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    • Gabriel Torres

      Seja um moderador do Clube do Hardware!   12-02-2016

      Prezados membros do Clube do Hardware, Está aberto o processo de seleção de novos moderadores para diversos setores ou áreas do Clube do Hardware. Os requisitos são:   Pelo menos 500 posts e um ano de cadastro; Boa frequência de participação; Ser respeitoso, cordial e educado com os demais membros; Ter bom nível de português; Ter razoável conhecimento da área em que pretende atuar; Saber trabalhar em equipe (com os moderadores, coordenadores e administradores).   Os interessados deverão enviar uma mensagem privada para o usuário @Equipe Clube do Hardware com o título "Candidato a moderador". A mensagem deverá conter respostas às perguntas abaixo:   Qual o seu nome completo? Qual sua data de nascimento? Qual sua formação/profissão? Já atuou como moderador em algo outro fórum, se sim, qual? De forma sucinta, explique o porquê de querer ser moderador do fórum e conte-nos um pouco sobre você.   OBS: Não se trata de função remunerada. Todos que fazem parte do staff são voluntários.
LeeoSiilva

Braço robótico - Cálculos motores

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Bom dia a todos 

 

Tenho pouco contato com o fórum, caso esteja criando o topico em lugar errado peço desculpa e se possível uma orientação de onde devo está criando.

 

Enfim, espero que alguém consiga me ajudar, rs. Estou projetando um braço robótico, porém mal comecei e já achei uma serie de dificuldades... com um pouco de leitura e estudo estou conseguindo resolver boa parte deles, mas tem um deles que está tirando meu sono a dias já. 

 

Estou querendo desenvolver esse modelo: assem1_display_large_preview_featured.jp

 

mas não estou conseguindo encontrar nada sobre calcular o motor 1 (o motor de base, que irá girar o braço para esquerda ou direita) será que alguém poderia me explicar de uma maneira simples como calcular os motores, principalmente o motor de base, os demais eu tenho um pouco menos de dificuldade. mas é sempre bom receber mais informações. 

 

Alguém me ajude

adicionado 1 minuto depois

Esqueci de citar, utilizarei servomotores 

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Se a base é uma tocando a outra seria atrito... calcula o atrito para ter ideia de quanta força necessária seria mínimo para fazer sair dessa região e começar a movimentar o braço. A parte de curva de torque e velocidade você pode ter ideia de como vai funcionar com que velocidade teu braço robô desde que se obedeça as características de corrente e tensão exigidas pelo motor. Quanto mais torque acima do que você precisa de mínimo melhor já que você pode ter controle nele nele... porém tem o aumento de preço para um motor de maior torque e mais velocidade... Esse é o jeito mais fácil ... mais fácil ainda é pegar um servo e testar e vê se dá lol

 

O jeito de media dificuldade é procurar sobre isso em apostilas e na gringa.

 

E o mais "difícil" é você procurar por livros sobre o assunto ^^ ai vão ter cálculos diferenciais e integrais e o caramba ^^ para você calcular tudo teoricamente... e por fim fazer curvas em experimentos...

adicionado 14 minutos depois

ah ... e estamos falando só de se movimentar... você também tem que ver o peso da tua carga que você quer movimentar além do braço robô por si só ...

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A resposta disso começa pelo estudo de mecânica. Definidas as necessidades, basta escolher o motor com o torque que te dará o desempenho. Comecemos pelo atrito. Temos o estático e o dinâmico, que costuma ser bem menor que o estático. Se não vencer o estático, a peça nem inicia o movimento. Se for uma produção em massa, vale a pena fazer um estudo sério e demorado sobre isso. Caso seja peça única ou baixa quantidade, sobre-dimensionar sai mais em conta.

No caso do seu trabalho, uma redutora rosca-sem-fim entre o motor e o movimento é aconselhável. O interessante dessa redutora é a característica unidirecional, isto é, o motor consegue girar o conjunto mas o conjunto não consegue girar o motor. Sem esse recurso, a própria foto mostra o desastre que se anuncia: o peso do braço fará com que ele desça ao se desligar o motor. Um exemplo bem sucedido desse recurso é o elevador de carro que tem nas oficinas. O peso do veículo não consegue fazer o elevador descer, é necessário ligar o motor para se ter qualquer movimento. As talhas de corrente são outro bom exemplo. Supondo que o motor venha a ter um torque de 1kg/cm e a redutora seja de 3:1, considerando que o rendimento dela é em torno de 60% o torque na saída será 1kg/cm x 3 x 0,60 = 1,8kg/cm com 1 terço da rotação de saída do motor.

