadas desse ponto para o computador. Permite desenhar figuras e indicar pontos na tela; Mesa digitalizadora: é uma mesa sobre a qual é movimentado um dispositivo similar a um mouse que envia ao computador as coordenadas do ponto indicado com precisão de até centésimos de milímetro. Pode ser usado para a digitalização de desenhos enviando as coordenadas do seu contorno; •

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SOFTWARE Digitalizadores de imagem: dispositivos que captam a imagem do ambiente e a convertem para códigos que podem ser manipulados pelo computador. Como exemplo, temos as câmeras de vídeo e fotográficas digitais e os “scanners”; Plotters: são dispositivos usados especificamente para imprimir os desenhos do CAD em papéis padronizados (A2, A3, A4, etc.). Utilizamse canetas esferográficas ou não, que traçam retas e pontos sob o comando do computador; Os CADs são muito aplicados na geração de desenhos nas indústrias metal-mecânica, construção civil, esquemas elétricos, geração de mapas cartográficos, desenhos de marketing, etc... Um modelo geométrico de CAD pode ser bidimensional ou tridimensional. Um exemplo de modelo bidimensional (2D) seria um desenho de fabricação da peça ou a planta de um prédio, onde ambos são realizados apenas num plano (ver figura 2). Um modelo tridimensional (3D) consiste num modelo que simula uma terceira dimensão, nos permitindo, por exemplo, girar o objeto, visualizá-lo •

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Figura 2 - Modelos bidimensionais num CAD (cortesia de Sérgio E. M. Rezende).

Figura 3 - Modelo tridimensional num CAD (cortesia de Sérgio E. M. Rezende).

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Figura 4 - Representação de sólidos usando “wireframe” (cortesia de Sérgio E. M. Rezende).

de diferentes formas, etc. (ver figura 3). É importante salientar que uma imagem de perspectiva simplesmente não é um modelo tridimensional, pois a mesma pode ser desenhada num plano, por exemplo. Um modelo tridimensional simula, de forma virtual, a peça real. Para representar uma peça no plano é necessário apenas duas coordenadas (X e Y por exemplo), enquanto que uma peça no espaço precisa de três coordenadas (X, Y e Z, por exemplo). Além disso, a representação de um modelo tridimensional no CAD pode ser classificada em: estrutura de arame (“wireframe”), modelo de superfície e modelo de sólido. Um modelo estrutura de arame utiliza linhas interconectadas para representar o objeto como mostrado na figura 4. Quando o modelo tem geometria complexa a sua representação usando “wireframe” pode ficar confusa, pois, mesmo as linhas representando o outro lado do objeto são representadas, como ilustrado na figura 4. Nesse caso o CAD possui algoritmos que “escondem” as linhas atrás do objeto, no entanto esse tipo de representação não é adequada em geral. No caso de modelos de superfície, a peça é representada apenas pelas suas superfícies internas e externas, o que já elimina a confusão causada pela representação “wireframe” (ver figura 5). Esse tipo de representação é adequado para representar a carroceria de um automóvel, o coração, etc. enfim corpos que são formados essencialmente

Figura 5 - Representação de objetos tridimensionais usando superfícies (cortesia de Sérgio E. M. Rezende).

por “cascas”, ou seja, não possuem um interior sólido. A superfície não precisa possuir uma espessura, por exemplo. Já no modelo sólido, a peça é representada como um sólido real, e a visão do objeto é como o vemos na situação real. A peça é armazenada no CAD como um sólido tridimensional e tem como vantagem permitir calcular a interferência da peça com outras peças, calcular seu

Figura 6 - Modelo sólido de um motor elétrico (cortesia de Sérgio E. M. Rezende).


SOFTWARE volume e massa, seu centro de gravidade, etc... (ver figura 6). Entre as funções úteis presentes num CAD, temos: Permite determinar com precisão as distâncias entre superfícies, pontos, linhas, sólidos, etc... identificadas pelo usuário; Permite checar se não há interferência entre dois objetos. Essa função é útil no caso do interior de um avião, em que se deve posicionar a passagem de diversos tubos e fios. Sem um CAD, é muito difícil realizar essa tarefa sem ocorrer interferências; Animação: permite visualizar um mecanismo funcionando (simulação cinemática), como um motor, por exemplo. Trata-se de uma simulação para animação apenas e não leva em conta o comportamento dinâmico real das peças. Uma simulação de como as peças se movimentam realmente com as corretas velocidades e acelerações é feita pelo CAE comentado adiante; Os CADs também permitem utilizar diversas cores para representar os objetos. Assim, no caso do modelo do motor, por exemplo, cada peça teria uma cor, o que ajudaria a identificá-la no motor final. Uma outra característica importante do CAD é poder ser integrado com outros sistemas como o CAE e o CAM. Assim, o modelo construído no CAD deve ser transferido ao CAE para simular o seu comportamento (mecânico ou elétrico), ou transferido para um CAM para simular e programar a sua usinagem numa máquina CNC (“Comando Numérico Computadorizado”). A interface com o CAE, no entanto, nem sempre é bem sucedida como será comentada adiante. •

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CAE

Um software de CAE é usado para a simulação do comportamento da peça na situação real de operação. Assim, no caso de uma peça mecânica são calculadas as tensões mecânicas, deslocamentos (como no exemplo da batedeira citado na introdução deste artigo), distribuição de temperaturas, fluxo de calor na peça,

etc... Existem CAEs especialistas na simulação do funcionamento de um circuito elétrico, por exemplo, ou seja, sabendo-se o sinal de entrada podese determinar o sinal de resposta gerado pelo circuito, assim como sabendo-se as forças que atuam numa estrutura podemos calcular os seus deslocamentos. O principal objetivo do CAE é reduzir o tempo e custo de desenvolvimento do produto aumentando a sua qualidade. Se o CAE é capaz de simular o comportamento real do produto, este permite ao engenheiro avaliar com precisão o pro jeto feito no CAD sem precisar fabricar protótipos. O CAE consiste portanto, numa ferramenta importante para o engenheiro. Entre os tipos de CAE temos os CAEs baseados no chamado Método de Elementos Finitos (MEF), CAEs destinados à simulação dinâmica de mecanismos, CAEs destinados à simulação de sistemas discretos e CAEs destinados ao processamento simbólico. Os CAEs destinados à simulação dinâmica de mecanismos permitem simular o funcionamento de um robô, por exemplo, calculando as velocidades e acelerações de suas diferentes partes considerando os torques dos motores de acionamento, a carga a ser movimentada, etc... É uma simulação mais fiel a realidade, ao contrário do CAD onde somente é feita uma animação do funcionamento do robô. Os CAEs destinados à simulação de sistemas discretos simulam, por exemplo, um circuito pneumático onde um movimento para ocorrer depende de uma condição já ter ocorrida, como o pistão pressionar uma válvula, por exemplo. Linhas de manufatura numa indústria também podem ser simuladas com esse tipo de CAE. CAEs destinados ao processamento simbólico permitem manipular diretamente as equações matemáticas que descrevem o fenômeno que se quer modelar. No entanto, a maior parte dos CAEs são baseados principalmente no MEF e permitem atualmente simular inúmeros fenômenos físicos em engenharia, como por exemplo, deformação de estruturas mecânicas


Figura 7 – Modelos CAD (acima) e CAE discretizado em elementos finitos (abaixo) de uma peça mecânica (Cortesia daSmartTech ANSYS).

sujeitas a um certo carregamento, distribuição de temperaturas num motor, campo acústico gerado no interior de um ambiente, escoamento de ar ao redor das asas de um avião, etc... Para isso o MEF exige que o modelo de CAE seja discretizado em pequenos elementos denominados “elementos finitos” como mostrado na figura 7. Essa discretização consiste em se gerar uma malha (“mesh”) no modelo de CAD. Pode ser feita no CAD ou no próprio CAE mediante o modelo importado do CAD. Muitos CAEs possuem um CAD (mais simples) integrado para tentar evitar que o usuário tenha que

Figura 8 - Etapas de uma análise de CAE.

