Home

Mesa Hidráulica Móvel - Repositório Aberto da Universidade do Porto

1. TwidoSoft C Documents and Settings A dministrator Desktop Mesa Hidr ulica M vel twd Ladder Viewer Cuy 2 File Edit View Tools Hardware Software Program PLC Window Help JB x E e228 o on 3 9 re 5 E adusted x 8 titled TO E TWOLMDAZOOAT RUNG 56 AVAN AR CILINDRO FRENTE DIREITO ELEVA O Hardware gP Port 1 Remote Link 1 5 08 Expansion Bus SUBIR AN INC MAX SOL FDE 1 TWDAMMaHT us ESG x 2 TWDAMISHT aes 2041 3 TWDAMISHT INCLINAD INCLINAC CHASSIS FDE_B 4 TWODRATERT O FR DUPLA ALTO 5 TWDDRASAT ZM6 2m12 M10 2 96 6 TWDDRASAT NELINAD Vt 2 48 Software DDR Constants M9 Eh Constants HA PE Constants FDE_AVA 1 Counters NCAR Drum Controllers XMa 48 Fast Counters SUBIR_CH amp LIFO FIFO Registers ASSIS PLS PWM 2M47 Schedule Blocks AAA Timers RUNG 57 _ RECUAR CILINDRO FRENTE DIREITO ARTICULA O 208 Very Fast Counters Pip ES Program DOBRAR_ SOL_FDA_ My Macros JOELHOS A EE Comm M5 2042 Drive FDA REC FDA Tess UAR ll advantys OTB 2M51 M97 amp D Symbols 1 Animation Tables RUNG 58 AVAN AR CILINDRO FRENTE DIREITO ARTICULA O Documentation ESTICAR SOL FDA JOELHOS 2M4 204 3 lt Offline Fig 4 3 Programag o Ladder no TwidoSoft O estabelecimento da liga
2. A FC 155 CIT CS Sana yy JOSADAU yoy E 024438 1 VWaINDSY sana VINNMDAP H USA A 21 TI A 21 0 2 19 0 a 0 0 a a m 19 I vpuanbauy JOSJaAU JOPOUDA 0214 2 40104 9 5 y E ANEXO D Esquemas El ctricos 156 Mesa Hidr ulica M vel 12 EI VU A pZ 157 12 yI vu 4 5 mawe ___ ES STM o BES A fes ma 0214429 0Wanbsa ENTE oessa d PSUBIL Jan3l ddd CoUBIQ ELX OUUEISEI ELX Inze gLX 2 VA ogdjsod psuei VA op isod oJeld ZLX LX ojeud LX A pZ 30A 0 A ZI ANEXO D Esquemas El ctricos 158 Mesa Hidr ulica M vel 0214429 3 0Wanbsa ODUBJq EZX 2 3 Inze gzx 22 22 12 ojad ZX 34 ogsseud Wa og isod 334
3. 23 2 5 Tarefas a Realizar no Decorrer do Projecto rear 27 3 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o eee 29 3 1 Sistema de Direee ao 30 32 Sistema Hid eau capot iria 35 3 3 DENSOLIZA O nenne ae 62 3 4 Sistema El ctrico Hardware iii a 64 xi ndice de Conte dos 4 Software Desenvolvido e Testes Efectuados 77 4 1 Configura o da Comunica o Bluetooth 78 4 2 de Controlo 80 4 3 Software de Supervisi A ATA 91 A aba as seal paced 11 5 1 Trabalhos Futuros a El 113 G une 115 ANEXO Desenhos de Constru o strain 117 ANEXO B Circuito Hidraulica 135 ANEXO Tabela de Liga es ao Aut mato ccoooocccnnncccnoncccnnncncnnncnononcncnnncncnnnnnonnnccnnnnccnnnnnss 139 ANEXO D Esquemas El CIricoS miii En ls 143 xii Mesa Hidr ulica M vel ndice de Figuras Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig 1 1 TITAN Viana ica 2 1 2 TITAN XI a subir uma OCA ER eA q as 3 DOS 4 E PATIL is
4. S E T 5 1 5 Modelo 3D do prot tipo original ae is 7 1 6 Transposi o de um obst culo aiii iria ran oben 7 1 7 Fotografia do prot tipo original viii ke aaa 8 2 1 Estrutura mec nica do prot tipo 1 1 12 2 2 Vista em corte do mecanismo de trac o 13 2 3 Funcionamento do sistema de direc o 14 2 4 14 2 3 Pormenor saio O O 15 2 6 Capacidade de carga em fun o da posi o dos cilindros da eleva o 16 2 7 For a eleva o disponibilizada pelos actuadores 16 2 8 Circuito hidr ulico da solu o original erre 17 2 9 Parte inferior do prot tipo original 18 210 Central hidr ulica amenos a isa ois seas casa a 19 1 Ge TOS Car sce caste ete Eee 19 2 12 Central com 5 bombas hidr ulicas 20 2 13 Central hidr ulica simples e divisor de 1 20 2 14 TI SCAIQ1T andares eek 21 2 15 Transdutor de posi o Micro Epsilon MK30 22 2 16 Aut mato program vel TWDLMDAZORT
5. ESOJ 9PISA EZUID 9PISA OyUB s29 0 91d esoJ oyue ses L WOO 5 2 So a E ES ES ES ES EI EA 2 2 2 2 2 2 2 2 2 RIR 2 alll Kla 5 Es 23 A vz in 153 or lt lt E E O 0you03no 00 590506 ET 0214229 vuanbs Jana 415 BAQW OINNQUPH 05h EN Q z18 81818 BiB 29 AIS 1o gt o Sjal 52 oUsZUID ooueig 2 nzy esoy BRUNO A FC ANEXO D Esquemas El ctricos 154 Mesa Hidr ulica M vel vv 12 meme ___ _________ ___ lt _____ _ ____ 0204040 Ov 590506 mp 0214429 3 vuanbs3 31 dN33 DIINDARIH 69 2121212 2 312 2 2 2 8 82 ajjaja 4 54 ES 52 A 4 ojeueweyinzy 2
6. fm Digital Alarms Mesa Hidraulica Movel Cual Alarm Tag EMERGENCIA Cluster Name TwdSer Alarm EMERGENCIA Alarm Desc DE EMERG NCIA PRESSIONADO Variable TagA BOTAQ_EMERGENCIA Variable Tag Category Help Delay iv Comment Record 1 End of file Fig 4 34 Configura o de um alarme digital no Vijeo Citect Os alarmes digitais s o bastante simples de configurar bastando apenas definir qual a vari vel a monitorizar e qual a mensagem a apresentar Sempre que a vari vel definida tomar o valor 1 o alarme digital activado e consequentemente apresentada a mensagem de alarme 108 Mesa Hidr ulica M vel A configura o dos alarmes anal gicos bastante semelhante anterior embora neste caso seja necess rio definir os valores para os quais o alarme activado Alarm Tag Cluster Name Alarm Name Variable Tag Setpoint High High High High Delay Low Low Delay Deviation Deviation Delay Deadband Category Comment Record 3 amp Analog Alarms Mesa Hidraulica Movel oog TRANSDUTOR_FDE 5 TwdSer Cilindro FDE TRANSDUTOR_FDE 100 High 30 High Delay 10 Low Low 0 WM Low Low Delay Rate Format 1 e Fig 4 35 Configura o de um alarme anal gico no Vijeo Citect Tal como se pode verificar na fig 4 35 pos
7. to Fig 4 30 Configura o de um slider vertical no Vijeo Citect Tal como se pode verificar na fig 4 30 para al m de se definir qual a vari vel anal gica a controlar tamb m necess rio definir a posi o m xima e m nima do slider Quando a vari vel tiver o seu valor m ximo definido durante a configura o da mesma o slider ocupar a posi o m xima definida quando o valor for o m nimo este ocupar a posi o m nima No caso de um valor interm dio o Vijeo Citect efectua automaticamente uma interpola o de modo ao slider se colocar na posi o devida Para as refer ncias de inclina o foram utilizados sliders de rota o sendo a sua configura o bastante semelhante descrita anteriormente embora neste caso em vez de uma posi o m xima e m nima se defina um ngulo m ximo e m nimo e para al m disso um centro de rota o 104 Mesa Hidr ulica M vel Depois da configura o dos comandos descrita anteriormente definiu se a apresenta o das leituras dos transdutores Para tal foram inseridas diversas caixas de texto e em seguida foi utilizada a fun o Display Value Leituras dos Transdutores Perna Fr Esq Perna Fr Dir Press o Eleva o Articula o Direc o Perna Tr Dir Perna Tr Esq Press o Press o Text Properties Appearance Move
8. 99 4 24 Interface gr fica do sistema SCADA Modo de 100 4 25 Defini o de uma vari vel digital no Vijeo 101 4 26 Defini o de uma vari vel anal gica no Vijeo 101 Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Mesa Hidr ulica M vel 4 27 Configura o das tabs no Vijeo Citect 102 4 28 Configura o dos comandos dos actuadores Vijeo Citect 103 4 29 Configura o dos comandos dos actuadores no Vijeo Citect Reset 103 4 30 Configura o de um slider vertical no Vijeo 104 4 31 Apresenta o das leituras dos transdutores no Vijeo 105 4 32 Apresenta o da carga das baterias no Vijeo 106 4 33 Comandos concebidos para o controlo dos alarmes no Vijeo Citect 107 4 34 Configura o de um alarme digital no Vijeo 108 4 35 Configura o de um alarme anal gico no Vijeo 109 SL Mesa Hidrauliea Movel 2 2 22 ara eB OES EEE 11 xvil Mesa Hidr ulica M vel ndice de Tabelas Tabela 3 1 Fun es dos v rios m dulos do aut mato oooooocccnoncccconaccnonnnnononanonanccnnnncconnncninnos 65 Tabe
9. a 23 2 17 M dulos de expans o para TWDLMDAZORT 23 2 18 Variador de frequ ncia 606 24 ndice de Figuras Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig XIV 2 19 Inversor de corrente 712 600 e 24 2 20 Quadro el ctrico principal id nel 23 2 21 Caixa concentradora dos transdutores td 23 2 22 Caixa das 1 1 een 25 SS see Ne DR RE 30 3 2 Estrutura mec nica da Mesa Hidr ulica 31 3 3 Pormenor da articula o da direc o dae 31 3 4 Rela o entre o curso a for a m xima 32 3 5 Modo funcionamento dos cilindros da 32 30 Cilhndro SMCCHM COS e e cid 33 3 7 Pormenor do sistema de fixa o 33 3 8 Apoio dos cilindros da direc o un HE ie 34 3 9 Modelo 3D da Mesa Hidr ulica M vel 34 3 10 Sub circuito hidr ulico de accionamento de 36 3 11 Modelo 3D do bloco hidr ulico de uma
10. SapI0U9 0S 02 432 3 405 J9A9H OINNDAPIH VSW 7 y q WAL 105 s OdUBIG 0PX 3 3 0 X y e val 105 E OyUB se9 OyX OyUEJSEI OYJaU LAA OFX 7 x y 4 q 331 105 Ces Inze 07X x y e 331 105 039 4 0 y 9 5 E i 170 Mesa Hidr ulica M vel Dem Tl Dt TOS ma ama 31 PuUuad msn 0214429 3 5 3 ddd x y OAL 108 x y 131 105 x y q WAL 105 Xt y WAL 105 2 2 0 2601 0 2 O USZUID OPX 0 30A 0 171
11. 515 82 Grafcet de controlo dadireee 0 nk enge 83 4 8 Grafcet de controlo da inclina o 1 vers o ren 84 4 9 Grafcet de controlo da inclina o 2 vers o 86 4 10 Grafcet de controlo de press o ua en an 88 4 11 Limita o da inclina o lateral do chassis do prot tipo 1 89 4 12 Limita o da inclina o lateral do chassis do prot tipo 2 vers o 89 AS DRS Conheuralion rinnen 91 4 14 Configura o do protocolo de comunica o 92 AAS Testing Client dd ORAS A 92 4 16 Defini o de um grupo de vari veis OFS Testing Client 93 4 17 Defini o da vari vel a testar no OFS Testing Client 93 4 18 Resultado do teste efectuado vari vel 94 4 19 Configura es iniciais do Vijeo Citect 95 4 20 Configura o do dispositivo I O no Vijeo Citect uueesersnnesnnernneennnersnnesnnernne nn 95 4 21 Interface gr fica do sistema SCADA Modo 96 4 22 Interface gr fica do sistema SCADA Resumo de 98 4 23 Interface gr fica do sistema SCADA Modo
12. OPC Foundation www opcfoundation org Julho de 2009 Parker Hannifin Corporation 165 Series Hydraulic Power Units Minneapolis 2006 Catalog HY15 3500 US Threaded Cartridge Valves and Integrated Hydraulic Products Cleveland 2003 Sauer Danfoss General Gear Pumps and Gear Motors Nordborg 2008 Schneider Electric Portugal Cat logo FAAED102031 P Twido Aut mato program vel Carnaxide 2002 Schneider Electric SA Cicode Reference Guide 2007 115 Bibliografia TwidoSoft Operation Guide 2004 Vijeo Citect User Guide 2007 SMC Corporation Catalog 111 B Hydraulic Cylinders Tokyo 2001 Telemecanique Modbus Bluetooth Adapter VW3A81 14 Raleigh 2005 Vickers Screw in Cartridge Valves Illinois 2006 Vivoil Oleodinamica Vivolo Flow Dividers RV Series Cento di Budrio 2008 Flow Dividers Cento di Budrio 2001 Multiple Pumps Cento di Budrio 2008 VTI Technologies Oy DN Inclination Sensor SCA11IT and SCA121T Series Vantaa 2005 Yaskawa Electric Corporation Varispeed 606PC3 Tokyo 1992 116 Mesa Hidr ulica M vel ANEXO A Desenhos de Constru o 117 Mesa Hidr ulica M vel Julho de 2009 FEUP DEMec no Placa de fixa o Autor St 37 Desenho P gha 1 de 1 Escala 119 Mesa Hidr ulica M vel Julho de 2009 FEUP DEMec Velo 9 CM EI Material CK 45 Mesa Hidr ulica M ve
13. dentro do intervalo considerado na fig 3 31 58 Mesa Hidr ulica M vel 3 2 5 Instala o do Novo Sistema Hidr ulico no Prot tipo A instala o do novo sistema hidr ulico no prot tipo foi o culminar de todo o trabalho de pesquisa concep o e dimensionamento dos v rios componentes revelando se bastante morosa e delicada mas tamb m bastante gratificante e enriquecedora A primeira fase desta etapa foi a desmontagem de todos os componentes do sistema original tanto os hidr ulicos como os el ctricos visto que o sistema el ctrico tamb m foi alvo de grandes modifica es Durante esta tarefa medida que se iam desmontando os v rios componentes efectuou se a sua pesagem com o objectivo de no final destas modifica es se ter uma avalia o da diminui o de massa global do prot tipo original Em seguida s o apresentadas as massas dos v rios componentes do sistema original e Central hidr ulica 41 2 kg e Blocos hidr ulicos e respectivas v lvulas 87 1 kg Ao efectuar a soma destes dois valores obteve se uma massa total de 128 3 kg sem contar com a massa da tubagem de ferro que n o foi tida em conta dado que pesar todos estes pequenos componentes seria uma tarefa demasiado minuciosa No entanto verificou se que no novo sistema hidr ulico a quantidade de tubos de ferro ser semelhante Fig 3 32 Mesa Hidr ulica M vel em fase de montagem 59 Concep o e Desenvolvimento