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Os conselhos supramencionados são válidos (principalmente o de rosca sem fim). A não ser que os complexos (e inalcançáveis pra mim)  cálculos mecânicos e tal sejam uma exigência do teu professor, penso que pro "seu momento" podes considerar algo mais simples como p.ex. um servo comum com um contrapeso. E até mesmo pode ser ajustável (algo como uma pedra que minha mãe colocava na cabeça do monjolo). P.ex. imagine-o atrás do "cotovelo" do seu monstrinho dando um equilíbrio quando desenergizado. Pra brincar e entender o conceito é um bom começo...

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A forma mais simples de se calcular o torque mínimo que será exigido na primeira articulação é somar o peso do braço inteiro ao da carga máxima (em kg) e multiplicar pelo comprimento do braço (em cm). Isso irá te dar um valor (em kg/cm) de uns 60% acima do cálculo correto feito peça por peça, mas é rápido. Um cálculo mais fino leva horas, é feito peça a peça onde até mesmo a geometria do componente é considerada. Note que já usei a unidade que será usada no torque desses motores pequenos (kg/cm). Considere o uso de motor de passo, se usar servomotor vai necessitar de um controle de posicionamento em tempo real. Com o de passo o controle é bem mais simples, basta um ponto de aferição. A curva de torque do motor de passo tb me parece ser mais interessante.

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  • Autor do tópico
  • Bom dia, obrigado pelas informações. já ajudou bastante... mas acho que com as informações que irei colocar vai ficar mais fácil ainda de vocês me ajudarem 

     

    O motor da base não tem atrito algum, no caso a "chapa redonda" de baixo serve apenas para fixar o servo motor e a "chapa redonda" que fica acima esta fixada no eixo do servo. (e o servo está fixado na chapa de baixo) ou seja, imagine que ali na base a uma distancia de poucos milímetros entre cada uma das chapas, assim então sem atrito entre eles. 

     

    Algumas informações do meu projeto: 

     

    Meu braço vai ter o mesmo design do mostrado na foto.

    Vou utilizar mdf de 3mm para fazer as estruturas (penso em acrílico também, mas devido ser mais caro estou priorizando o mdf) 

    ele vai ter um comprimento total de 800mm (cerca de 375mm cada articulação e 50mm a garra, ou números próximos a isso, mas o total dele vai ser de 800mm) 

    Vou utilizar os servo mg995 que tem 15kgf/cm (já vi esse projeto rodar liso com esses servos, para fechar a garra vou usar um servo bem menor)  

    Eu acredito que o peso total desse braço já com a carga que ele precisa ergue de algo em torno de 500g 

     

    Então o que eu realmente preciso nesse momento é justificar a escolhas do motor 

     

    por exemplo: os 2 motores da base tem 15kgf/cm 

    somando os 2 tenho 30kgf/cm 

    dividido pelo comprimento do braço seria 30/80 = 0,375

     

    Estou errado ? se sim desculpe sou bem novato kkk 

     

    mas caso eu esteja pelo menos no caminho certo eu só conseguiria justificar os motores que estão levantando o braço, agora preciso justificar o motor que rotaciona ele, o motor de base. 

    E não estou sabendo fazer isso, alguém consegue me auxiliar ? 

     

     

    ps: os cálculos não precisam ser extremamente completos, são algo simples 

    ps²: esse projeto se trata de um tcm, se alguém tiver interesse em conhecer a fundo o que me foi solicitado e até mesmo está ajudando nesse processo basta me enviar um email: lelecob_13@hotmail.com

    adicionado 5 minutos depois

    @Sérgio Lembo @Moyano @Isadora Ferraz @Bommu Perneta

     

    Muito obrigado pelo apoios de vocês. 

    Estou disposto a ouvir e a aprender. 