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SOFTWARE transferir arquivos de um software para o outro. Uma vez discretizado o modelo, são aplicados carregamentos representados por forças, pressões, acelerações, temperaturas, voltagem, corrente elétrica, etc... e as restrições que correspondem aos pontos em que a estrutura será presa (deslocamento nulo), ou pontos com valores de temperatura e voltagem especificados (valor zero, por exemplo). Além disso, devem ser especificados também os materiais que compõem a peça, especificando suas propriedades físicas (densidade, módulo de elasticidade, etc...). Assim, uma análise de CAE é composta das seguintes etapas (ver figura 8): o pré-processamento, o solucionador e o pós-processamento. No pré-processamento é construído o modelo (ou importado do CAD) e gerado a malha de elementos finitos sobre esse modelo de CAD. Nessa etapa devem ser escolhidos o tipo de elemento a ser usado (conforme veremos adiante), o material das partes da peça, além de serem aplicados os carregamentos e as restrições, ou seja, deslocamentos, temperaturas ou potenciais elétricos prescritos. Na segunda etapa, o solucionador, são resolvidas as equações matemáticas que descrevem o comportamento físico da peça. Na última etapa, pós-processamento, são visualizados os resultados como distribuição das tensões mecânicas

Figura 9 – Visualização através de cores da distribuição de temperaturas num modelo de CAE de uma peça mecânica (Cortesia da SmartTech - ANSYS).

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Figura 10 - Visualização da deformação do casco de um navio obtida por elementos finitos. As cores representam diferentes tipos de materiais (vidro, aço, etc.) (Cortesia da SmartTech - ANSYS).

Figura 11 - Visualização da deformação de um componente de motor de automóvel, obtida por elementos finitos. As cores representam diferentes tipos de materiais (alumínio, aço, etc.)(Cortesia da SmartTech ANSYS).

ou deslocamentos no caso de estruturas mecânicas, ou a distribuição de temperaturas ou potencial elétrico, enfim o que se desejar visualizar compatível com a análise feita (ver figuras 9, 10 e 11). No seu interior os CAEs possuem formulações matemáticas complexas que estão relacionadas com o fenômeno físico que se quer simular (mecânico, elétrico, fluido escoando, eletromagmético, etc...). Essa formulação está agregada a cada tipo de elemento finito. Existe assim um banco de dados de elementos finitos no CAE, cada um relacionado com um

fenômeno físico específico e contendo uma certa aproximação na modelagem do fenômeno real. Assim, existem elementos unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais como mostrado na figura 12. Nesse sentido o modelo do CAE não precisa ser necessariamente igual em forma ao modelo de CAD da peça real, mas deve apenas poder representar o seu comportamento mecânico ou elétrico real. Isso é possível graças às formulações matemáticas implementadas no interior do software. Por exemplo, consideremos a modelagem da asa de um avião. Podemos numa etapa inicial representá-la por uma linha que será discretizada por elementos unidimensionais chamados “elementos de viga” (ver figura 12). Trata-se de um modelo de CAE simplificado onde cada elemento, no entanto, conteria informações sobre as dimensões da seção da asa, sua área, seu material, etc... Visualmente, esse modelo é bem diferente da geometria real, mas já é capaz de nos dar uma boa noção inicial do comportamento mecânico da asa, por exemplo. Um modelo de CAE mais sofisticado consiste em se representar a asa com elementos do tipo “placa”(ver elementos bidimensionais na figura12) e as longarinas internas por elementos unidimensionais de viga. As placas conteriam informação da espes-


SOFTWARE com elementos de placas e vigas já seria suficiente, por exemplo. A modelagem de uma peça usando elementos sólidos do tipo “tijolo” seria mais indicada para uma peça sólida do tipo, fundida, forjada, ou usinada. Enfim, o engenheiro deve aprender a abstração da modelagem de CAE pelo fato de, novamente, o modelo de CAE não precisar necessariamente ter um visual igual à geometria da peça real, mas deve ser capaz de representá-la fisicamente. Algumas simulações envolvem vários fenômenos físicos e exigem CAEs multidisciplinares. Por exemplo, a simulação de um avião voando exigiria a simulação do escoamento do ar ao redor da asa e a simulação de como esse escoamento provoca a deformação da asa devido às forças de sustentação e de arrasto aerodinâmico. Ao mesmo tempo, a asa se deformando, o escoamento do ar ao seu redor é alterado. Assim uma simulação realística desse fenômeno exigiria um CAE que combine o

efeito estrutural e aerodinâmico. Um exemplo de sofisticação de análise computacional possível de se atingir atualmente usando um software de CAE está ilustrado na figura 13, onde é simulado o campo magnético de um magneto. O resultado é mostrado em termos de distribuição de vetores de campo magnético ao longo do magneto. Considerando as etapas do CAE acima, a que consome mais tempo é o pré-processamento onde é construído o modelo CAE. O préprocessamento pode chegar a representar 70% do tempo de uma análise de CAE, enquanto que a análise e pós-processamento juntos representam 30%!! Em geral, a construção do modelo do CAE é feita a partir do modelo construído no CAD, a menos que se deseje utilizar um modelo simplificado uni ou bidimensional, como discutido anteriormente. Nesse caso, alguns softwares de CAE possuem um CAD no seu interior para evitar que o usu-

Figura 12 - Tipos de elementos finitos usados no CAE.

sura, material, etc... O visual desse modelo de CAE já estaria mais próximo da geometria da asa real, por exemplo, e do ponto de vista físico nos fornece uma noção mais precisa do comportamento mecânico da asa. Finalmente o último estágio de sofisticação seria representar a asa por elementos sólidos do tipo “tijolo” (ver elemento hexahédrico na figura 12). Visualmente, esse modelo é idêntico em geometria a asa real e certamente nos forneceria um resultado detalhado sobre as concentrações de tensões mecânicas na asa, deformações localizadas, etc... No entanto, o custo computacional desse último modelo de CAE seria brutalmente maior do que o do primeiro modelo unidimensional tornando-o inviável. No caso da asa, o segundo modelo

Figura 14 – Detalhe da complexidade da malha de elementos finitos no caso de peças tridimensionais com geometria complexa (Cortesia da SmartTech - ANSYS).

Figura 13 – Resultado da simulação do campo magnético num magneto. Distribuição do campo magnético é representada por vetores. (Cortesia da SmartTech - ANSYS).


Figura 15 - Caixa de câmbio fundida. Construção do modelo CAE é complexa.

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SOFTWARE ário tenha que usar outro software (de CAD), no entanto são CADs limitados em relação a um software dedicado especificamente à CAD. Assim, no caso geral, o modelo deve ser transferido do CAD para o CAE. No entanto essa transferência nem sempre é bem sucedida. Entre os problemas temos inicialmente a comunicação entre o CAD e o CAE que é feita através da escrita e leitura de arquivos tipo texto. Muitas vezes os arquivos gerados pelo CAD não são lidos com sucesso pelo CAE por excesso ou falta de informações. Uma vez transferido o modelo, deve ser gerada a malha sobre o modelo como já comentado. Se o modelo apresentar pequenos detalhes (furos, cantos vivos, etc.) a geração de malha pelo CAE não será bem sucedida ou uma malha muito fina será desnecessariamente gerada (ver figura 14). Isso exigirá que se retorne ao CAD e se eliminem esses pequenos detalhes (processo conhecido como “defeaturing”) e novamente transferir o modelo para o CAE para se tentar uma nova geração de malha. Esse processo tradicional, descrito acima, pode ser demorado e tedioso. Imagine uma peça complexa como um bloco de motor, caixa de câmbio de um automóvel ou uma peça qualquer fundida ou forjada

Figura 16 - Seções tomografadas de um sólido e sua respectiva imagem de voxels reconstruída, já consistindo no modelo CAE com elementos tipo "tijolo".