14. ocorr ncia de problemas nos vedantes 55 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o Depois de definida a central a instalar procedeu se escolha do divisor de caudal tendo em conta o caudal m ximo fornecido pela bomba que de 4 2 l min o que se traduz num caudal de aproximadamente 0 8 l min por sub circuito Em primeiro lugar efectuou se uma breve pesquisa por fabricantes deste tipo de equipamentos tendo como principal requisito a sua compacidade a Vivoil foi a empresa escolhida devido ao facto de grande parte da sua produ o serem mini centrais hidr ulicas e divisores de caudal Na fig 3 30 pode se observar um divisor de caudal do tamanho O com quatro elementos produzido por este fabricante Fig 3 30 Exemplo de um divisor de caudal em funcionamento 56 Mesa Hidr ulica M vel Posto isto consultou se o cat logo do fabricante Vivoil Oleodinamica Vivolo 2008 de modo a escolher o divisor mais adequado ao novo circuito hidr ulico a instalar no prot tipo Esta empresa produz actualmente tr s vers es diferentes de divisores de caudal do tamanho O RV D esta a vers o standard apenas divide o caudal de entrada sem que jo 6 exista correc o de fase RV S esta vers o possui apenas uma v lvula de correc o de fase para todos os elementos RV V esta a mais completa de todas as vers es Para al m de possuir v lvulas de anti cavita o e de correc o de
15. 1v2 AIF ALIA CAMILA PS AAS ho 5V1 un Fig 2 8 Circuito hidr ulico da solu o original Tal como se pode observar na figura anterior para permitir que o prot tipo se mantenha elevado mesmo com o motor el ctrico desligado foram instaladas v lvulas de reten o pilotadas nos cilindros de eleva o e articula o v lvulas 1V6 e 1V7 Caso contr rio quando o motor el ctrico fosse desligado o prot tipo desceria descontroladamente por ac o da gravidade Uma an lise superficial desta solu o hidr ulica poderia levar a concluir da impossibilidade de se conseguir movimentos simult neos dos cilindros da articula o e da eleva o de uma mesma perna dado serem alimentados pela mesma bomba No entanto uma particularidade deste circuito era por exemplo o cilindro da articula o da perna frente direita ser accionado pelo sub cirtuito da perna frente esquerda e vice versa Esta caracter stica possibilitava a movimenta o dos cilindros da eleva o e da articula o de uma determinada perna em simult neo 17 Estudos Pr vios e Avalia es Outra caracter stica importante desta solu o foi a utiliza o de uma electrov lvula 4 2 1V2 em cada sub circuito respons vel por colocar o sub circuito em descarga quando este n o estivesse a ser utilizado possibilitando assim uma gest o mais eficiente da pot ncia instalada Esta caracter stica era bastante til q
16. 2 re 38 3 12 Vista em corte com v lvula limitadora de press o e de descarga 39 3 13 Vista em corte com as v lvulas de comando do motor hidr ulico 40 3 14 Vista em corte com as v lvulas de comando do cilindro da eleva o 41 3 15 Vista em corte com as v lvulas de comando do cilindro da articula o 42 3 16 Bloco hidr ulico de uma das pernas com as respectivas v lvulas 43 3 17 Sub circuito hidr ulico da direc o A adas 44 3 18 Bloco hidr ulico de comando direcgdO ooocconocccnocccononanononcnononnnonnnnnnnnancncnnnccnnnnos 45 3 19 Vista em corte do bloco da dE o 46 3 20 Bloco da direc o com as respectivas v lvulas 47 3 21 Sub circuito hidr ulico da contrapress o 48 3 22 Sistema de contrapress o do prot tipo original 49 3 23 Sistema de contrapress o do novo prot tipo 49 Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Mesa Hidr ulica M vel 3 24 Exemplo de uma central Hidr ulica COMPacta ooooconocccnoncccnoncnononcnnnnnccnonnncnnnncnnnnos 50 3 25 Consumo de corrente de uma central com um motor DC 800W 51 3 26 Consumo de energia da central hidr
17. Andar Fr Andar Tr Avan ar motor FD Recuar motor FD Avan ar motor FE Recuar motor FE Avan ar motor TD Recuar motor TD Avan ar motor TE Recuar motor TE Andar Fr Andar Tr Fig 4 5 Grafcet de controlo dos motores hidr ulicos 81 Software Desenvolvido e Testes Efectuados Em seguida programou se o aut mato de modo a ser poss vel subir e descer o chassis sendo o princ pio de funcionamento muito semelhante ao do caso anterior Descer chassis Subir chassis Ligar contrapress o Recuar cilindro FDE Recuar cilindro FEE Recuar cilindro TDE Recuar cilindro TEE Avan ar cilindro FDE Avan ar cilindro FEE Avan ar cilindro TDE Avan ar cilindro TEE Descer chassis Subir chassis Fig 4 6 Grafcet de controlo da subida e descida do chassis Como se pode verificar na fig 4 6 durante a descida do chassis necess rio ligar a contrapress o para que o movimento se fa a de uma forma suave e controlada Embora n o esteja representado nas figuras 4 5 e 4 6 sempre que desejar mover um determinado actuador para al m de se actuar a v lvula directamente respons vel pelo seu comando tamb m necess rio actuar a v lvula de carga do respectivo sub circuito hidr ulico Caso contr rio o caudal desviado para o reservat rio e consequentemente o actuador n o ir efectuar o movimento desejado 82 Mesa Hidr ulica M vel Ap s conclu da a remodela o do prot tipo descri
18. Fig 3 42 Esquema de liga o dos transdutores de posi o Em seguida efectuou se o esquema de liga o dos transdutores de press o Estes ao contr rio dos transdutores de posi o possuem um circuito interno de condicionamento de sinal pelo que ao serem alimentados com uma tens o de 24 VDC produzem uma sa da vari vel entre os O VDC e os 10 VDC Na fig 3 43 apresenta se o esquema de liga o destes componentes Fig 3 43 Esquema de liga o dos transdutores de press o Finalmente foi elaborado o esquema de liga o do inclin metro Ap s consultar o respectivo cat logo VTI Technologies Oy 2005 concluiu se que este componente pode ser alimentado com tens es compreendidas entre os 7 VDC e os 35 VDC pelo que se optou por uma tens o de alimenta o de 24 VDC 70 Mesa Hidr ulica M vel Inclina o Y Fig 3 44 Esquema de liga o do inclin metro Ap s estarem definidas as liga es aos transdutores era agora necess rio conceber o esquema de liga es aos solen ides das electrov lvulas Este circuito foi bastante modificado em rela o ao circuito do prot tipo original dado que os rel s utilizados para accionar os solen ides foram eliminados quase na totalidade o que tornou o sistema el ctrico bastante mais compacto Isto deveu se ao facto das bobines das electrov lvulas instaladas possu rem uma pot ncia bastante inferior das utilizadas originalmente ou seja as novas bobi
19. Fig 4 18 Resultado do teste efectuado vari vel MW1 Como se pode verificar na fig 4 18 foi poss vel aceder remotamente mem ria do aut mato estando por isso conclu da a configura o do protocolo de comunica o OPC Depois de alguns testes verificou se que quando se define a vari vel MW1 na realidade est se a aceder mem ria MWO do aut mato Esta afirma o tamb m v lida para o Vijeo Citect pelo que sempre que se pretenda aceder a uma vari vel remotamente este offset no n mero das vari veis deve ser tido em conta 94 Mesa Hidr ulica M vel Ap s estar finalizada a configura o do protocolo de comunica o OPC antes de se come ar a utilizar o Vijeo Citect foi necess rio efectuar algumas configura es iniciais tal como se pode observar na fig 4 19 rautica File Edit Tags Alarms System Communication Servers Tools Window Help 3 4 0190 BE BB el Cluster Mesa Hidraulica Movel Cluster Name Comment TwdSer aax Record 1 Boards Mesa Hidraulica Movel Server Name Board Name Board Type Address Special Comment 0 140 Port mio BOARDI Interrupt Record 1 1 0 Server Mesa Hidrautica Movel Cluster Name TwdSer x Server Name TwidolO Network Addresses x Port Peer Port C
20. Numa primeira fase efectuou se uma pesquisa por pe as de s rie mas apenas se encontraram solu es para uma nica v lvula o que obrigaria utiliza o de dois blocos para este sistema Devido a este facto optou se por construir um bloco come ando se novamente por desenvolver um modelo 3D fig 3 18 Press o Sa das para os actuadores Tanque Fig 3 18 Bloco hidr ulico de comando da direc o 45 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o Na fig 3 19 apresenta se a vista em corte do bloco hidr ulico da direc o assim como das respectivas v lvulas Electrov lvula 4 3 5V2 PES Em DS V lvula limitadora de press o 5V1 Press o P Tanque T Fig 3 19 Vista em corte do bloco da direc o 46 Mesa Hidr ulica M vel O material utilizado foi novamente o duralum nio devido s caracter sticas descritas anteriormente obtendo se um bloco com 72x46x72 mm de dimens o e 0 6 kg podendo ser consultado o respectivo desenho de defini o no Anexo A Para finalizar na fig 3 20 apresenta se uma fotografia do bloco hidr ulico da direc o com as respectivas v lvulas Fig 3 20 Bloco da direc o com as respectivas v lvulas 47 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o 3 2 3 Sub circuito de Contrapress o O princ pio de
21. circuito Direc o Sub Julho de 2009 FEUP DEMec Rz25 NUS Ne SER T INSTA RS p ENE le ES 5 TOEG ed pS SS SET CURTE 3 133 Mesa Hidr ulica M vel ANEXO Circuito Hidr ulico 135 Mesa Hidr ulica M vel Articula o TE 3 v4 1V5 ANHA A ALL au ALL LADS Bloco Perna FE Bloco Contrapress o Articula o Divisor de Caudal 3V6 E 343 ATTE 13 ALTEA 3v2 e mL ffi Bl FEUP DEMec MRS Hidr ulica M vel Junho de 2009 Circuito Hidr ulico Prof Francisco Freitas 137 Mesa Hidr ulica M vel ANEXO Tabela de Liga es ao Aut mato 139 Mesa Hidr ulica M vel Dos me mo 4 VDC comando VDC erra nalogue voltage input connector Alimenta o 7 erial port 1 D0 11 DO comum OD0 0 Botoneira de emergencia VDC O DO comumd ODO V AO USAR irecc o_a recc o_b marelo cinzento marelo branco Ml O DO 3 O DO 4 O DO comum1 4 pot ncia VDC M dulo Base TWIDO TWDLMDA20RT ontrapress o inzento branco 4 comando O USAR Variador freq start stop 4 VDC comando O DO 6 O DO comum2 Rosa branco Azul branco OD0 7 ODO comum3 1 GV SIN lt g O OA1 OV astanho verde astanho cinzento 7 ina
22. vel e Sensoriza o onde s o apresentados os novos transdutores instalados no prot tipo e Sistema El ctrico e Hardware onde exposto o novo sistema el ctrico instalado no prot tipo e tecidas algumas considera es acerca do seu funcionamento 29 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o 3 1 Sistema de Direc o Tal como foi referido anteriormente este sistema j estava parcialmente concebido sendo o conceito id ntico ao sistema de direc o de um dumper em que a orienta o do ve culo conseguida com recurso a uma articula o posicionada no centro do chassis tal como se pode observar na fig 3 1 Fig 3 1 Dumper A adapta o do sistema descrito anteriormente come ou pela constru o de uma segunda mesa semelhante j existente possibilitando assim a coloca o de uma articula o entre as duas mesas Com esta altera o obteve se n o s uma maior flexibilidade de movimentos bem como um maior espa o para alojar os diversos componentes dado que neste momento o prot tipo possui duas mesas com 800x600 mm cada Figura retirada de www dalehire com 30 Mesa Hidr ulica M vel Fig 3 2 Estrutura mec nica da Mesa Hidr ulica M vel Tal como se pode observar na fig 3 2 o comprimento total do prot tipo foi aumentado para os 2270 mm quando totalmente elevado e 2830 mm na sua posi o mais baixa Para al m disso o peso pr prio foi tamb m au