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    3 horas atrás, LeeoSiilva disse:

    por exemplo: os 2 motores da base tem 15kgf/cm 

    somando os 2 tenho 30kgf/cm 

    dividido pelo comprimento do braço seria 30/80 = 0,375

    Sim, se usar tração direta serão 375g de capacidade de carga na ponta do braço, desde que o braço tenha massa = 0g. Por qual razão acha que se usa redutora? Um motor DC costuma ter rotação nominal a partir de 2000rpm, e olha que nesse valor não é fácil de achar. Mais fácil achar de 3000 a 7000rpm. Em 3000 rpm tem-se 50rps (rotações por segundo) ou 1 rotação a cada 20ms. Num movimento de 90º isso dará 5ms. Pretende mesmo ter movimentos tão rápidos e de forma controlada? Isso até existe, tenho uma máquina antiga (+ de 15 anos) de gravação a laser que faz isso com controle de posicionamento de micro-radianos a 4750rpm.

    Raciocinando dessa forma você está começando sua casa pelo telhado.

    22 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

    Definidas as necessidades, basta escolher o motor com o torque que te dará o desempenho.

    Comecemos pelo torque. Se torque significa força tangencial aplicada num comprimento, por se tratar de carga a ser suspendida, temos que conhecer a carga, o peso do braço que irá acionar e o comprimento do braço. Isso nos dará o torque necessário no eixo que irá suspender essa tralha toda. Então, se o braço vier a pesar 2kg linearmente distribuídos ao longo dos seus 80cm isso equivale a 2kg concentrados na ponta de um braço de 40cm que é igual a 1kg concentrado na ponta de um braço de 80cm. Como já sei que não será linear, haverá uma concentração de peso na ponta por conta das garras, vou considerar que esses 2kg distribuídos não linearmente seja igual a 1,5kg concentrado na ponta de um braço de 80cm. Somando-se a isso os 0,5kg de carga a ser suspendida, passo a ter o equivalente a 2kg concentrados na ponta de um braço de 80cm = 160kgf/cm de torque (primeira necessidade definida).

    Perceba que até agora só falei das necessidades, pois são elas que definem o perfil de qualquer projeto.

    Vamos agora ao desempenho, que no nosso caso significa a velocidade com que será feito o movimento. Ter uma alta velocidade vai rachar seu MDF no primeiro movimento. Até mesmo uma estrutura metálica empena se o movimento for muito brusco. Vou adotar 8s para um movimento de 90º. Isso nos dará 32 segundos para uma rotação completa = 1,875rpm. (segunda necessidade definida).

    Pronto, agora sabemos do que precisamos: 1,875rpm com 160kgf/cm de torque. Até existem motores que conseguem te dar essa baixa rotação com esse torque, são os de passo. Só que todo esse torque não sai barato e é irracional adquirir um motor para utilizar menos de 1% de sua potencia. Vamos então usar um conjunto motor e redutor.

    Falaste de um modelo de servo motor, estou sem saco para consultar o datasheet. Vou adotar um motor de 3000rpm.

    Se o motor me dá 3000rpm e só quero 1,875rpm preciso de uma redutora 3000:1,875 = 1600:1 com torque de saída mínimo de 160kgf/cm.

    O torque mínimo do motor = torque necessário na carga / redutora / rendimento da redutora.

    Para uma redução de 1600:1 vou chutar uns 30% de rendimento.

    Substituindo:

    torque_motor = 160kgf/cm / 1600 / 0,30 = 0,333kg/cm.

     

    Nota: Quase todos os valores aqui foram adotados, vai ter que substituir pela sua realidade para ter os valores corretos.

     

     

     

    Editado por Sérgio Lembo

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  • Autor do tópico
  • 43 minutos atrás, Sérgio Lembo disse:

    Sim, se usar tração direta serão 375g de capacidade de carga na ponta do braço, desde que o braço tenha massa = 0g.

    Entendi, no entanto esse peso seria do braço esticado com a peça na garra já (se ultrapassar esse peso não vai ser muita coisa) 

    Então o que eu quero saber é mais ou menos o seguinte: Sabendo que o braço do motor esticado tem 80 cm e pesa 350g, com uma peça de 47g na ponta da garra, qual valor de torque necessário para levantar esse peso (350g + 47g = 397g) ? 

    52 minutos atrás, Sérgio Lembo disse:

    Falaste de um modelo de servo motor, estou sem saco para consultar o datasheet.