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como ilustrado na figura 15. Se a peça já existe e queremos modelá-la, a construção de um modelo CAD pode levar meses!! Além disso, teremos os problemas de transferência do arquivo do CAD para o CAE e a geração de malha como já comentados acima. Assim o alto tempo e custo desestimulam a indústria a realizar simulações CAE dessas peças complexas. Uma solução que vem sendo usada em grandes empresas no exterior é realizar uma tomografia da peça mecânica. O tomógrafo é um aparelho que permite obter as imagens das seções transversais de um sólido de forma rápida sendo muito utilizado em hospitais pelos médicos para visualizar o interior do corpo humano. Obtidas essas imagens, o sólido é reconstruído no computador de forma a se obter uma imagem de voxels do sólido. Um voxel é a unidade básica de representação de uma imagem tridimensional, assim como, o pixel é a unidade básica de representação de uma imagem bidimensional no computador. Uma vez obtida a imagem de voxels, a geração do modelo CAE é obtida convertendo-se cada voxel num elemento finito do tipo “tijolo”. Assim, o modelo CAE de uma peça complexa pode ser obtido em menos de um dia!!! A figura 16 ilustra o processo. Isso teria grande aplicação em projeto de próteses biomédicas, por exemplo, pois são peças complexas que variam de pessoa para pessoa. A simulação por CAE se faz necessária para se prever o comportamento mecânico da prótese antes de colocála no paciente. Com esse método, o modelo CAE é facilmente obtido sem a necessidade de se aprender a utilizar um software de CAD. Assim, pode ser usado por um médico, por exemplo, que teria um tomógrafo disponível no hospital. No entanto, a simulação do comportamento da peça em si, ajuda o engenheiro a verificar os problemas de projeto, mas ainda não é suficiente. O principal problema é sugerir modificações na peça que melhorem o seu desempenho, o que é uma tarefa complexa. A simulação nos ajuda a ter uma idéia da sensibilidade

Figura 17 - Volume de existência da estrutura com cargas e pontos de fixação (superior). Estrutura sintetizada pelo MOT (inferior).

Figura 18 - Volume de existência da estrutura com cargas e pontos de fixação (superior). Estrutura sintetizada pelo MOT (inferior).

do projeto, ou seja, alterando a forma da peça aqui e ali, temos uma noção do quanto irá influenciar no seu desempenho final realizando simulações. Isso resulta num processo de projeto iterativo como já ilustrado na figura 1. Mas, seria interessante que o próprio CAE nos sugerisse onde alterar a forma da peça de maneira a melhorar o seu desempenho, o que certamente aumentaria drasticamente a eficiência do processo de projeto. Isso é conseguido atualmente utilizando-se métodos de otimização integrados ao CAE. Esses métodos realizam uma busca orientada dos parâmetros de geometria da peça de forma a obter a forma que otimize o desempenho da peça. Esse desempenho pode ser, por exemplo, a rigidez da peça, redução das tensões mecânicas, etc... Um critério de desempenho muito comum na indús-


SOFTWARE tria automotiva e aeronáutica é projetar peças com máxima rigidez e com menor peso. No caso da batedeira, mencionado na introdução, é interessante que a geometria de sua estrutura seja rígida o suficiente para que a deformação não prejudique a geração da “clara em neve” (já comentado), mas não deve conter uma quantidade de material maior do que a necessária, o que encareceria os custos na indústria. Por exemplo, se fabricamos 1000 batedeiras por dia, e se cada uma delas tem uma massa de 200 g a mais do que o necessário isso significa 6 toneladas de material a mais por mês!!! O mesmo vale para a produção de automóveis. No caso de um avião, o problema é que uma peça com peso além do necessário, reduz a capacidade de carga do avião. Obter uma peça com máxima rigidez e menor peso não é uma tarefa intuitiva para o ser humano, e somente pode ser conseguida através do computador. A otimização integrada ao CAE tem atualmente vários níveis. Podemos otimizar apenas as dimensões da peça (otimização paramétrica), podemos alterar a forma externa e interna da peça (otimização de forma), ou podemos alterar a topologia da peça, ou seja, encontrar novos “furos” nessa peça. Esse último tipo de otimização é chamada otimização topológica. O desempenho da peça e a redução de material obtida aumentam da otimização paramétrica para a otimização topológica. A Otimização Topológica (OT) é um método que vem sendo muito utilizado na indústria dos EUA, Japão e Europa nos últimos cinco anos. O Método de Otimização Topológica (MOT) permite sintetizar estruturas de acordo com um certo desempenho especificado, por exemplo, máxima rigidez e menor peso. As figuras 17 e 18 ilustram algumas estruturas sintetizadas pelo MOT. Inicialmente é definido o volume de existência da estrutura, ou seja, uma região que é limitada apenas pelos pontos onde a estrutura estará fixada, pontos de aplicação de carga e regiões que a estrutura não pode invadir. Além disso, pode-se ainda definir regiões em que o material não pode ser retirado (sólido) e regiões em que não pode haver material (vazio) (ver figura 18). Esse domínio é discretizado em elementos finitos, e fornecido ao software de MOT. Num processo iterativo, o software de MOT vai distribuir de forma ótima o material no interior do volume de existência de maneira a maximizar o desempenho desejado para a peça (por exemplo, máxima rigidez e menor peso). Assim, o MOT consiste no estágio mais avançado da otimização, e o CAE não mais se limita a analisar geometrias propostas no CAD, mas agora é capaz de sintetizá-las também de forma ótima. As reduções de massa obtidas na indústria com a utilização de um CAE com o MOT chegam a 40% da massa inicial de um projeto tradicional obtido sem a utilização do MOT. Isso demonstra a potencialidade de ferramentas de otimização integradas ao CAE. Trata-se de uma área em rápido crescimento na indústria no exterior sendo motivo de várias pesquisas no meio acadêmico. Já existem CAEs dedicados ao MOT disponíveis no mercado que permitem sintetizar uma peça de forma a obter o seu modelo de CAD final. MECATRÔNICA ATUAL Nº1/OUTUBRO-NOVEMBRO/2001

Figura 19 - Determinação do caminho da ferramenta em operação de fresagem (Cortesia da Ascongraph - MasterCAM).

Figura 20 - Determinação do caminho da ferrramenta para fresadoras em usinagem bidimensional (Cortesia da CCS SurfCAM).

Figura 21 - Determinação do caminho da ferramenta e simulação de usinagem bidimensional em operações de fresagem (Cortesia da CCS - SurfCAM).

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SOFTWARE CAM

CAM (“Computer Aided Manufacturing”) é definido como o uso do computador no planejamento, gerenciamento e controle da manufatura. Para o planejamento, gerenciamento da manufatura o computador é usado “off-line” fornecendo informações para o gerenciamento e planejamento efetivo das atividades de produção. Entre as principais tarefas realizadas pelo CAM nessa área, temos: Estimativa do custo total (material e produção) de um novo produto a ser fabricado; Planejamento do processo, ou seja, planejamento da seqüência de operações e quais as máquinas que deverão ser utilizadas para a fabricação do produto e seus componentes; No caso de processos que envolvam usinagem, o CAM calcula os parâmetros ótimos de usinagem, como rotação da ferramenta ou da castanha de um torno, velocidade de avanço da ferramenta, número de passes, etc… Os cálculos são baseados em dados obtidos na fábrica ou em laboratório e essencialmente relacionam a vida da ferramenta com as condições de usinagem. Além disso, o CAM é capaz de simular a usinagem da peça na tela do computador; Gerar um programa para ser fornecido ao computador da máquina ferramenta de comando numérico que usinará a peça; Estudo de tempos de produção envolvidos na fabricação da peça; Dentre as tarefas acima, a simulação de usinagem é sem dúvida a mais complexa computacionalmente. A idéia é que possuindo o modelo CAD da peça a ser usinada o CAM irá calcular não somente os parâmetros ótimos de usinagem (como já comentado anteriormente) da peça, mas também especificar a trajetória da ferramenta durante a usinagem, determinar se haverão colisões da ferramenta com partes da máquina, etc… (ver figuras 19, 20, 21 e 22). Após definida a usinagem o CAM deve poder simulá-la na tela (ver figuras 23, 24, 25 e 26), mostrar o acabamento final da peça (ver figura 27, 28 e 29), e gerar um programa a ser fornecido para o computador de uma máquina ferramenta que fabricará a peça. Para isso, o CAM possui um banco de dados com informações sobre comandos de programação de vários tipos diferentes de máquinas ferramenta. O modelo da peça pode ser importado de um CAD (assim como no caso do CAE) ou no caso de uma peça simples, pode ser construída no CAD simplificado do próprio software CAM. O CAM não permite apenas simular opera ções de usinagem (tornos e fresas em geral, incluindo todas as operações), mas também, operações de corte à laser, corte à jato d’água, corte à plasma, eletroerosão à fio, etc. •

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Figura 22 - Determinação do caminho da ferramenta em operações de fresagem tridimensional (Cortesia da CCS - SurfCAM).