23. 24 VDC de comando de modo a permanecer ligado mesmo que a botoneira de emerg ncia seja premida Por outro lado os solen ides da direc o s o alimentados com os 24 VDC de pot ncia visto que estes devem ser desligados quando a botoneira de emerg ncia for premida O circuito de comando da v lvula de contrapress o foi alimentado com os 24 VDC de comando devido ao facto de existir um segundo rel exterior ao aut mato respons vel por fornecer os 24 VDC de pot ncia ao solen ide da contrapress o Tal como se pode verificar na fig 3 47 apenas foi utilizada uma entrada digital sendo esta respons vel pela monitoriza o da botoneira de emerg ncia Este sinal bastante importante dado que necess rio garantir que o prot tipo n o efectue movimentos intempestivos quando se voltar a iniciar o sistema depois de uma situa o de emerg ncia 72 Mesa Hidr ulica M vel O m dulo base tamb m respons vel por ligar e desligar o motor el ctrico sendo para isso utilizada a sa da 00 7 que ao contr rio das anteriores um contacto seco dado que para se efectuar o run do variador de frequ ncia apenas necess rio estabelecer liga o entre os pinos 1 e 6 do mesmo Emerg ncia Sol direc o a Sol direc o b Sol Contrapress o Run varlador Run varlador TWOLMDAZORT Fig 3 47 Esquema de liga es ao m dulo base do aut mato Depois
24. 6 km h sobe rampas com inclina es at 35 e tem uma capacidade de carga de 125 kg Contudo a sua principal vantagem movimentar se nos mais variados tipos de terreno mantendo sempre o equil brio tais como escombros gelo neve lama entre outros O BigDog accionado por um motor a gasolina que gera a energia necess ria para alimentar o sistema hidr ulico Al m disso possui um sistema de reutiliza o de energia que recicla a energia de um passo para outro Para a gest o da din mica do sistema de maneira a manter o equil brio o equipamento possui um computador de bordo que gere a informa o dos diversos sensores e envia os sinais de comando aos servos dos actuadores hidr ulicos Concluindo o BigDog provavelmente o rob quadr pede mais avan ado constru do at ao momento Mesa Hidr ulica M vel 1 1 4 Athlete O All Terrain Hex Legged Extra Terrestrial Explorer National Aeronautics and Space Administration 2009 est a ser desenvolvido pelo California Institute of Technology em conjunto com a NASA a Universidade de Stanford e a Boeing Este projecto tem como principal objectivo conceber um ve culo para transporte de carga capaz de se movimentar na superf cie lunar mantendo a horizontalidade do chassis mesmo sobre superf cies inclinadas como se pode observar na fig 1 4 tamb m desejado que este tenha uma elevada capacidade de carga de modo a conseguir transportar o m dulo lunar permitindo
25. A 984 105 N A 199 105 Z A q W34 105 AN W34 105 2 0 esoJ 0ZX 22 02 OJUSZUID 0ZX 02 02 02 p19A 0ZX OCA 0 167 12 ap ward 1 SapI0U9 0S E77 Pa 03141 33 3 OINOMPIH Z AS q val 105 EN e val 105 NV A q 105 AN e 301 105 CI y 30 ddd 0 OUUEJSEI QEX OUUB SEI OUYJIULIDA 0EX Inze 0 X 0 ojoJd 0EX OCA 0 ANEXO D Esquemas El ctricos 168 Mesa Hidr ulica M vel OE aaa 02144595 5 i 913 E Jew 4d 4131 JAN DINMDARIH 2 0 y oal 105 19 2 eSOI 0EX 7 22 0 y Lis 105 2 0 Yt y a ES q WAL 105 a 1 yy WAL 105 SpJ9A 0EX y OCA 0 9 y g 1 169 ANEXO D Esquemas El ctricos FELL AA E ES by 41
26. Device address MODBUSO1 1 Q ptions E General Symbol table file Preload settings No Preload Symbol table Device Option Simulated Read Only Comment E Communication information E Driver information Driver name Selected PLC Minimum communication profile 7 E Adjustment information Device address Network driver address this device Schneider Electric OFS Configuration Tool 3 31 Fig 4 13 OFS Configuration Tool um protocolo de comunica o desenvolvido pela OPC Foundation este bastante utilizado em redes industriais dado que permite estabelecer comunica o entre equipamentos de fabricantes diferentes sem ser necess rio utilizar drivers espec ficos 91 Software Desenvolvido e Testes Efectuados Para efectuar a configura o da liga o foi necess rio criar um novo servidor OPC device neste caso o TwidoSer e finalmente configurou se o par metro Device address tal como se pode observar na fig 4 14 Ea Device address wizard PLCs 1 ModbusPlus UNITY ORPHEE CONCEPT use 13 ModbusTCPGateway 1 OTHER ED xway rr 13 FIP PCMCIA 1 ISAWAY 1 Pciway TCP IP 1 ETHWAY 13 usex 1 UNITELWAY 1 XWAY Gateway Minimum communication profile ALIAS ACCESS PATH ODBUS01 1 Q ese _ cancel _ Fig 4 14 Configura o do protocolo de comunica o OPC Para verificar o funcionamento da comunica o ut
27. Scale 0 Full Scale 100 Eng Units lv Format Deadband Comment Record 13 Linked No Fig 4 26 Defini o de uma vari vel anal gica Vijeo Citect A configura o de uma vari vel anal gica muito semelhante embora neste caso em vez de se declarar a vari vel como digital declara se como um inteiro Tal como se pode observar na fig 4 26 durante a configura o das vari veis anal gicas tamb m poss vel configurar duas gamas de valores uma na escala utilizada pelo aut mato e outra numa escala em unidades de engenharia Com esta funcionalidade poss vel 101 Software Desenvolvido e Testes Efectuados apresentar o valor de uma determinada vari vel em unidades SI sendo a interpola o necess ria efectuada automaticamente pelo Vijeo Citect Ap s estarem definidas todas as vari veis a utilizar iniciou se a configura o das diferentes funcionalidades descritas durante a exposi o da interface gr fica Em primeiro lugar foram configuradas as tabs que permitem navegar pelas v rias janelas desenvolvidas anteriormente amp Citect Graphics Builder mesa hidraulica movel Mesa Hidr ulica M vel Modo Autom tico File Edit view Objects Text Arrange Tools Window Help alejo S Bas 01518 516 Werl Ele 1 Autom tico Modo Manual oCalibragao Rectangle Properties la Appearance Movement Scalin
28. alarmes activos no momento deixando estes de ser apresentados intermitentemente num amarelo vivo passando a apresentar uma cor amarela mais suave 19 Os Animation Points s o refer ncias gr ficas utilizadas no Vijeo Citect de forma a definir a posi o onde s o apresentadas as mensagens geradas pelo Cicode No caso de serem geradas v rias mensagens apenas necess rio definir o primeiro Animation Point sendo as restantes mensagens apresentadas nos Animation Points seguintes 107 Software Desenvolvido e Testes Efectuados Os alarmes a apresentar na interface exposta anteriormente s o os seguintes e Botoneira de emerg ncia pressionada este alarme activado sempre que pressionada a botoneira de emerg ncia e Actuadores pr ximos do seu fim de curso estes alarmes s o activados de forma independente para cada um dos actuadores sempre que algum deles se encontre pr ximo do seu fim de curso e Inclina o pr xima do valor m ximo este alarme activado sempre que a inclina o lateral se aproxime do seu valor m ximo e Baterias com carga baixa estes alarmes s o apresentados de forma independente para cada um dos conjuntos de baterias sempre que um deles se encontre com carga baixa O Vijeo Citect disp e de dois m todos de configura o de alarmes um para as vari veis digitais e outro para as anal gicas Na fig 4 34 apresenta se um exemplo da configura o de um alarme digital
29. assim alargar o raio de ac o dos astronautas em futuras miss es lua primeira vers o deste equipamento consegue atingir uma velocidade m xima 10 km h possui quatro metros de di metro e consegue transportar uma carga de 450 kg Para al m disso o ve culo capaz de vencer rampas com inclina es at 35 quando sobre superf cies rochosas e de 25 sobre superf cies arenosas Outra funcionalidade interessante a possibilidade de se poderem acoplar ferramentas tais como brocas ou garras usando o sistema de accionamento das rodas para fornecer energia a esses acess rios Fig 1 4 Athlete Introdu o 1 2 Descri o Breve do Trabalho Anterior Tal como foi referido anteriormente o projecto proposto consiste na evolu o de um trabalho originalmente realizado no contexto da disciplina de Laborat rios de Automa o disciplina integrante da op o de Automa o da Licenciatura em Engenharia Mec nica na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Este teve por t tulo Ve culo Hidr ulico Martins 2007 e foi desenvolvido no segundo semestre do ano lectivo de 2006 2007 pelo aluno Andr Martins sob a orienta o do Prof Francisco Freitas Este trabalho consistiu na concep o de raiz de um ve culo prot tipo de caracter sticas inovadoras para circula o essencialmente em ambientes interiores sendo desej vel que este tivesse elevada flexibilidade de movimentos par
30. carga das baterias no seu funcionamento Desenvolver um circuito el ctrico que permita que o carregamento das baterias se fa a de uma forma mais simples Incorporar um sistema de vis o artificial que permita vir a facilitar o controlo da transposi o autom tica de pequenos obst culos Desenvolver um sistema de localiza o autom tico de modo a que o prot tipo se possa deslocar autonomamente dispensando se assim a necessidade de um operador 113 Mesa Hidr ulica M vel 6 Bibliografia Transducers Data Sheet TP3 400 R3 Cognento 2008 Almacinha J e J Sim es Morais Texto de Apoio Disciplina de Desenho de Contru o Mec nica Porto AEFEUP 2008 Boston Dynamics www bostondynamics com Julho de 2009 Chapman Stephen J Electric Machinery Fundamentals Boston Mc Graw Hill 1999 Freitas Francisco Apontamentos da disciplina de Sistemas Hidr ulicos e Pneum ticos Porto 2008 GEFRAN spa Rectilinear Displacement Transducer Provaglio D iseo 2007 Hirose Fukushima Robotics Lab http www robot mes titech ac jp home_e html Julho de 2009 Martins Andr de Almeida Ve culo Hidr ulico Porto 2007 Micro Epsilon Data sheet WireSENSOR MK30 MK46 Ortenburg 2007 Morais Sim es Desenho T cnico B sico Porto Porto Editora 2002 National Aeronautics and Space Administration www nasa gov Julho de 2009 Oil Sistem Compact power module catalogue Reggio Emilia 2007
31. conclus o que seria necess rio utilizar um motor de 800 W Motor CODE 94 C122 100 Voltage 24V Power 800 W CM 8 53 122 10 C94 2 5 min 76 52 C122 4 min Thermal switch C122 only Protection Index IP54 O min HA 20 40 50 80 100 120 140 160 180 200 P bar Fig 3 25 Consumo de corrente de uma central com um motor DC de 800W Tal como se pode observar na figura anterior caso se utilizasse uma central com um motor DC de 800 W alimentado 24 e uma bomba do tipo 17 1 25 de cilindrada consumo de corrente seria de 27 A aproximadamente O que significa que para a central fornecer um caudal de 4 2 l min a uma press o de 35 bar ou seja 245 W de pot ncia hidr ulica teria um consumo de 648 W de energia el ctrica 5 Inversores de corrente s o circuitos el ctricos com a finalidade de converter a corrente cont nua em corrente alternada 51 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o Com o objectivo de obter uma central mais eficiente energeticamente decidiu se ponderar a utiliza o de um motor AC trif sico de quatro p los dado que a Oil Sistem tamb m produz centrais compactas com este tipo de motores Como o fabricante apenas disponibiliza bacos de consumo de corrente para centrais com motores de corrente continua foi necess rio efectuar o dimensionamento pelo m todo anal tico Como os motores el ctricos referidos no par grafo anterior quando al
32. de s rie fornecidos pela Vickers Fig 3 22 Sistema de contrapress o do prot tipo original Como o sistema referido anteriormente era leve e relativamente pouco volumoso no novo prot tipo optou se por alterar apenas as liga es entre os dois blocos de modo a que o novo sub circuito se adapte melhor ao novo sistema hidr ulico Ap s esta pequena altera o conseguiu se que o novo sub circuito de contrapress o fosse bastante mais compacto que o original sem ter sido necess rio desenvolver um novo bloco hidr ulico Fig 3 23 Sistema de contrapress o do novo prot tipo 49 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o 3 2 4 Central Hidr ulica Tal como foi referido na sec o 2 2 foram ponderadas duas alternativas Depois de ponderados os pr s e os contras de cada solu o optou se pela incorpora o de um divisor de caudal ficando esta decis o a dever se principalmente ao facto de uma central com cinco bombas hidr ulicas ser demasiado volumosa para esta aplica o A utiliza o de um divisor de caudal permite a utiliza o de uma central com apenas uma bomba hidr ulica o que torna esta solu o bastante mais compacta Antes de se efectuar a escolha da central hidr ulica e do divisor de caudal efectuaram se alguns testes ao prot tipo original de modo a estimar qual seria o caudal mais adequado a fornecer a cada um dos sub circuitos N o existindo limita es s velocidades de e