     

    - Modelo: TowerPro MG995

    - Tensão de operação: 4,8-7,2V

    - Tipo de Engrenagem: Metálica

    - Modulação: Analógica

    - Velocidade de operação: 0,17seg/60graus (4,8V sem carga)

    - Velocidade de operação: 0,13seg/60graus (6,0V sem carga)

    - Torque: 13 kg.cm (4,8V) e 15 kg.cm (6,0V)

    - Faixa de Rotação: 180°

     

    45 minutos atrás, Sérgio Lembo disse:

    Pretende mesmo ter movimentos tão rápidos e de forma controlada?

     

    Não não, a rotação do motor é baixa e é controlado por um micro controlador 

     

     

    Essas informações já me ajudaram bastante, estou começando a entender o caminho a seguir.

    Mas ainda não consigo enxerga como calcular o torque necessario para rotacionar o braço pra esquerda e direita, pois até o momento só comecei entender o torque necessário para ergue a carga (cima e baixo) , e pra leva pra direita e esquerda, o que devo considerar ? 

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    Houve um salvamento acidental enquanto eu escrevia e você respondeu sobre uma explicação parcial, leia o material completo.

    adicionado 33 minutos depois

    1 hora atrás, Sérgio Lembo disse:

    Então, se o braço vier a pesar 2kg linearmente distribuídos ao longo dos seus 80cm isso equivale a 2kg concentrados na ponta de um braço de 40cm que é igual a 1kg concentrado na ponta de um braço de 80cm. Como já sei que não será linear, haverá uma concentração de peso na ponta por conta das garras, vou considerar que esses 2kg distribuídos não linearmente seja igual a 1,5kg concentrado na ponta de um braço de 80cm. Somando-se a isso os 0,5kg de carga a ser suspendida, passo a ter o equivalente a 2kg concentrados na ponta de um braço de 80cm = 160kgf/cm de torque (primeira necessidade definida).

    34 minutos atrás, LeeoSiilva disse:

    Entendi, no entanto esse peso seria do braço esticado com a peça na garra já (se ultrapassar esse peso não vai ser muita coisa) 

    Então o que eu quero saber é mais ou menos o seguinte: Sabendo que o braço do motor esticado tem 80 cm e pesa 350g, com uma peça de 47g na ponta da garra, qual valor de torque necessário para levantar esse peso (350g + 47g = 397g) ? 

    Na verdade um pouco menos do que isso, se prestar bem atenção no que foi dito. Sua conta não levou em consideração o comprimento do braço. Detalhe é tudo em ciências exatas.

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    1 hora atrás, LeeoSiilva disse:

    Mas ainda não consigo enxerga como calcular o torque necessario para rotacionar o braço pra esquerda e direita, pois até o momento só comecei entender o torque necessário para ergue a carga (cima e baixo) , e pra leva pra direita e esquerda, o que devo considerar ? 

    Já vi uma máquina de 15  toneladas com 20 metros de comprimento ser rotacionada por um único homem usando uma só mão. É claro que o movimento se iniciou bem lentamente, que no início teve que usar as 2 mãos e aplicar bastante energia, mas para manter o movimento foi moleza, o ponto de giro era muito bem lubrificado. Esse exemplo mostra que é possível se movimentar grandes cargas no mesmo plano com pouco esforço. Outro exemplo mais fácil de se visualizar é uma mulher de 60kg empurrando um carro de 700kg no plano. Com rodas ela leva fácil, sem rodas o atrito é muito grande e nem um forte homem consegue mover. Para completar o nó na sua cabeça tem a questão do desempenho. Pense numa roda de bicicleta com pneu montado e  o peso de musculação de mesma massa que a roda. O peso é pequeno e a massa muito próxima do centro de giro. Na roda a massa é mais de 80% concentrada na periferia do objeto que tem um diâmetro considerável. O esforço para se girar essa roda é algumas dezenas de vezes maior que o peso de musculação que tem a mesma massa, isto é, até a geometria influencia na sua resposta. Procure por Cinemática e conjugado de corpos rígidos, isso dá pano pra manga.

    adicionado 10 minutos depois

    Uma forma covarde, mas que nos dá resposta sem estudo é tratar esse movimento lateral como se fosse movimento suspenso. Se tem força para suspender o bicho, fazer de ladinho (no mesmo plano) é fácil fácil. ha ha ha

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