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Figura 23 - Simulação de usinagem de fresamento e torneamento simultâneos (Cortesia da CCS - SurfCAM).

Figura 24 - Determinação do caminho da ferrramenta e simulação de usinagem tridimensional para fresadoras de três eixos (Cortesia da CCS - SurfCAM).

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SOFTWARE

Figura 25 - Determinação do caminho da ferrramenta e simulação de usinagem tridimensional para fresadoras (Cortesia da CCS SurfCAM).

Figura 26 - Determinação do caminho da ferrramenta e simulação de usinagem tridimensional para fresadoras (Cortesia da CCS SurfCAM).

Figura 28 - Visualização do acabamento final da peça após a operação de fresagem (Cortesia da CCS - SurfCAM).

Figura 29 - Visualização do acabamento final de uma peça usinada (Cortesia da Ascongraph - MasterCAM).

Com relação às tarefas de controle da produção, o CAM se destina a controlar o processo, a qualidade, o chão de fábrica e monitorar os processos, além de gerar relatórios sobre a situação da produção para a gerência. Assim, CAD, CAE e CAM representam as ferramentas da engenharia moderna que permitem reduzir o custo e tempo para o desenvolvimento e fabricação de um produto. l REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Figura 27 - Simulação de usinagem e visualização de acabamento em operações de fresagem (Cortesia da CCS - SurfCAM).


1. Mikell P. Groover, “Automation, Production Systems and Computer Integrated Manufacturing”, Englewood Cliffs : Prentice-Hall, 1987. 2. Ibrahim Zeid , “CAD/CAM Theory and Practice”, New York , McGraw-Hill, 1991. 3. Kunwoo Lee, “Principles of CAD/CAM/CAE Systems”, Addison Wesley Longman Inc., California, 1999. 47

ELETRÔNICA

SMA - MÚSCULOS ELETRÔNICOS Newton C. Braga

Se consultarmos qualquer projetista da área de mecatrônica que trabalhe com robôs ou automatismos que devam realizar movimentos, a solução natural abordada para a efetivação desses movimentos está no uso de motores, solenóides, servos e eventualmente dispositivos pneumáticos ou hidráulicos. Para a solução elétrica os motores comuns e motores de passo são os mais usados. Somente em alguns casos mais raros é que podemos pensar em solenóides e outras soluções que também envolvem dispositivos totalmente eletro-mecânicos. No entanto, já existe um equivalente para os “músculos” que podem ser usados em robôs e automatismos para efetivação de movimentos. A SMA ou Shape Memory Alloy ou Liga com Memória de Forma é a grande saída para eliminar os motores dos robôs e automatismos e dotá-los de movimentos com um princípio de funcionamento muito mais próximo dos organismos vivos e até mais eficiente quando se analisa a relação espaço ocupado/força. As aplicações para as SMA não só na robótica e mecatrônica como também em automação e dispositivos de uso cotidiano são fantásticas e elas consistem no assunto deste artigo.

Se precisamos movimentar o braço de um robô ou ainda um automatismo, a solução mais simples está no uso de um motor acoplado a uma rosca “sem fim” conforme mostra a figura 2 ou outra forma de dispositivo de acoplamento mecânico. Esse simples dispositivo faz as vezes de um músculo, capaz de movimentar para frente e para trás um braço, mas com algumas limitações. O ruído do motor, a necessidade de lu48

brificação, a velocidade limitada de acionamento e resposta lenta são alguns dos problemas que devem ser considerados. Ora, se a idéia é imitar a ação de um músculo, por que não partir para algo que tenha o mesmo princípio de funcionamento? Um músculo nada mais é do que uma massa de células que mudam de forma com a ação dos impulsos elétricos enviados pelo sistema nervoso, conforme mostra a figura 1.

Sem a ação dos pulsos de comando dos neurônios, as células em forma de fuso do tecido muscular se mantém descontraídas e portanto temos o maior comprimento do conjunto: o músculo está descontraído. Com a aplicação de pulsos elétricos pelas células nervosas, as células musculares se contraem, mudando de forma e fazendo com que o músculo possa fazer um esforço físico, conforme mostra a figura 3. Seria possível obter algum tipo de material que tivesse o mesmo comportamento: um material que mude de forma com a ação de uma corrente elétrica ou de pulsos elétricos? Um material desse tipo poderia ser usado como um músculo “eletrônico” num robô ou num mecanismo com uma simplicidade muito maior do que a exigida por um motor, conforme mostra a figura 4. Se os leitores pensam que este material ainda está por ser descoberto, estão enganados. Este material já existe e robôs, automatismos ou dis-

Figura 1 - As células musculares.


ELETRÔNICA positivos mecatrônicos com “músculos eletrônicos” não só já estão em funcionamento e à venda em forma de kits como até podem ser construídos pelo próprio leitor. SMA

Figura 2 - Usando um motor como "músculo" para movimentar um braço de robô.

Shape Memory Alloys ou Ligas com Memória de Forma é o nome dado para os fantásticos materiais que podem ser usados como “músculos” em diversos tipos de equipamentos, acionados diretamente por correntes elétricas. Basicamente, as SMAs consistem em Ligas ou Misturas de determinados metais que têm a interessante propriedade de mudar de forma com a passagem de uma corrente e com isso exercer um esforço mecânico considerável para o acionamento dos mais diversos dispositivos. Se fabricadas na forma de fios, estes fios podem ser usados como verdadeiras “fibras musculares” de metal e combinados de modo a fazer acionamentos de dispositivos de diversas maneiras. O QUE É SMA

Figura 3 - A contração das células permite a realização de um esforço físico.

Figura 4 - Músculos eletrônicos.


Quando aquecemos um material, este se dilata pelo calor. O que ocorre neste caso é um fenômeno de aumento e diminuição das dimensões de um material denominado dilatação térmica. No entanto, existem certas ligas (misturas de metais) que manifestam uma propriedade diferente denominada “memória de forma”. Estas ligas possuem uma estrutura cristalina bem definida que muda em uma determinada temperatura de transição com muita facilidade. Quando estas ligas estão próximas da temperatura de transição, elas podem ser facilmente deformadas, ou seja, se tornam “moles” e podem ser esticadas sem qualquer esforço. No entanto, quando elas são aquecidas pela passagem de uma corrente elétrica até a temperatura de transição, a sua estrutura cristalina “lembra-se” da forma original e se contrai até ela. Ao esfriar quando a corrente é desligada ela “amolece” novamente e pode esticar até a forma anterior. 49

ELETRÔNICA Outro problema a ser considerado é a velocidade de reação do fio, pois o aquecimento e o esfriamento representam uma certa inércia. Para os fios finos podem ser obtidas velocidades de reação que se aproximam de 1 ciclo por segundo, o que é bastante bom para um dispositivo mecânico simples, como por exemplo, um braço mecânico ou mesmo um modelo de inseto voador. A utilização de ligas com maiores temperatura de transição possibilita o aumento da velocidade de resposta (o esfriamento depende da diferença entre a temperatura da liga e o meio ambiente). AS LIGAS E SUA HISTÓRIA Figura 5 - Usando a SMA para controlar o leme de um barco.

A curva característica destas ligas apresenta uma histerese acentuada que é mostrada na figura 6. Em outras palavras, um fio fabricado com uma liga deste tipo é flexível o bastante para ser esticado com facilidade na temperatura ambiente. Quando passamos uma corrente elétrica por este fio e ele se aquece até a temperatura de transição ocorre uma contração até o tamanho original que permite a realização de esforço mecânico. Para uma liga típica SMA a contração neste processo pode chegar de 8% a 12% do comprimento total, o que é o bastante para se obter um bom acionamento.

Figura 6 - A característica de histerese das SMAs.

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As ligas mais comuns possuem uma temperatura de transição suficientemente baixa para permitir aplicações práticas simples. Temperaturas em torno de 70 graus são comuns. Evidentemente, um fio feito com esta liga pode se fundir com uma corrente excessiva, o que exige que o circuitos de acionamento seja preciso, produzindo corrente suficiente para atingir a temperatura de transição mas não o suficiente para fundir. Uma maneira de se obter uma corrente de acionamento controlada é através de uma fonte de corrente constante como a mostrada na figura 7.