33. do m dulo base foram estabelecidas as liga es ao primeiro m dulo de expans o do aut mato fig 3 48 Este respons vel por fornecer a tens o de refer ncia ao variador de frequ ncia e efectuar a leitura dos dois sinais fornecidos pelo inclin metro Como seria de esperar este m dulo alimentado com os 24 VDC de comando devido s raz es referidas anteriormente 73 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o ovoc 24 Comando Ref Varlador Ref Varlador L Inclina o X Inclina o Y 0A10 H 0 10 PET OM Fig 3 48 Esquema de liga es ao primeiro m dulo de expans o do aut mato As liga es ao segundo e terceiro m dulo de expans o s o bastante semelhantes diferindo apenas nos sinais que cada um adquire Devido a este facto na fig 3 49 apenas se apresentam as liga es ao terceiro m dulo respons vel pela aquisi o da carga das baterias do sinal dos transdutores de press o assim como do transdutor da direc o gt 24 w Comando Carga bat de comando Cama ba 24Wpot ncia Carga bat 12 W pot ncia Transd direc o Transd press o Transd press o FE Transd press o Transd press o TE TWD AM 3 24 Fig 3 49 Esquema de liga es ao terceiro m dulo de expans o do aut mato 74 Mesa Hidr ulica M vel As liga es aos tr s
34. do sistema de direc o obteve se uma redu o total de 56 kg O que conduziu a que no final de toda a remodela o o prot tipo ficasse com uma massa global de 230 kg Tendo por base as considera es tecidas na sec o 2 2 acerca da capacidade de eleva o do prot tipo pode se afirmar com seguran a que a Mesa hidr ulica M vel ser capaz de transportar uma carga til de 100 kg No entanto dever o de ser cumpridas as limita es ao curso dos cilindros da eleva o referidas na sec o 2 2 76 Mesa Hidr ulica M vel 4 Software Desenvolvido e Testes Efectuados Este cap tulo ser dedicado ao software desenvolvido para o controlo e comando remoto da Mesa Hidr ulica M vel Tal como foi referido anteriormente foi instalado no prot tipo um micro aut mato program vel de caracter sticas industriais pelo que todo o programa de controlo foi desenvolvido no software fornecido pela Schneider Electric o TwidoSoft O aut mato foi programado de forma ao prot tipo conseguir cumprir os requisitos de controlo da inclina o do chassis e para al m disso realizar movimentos elementares tais como subir e descer o chassis deslocar se para a frente e para tr s mudar de direc o entre outros Com o objectivo de tornar o comando remoto da Mesa Hidr ulica M vel simples e intuitivo era necess rio desenvolver uma interface homem m quina HMI que permitisse que esta tarefa fosse efectuada remotamente a
35. eleva o 41 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o Electrov lvula 4 3 V lvula de reten o dupla 1 7 Tacos A Sa das para o cilindro Tacos lt Press o P B Tanque T Fig 3 15 Vista em corte com as v lvulas de comando do cilindro da articula o Como se pretende que o sistema hidr ulico tenha uma massa reduzida optou se por fabricar os blocos em duralum nio dado que este material para al m de uma baixa densidade possui tamb m melhores caracter sticas mec nicas que o alum nio comum Tal como era esperado conseguiu se obter uma solu o bastante leve e compacta tendo os blocos 170x92x78 mm de dimens o e uma massa de 2 8 kg 42 Mesa Hidr ulica M vel Para finalizar na fig 3 16 apresenta se uma fotografia de um bloco j com as v lvulas de roscar montadas Fig 3 16 Bloco hidr ulico de uma das pernas com as respectivas v lvulas Ainda de referir que os desenhos de defini o do bloco hidr ulico elaborados no AutoCad Mechanical 2008 se encontram dispon veis em anexo 43 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o 3 2 2 Sub circuito de Accionamento da Direc o contr rio do caso anterior o sistema de accionamento da direc o foi desenvolvido de raiz e composto por apenas duas v lvulas uma limitadora de press o e uma electrov lvula 4 3 Tal como se pode observar na fig 3 17 ambos os actuadores s o acc
36. equipamentos de rob tica m vel de refer ncia 1 1 1 Titan VI O TITAN VI Hirose Fukushima Robotics Lab 2009 foi desenvolvido entre 1990 e 1994 pelo Hirose Fukushima Robotics Lab Trata se de um prot tipo quadr pede concebido para se movimentar em superf cies planas e escadas com inclina es inferiores a 40 Este tem 1 5 m de comprimento 1 metro de largura e pesa 190 kg como sistema de propuls o utiliza 12 motores DC de 120 W cada Este equipamento utiliza juntas prism ticas de maneira a evitar que os tornozelos colidam com os degraus aumentando Fig 1 1 TITAN VI assim a rea acess vel dos p s De maneira a garantir que todas as pernas permane am em contacto com o solo o equipamento possui sensores de for a que possibilitam a detec o desse contacto Mesa Hidr ulica M vel 1 1 2 Titan XI O TITAN XI Hirose Fukushima Robotics Lab 2009 trata se de uma evolu o do TITAN IV e foi desenvolvido em 2002 pelo Hirose Fukushima Robotics Lab O equipamento foi concebido para efectuar trabalhos na rea da constru o civil mais concretamente no refor o de encostas de modo a evitar deslizamentos de terras aquando da constru o de estradas ou ferrovias utilizado para perfurar a rocha permitindo a instala o de parafusos de grandes dimens es que sustentam o solo evitando assim as derrocadas Este equipamento com uma massa de 7000 Kg e 49 1 KW de pot ncia possui um sistema d
37. existente de 200 mm ver fig 3 5 Depois de definido o curso era agora necess rio definir o di metro dos actuadores esta decis o foi baseada no diagrama seguinte retirado do cat logo do fabricante SMC Corporation 2001 Bore size 025 BEE Stroke mm Fig 3 4 Rela o entre o curso e a for a m xima do actuador Atrav s da an lise da fig 3 4 chegou se conclus o que para um curso de 200 mm e um di metro de 25mm cada actuador poder vencer uma a for a m xima de 1 7 kN ou seja a for a que estes vencer quando sujeitos press o m xima de funcionamento do circuito hidr ulico 35 bar De modo a evitar que estes actuadores efectuem mais for a para um dos lados do que para o outro optou se por instal los hidraulicamente invertidos isto a c mara maior de um liga c mara menor do outro ver fig 3 17 Desta forma conseguiu se que a for a de viragem seja a mesma quer se pretenda virar para a direita ou para a esquerda Fig 3 5 Modo de funcionamento dos cilindros da direc o 32 Mesa Hidr ulica M vel O bin rio que estes actuadores poder o vencer quando sujeitos press o m xima dado por M Pmax x Ay X d Pmax x Az X d 3 1 Onde o bin rio Pmax a press o m xima de funcionamento do sistema hidr ulico 35 bar a distancia dos actuadores ao eixo de rota o 360 mm A a rea do
38. fase em todos os elementos ainda poss vel ajustar a individualmente press o m xima de cada uma das sa das Ap s alguma reflex o chegou se conclus o que a utiliza o de um divisor de caudal do tamanho O com cinco elementos da s rie RV D seria a op o mais adequada devido s seguintes raz es N o s o necess rias v lvulas de correc o de fase visto que atrav s do feedback dos transdutores de posi o poss vel corrigir os poss veis desfasamentos existentes entre os actuadores com recurso a um software de comando adequado Os fen menos de cavita o n o levantam grandes problemas devido implementa o do sub circuito de contrapress o pelo que se podem dispensar as v lvulas anti cavitac o Como cada bloco possui uma v lvula limitadora de press o a adi o deste tipo de componentes ao divisor n o traria quaisquer vantagens Este o modelo mais compacto Os divisores de caudal podem ser equipados com v lvulas de correc o de fase corrigindo se assim pequenos desfasamentos que possam ocorrer entre os v rios actuadores alimentados por um componente deste tipo 57 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o Depois da escolha do modelo faltava apenas definir a cilindrada dos elementos esta decis o foi baseada na figura seguinte ES 14 13 E EAN 12 RV 0 1 52 11 ee gt N ___ 0 1 27 Bere _
39. forma a facilitar a exposi o dos v rios assuntos alvo de avalia o este cap tulo encontra se dividido nas seguintes sec es e Estrutura Mec nica onde ser analisada a estrutura mec nica desenvolvida anteriormente e propostas modifica es de modo ao prot tipo poder cumprir mais facilmente os requisitos estabelecidos anteriormente e Sistema de Accionamento onde ser analisado o sistema hidr ulico implementado no trabalho original e em seguida analisadas as suas vantagens e desvantagens de modo a ser poss vel concluir sobre as altera es a efectuar a este sistema e Sensoriza o onde ser o analisados os v rios sensores e transdutores instalados at ao momento na Mesa Hidr ulica M vel e tecidas algumas considera es acerca da poss vel adi o de outros componentes deste tipo e Sistema El ctrico e Hardware onde ser analisado o sistema el ctrico instalado no prot tipo de modo a ser poss vel reconhecer quais as suas principais vantagens e desvantagens conseguindo se assim concluir mais facilmente acerca da necessidade de efectuar altera es a este sistema e Tarefas a Realizar no Decorrer do Projecto nesta sec o ser efectuada uma s ntese de todo o cap tulo de modo a ser poss vel reconhecer quais ser o as tarefas a realizar no decorrer do presente projecto 11 Estudos Pr vios e Avalia es 2 1 Estrutura Mec nica A estrutura do Ve culo Hidr ulico era bastant
40. ltimos m dulos de expans o s o tamb m muito semelhantes entre si diferindo apenas na perna que controlada por cada um deles Ainda de referir que o quarto m dulo de expans o ao contr rio do quinto e do sexto respons vel pelo comando dos solen ides das v lvulas de duas pernas dado que possui 16 sa das digitais por rel enquanto que os outros apenas possuem 8 e por isso controlam apenas uma perna cada um Na fig 3 50 est representado o esquema de liga es a um destes componentes mais concretamente o quinto m dulo de expans o 24 VP ot ncia Solen kie a Solen kle b Solen kie Solen kie TDA_b Solen kle TOM a Solen kle TOM b Solen kle TOT Solen kie TOC TWOORFSRT Fig 3 50 Esquema de liga es ao quinto m dulo de expans o do aut mato 75 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o Na fig 3 51 apresentada uma fotografia de todo o sistema el ctrico da Mesa Hidr ulica M vel Como se pode observar conseguiu se cumprir o objectivo de instalar todo este sistema na parte inferior de uma das mesas ficando assim a parte superior de ambas as mesas dispon vel para o transporte de carga Fig 3 51 Sistema el ctrico instalado no prot tipo Quando comparado com o sistema el ctrico original este pesa menos 14 kg Ao somar a redu o de massa do sistema e hidr ulico de 96 kg e por fim deduzir o aumento de 54 kg provocado pela instala o
41. nica op o de Automa o da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Realizado no segundo semestre do ano lectivo de 2008 09 este trabalho contou com a orienta o do Professor Francisco Freitas A primeira fase deste projecto decorreu no ano lectivo de 2006 2007 tendo o aluno Andr Martins sob a orienta o do Prof Francisco Freitas conseguido construir a primeira vers o do prot tipo com caracter sticas bastante promissoras Por ter sido concebido constru do e colocado em funcionamento em 6 meses evidenciou alguns problemas e permitiu revelar potencialidades novas que se pretendem neste trabalho identificar melhorar e implementar Introdu o 1 1 Equipamentos de Refer ncia Com a inten o de melhor cumprir os objectivos deste trabalho fez se uma breve pesquisa de equipamentos que possam servir de refer ncia Mesa Hidr ulica M vel que se pretende aperfei oar utilizando se como ferramenta de trabalho a informa o dispon vel na Internet Ap s esta pesquisa constatou se que h 15 20 anos atr s j se procuravam equipamentos com caracter sticas semelhantes s da Mesa Hidr ulica onde o MIT e a NASA s o sem d vida pioneiros Devido aos sucessivos avan os na rea da computa o industrial e da instrumenta o recentemente os rob s t m evolu do cada vez mais sendo de esperar grandes progressos na rea da intelig ncia artificial Em seguida ser o descritos alguns