O conhecimento do efeito de memória de certas ligas não é recente. Já em 1932 o pesquisador sueco Arne Olander sugeriu a existência da contração de certas ligas, como a de ouro com cádmio. A transição de seu modo de cristalização poderia ser usada para se converter calor em movimento. Foi em 1950 que pesquisadores da Universidade Columbia em Nova Iorque explicaram as mudanças de estrutura que ocorriam nestas ligas, usando para isso a difração por meio de raios X. A partir de então os pesquisadores passaram a procurar novas ligas que apresentassem as mesmas propriedades.

Figura 7 - Uma fonte de corrente constante alimentando uma SMA.


ELETRÔNICA Os problemas iniciais ocorriam porque as ligas consideradas “boas” utilizavam metais caros ou então perigosos. A própria liga de ouro com cádmio não é das mais recomendáveis para o uso por amadores ou em aplicações expostas porque o cádmio é muito tóxico. Em 1963 o US Naval Ordenance Laboratory desenvolveu uma liga com propriedades extremamente interessantes: além de ser uma SMA ela utilizava metais não tóxicos e de baixo custo: esta liga de Titânio com Níquel que passou a ser denominada NITINOL (Ni de níquel, Ti de titânio e NOL de Naval Ordenance Laboratory) se tornou bastante popular com uso inicialmente em diversos dispositivos militares e depois colocada a disposição do projetistas de robótica e mecatrônica. Sua importância foi con-

siderada tão grande que nas décadas seguintes os Estados Unidos fabricou uma grande quantidade deste material, armazenando-o como “estoque estratégico”, para o caso de uma guerra no futuro! A partir do Nitinol diversas outras ligas foram criadas encontrando aplicações numa grande variedade de dispositivos. APLICAÇÕES

Com a utilização de metais baratos as SMAs passaram a ser usadas em pro jetos interessantes, alguns dos quais ficaram apenas nos laboratórios. Assim, em 1971 dois pesquisadores de Nova Iorque, P.N. Player e M. Page, desenvolveram um coração artificial ativado por um fio de 500 mm de Nitinol. Entretanto, a maior

limitação do projeto era que ele só batia 12 vezes por minuto, bem menos do que os 80 a 90 batimentos de um coração real. A NASA, por exemplo, trabalhou num sistema para abrir e fechar antenas de um satélite usando SMAs. Atualmente existem diversos fabricantes de SMAs e até a disponibilidade de Kits para a montagem de automatismos ou mecanismos de controle. Nos Estados Unidos a empresa da Califórnia, Raychem Co. produz a SMA denominada Batalloy que é formada por cobre e zinco e a SMA Tinel que é formada de níquel e titânio e que se sobressai por ser a única com uma temperatura de transição inferior a 0 grau centígrado. Um dos fornecedores mais conhecidos das SMAs nos Estados Unidos é a Mondotronics (http://www.robotstore. com). Esta empresa vende kits com pedaços de fios de nitinol e manuais de uso. Nas tabelas abaixo damos as características de fios de Flexinol que são vendidos pela Robot Store: COMO USAR

Tabela 1 - Características de fios de Flexinol.


A força de contração ao aquecer uma SMA na forma de fio depende de seu diâmetro enquanto que o comprimento distendido depende do comprimento total do fio e de suas características. O diâmetro e o comprimento, além da composição do material determinam as características elétricas da SMA. Assim, num projeto que utilize um ou mais fios, estes três fatores devem ser levados em conta. Na figura 8 temos um exemplo de aplicação para um braço mecânico usando uma SMA. Observe então que temos uma alavanca interpotente e que portanto a força F1 efetivamente obtida na extremidade do braço é menor que a força F2 aplicada pela SMA. Assim, como em toda alavanca deste tipo, o que ganhamos em deslocamento, perdemos em força. Para uma alavanca inter-resistente como a mostrada na figura 9 o que que ganhamos em força perdemos em deslocamento. 51

ELETRÔNICA APLICAÇÕES INTERESSANTES

Uma aplicação bastante interessante desenvolvida pela MacDonald Douglas a partir de experiências realizadas no Lawrence Berkeley Laboratories na Califórnia foi a polia diferencial. Trata-se de um pequeno motor que converte calor em energia mecânica por meio de uma bobina de Nitinol. Aplicando-se dois fluxos de água, um aquecido e outro frio, ao pequeno dispositivo, ele produzia força mecânica equivalente a 1W girando em alta velocidade. Para os leitores interessados, principalmente os do campo da Mecatrônica, a utilização das SMAs abre um leque de aplicações enorme. Dos músculos capazes de movimentar braços, ou outras partes de um dispositivo mecatrônico, podemos partir para automatismos os mais diversos acionados diretamente por correntes elétricas. Acoplados a sensores de posição num circuito como o mostrado na figura 10 podemos movimentar qualquer coisa com SMAs. Se a força conseguida de um fio não for suficiente para a aplicação desejada podemos formar fibras que resultarão em potentes músculos. Para que se tenha uma idéia, uma fibra formada por 100 fios de 250 mm de Nitinol pode realizar uma força de 911,4 N ou equivalente ao levantamento de 93 kg com a ativação por uma potência de apenas 200 watts.

Figura 8 - Movimentando uma pinça num braço de robô com SMA.

Figura 9 - Aumentando a força em "A" com uma alavanca inter-resistente.

CONCLUSÃO

Não existem limites para o que se pode criar com as SMAs. Apesar de terem como limitação a fadiga que pode fazer com que depois de muitas contrações e descontrações elas percam as suas propriedades, isso não ocorre antes de muito tempo de uso. Além disso, elas são uma das formas de se obter força mecânica sem a necessidade de dispositivos complexos e volumosos e com uma característica que os motores elétricos ainda não alcançaram: são totalmente silenciosas. l 52

Figura 10 - Um controle inteligente de SMA.


MECÂNICA

DIFICULDADES MECÂNICAS Clovis Magoga

Authomatika - Robótica Educacional

Dificuldades mecânicas são, sem dúvida, um dos maiores problemas de todos aqueles que tentam ou já tentaram desenvolver qualquer tipo de robô, independente se ele é um modelo fixo ou móvel. Neste artigo iremos enumerar as dificuldades encontradas em um projeto de Mecatrônica e propor algumas sugestões para sanar estes problemas. Além das dificuldades mecânicas, que apresenta maior nível de dificuldade, será discutido brevemente o projeto do circuito eletrônico e também o desenvolvimento do software de controle.

PROJETO DO CIRCUITO ELETRÔNICO Nesta fase, algumas dificuldades a serem transpostas são: Definir a função do circuito: Neste ponto do projeto devemos ter em mente o que vamos controlar, e qual serão os atuadores (motores elétricos AC, DC, motores de passo, servo mecanismo ou hidráulicos). Uma vez escolhido qual será utilizado, já estaremos definindo como deverá ser o circuito de controle (potência), e não devemos deixar de pensar no controlador a ser empregado. Definir o circuito de controle: Para efetuarmos o controle de um determinado dispositivo, seja ele um motor AC/DC, servos, motores de passo, além do circuito de potência deveremos também, não esquecer

do circuito “cérebro” do projeto que pode ser obtido através de microcontroladores, microprocessadores, computadores entre vários outros que veremos em artigos posteriores. Microcontroladores: Sua utilização engloba Hardware, Software, Eletrônica e Programação. A variedade de microcontroladores no mercado é muito grande, entre os mais comuns

Figura 1 - Exemplos de microcontroladores.


podemos citar os da linha Intel 8031/32/51/52, a linha da Atmel 89Sxx, a série PIC da Microchip, a linha 68xx da Motorola, COP8 da National entre vários outros fabricantes. Independente do microcontrolador utilizado, os mesmos podem, na maioria das vezes, ser programados em C, Assembler e, em alguns casos, em Basic interpretado. Como exemplos podemos citar alguns modelos de centrais telefônicas, celulares, circuitos de ignição de automóveis, vídeos k7, alarmes, etc. Os quais são equipados com circuitos microcontrolados. Um exemplo de microcontrolador é mostrado na figura 1. Microprocessadores: Utilizados em sistemas mais avançados, os Microprocessadores são amplamente utilizados em equipamentos dedicados, tais como: equipamentos hospitalares, equipamentos CNC, impressoras matriciais, laser e jato de tinta. Vamos citar algumas linhas de microprocessadores como os da Zilog tendo como o mais famoso o Z80, Intel como precursor foi o 8080, e o 8088 o qual equipava o PC XT, Motorola linha 68000, entre vários outros. Microcomputadores: Do meu ponto de vista, os mais fáceis de se lidar. Dependendo da função e da aplicação, o custo é baixo, o desenvolvimento é rápido e o custo-benefício é excelente. Executa tudo o que os outros já citados fazem, porém 53

MECÂNICA

Figura 2 - Exemplo de computador.

são maiores, pouco compactos, consomem mais energia. Em alguns casos são mais suscetíveis à falhas, mas no caso de aplicações em Robótica para desenvolvimento e pesquisa reduzimos drasticamente o custo do projeto. Um exemplo de computador é mostrado na figura 2. Componentes eletrônicos: É preciso definir quais iremos utilizar, disponibilidade dos mesmos, facilidades em obtermos documentação técnica, custo do componente, disponibilidade de fornecimento, etc. Alguns exemplos de componentes eletrônicos são mostrados na figura 3. Teste do circuito: É imprescindível o teste para termos um circuito de alta confiabilidade, funcional e que nos dê segurança em seu uso. Cuidados com a estabilidade do circuito devem ser tomados visando uma taxa de 0% de erros no projeto, pois uma falha de funcionamento pode causar danos mecânicos, e até humanos dependendo do que estamos controlando! Em meus protótipos, procuro utilizar circuitos emuladores virtuais

Figura 3 - Exemplos de componentes eletrônicos.

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como o MultiSIM da Electronic Workbench, que é sensacional, já me ajudou a solucionar vários problemas, inclusive a desenvolver circuitos de decodificação para controle de motores de passo. Após um teste virtual, a montagem do circuito eletrônico, fisicamente, fica mais fácil. A depuração de possíveis falhas é mais simples. Depois de ultrapassarmos todas as dificuldades acima, basta finalizarmos o circuito através do desenvolvimento de uma placa de circuito impresso, seguindo à risca todas as regras para efetuar o projeto das placas de circuito impresso, e o alojamento do circuito. Uma das dificuldades de maior peso que nós, projetistas e aficionados por Eletrônica temos é a obtenção de componentes. Este assunto merece um artigo completo, pois o desinteresse dos fabricantes e distribuidores (principalmente no Brasil) para vender componentes em pequenas quantidades é muito grande. O que, na verdade, os “grandes” desta área querem é vender em grande quantidade. Sendo assim, projetistas, técnicos e aficionados são limitados a ficarem na teoria, ou então têm de pagar o que os fornecedores querem.

boa), estas podem e fazem o controle de qualquer tipo de interface de I/ O independente do fato de utilizarmos a porta serial, paralela, USB, e o circuito externo pode conter diretamente um circuito de potência. MECÂNICA Como citado inicialmente, este é o maior empecilho que iremos encontrar e não tenho receio em afirmar que é o maior desestimulador de projetos. Por conta disso, é o principal assunto desta matéria. Para lidar com estas grandes dificuldades, devemos ter uma boa dose de criatividade, pois os materiais não são fáceis de serem obtidos e, quando obtidos, são de difícil manuseio. O manuseio é difícil devido à necessidade de um maquinário especifico, como tornos, fresadoras, furadeiras de bancada etc. (figuras 4, 5 e 6). Para agravar, a grande maioria dos projetistas não possui este arsenal de máquinas à disposição, o que fatalmente estimula a busca de peças prontas, reaproveitadas de algum velho equipamento na sucata, e acabando por criar não o que pensávamos, mas sim no que conseguimos fazer com o que tínhamos à nossa disposição. Como o que havia à nos-

SOFTWARE DE CONTROLE Este nível de dificuldade, no meu ponto de vista, é um dos mais fáceis de serem ultrapassados, pois a literatura é vasta e fácil de ser obtida, sendo muitas vezes encontrada em sites na Internet. Na maioria dos casos em que se refere a microcontroladores, o software é gratuito, pois existe interesse do fabricante em divulgar o seu produto. Como exemplo, podemos citar a facilidade em obter documentação sobre os microcontroladores 8031/32/51 da Intel, PIC série 16x da Microchip, 68HC da Motorola, Basic Stamp da Paralax, Cop da National. No que diz respeito às linguagens de programação para computadores pessoais, tais como: o Visual Basic, Basic, Linguagem C, Pascal, Assembler, Forth (antiga, mas muito

Figura 4 - Fresadora.

Figura 5 - Furadeira de bancada.


MECÂNICA furadeira de bancada, brocas de boa qualidade, serras circulares e fluidos de corte. Dependo externamente de uma máquina de corte e de uma dobradeira, porém, qualquer oficina de seralheria tem este maquinário, e encomendar o serviço não é difícil e o custo é baixo.

Figura 6 - Torno mecânico.

sa disposição não era exatamente o que necessitávamos, a probabilidade da frustração do projeto é enorme, e o abandono da idéia, geralmente, é inevitável. Para solucionar tais problemas é necessária uma grande dose de persistência e teimosia, facilmente obtida por indivíduos que realmente “amam” o que fazem ou o que está fazendo. Caso você tenha estas características fica fácil transpor estas dificuldades. Vamos falar de alguns materiais para serem utilizados na construção de robôs móveis e fixos ou dispositivos mecânicos a serem controlados eletronicamente, além de mencionar as dificuldades em seu manuseio e uma opinião muito pessoal, da minha experiência, onde eu uso os referidos materiais.

dendo da espessura, o nível de dificuldade de manuseio aumenta, pois quanto mais grossa for, mais equipamentos apropriados serão necessários, tais como: dobradeiras, máquinas de solda, furadeiras de bancada, cortadeira, etc. Não é nada fácil cortar uma chapa de ferro de 2,5cm ou mesmo dobrá-las sem as máquinas certas. Utilizo muito este material, principalmente, para bases de robôs móveis ou fixos devido a sua resistência, e durabilidade. Para superar as dificuldades do manuseio deste material utilizo uma

Chapas de Alumínio: A figura 7 mostra alguns exemplos de chapas de alumínio. Seu custo é razoável, existe uma gama de espessura bem variada e são de fácil manuseio. O protótipo fica com um excelente acabamento, porém não é tão fácil de soldar quanto o ferro. É leve, de fácil furação, mas sua dobragem não é aconselhável (dependendo da espessura pode quebrar facilmente). Tais problemas são solucionados através da utilização de parafusos e rebites em substituição à soldagem ou à necessidade de efetuar dobras. Utilizo este material na confecção de módulos de braços mecânicos, caixas de redução e componentes mecânicos. O manuseio é fácil e as ferramentas necessárias são simples, tais como: uma tesoura de corte, uma furadeira de bancada, brocas de boa qualidade, serra de ferro, uma rebitadora manual. Tubos de Alumínio: Encontrados, geralmente, em barras de 4 ou 6 metros nas mais variadas formas, espessuras e dimensões, de fácil corte, de fácil furação é ideal para construção de braços mecânicos, e

MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO DE MECANISMOS ROBÓTICOS Chapas de ferro: Não é um material difícil de encontrar, seu custo é baixo, e são produzidas em várias espessuras. São soldáveis através de solda elétrica ou MIG. Porém, depen-

Figura 7 - Exemplos de chapas de alumínio.


Figura 8 - Chapas de acrílico.