42. ogdisod PSUBJL PSUBJL A pz 30A 0 A gl 159 E ES STM o BES A Vusad sauornpsunu man 091442913 0uanbsa DANA 413 ENTE O9UEIG EEX 6 Inze gEX 2 ANEXO D Esquemas El ctricos ojoJd zEX ojasewe EX ES ojeud LEX EI X E 30A 0 CL oessaud og 1sod ogdisod Gm A ZI 9 5 1 160 Mesa Hidr ulica M vel 02 4429 3 0Wanbsa 2 2 1128 6 2 2 7 ojeud zyx yx ojeud LX A E OCA y 31 ogsseud WAL og isod 331 ogdisod E PSUEIL A ZI 161 ANEXO D Esquemas El ctricos NV AN 1 jog 5 jos ENTE ojed 05X 09 INZe 06X OYUEISEI 09X 15X LSX SX OCA 0 A cl 162 Mesa Hidr ulica M vel 12 6 vu sy 2 1122 09 Jos OyUe SED 0OX 2 0
43. permitir imobilizar rapidamente o prot tipo caso ocorra algum imprevisto 26 Mesa Hidr ulica M vel 2 5 Tarefas a Realizar no Decorrer do Projecto A maior limita o do prot tipo original o seu peso excessivo pelo que ser necess ria uma grande redu o do seu peso pr prio de modo a que este consiga ter uma capacidade de carga til mais interessante assim como uma maior agilidade Para tal ser fundamental efectuar uma reformula o no circuito hidr ulico incidindo esta mais no tipo de componentes a utilizar do que na altera o do princ pio de funcionamento E ainda necess rio ter em conta durante esta opera o a necessidade de deixar a parte superior do chassis completamente livre de componentes de forma a ser poss vel alojar facilmente a carga a transportar O sistema el ctrico ter tamb m de ser revisto de maneira a concentrar todos os componentes num nico quadro el ctrico obtendo se assim um sistema bastante mais compacto que o instalado no prot tipo original onde se utilizam tr s quadros el ctricos importante desenvolver um sistema de direc o conseguindo se assim que o ve culo tenha uma maior flexibilidade no que toca aos percursos que poder efectuar de salientar que este sistema j tinha sido definido no final do trabalho original tendo se optado por um sistema semelhante direc o de um Dumper que se descrever mais frente neste trabalho Dever tamb
44. tanque tem de ser muito superior a este valor de modo a este corresponder uma varia o de n vel pequena Depois de consideradas as dimens es dos v rios dep sitos apresentados no cat logo optou se por um com 1 8 dm de volume interior o que conduz a uma capacidade til de 1 2 dm dado que a bomba hidr ulica e o filtro da admiss o ser o instalados no interior do dep sito Assim o volume vari vel m ximo de cerca de 20 da capacidade til 54 Mesa Hidr ulica M vel Finalmente procedeu se escolha do colector central optando se pelo modelo mais simples que apenas possui duas v lvulas uma limitadora de press o e uma de reten o na linha de press o fig 3 29 Fig 3 29 Circuito hidr ulico do colector central Apesar de em cada sub circuito existir uma v lvula limitadora de press o a exist ncia de uma na central hidr ulica bastante importante visto que caso ocorra uma avaria no divisor de caudal esta v lvula ser respons vel por garantir que o circuito n o exceder a press o m xima evitando se assim que o motor el ctrico entre em sobrecarga A utiliza o de uma v lvula de reten o na linha de press o tamb m bastante pertinente dado que esta ir impedir que exista retorno de leo pela linha de press o quando a central estiver desligada Este fen meno pode causar anomalias na bomba hidr ulica levando a a rodar no sentido oposto ao estabelecido o que pode conduzir
45. teis do prot tipo Foi ainda reduzida a massa pr pria elev vel o que possibilitou o aumento da capacidade de carga e tornou se ainda toda a superf cie superior da mesa til ficando assim poss vel o efectivo transporte de carga na Mesa Hidr ulica M vel Foi ainda desenvolvido um novo software de controlo que possibilitou que o prot tipo seja agora capaz de controlar todos os movimentos com velocidade continuamente vari vel Para al m disso a inclina o do chassis controlada de forma aut noma de modo a ser poss vel ultrapassar obst culos tais como rampas mantendo se a horizontalidade Finalmente foi implementado um sistema de controlo e aquisi o de dados SCADA para possibilitar o comando remoto do prot tipo atrav s de um computador sendo a comunica o efectuada atrav s de bluetooth Mesa Hidr ulica M vel Mobile Hydraulic Bench Abstract This project was based on the development of an already existing prototype of a mobile robotic device with innovative features and high flexibility of movements used for demonstration purposes in indoor areas The original prototype was designed and built during a previous project It was hydraulically operated and its locomotion was made simultaneously with wheels and legs This solution allowed the prototype to overcome barriers such as steps but also drive fast enough on flat surfaces However this first solution showed excessive weight basic control so
46. testes com margens de erros mais apertadas se ter verificado que o prot tipo efectuava demasiados ajustes a maior parte das vezes desnecess rios o que acabava por desequilibrar o chassis do prot tipo Optou se por definir uma press o de refer ncia independente para cada uma das pernas Isto deveu se ao facto de existir a possibilidade de se colocar em cima do prot tipo uma carga deslocada do seu centro de massa o que ir originar que umas pernas fiquem mais carregadas do que outras Para ser poss vel obter press es de refer ncia adequadas necess rio efectuar a tara sempre que o prot tipo se encontrar parado e com o chassis nivelado s neste estado que se sup e ter altera o de carga semelhan a da estrat gia de controlo da inclina o esta tamb m entra com a altura do chassis de modo a evitar que os ajustes sejam sempre efectuados com recurso ao avan o dos actuadores o que iria conduzir a que ap s alguns movimentos se atingisse a altura m xima Depois de alguns testes verificou se que esta estrat gia para al m de compensar as press es baixas tamb m compensava as press es altas dado que para que um actuador esteja abaixo da sua press o de refer ncia necess rio que outro apresente uma press o elevada Isto deve se ao facto do somat rio das press es se manter constante desde que a carga tamb m permane a constante 88 Mesa Hidr ulica M vel Por raz es de seguran a decidiu s
47. 1 Interface gr fica do sistema SCADA Modo Autom tico 96 Mesa Hidr ulica M vel Tabela 4 1 Fun es implementadas no modo autom tico do software de supervis o ER EX EM Tal como se pode observar na fig 4 21 e na tabela 4 1 neste modo de funcionamento poss vel definir a altura e a inclina o desejada para o chassis adaptando se o prot tipo automaticamente de modo a convergir para as refer ncias definidas pelo utilizador O deslocamento e controlo da direc o s o feitos recorrendo se aos comandos apresentados no item 8 para al m disso tamb m poss vel deslocar manualmente cada um dos actuadores assim como travar e destravar os motores item 4 Nesta janela s o tamb m apresentadas as posi es dos v rios actuadores assim como a press o a que cada uma das pernas est sujeita item 5 No item 9 apresentada a carga das baterias possibilitando assim que o utilizador tenha uma ideia de qual o tempo restante para operar o veiculo antes da pr xima carga S o tamb m apresentados os v rios alarmes activos no momento item 7 podendo o utilizador efectuar o seu reconhecimento ou consultar o resumo de alarmes fig 4 22 atrav s dos comandos referidos no item 6 da tabela 4 1 Para finalizar o utilizador pode a qualquer momento mudar de modo de funcionamento recorrendo s tabs existentes na parte superior esquerda da janela item 1 No entanto sempre que se alterar o modo de fu
48. 133 S S gt gt gt gt _ 9 9 135 2 2 2 2 2 22 2 9 0 2 2 55 ES 2 3 3 A 2 OCA O ANEXO D Esquemas El ctricos 150 Mesa Hidr ulica M vel N esoy oouelg ojuewy ezuio te 6002 our 0you03no 00 590506 Sun sm 0214229 vuanbs Jana 415 EZMA VEMI EZM AO LHEINVAML A pz 151 ANEXO D Esquemas El ctricos EA E E Sara yy o ow no 00 590506 sapu ET 0214129 vuanbs Jana 415 BAQW OINNQUPH 05h 35 5 5 5 5 lt 5 lt B 2 Io gt os 3 2 a 2 E ouyuB ses E E ESOY 2 o9ueJg A ve 152 Mesa Hidr ulica M vel te 6 6002 our 0you03no 00 590506 Sea a 0214229 vuanbs Jana 475
49. BRU pe 163 12 02 werd 4 SapI0U9 0S E77 Pa 03141 33 3 OINOMPIH Z A vay 105 EN e vay 105 NV A q 105 A 105 CI y 3 ddd 0 LX OOUEIQ OLX 0J91d OY SUIISA QLX oyueyseo O LX 0 28 0 0 ojeld OLX OCA 0 ANEXO D Esquemas El ctricos 164 Mesa Hidr ulica M vel Dem Tl Dto _ ma ama 4 cs TT 0214429 3 0Wanbsa 3 ddd x y odd los x y 105 x y Wad 105 x y 105 2 01 eso OLX O SJ2WB NZE OLX Ojuezuto 0L X 0 0 SpJSA OLX 30A 0 165 ENTE NV A q Wad 105 EN e v34 105 Z A q 334 108 A 334108 W 02 0 02 2 02 2 0 1 22 02 02 0 0 OCA 0 ANEXO D Esquemas El ctricos 166 Mesa Hidr ulica M vel Z
50. DA para a concep o de uma interface HMI que possibilite que o comando remoto do prot tipo se fa a de uma forma simples e intuitiva No CD anexo a este documento encontra se dispon vel uma c pia da interface desenvolvida assim como o manual do utilizador Antes de se iniciar o desenvolvimento desta interface foi necess rio dedicar algum tempo familiariza o com o Vijeo Citect dado que este foi o primeiro contacto com a programa o de um sistema SCADA Para tal foram elaborados alguns programas de baixa complexidade baseados na consulta do manual fornecido pelo fabricante Schneider Electric SA 2007 Depois de dominados os conceitos b sicos iniciou se a concep o do software de supervis o da Mesa Hidr ulica M vel come ando se por estabelecer a comunica o necess ria entre o Vijeo Citect e o aut mato program vel Para tal recorreu se ao protocolo de comunica o OPC sendo a sua configura o elaborada num software anexo ao Vijeo Citect o OFS Configuration Tool ors Configuration Tool Version 3 31 File Edt View Settings Help u Telemecanique Devices Device overview 63 Bl Default devices LB Devices without Aliases 0 OPC settings DevExample 1 DevExample 2 TwidoSer Deadband OFS Server settings Bl Diagnostic ZI Simulation Device TwidoSer Symbols SI PLC Software Device name Twidoser Communication Ont
51. E EN A V lvulas Motor cc Fig 4 24 Interface gr fica do sistema SCADA Modo de Calibra o Para se efectuar a calibra o dos transdutores de posi o dos cilindros da eleva o e da articula o em primeiro lugar necess rio levar os actuadores at uma posi o de refer ncia Neste caso at sua posi o mais avan ada e em seguida pressionar o bot o Calibrar Ainda de referir que estas calibra es s o efectuadas de forma independente dado que existem dois bot es um para os actuadores da eleva o e outro para os actuadores da articula o A calibra o do inclin metro ao contr rio das referidas anteriormente feita de forma manual dado que n o existe nenhuma refer ncia f sica Pelo que necess rio nivelar manualmente o chassis do prot tipo e em seguida pressionar o bot o Calibrar respectivo Para calibrar o transdutor da direc o necess rio alinhar manualmente a direc o e em seguida pressionar o bot o Calibrar respectivo Finalmente tamb m necess rio efectuar a tara da carga a transportar conseguindo se assim obter uma press o de refer ncia para cada uma das pernas Para efectuar esta calibra o apenas necess rio colocar a carga a transportar no chassis do prot tipo e em seguida pressionar o bot o Calibrar No entanto apesar de esta calibra o poder ser efectuada manualmente esta tamb m realizada d
52. Mesa Hidr ulica M vel Tiago Filipe Valente Teixeira Relat rio do Projecto Final Orientador Prof Francisco Freitas FEUP FACULDADE DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO PORTO Mestrado Integrado em Engenharia Mec nica Op o de Automa o Julho de 2009 Mesa Hidr ulica M vel Aos meus pais e av s 111 Mesa Hidr ulica M vel Resumo Esta monografia representa a segunda fase do desenvolvimento de um prot tipo de um equipamento rob tico m vel para circula o essencialmente em ambientes interiores Este possui caracter sticas inovadoras e elevada flexibilidade de movimentos para fins demonstrativos Durante a primeira fase do desenvolvimento foi concebido e constru do um primeiro prot tipo accionado hidraulicamente e dotado simultaneamente de rodas e de pernas para efectuar a sua locomo o Esta solu o permitiu que este prot tipo fosse capaz de realizar tanto deslocamentos sobre pavimentos como ultrapassar barreiras arquitect nicas tais como degraus Desta primeira fase de desenvolvimento resultou no entanto uma solu o com peso pr prio excessivo um software de controlo incipiente uma efectiva aus ncia de espa o para alojar a carga a transportar e a aus ncia de uma capacidade de direc o Estes factores ditaram a necessidade de um upgrade Nesta segunda fase de desenvolvimento foi instalado um sistema de direc o comand vel e aumentadas para o dobro as dimens es
53. _____ 0 0 98 5 2070 78 Flow Rate litres min NW uU AN DW O 0 700 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Fig 3 31 Curva caracteristica dos divisores de caudal do 0 Tal como se pode observar na fig 3 31 tanto uma cilindrada de 0 17 cm como de 0 25 cm possuem zonas de funcionamento compativeis com o caudal fornecido pela central hidr ulica portanto foi necess rio pesar 05 pr s os contras de das alternativas A utiliza o de uma cilindrada mais reduzida tem a vantagem de proporcionar um caudal de sa da menos pulsante visto que os elementos ir o girar a uma velocidade mais elevada existindo portanto menos flutua es de caudal Por outro lado quando maior for a velocidade de rota o maior ser a queda de press o pelo que a utiliza o de elementos com uma cilindrada mais elevada ir conduzir a uma menor perda de carga no divisor de caudal Como se pode verificar na fig 3 31 a velocidade de rota o ser sempre bastante elevada logo as flutua es de caudal ser o sempre pouco significativas qualquer que seja a cilindrada escolhida Devido a este facto optou se por instalar no prot tipo um divisor de caudal com cinco elementos com 0 25 cm de cilindrada cada um Com esta decis o significa que quando a bomba funcionar a 1500 rot min e fornecer cerca de 0 84 l min o divisor funcionar a cerca de 5000 rot min o que significa estar bem
54. a Por outro lado as botoneiras de emerg ncia quando premidas apenas efectuam o corte dos circuitos de pot ncia permitindo que o aut mato e os transdutores continuem ligados n o sendo portanto necess rio reiniciar o sistema Embora o aut mato permane a ligado isto n o ir interferir com a fun o principal da botoneira de emerg ncia que imobilizar a Mesa Hidr ulica M vel visto que ao cortar a alimenta o dos circuitos de pot ncia o motor el ctrico ser desligado e todas as v lvulas voltar o sua posi o n o actuada Tal como se pode observar na tabela 3 1 foi prevista a medi o da carga das baterias Para se efectuar esta leitura foi necess rio desenvolver um circuito com v rios divisores de tens o isto deveu se ao facto dos m dulos de entradas anal gicas apenas lerem sinais de O a 10 VDC enquanto que as grandezas a medir s o de 24VDC para as baterias de comando e dos solen ides e 12 VDC para as baterias do motor el ctrico 68 Mesa Hidr ulica M vel Vout Vin Ri R Fig 3 40 Principio de funcionamento de um divisor de tens o A fig 3 40 mostra que ao ligar duas resist ncias em s rie alimentadas com uma determinada tens o poss vel obter um valor de tens o Vou inferior e directamente proporcional a Vin entre as duas resist ncias Por exemplo no caso das duas resist ncias possu rem o mesmo valor a tens o Vout ser metade de Vin Com esta teoria em me
55. a at uma capacidade nula quando os actuadores se encontram totalmente recuados Isto porque quanto mais recuada for a posi o dos cilindros da eleva o maior ser o ngulo formado entre estes e a vertical O que ir conduzir a um menor aproveitamento da for a disponibilizada pelos actuadores para elevar o prot tipo tal como se pode verificar na fig 2 7 cilindro x cos 0 E eleva o Fig 2 7 For a de eleva o disponibilizada pelos actuadores Dado que o prot tipo original possu a uma massa global de 286 kg ap s analisar o gr fico da fig 2 6 concluiu se que em condi es normais o movimento dos cilindros da eleva o deve ser limitado de modo a nunca se baixar dos 40 do seu curso original Com esta limita o consegue se garantir que o prot tipo possui for a de eleva o suficiente para se erguer qualquer que seja a posi o dos actuadores 16 Mesa Hidr ulica M vel Na fig 2 8 apresenta se o esquema do circuito hidr ulico instalado no prot tipo original Deve se referir que apenas representado um dos quatro sub circuitos anteriormente referidos devido ao facto de os quatro sub circuitos serem muito semelhantes Para al m destes encontra se tamb m representado o sub circuito da contrapress o cujo funcionamento ser descrito mais frente eleva o articula o FD FE LS motor UN 4 Er FD O RR 1V6 4 107 1v3 1v4 1v5
56. a fins demonstrativos Algumas caracter sticas a considerar seriam a manuten o da sua horizontalidade mesmo sobre superf cies inclinadas capacidade para vencer alguns obst culos tais como pequenos degraus e ainda possuir capacidade de eleva o de cargas reconhecido que a maior parte dos ve culos destinados ao uso em espa os interiores s o de accionamento el ctrico n o cumprindo parte dos pressupostos anteriormente mencionados Os intervenientes no projecto optaram assim por prever a utiliza o de accionamentos hidr ulicos visto que este tipo de sistemas apresentam componentes mais compactos leves e flex veis e com elevada capacidade de for a Dado que se pretendem realizar velocidades reduzidas os accionamentos hidr ulicos conseguem disponibilizar for as bin rios elevados mesmo funcionando a baixas velocidades Ora a utiliza o de actuadores compactos sem recurso utiliza o de redutores como se verifica nos accionamentos el ctricos significa que o sistema accionamento ser mais leve o que poder conduzir a uma maior capacidade de carga til Quanto ao sistema trac o comum utilizarem se rodas maior parte dos ve culos existindo no entanto alguns equipamentos m veis que o fazem utilizando pernas Dado que se pretendia um prot tipo inovador foi concebido um sistema misto que conseguisse agregar as vantagens destas duas solu es de movimenta o Ou seja a mai
57. a hidr ulico assim como efectuar a leitura dos transdutores que foram adicionados ao prot tipo Base M dulos de expans o M dulo de expans o TWDLMDA20RT TWDAMISHT TWDDRAI6RT E 4 A 2 od 1 1 od M dulo de expans o M dulos de expans o TWDAMM3HT TWDDRASRT Fig 3 37 Aut mato program vel e respectivos m dulos de expans o 64 Mesa Hidr ulica M vel Tal como se pode observar na fig 3 37 depois das altera es efectuadas nos m dulos de expans o o aut mato program vel passou a ser composto por e Uma base modular TWDLMDA20RT que para al m de correr o programa desenvolvido para o controlo do prot tipo possui ainda 12 entradas e 8 sa das digitais sendo 6 por rel e Um m dulo de expans o TWDAMMSHT com uma sa da e duas entradas anal gicas e Dois m dulos de expans o TWDAMISHT com oito entradas anal gicas cada e Um m dulo de expans o TWDDRAI6RT com 16 sa das digitais por rel e Dois m dulos de expans o TWDDRASRT com oito sa das digitais cada por rel Na tabela 3 1 est o expostas as vari veis controladas por cada um dos m dulos referidos anteriormente embora no Anexo C se encontre dispon vel outra tabela mais detalhada com todas as liga es efectuadas ao aut mato Tabela 3 1 Fun es dos v rios m dulos do aut mato e Aq sinal de emerg ncia e Act Solen ides da direc o TWDLMA20RT re Fs e Act Solen ide da contr
58. ado conseguindo se assim detectar se uma das pernas se encontra levantada ou com carga exagerada sobre o pavimento e consequentemente tomar as medidas necess rias para corrigir o problema 22 Mesa Hidr ulica M vel 2 4 Sistema El ctrico e Hardware O prot tipo original como j foi referido na sec o 1 2 era controlado atrav s de um micro aut mato program vel de caracter sticas industriais mais concretamente o Twido da Schneider Electric Este equipamento para al m de fi vel e resistente tamb m modular o que facilita a adi o de componentes ao prot tipo TRAE er Fig 2 16 Aut mato program vel TWDLMDA20RT A base modular escolhida foi a TWDLMDA20RT possui 14 entradas e 10 sa das digitais Foram ainda adicionados dois m dulos de 16 sa das digitais TWDDRAI6RT para o comando das diversas electrov lvulas e duas cartas com oito entradas anal gicas TWAMISHT destinadas leitura dos diversos transdutores assim como da carga das baterias gt E a Cm e VR r Fig 2 17 M dulos de expans o para TWDLMDA20RT 23 Estudos Pr vios e Avalia es De modo a ser poss vel controlar a velocidade do prot tipo o motor el ctrico era comandado por um variador de frequ ncia da Yaskawa Electric Corporation mais concretamente o modelo Varispeed 606PC3 fig 2 18 Este equipamento era por sua vez comandado pelo aut mato program vel des
59. aphics Builder mesa hidraulica movel Mesa Hidr ulica M vel Modo Autom tico ML File Edit view Objects Text Arrange Tools Window Help ajelo ls ajaje Delle Ele E Modo Autom tico Modo Manual Cali Bitmap Properties Appearance Movement Scaling Fil Input Slider Access cian Down command 5 TEE_RECUAR 1 8 itt Altura Desejada 100 ENT Logging Log message Ej 75 3 1 50 gi Repeat rate 500 milliseconds Clear Property i E Cancel Help Perna Ir E Fig 4 28 Configura o dos comandos dos actuadores no Vijeo Citect Set 2 Citect Graphics Builder mesa hidraulica movel Mesa Hidr ulica M vel Modo Autom tico PL File Edit view Objects Text Arrange Tools Window 5 alela 0 50 els Autom tico Cali Bitmap Properties Appearance Movement Scaling Fil Y Input Slider X Access Up command elite RECUAR 0 Altura Desejada SNTE 100 E Logging a Log message 8 E 75 8 50 Repeat rate 500 29 miliseconds Clear Property IE z5 am Perna IFE Fig 4 29 Configurag o dos comandos dos actua
60. apress o e Act Start stop do variador de freq e Sinal de ref para o variador freq TWDAMM3HT e Leitura do inclin metro TWDAMISHT e Leitura dos transdutores de posi o e Leitura da carga das baterias TWDAMISHT e Leitura do transdutor da direc o e Leitura dos transdutores de press o TWDDRAIGRT e Act Solendides do bloco da perna FD e Act Solendides do bloco da perna FE TWDDRASHT e Act Solen ides do bloco da perna TD TWDDRASHT e Act Solen ides do bloco da perna TE 65 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o Ap s estarem definidos os m dulos do aut mato a utilizar e as respectivas fun es iniciou se a concep o do novo sistema el ctrico respons vel por interligar o aut mato aos diversos componentes el ctricos a controlar assim como s baterias Em seguida s o expostas as v rias caracter sticas deste sistema embora o leitor deva consultar o Anexo D onde est dispon vel um esquema completo de todo o circuito el ctrico Em primeiro lugar foram efectuados alguns testes de modo a perceber qual a disposi o mais compacta para os diversos componentes uma vez que todo o sistema el ctrico deve poder ser instalado na parte inferior de uma das mesas Ap s esta an lise chegou se conclus o que a melhor solu o seria reservar metade da mesa para os componentes mais volumosos variador de frequ ncia inversor de corrente e baterias ficando a outra metade dispon vel para o nov