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MECÂNICA estruturas variadas. É possível encontrar este material com facilidade nos comércios especializados na fabricação de BOXES de banheiro. Chapas de Acrílico: Podem ser encontradas em diversas cores, dando um acabamento sensacional nos projetos. Uma grande vantagem deste material é o fato dele ser facilmente colável. Como desvantagens podemos citar: quebra facilmente, não agüenta torções, ao efetuar o corte são necessário cuidados, para não lascar. Podem ser utilizadas, em substituição ao alumínio, em quase todas as aplicações. Não é necessário nada mais do que uma boa serra, uma furadeira e cola tipo “bonder”, e nada de ferramentas caras (figura 8). Não utilizei ainda em nenhum robô prático, porém meu objetivo é a construção de um braço mecânico totalmente com acrílico branco (cristal transparente). Você pode obter este material em empresas especializadas na fabricação de brindes, pois este material é utilizado para fazer chaveiros, placas de letreiros, etc. Eixos de Metal (ferro): Também são fáceis de serem trabalhados. Para cortá-los, por exemplo, é necessário apenas uma serra de ferro e pronto. Para a produção de uma rosca, basta obter um conjunto de machos, para produzi-las nos mais variados tipos (grossa ou fina). Para efetuar uma rosca é aconselhável um bom fluido de corte para facilitar. Utilizo com freqüência este tipo de material como eixos de sustentação. Podem ser encontrados, com facilidade, em casas especializadas na venda de materiais ferrosos, onde é possível comprá-los de acordo com a sua necessidade, efetuar o corte no tamanho ideal e, após obtermos os resultados mecânicos que necessitávamos, efetuar um processo de zincagem, o que vai dar um acabamento sensacional ao eixo semelhante ao encontrado nas impressoras. Entretanto, eu prefiro obter este material em impressoras obsoletas ou sucateadas. 56

Bronze: Não é barato, mas não conheço metal acessível de tamanha resistência, para confecção de buchas para suportar eixos de ferro ou qualquer outro material ferroso. O bronze é facilmente trabalhável, desde que, com um maquinário específico, como, por exemplo, um torno para produzirmos buchas, suportes e mancais . Podemos facilmente cortar e furar o bronze, mas qualquer outra necessidade recai na utilização de uma fresadora ou torno. Nylon: Este material é de fácil obtenção, possui um custo inferior ao bronze, e pode substitui-lo. Gosto do acabamento, mas a dificuldade de manuseio é grande, no sentido de necessitarmos de um torno. Podemos comprá-lo em formas de “tarugos” de várias espessuras, com comprimento variável. Madeira: Por incrível que pareça já vi robôs feitos de madeira. É barato e fácil de obter. É parafusável, colável, resistente, mas sinceramente, acho que não combina com robótica. Já utilizei, mas abandonei este material. Parafusos, porcas, arruelas: Não representa dificuldades na obtenção, pois qualquer casa de ferragens você obtém os mais variados tipos, tamanhos e espessuras. Correias dentadas: Geralmente são encontradas em tamanhos específicos e os valores podem assus-

Figura 9 - Engrenagens.

tar em alguns casos. Geralmente são os meus projetos que se adaptam as correias. Tais correias são ideais para efetuar a tração de mecanismos robotizados. Sua aplicação dá firmeza nos movimentos evitando o efeito de “patinar”, que tira a precisão nos movimentos. Costumo utilizar correias já prontas, obtidas em casas especializadas na venda de peças para impressoras. Correia Lisa: Idem as características das correias dentadas, porém o efeito de patinar é sua principal desvantagem. Sendo assim, não utilizo este material. Engrenagens de Metal: Não é fácil obtê-las nos tamanhos que, talvez, gostaríamos. Entretanto, podemos consegui-las já prontas com preços que variam bastante. É imprescindível o seu uso em robôs, pois dá precisão, força e durabilidade. Você pode obter engrenagens de metal em casas especializadas ou em lojas que vendem peças para impressoras.

Figura 10 - Motores elétricos.


MECÂNICA

Figura 11 - Motores de passo.

Engrenagens plásticas: A dificuldade de obtenção deste tipo de engrenagem é semelhante à anterior. Entretanto, a variedade de tamanhos é bem maior. Dão precisão e força, porém a durabilidade pode variar de acordo com o projeto, já que um excesso de força facilmente danifica seus dentes (figura 9). Motores Elétricos: A gama de tamanho e capacidade é muito grande, sendo que podemos encontrar modelos AC ou DC, com ou sem caixa de redução, de 3V ate 48V DC e de 80 V até 220 V AC. Os motores de alimentação AC são mais difíceis de serem controlados, já os motores DC são bem mais fáceis de serem controlados. (figura10). A obtenção deles é relativamente fácil, os custos são variados e as aplicações são muitas. Utilizo amplamente em meus protótipos, motores DC de 12/24 V, com caixa de redução, controlado por circuitos eletrônicos em ponte H, transistorizados ou através de CIs. Para obter tais motores você pode recorrer à impressoras jato de tinta, pois os motores utilizados por elas são excelentes. Os motores que equipam limpadores de pára-brisa de automóveis também são uma boa escolha, quando necessitamos de robustez. Motores de Passo: A quantidade de modelos é bem vasta, a preci-

são de movimentos é superior aos motores DC, com tensão de alimentação variável de 6 até 48 V. Existem modelos com tensão de alimentação superior à mencionada porém, motores de passo alimentados com tensão superior a 48 V complicam bastante para projetistas de pouco recurso (figura11). A maior fonte para a obtenção de tais motores são as impressoras fora de funcionamento. Servos Mecanismos: Os servos mecanismos são, sem dúvida, os atuadores mecânicos mais eficazes para aplicações em Robótica. Requerem circuitos de controle relativamente simples, porém seu custo é alto. Os servos utilizados em aeromodelismo são os ideais. Para reduzirmos o custo do projeto podemos utilizar os servos de antenas parabólicas, com resultados semelhantes. Os servos, normalmente, são fabricados para dar um giro de 180 graus, mas com algumas alterações eles podemgirar continuamente (figura 12).

Podem ser mecânicos, como chaves, ou acionados magneticamente, como os redswits. Tanto os sensores ópticos como os mecânicos não são difíceis de serem encontrados em casas especializadas. Além disso seu custo é baixo. Em resumo, é necessário uma boa doze de persistência. Provavelmente, as dificuldades encontradas por qualquer um de nós, são semelhantes às de muitos dos que estão lendo este texto e que se identificarão com os problemas e soluções aqui descritos. Não existe segredo. O que existe, na realidade, é a utilização de recursos mecânicos, que muitos de nós não possuímos. Alguns têm facilidade com a Mecânica, outros com a Eletrônica e, obviamente, outros com software. A intenção da revista é “desbravar” o assunto tanto quanto possível. Podemos desenvolver excelentes projetos, utilizando materiais baratos e de fácil obtenção. Em meus projetos sempre utilizei materiais reaproveitados de impressoras (é uma excelente fonte de material) e substitui os servos de RC, que são “salgados” no seu valor, por servos de antena parabólica. Os motores com redução podem ser obtidos em sucatas e em lojas especializadas. Se o Basic Stamp é caro, então utilize um microcomputador XT, AT286/386, que é barato, fácil de obter e se cometermos algum erro, o investimento é pequeno. Grandes idéias geralmente são simples. O importante é você nunca desistir, pois nós temos inteligência suficiente para desenvoll ver grandes projetos.

Sensores Ópticos: A sua utilização no sensoriamento de posição e na confecção de encoders é imprescindível para o perfeito controle de mecanismos robóticos. Sensores Mecânicos: São utilizados no sensoriamento de posição e, principalmente, em final de curso.


Figura 12 - Servo-motores.

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INTERF ACEAMENTO ACEAMENTO UTILIZANDO A LINGUAGEM PASCAL Celso Eduardo Vieira Oliveira Centro Universitário Salesiano de São Paulo

A interface é um circuito responsável por conectar o computador ao ambiente externo. É ela quem interliga o computador a qualquer dispositivo (placa ou máquina), de tal forma que possamos utilizar o computador para controlar ou interpretar dados do meio exterior. Por exemplo, se quisermos construir um braço mecânico controlado por computador, necessitamos de uma linguagem de programação (por exemplo Pascal), do hardware, da placa de interface e então da parte mecânica desse braço. Todo comando dado pelo computador será enviado para a interface, que irá adequar esse sinal e acionar alguma parte desse braço. Normalmente construímos a interface e o dispositivo externo de acordo com nossas necessidades. Já a ligação entre o computador e a interface, podemos realizar através

das portas paralelas (conexão da impressora) ou seriais (conexão do mouse). A interface ideal seria a soma das vantagens das duas. Como isso não existe pois ambas são de arquiteturas

Tabela 1 - Vantagens e desvantagens das portas serial e paralela.