61. bter um ngulo m ximo de 17 o que significa que o prot tipo seria capaz efectuar curvas com raio superior a 2 2 m 17 a Fig 2 4 Angulo de viragem Efectuada a an lise dos pr s e contras de cada solu o optou se pela segunda alternativa devido sua simplicidade e menor custo Outro ponto a favor desta solu o o facto de esta criar mais espa o para os componentes dado que ser necess rio construir uma segunda mesa o que ir permitir alojar todos os componentes hidr ulicos na parte inferior de uma das mesas e o sistema el ctrico na outra ficando a parte superior dispon vel para o transporte de carga 14 Mesa Hidr ulica M vel 2 2 Sistema de Accionamento O sistema de accionamento do prot tipo original era composto por oito cilindros e quatro motores hidr ulicos estando os cilindros respons veis pelas diversas articula es e os motores pelo accionamento das rodas Cilindro da eleva o Cilindro da articula o Motor hidr ulico Fig 2 5 Pormenor de uma perna O comando destes actuadores era efectuado com recurso a quatro sub circuitos semelhantes um para cada perna Cada um deles era alimentado por uma bomba hidr ulica independente sendo todas as bombas accionadas pelo mesmo motor el ctrico dotado de velocidade vari vel Como as bombas possu am cilindradas iguais conseguia se com esta configura o o sincronismo necess rio entre as quatro pernas durante os m
62. cial deste trabalho Ao Eng Carlos Pinto e D Maria de Lurdes pela sua disponibilidade e paci ncia durante o processo de aquisi o dos diversos componentes necess rios realiza o deste trabalho Ao meu colega Filipe Camacho pela sua preciosa ajuda durante a instala o do sistema hidr ulico no prot tipo Ao n cleo de trabalho deste semestre constitu do pelo Nuno Moita e pelo Tiago Ramos agrade o o apoio e companheirismo demonstrados Por ltimo agrade o a toda a minha fam lia em especial aos meus pais que em muito contribu ram para a conclus o desta etapa da minha vida IX Mesa Hidr ulica M vel ndice de Conte dos Resume rer PR des ADS BA A A ac Bestia Agradecimentos aa ix ndice de Canais O A a 1 ndice d xiii Indice de V e E XIX T s Introducao passa pes ap A ads 1 1 1 Equipamentos de Refer ncia ass A sd 2 1 2 Descri o Breve do Trabalho 2 6 1 3 Considera es Sobre o Trabalho Anterior eee 9 1 4 Objectivos Gen ricos do Presente Trabalho rea 10 2 ESTUDOS PLE MOSE Vali Ae OSS a 11 2 1 Estrutura MECANICA st es 12 2027 Sistema ACIONAMENTO is a 15 2 3 DELS OUI ZAC AO sea eee A do 21 2 4 Sistema El ctrico
63. clina o adequado o Ve culo Hidr ulico havia sido equipado com um inclin metro O modelo escolhido foi uma solu o sem partes m veis o SCA121T da VTI Technologies que permite efectuar a medi o da inclina o de dois eixos independentes Fig 2 14 Inclin metro VTI SCA 121T Ap s uma consulta do cat logo do fabricante VTI Technologies Oy 2005 chegou se conclus o que este transdutor possui uma gama de medi o de 60 ou seja pode medir inclina es entre 30 e 30 em cada eixo Logo nunca se poder exigir que o chassis do prot tipo tenha inclina es superiores a 30 valor que excede longamente os requisitos do equipamento Al m disso o inclin metro apresentado anteriormente possui uma exactid o de 0 1 e uma largura de banda de 18 Hz valores que s o adequados s caracter sticas pretendidas para o prot tipo Dado que neste sistema os movimentos s o lentos e a estrat gia de controlo de inclina o do tipo On Off dado que as electrov lvulas a utilizar tamb m s o deste tipo 21 Estudos Pr vios e Avalia es Em complemento ao inclin metro foram tamb m incorporados transdutores de posi o nos actuadores respons veis pelo accionamento da eleva o e da articula o conseguindo se assim para al m do controlo de inclina o efectuar tamb m o controlo da altura do chassis Dado que para estes componentes n o era necess ria uma grande exactid o foram i
64. com recurso ao software de programa o do aut mato o que torna o prot tipo dif cil de operar especialmente por pessoas pouco familiarizadas com este tipo de programas inform ticos Introdu o 1 4 Objectivos Gen ricos do Presente Trabalho Dado que este projecto constitui uma evolu o de um trabalho desenvolvido anteriormente no final deste trabalho espera se obter uma segunda vers o adaptada do prot tipo original onde as principais limita es do equipamento anterior sejam corrigidas Este dever ser capaz de cumprir os seguintes requisitos e A parte superior do chassis deve estar livre de componentes de modo a facilitar o transporte de carga e Possuir um sistema de direc o comand vel e Capacidade de regular a inclina o do chassis de forma autom tica e Capacidade de superar pequenos obst culos e O comando do prot tipo deve ser feito remotamente e Possuir uma interface homem m quina HMI f cil de utilizar 10 Mesa Hidr ulica M vel 2 Estudos Pr vios e Avalia es Neste cap tulo ser feita uma an lise mais detalhada do prot tipo original com o objectivo de se perceber melhor quais as suas limita es sendo tamb m expostas v rias solu es para cada problema Esta primeira abordagem permitir definir as altera es e novos sistemas a implementar contribuindo para que a concep o e desenvolvimento da nova vers o se fa am de uma forma mais r pida e eficiente De
65. crito anteriormente atrav s de uma carta de duas sa das anal gicas TWDAVO2HT Fig 2 18 Variador de frequ ncia Varispeed 606PC3 Tal como se pode verificar no respectivo cat logo Yaskawa Electric Corporation 1992 o variador alimentado com 240 VAC monof sicos e fornece uma sa da trif sica de 240 VAC sendo a frequ ncia vari vel entre os 0 Hz e os 60 Hz em fun o do sinal fornecido pelo aut mato Como as baterias instaladas no prot tipo forneciam 12 VDC havia sido tamb m incorporado um inversor de corrente da marca Zodiac respons vel por converter esta energia em corrente alternada conseguindo se assim obter os 240 VAC necess rios para alimentar o variador de frequ ncia Fig 2 19 Inversor de corrente Z12V 600W 24 Mesa Hidr ulica M vel O sistema el ctrico do Ve culo Hidr ulico estava dividido em tr s quadros um principal e duas caixas concentradoras de cabos de menor dimens o Fig 2 21 Caixa concentradora dos transdutores Fig 2 22 Caixa concentradora das electrov lvulas No quadro el ctrico principal fig 2 20 estavam instaladas as baterias o aut mato e o inclin metro Este continha ainda os disjuntores e contactores respons veis por cortar a corrente caso ocorresse algum problema permitindo ainda desligar apenas a parte el ctrica de pot ncia ou a de comando quando necess rio Nas figuras 2 21 e 2 22 encontram se os dois quadros concentradores esta
66. da Nova Solu o Ap s conclu da a fase de desmontagem deu se in cio instala o dos novos componentes Numa primeira fase foram efectuados alguns testes de modo a perceber qual seria a melhor disposi o no sentido de permitir a adequada acessibilidade dado que se pretendia que todo o circuito hidr ulico ocupasse a parte inferior de apenas uma das mesas Depois de encontrada a solu o mais adequada procedeu se fixa o dos blocos central hidr ulica e divisor de caudal efectuando se em seguida as liga es entre os v rios componentes Tal como na desmontagem aquando da instala o dos novos componentes tamb m se efectuou a sua pesagem obtendo se os seguintes valores e Central hidr ulica 8 9 kg e Divisor de caudal 1 8 kg e Blocos hidr ulicos e v lvulas de accionamento das pernas 18 5 kg e Bloco hidr ulico e v lvulas de accionamento da direc o 1 4 kg e Subcircuito da contrapress o 1 7 kg Ao efectuar a soma destes valores obteve se uma massa total de 32 3 kg o que em compara o com o sistema original se traduz numa diminui o de 96 kg o que ir possibilitar um aumento importante da capacidade de carga til do prot tipo Para al m disso quando este estiver descarregado ser necess ria uma menor press o no sistema hidr ulico o que se traduzir num menor consumo de corrente por parte do motor el ctrico e consequentemente uma maior autonomia das baterias 60 Me
67. do ve culo poder ser efectuada exclusivamente pela articula o das pernas sendo este modo de funcionamento ideal para a transposi o de obst culos Fig 1 6 Transposi o de um obst culo Introdu o Um ve culo com as caracter sticas expostas requer um funcionamento e comando autom ticos mesmo que sob controlo manual remoto N o se exclui a possibilidade deste funcionar autonomamente dispensando se assim a interac o humana No trabalho realizado para permitir o comando dos m ltiplos movimentos elementares foi prevista a utiliza o de um aut mato program vel de caracter sticas industriais devido grande fiabilidade e robustez t picas deste tipo de equipamentos De modo a garantir um movimento suave e preciso foram previstos meios de medi o das principais grandezas associadas aos movimentos tais como as posi es dos actuadores hidr ulicos Em complemento foi ainda inclu do um inclin metro com dois graus de liberdade para efectuar a medi o da inclina o do chassis No final deste trabalho inicial foi constru do e colocado em funcionamento um ve culo prot tipo controlado remotamente sendo poss vel controlar a inclina o e altura do chassis conseguindo tamb m levantar as pernas de modo a facilitar a transposi o de obst culos Fig 1 7 Fotografia do prot tipo original Mesa Hidr ulica M vel 1 3 Considera es Sobre o Trabalho Anterior Olhando pa
68. dores no Vijeo Citect Reset Para a programa o destes bot es foi necess rio utilizar dois comandos um para efectuar o set da vari vel e outro para o reset Quando se pressiona o rato em cima de um determinado comando a vari vel a ele associada assume o valor 1 quando se deixa de pressionar a vari vel passa ao estado 0 Nas figuras 4 28 e 4 29 apenas se encontra representada a programa o de um dos comandos tendo sido repetida esta opera o para todos os outros comandos que envolvessem vari veis digitais 103 Software Desenvolvido e Testes Efectuados Para o comando das vari veis anal gicas foram implementados sliders devido sua f cil utiliza o e bom aspecto em termos gr ficos No caso da altura desejada e da velocidade de rota o do motor el ctrico optou se pela utiliza o de sliders verticais Citect Graphics Builder mesa hidraulica movel Mesa Hidr ulica M vel Modo Autom tico MA File Edit View Objects Text Arrange Tools Window Help 5 3161019 ajaje 515 BAHR EE Modo Autom tico Modo Manual Calibra o Rectangle Properties E Appearance Movement Scaling Fil Input Y Slider v Access Altura Desejada Tag 100 ALTURA_DESEJADA T 2 a x 5 5 Continuous update of tag Offset 2 i ae ad 5 Er Cancel
69. dutores de posi o 70 3 43 Esquema de liga o dos transdutores de press o 70 3 44 Esquema de liga o do inclin metro in 71 3 45 Esquema de liga o dos solen ides 71 3 46 Pormenor da ficha de um solen ide ulead a 42 3 47 Esquema de liga es ao m dulo base do aut mato 73 3 48 Esquema de liga es ao primeiro m dulo de expans o do 74 3 49 Esquema de liga es ao terceiro m dulo de expans o do aut mato 74 3 50 Esquema de liga es ao quinto m dulo de expans o do aut mato 75 ndice de Figuras Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig xvi 3 51 Sistema el ctrico instalado no prot tipo oooonoocccconcccnonccononcnononcnnnnncnnnnncnnnnnncnnnnnnnns 76 AA Comunica o bluetooth sonia ida A EN 78 4 2 Estabelecimento de uma porta s rie 79 4 3 Programa o Ladder no IwidoSoft aan a hen 80 4 4 Prot tipo em fase de testes sungen ra es 81 4 5 Grafcet de controlo dos motores hidr ulicos ssnsenensnnenenensnennnnnnnenn 81 4 6 Grafcet de controlo da subida e descida do