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Figura 1 - Representação da interface.

construtivas diferentes, optaremos pela utilização da Porta Paralela, que permite a construção de nossos objetivos por um caminho mais simples, rápido e eficiente. A conexão por porta serial é recomendável apenas em casos de longas distâncias PC à Interface e em ambientes extremamente ruidosos. A maioria das máquinas que estão nessas condições, já possuem a sua interface, seu protocolo e sua programação prontos e comercializados juntos com a máquina, pelos motivos expostos na tabela acima. Atualmente, voltaram a ser fabricadas algumas portas paralelas bidirecionais (8 vias de entrada de dados + 8 vias de saída de dados) chamadas de SPP e EPP (utilizados em alguns modelos de Scanner), o que melhora, e em muito, o uso da porta paralela. Para a área de Mecatrônica é sempre interessante podermos trabalhar com tecnologias novas e que permitam a criação ou aperfeiçoamento de


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Tabela 2 - Descrição das pinagens da porta paralela.

dispositivos elétricos ou eletro-mecânicos. Em função disso que iniciaremos nosso estudo em interfaceamento. HARDWARE Porta Paralela

O conector utilizado é o padrão DB25 ou DB-9, ambos tipo macho. A tabela 3 mostra a pinagem da porta serial. Lembre-se que alguns PCs tem placa paralela bidirecional padrões SPP ou EPP que podem facilitar alguns projetos!! Este artigo irá tratar apenas da saída de dados do PC.

Descrição: A expressão paralela significa que 8 bits (0 e 1) são enviados simultaneamente. O conector é do tipo fêmea padrão DB-25 e a numeração vem escrita no conector. A tabela 2 mostra a pinagem da porta paralela.

CIRCUITOS PARA INTERFACE VIA PORTA PARALELA Circuito de teste

Quando o circuito de teste (figura 2) é acionado, cada pino de dado do computador (D0 a D7) fornece 5V, que

Porta Serial

Descrição: Diferente da porta paralela, a serial envia 1 bit de cada vez em uma velocidade programável. Isto é particularmente útil na transmissão através de um único cabo. A porta serial opera na padrão RS-232 C. MECATRÔNICA ATUAL Nº1/OUTUBRO-NOVEMBRO/2001

Tabela 3 - Descrição da pinagem da porta serial.

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SOFTWARE cada bobina do relé, conforme mostra a figura 4. O diodo utilizado poderá ser 1N4001 ou equivalente. Observe que a alimentação da carga é independente, de tal forma que poderá ser acionado qualquer tipo de circuito ou componente alimentado com qualquer valor de tensão alternada ou contínua. Lista de materiais: Figura 2 - Circuito de teste.

irá acender o LED. Observe que cada pino poderá comandar um LED independente de outro pino. O sinal no pino é apenas 5V ou 0V (Sinal binário - bit). Lista de materiais:

8 resistores de 330 Ω; 8 LEDs; 1 conector DB-25 macho. Da mesma forma que acendemos ou não um LED, poderemos comandar outras cargas, conforme o esquema mostrado na figura 3. Circuito de comutação de uma carga qualquer

Neste circuito (figura 3), cada transistor é comandado por um dos pinos de dados do PC (D0 a D7). Esses pinos irão fornecer 0V ou 5V. Quando fornecer 0V,

o transistor ficará cortado, não deixando passar corrente entre o Coletor e o Emissor. Nesse caso, não circulará corrente pelo relé, que não comutará seus contatos e portanto a carga (lâmpada, motor, qualquer outra placa ou dispositivo) ficará desligada. Quando o pino de dado do computador fornecer 5V, haverá corrente de Base, que levará o transistor à saturação. Quando o transistor está saturado, circulará uma corrente entre o Coletor e o Emissor, que irá energizar o relé. Quando o relé se encontra energizado, seus contatos comutam, acionando a carga. Quando retirarmos os 5V, voltamos à condição inicial, e a carga será desligada. A fim de evitarmos a queima do transistor pelo efeito da Força Contra Eletro-motriz, é recomendável a colocação de um diodo em paralelo com

8 resistores de 470 Ω até 1KΩ; 8 transistores de uso geral BC 548 ou equivalente; 8 relés; 1 fonte de tensão contínua ou bateria para alimentação dos relés. Projeto

O único componente que precisamos calcular é o relé. Os demais possuem uma função fixa, recebendo sempre o mesmo tipo de sinal. Para escolhermos o relé, seguiremos os seguintes passos: 1. Escolha da Tensão Vcc que alimentará a bobina do relé : esta tensão não precisa ser igual à tensão aplicada à carga e normalmente pode ser 9V, 12V ou 24V, que são os valores nos quais são comercializados os relés. 2. Em função do tipo da carga e do seu consumo calculamos a corrente que circulará pelo contato do relé. Lembrando que:

Figura 3 - Circuito de teste, com relés.

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SOFTWARE utilizado individualmente ou se somando aos valores de outros pinos, conforme tabela 4. O valor 0 (zero) corresponde o todos os pinos com 0V. O valor 255 corresponde a todos os pinos com 5V. Podemos somar valores, como a seguir: PORT [$378] := 2+4; nesse caso estarão com 5V os pinos D1 e D2. Figura 4 - Circuito de teste, com diodo para proteção.

I = P/V ou I = V/RL. O relé escolhido deverá ter uma corrente de contato maior que a corrente calculada da carga. O número de contatos do relé também deverão ser escolhidos em função da carga, sendo o relé normalmente de 1 ou 2 contatos reversíveis (NA + NF + C). SOFTWARE COMANDO DO PASCAL Saída de Dados

O comando é o PORT e o endereço padrão da porta paralela é o $378. Exemplo : PORT [$378] := X; onde X é um valor decimal inteiro entre 0 e 255. No exemplo acima, o valor X será colocado nos pinos D0 a D7, sendo antes convertido para binário pelo próprio computador. Cada pino possui um valor decimal próprio que poderá ser

Tabela 4 - Valores decimais correspondentes a cada pino da porta paralela.

Programação

O seguinte programa irá tratar individualmente cada saída, podendo ligá-la ou desligá-la a qualquer instante através das teclas numéricas do teclado do PC. Esse programa pode ser utilizado para várias situações e servir de base para a criação de programas que melhor se adaptem à sua necessidade:

PROGRAM INTERFACE1; { nomeia o programa } USES CRT, DOS; { permite a utilização dessas bibliotecas do } { Pascal } { definição das variáveis } VAR SAIDA, S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8 : INTEGER; {variáveis} { numéricas inteiras } OP : CHAR; { variável alfanumérica } H, M, S, CS : WORD; { variáveis numéricas inteiras } { definição de pontos ou rótulos utilizados no programa } LABEL INICIO, FIM, RESET; BEGIN { início } RESET: { rótulo chamado RESET } PORT[$378]:=0; { desliga os oito pinos de dados da porta para } { lela } {pré definição de valores para início do programa } SAIDA:=0; S1:=0; S2:=0; S3:=0; S4:=0; S5:=0; S6:=0; S7:=0; S8:=0; INICIO: { rótulo chamado INIÍCIO } PORT[$378]:=SAIDA; { transfere para os pinos de dados da porta} { paralela o valor contido na variável SAÍDA } TEXTBACKGROUND (11); { ajusta cor de fundo da tela do PC } TEXTCOLOR (1); { ajusta cor da letra da tela do PC } CLRSCR; { limpa a tela } { Composição da tela do programa } GOTOXY (20,2);WRITELN (‘1 -> CIRCUITO 1’); GOTOXY (20,3);WRITELN (‘2 -> CIRCUITO 2’); GOTOXY (20,4);WRITELN (‘3 -> CIRCUITO 3’); GOTOXY (20,5);WRITELN (‘4 -> CIRCUITO 4’); GOTOXY (20,6);WRITELN (‘5 -> CIRCUITO 5’); GOTOXY (20,7);WRITELN (‘6 -> CIRCUITO 6’); GOTOXY (20,8);WRITELN (‘7 -> CIRCUITO 7’); GOTOXY (20,9);WRITELN (‘8 -> CIRCUITO 8’); GOTOXY (20,10);WRITELN (‘9 -> RESET’); GOTOXY (20,11);WRITELN (‘0 -> FIM’); TEXTCOLOR (4); GOTOXY (20,13);WRITELN (‘DIGITE SUA OPCAO : ‘); GOTOXY (2,17);WRITELN (‘ESTADOS: S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8’); GOTOXY (10,18);WRITELN (S1:5, S2:5, S3:5, S4:5, S5:5, S6:5, S7:5, S8:5); GOTOXY (60,17);WRITELN (‘PORTA PARALELA’); GOTOXY (68,18);WRITELN (SAIDA);


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Revista Mecatronica Atual - Edicao 001

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