70. e forma autom tica sempre que o prot tipo se encontre imobilizado e com o chassis nivelado 100 Mesa Hidr ulica M vel Depois de finalizado o desenvolvimento da interface gr fica iniciou se a programa o das v rias fun es referidas anteriormente Em primeiro lugar foi necess rio definir as vari veis do aut mato que o Vijeo Citect ir utilizar tal como se pode observar nas figuras 4 25 e 4 26 E Variable Tags Mesa_Hidraulica_Movel oog Variable Tag _ ANDAR FR Cluster Name TwdSer x 170 Device Name Address TwidoSerl m43 Data Type DigiTaL w Raw Zero Scale Raw Full Scale Eng Zero Scale Eng Full Scale Eng Units W Format WM Deadband Comment Record 8 Linked No Fig 4 25 Defini o uma vari vel digital Vijeo Citect Para definir uma vari vel digital para al m de se preencher o campo Variable Tag Name com o nome escolhido para a vari vel tamb m necess rio completar os campos Cluster Name e I O Device Name escolhendo se os dispositivos definidos durante a configura o inicial do Vijeo Citect Finalmente define se o endere o da vari vel do aut mato a utilizar e declara se a vari vel como digital Variable Tags Mesa Hidraulica Movel Quy Variable Tag Name TRANSDUTOR_FEE a Cluster Name 1 0 Device Name Address TwidoSel mw5 Data Type INT Raw Zero Scale 90 Raw Full Scale 1000 Eng Zero
71. e limitar a inclina o lateral do prot tipo dado que para inclina es demasiado pronunciadas este torna se inst vel podendo mesmo tombar Esta limita o baseou se no esquema da fig 4 11 Inclina o m xima Dir Inclina o m xima Esq Bloquear avan o cilindro FDE Bloquear avan o cilindro FEE Bloquear avan o cilindro TDE Bloquear avan o cilindro TEE Bloquear recuo cilindro FEE Bloquear recuo cilindro FDE Bloquear recuo cilindro TEE Bloquear recuo cilindro TDE Inclina o Dir Inclina o m xima Esq Fig 4 11 Limita o da inclina o lateral do chassis do prot tipo 1 vers o Como se pode verificar sempre que atingida a inclina o m xima s o bloqueados os movimentos dos actuadores que possam agravar a situa o sendo no entanto poss vel efectuar os movimentos que possibilitem que o prot tipo volte a uma inclina o considerada segura Ap s alguns testes efectuados entre eles a subida de rampas com apenas um dos lados do prot tipo verificou se que existia a possibilidade deste ficar inst vel mesmo com a limita o anterior activa Para minimizar este problema achou se conveniente implementar outra limita o Inclina o m xima Dir Inclina o m xima Esq Bloquear avan o cilindro FDE Bloquear avan o cilindro FEE Bloquear avan o cilindro TDE Bloquear avan o cilindro TEE Bloquear recuo cilindro FEE Bloquear recuo cilindro FDE Bloquear recuo cilindro TEE Bl
72. e locomo o misto bastante interessante utilizando simultaneamente lagartas e pernas As lagartas s o utilizadas no deslocamento em superf cies menos irregulares assim como na sua carga e descarga para cami es de transporte entre os v rios locais de trabalho Quanto s pernas estas s o utilizadas quando o equipamento se desloca em encostas com superf cies irregulares tal como se pode observar na fig 1 2 Atendendo a que o equipamento possui comandos independentes para os diferentes actuadores hidr ulicos nas v rias pernas isto permite definir com maior precis o a inclina o da broca quando o equipamento se encontra a perfurar a rocha Fig 1 2 TITAN XI a subir uma encosta Para al m das lagartas e das pernas o equipamento possui ainda um sistema de guinchos para o sustentar quando se encontra a trabalhar em encostas muito inclinadas por vezes at verticais Introdu o 1 1 3 BigDog O BigDog Boston Dynamics 2009 est a ser desenvolvido pela Boston Dynamics com o objectivo de criar um rob que seja capaz de se deslocar em qualquer tipo de terreno que um animal ou ser humano consiga alcan ar sendo o programa financiado pela Defence Advanced Research Project Agency DARPA O rob tem aproximadamente as dimens es de um c o de grande porte medindo um metro de comprimento 700 mm de altura e Fig 1 3 BigDog pesando 75 kg Este equipamento consegue atingir uma velocidade m xima de
73. e simples sendo constitu da por uma superf cie superior o tampo da mesa suportada por quatro pernas articuladas O material utilizado para a sua constru o foram perfis em liga de alum nio o que a tornou bastante leve O tampo da mesa destinado ao suporte de carga tinha 800x600 de dimens o sendo poss vel atrav s da articula o das pernas variar a sua altura desde os 600 mm at aos 1060 mm tal como se pode observar na fig 2 1 1060 Fig 2 1 Estrutura mec nica do prot tipo original Atrav s da articula o das pernas era ainda poss vel definir a inclina o da mesa conforme desejado embora fosse necess rio algum cuidado ao inclinar o prot tipo para os lados pois este poderia tombar Esta estrutura tamb m n o impunha restri es transposi o de pequenos degraus bastando para isso levantar de forma alternada as v rias pernas simulando se assim o andar de um animal quadr pede No entanto era necess rio inclinar previamente o chassis sempre que se pretendesse levantar uma perna de modo a deslocar o centro de massa com o objectivo de estabilizar o prot tipo 12 Mesa Hidr ulica M vel As limita es estruturais descritas anteriormente podem ser facilmente resolvidas com recurso a um software de controlo adequado n o implicando por isso altera es na estrutura mec nica A nica limita o que justificava altera es na estrutura mec nica era a aus ncia de um sis
74. ende testar bastando para isso criar um novo item conforme exemplificado na fig 4 17 EE OFSClient OFSDoc2 GRP1 0 2 0 File View Server Group Item Test Tools Window beds gt OFSDoc 2 GRP1 OP Access Path Browse Flat Enable Specific Item ID TwideSer mw Filter F Refresh DevExample 1 DevExample 2 TwidoSer EEE Datatype Filter Free Char C UnsChar Float C Boolean O Short C Uns Short Double String Long Uns Long Specific Concept UnityPro Readable Comment writable Address Unlocated Only Bath Item Creation 7 Initi 5 Free Item Initially Active Requested Type Free Simple Only Struct Only Simple amp Struct Add Cancel NUM Schneider Aut OFS Fig 4 17 Defini o da vari vel a testar no OFS Testing Client 93 Software Desenvolvido e Testes Efectuados Depois de definida a vari vel a testar neste caso a mem ria 15 poss vel verificar se esta se encontra acess vel quais as permiss es de acesso qual o seu valor actual qualidade do sinal entre outros par metros File View Server Group Item Test Tools Window Help Sl 1 TRUE ST 06 10 2009 18h20min53s Good 192 Short Short access Rights Read amp Write Feu Type None 1031
75. esquisa por fabricantes de equipamentos deste tipo optando se por instalar quatro transdutores da Transducers sendo o modelo escolhido o TP3BES3R Estes componentes tal como se pode verificar no cat logo do fabricante AEP Transducers 2008 possuem uma gama de medi o que vai dos O aos 50 bar variando o sinal de sa da entre os e os 10 V o que se traduz numa sensibilidade 0 2 V bar Fig 3 34 Transdutor de press o TP3BE53R Para al m dos transdutores de press o foi tamb m instalado um transdutor de posi o para medir o ngulo da direc o Numa primeira fase pensou se utilizar transdutores de cabo potenciom tricos semelhantes aos j instalados nos cilindros da articula o e da eleva o mas como existia um transdutor da Gefran fig 3 35 dispon vel optou se pela instala o do mesmo na Mesa Hidr ulica M vel 62 Mesa Hidr ulica M vel Fig 3 35 Transdutor de posi o LTH100S Atrav s da consulta do respectivo cat logo GEFRAN spa 2007 verificou se que tal como os transdutores referidos anteriormente este tamb m potenciom trico e possui uma gama de medi o de 100 mm Dado que a sua linearidade de 0 05 pode se aproximar a sua curva caracter stica a uma recta para efeitos de programa o Como o curso dos actuadores da direc o de 200 mm e o transdutor s tem 100 mm este teve de ser colocado a uma menor dist ncia do eixo de rota o da direc o de
76. ferido anteriormente devido ao peso excessivo e ao grande espa o ocupado pela solu o original foi necess rio reformular todo o sistema hidr ulico Nesta sec o encontram se expostas todas as altera es efectuadas desde a selec o das v lvulas ao dimensionamento da nova central hidr ulica Para uma mais f cil compreens o das v rias modifica es efectuadas optou se por dividir esta sec o nas seguintes partes e Sub circuito de accionamento das pernas onde descrito o funcionamento do novo circuito hidr ulico para al m disso tamb m relatado como foram instaladas as novas v lvulas e o processo de concep o dos respectivos blocos e Sub circuito de accionamento da direc o onde exposto o funcionamento deste sub circuito e abordada a concep o do bloco hidr ulico desenvolvido para alojar as v lvulas e Sub circuito da contrapress o neste caso n o foram efectuadas grandes altera es ao sistema anterior sendo por isso apenas relatadas algumas modifica es efectuadas com o intuito de o tornar mais compacto e Central hidr ulica onde s o descritas as v rias etapas do dimensionamento da nova central hidr ulica e Instala o do novo sistema hidr ulico onde s o descritas as v rias etapas desta opera o que se revelou bastante delicada Aqui tamb m apresentada uma imagem global do novo sistema hidr ulico assim como efectuadas algumas compara es com o original Ai
77. foi VW3A8114 da Telemecanique que por ser comercializado pela Schneider Electric garante uma total compatibilidade com o aut mato instalado na Mesa Hidr ulica M vel Dado que o computador n o possu a Bluetooth foi necess rio utilizar uma antena externa de modo a ser poss vel estabelecer a comunica o com o aut mato Para tal adquiriu se uma caneta da marca Trust que segundo este fabricante permite estabelecer comunica o num raio de dez metros No entanto ap s alguns testes concluiu se que este valor bastante mais elevado Fig 4 1 Comunica o bluetooth A utiliza o desta tecnologia trouxe uma maior flexibilidade durante a programa o do aut mato dado que o prot tipo n o necessita de estar pr ximo do computador para que se efectue a transfer ncia de dados Para al m disso esta tecnologia permite que o controlo remoto da Mesa Hidr ulica M vel se efectue sem a exist ncia de um cord o umbilical a lig la ao computador Depois de reconhecidas as vantagens desta tecnologia procedeu se instala o das duas antenas de modo a estabelecer a comunica o Para tal come ou se por conectar a caneta Bluetooth a uma das portas USB do computador e em seguida procedeu se instala o do software fornecido pelo fabricante 78 Mesa Hidr ulica M vel Quanto antena da Telemecanique apenas foi necess rio conect la porta RS 232 do aut mato program vel visto que ambos o
78. ftware lack of space to house cargo and it was not equipped with steering capability These factors dictated a need for an upgrade With this project it was installed a steering system and increased the size of the cargo area It was also reduced the global weight of the prototype and was made totally available the upper surface of the table for the transport of cargo in the Mobile Hydraulic Bench It was also developed a new control software which enabled the prototype to be able to control all movements with continuously variable speed Additionally the inclination of the chassis was controlled autonomously for the prototype be able to overcome obstacles such as ramps keeping its leveling at all times Finally it was implemented a system of control and data acquisition SCADA in order to remotely control the prototype through a computer using bluetooth communication vil Mesa Hidr ulica M vel Agradecimentos Em primeiro lugar gostaria de agradecer ao meu orientador Professor Doutor Francisco Jorge Teixeira de Freitas pela oportunidade de desenvolver este prot tipo pelo acompanhamento assim como pela partilha de conhecimento e engenho Agrade o ao Sr Joaquim Almeida t cnico de laborat rio pelos conhecimentos transmitidos assim como pela disponibilidade demonstrada ao longo destes ltimos meses Ao Sr Ramalho que comigo partilhou o espa o de trabalho agrade o a sua preciosa ajuda durante a fase ini
79. funcionamento do sub circuito de contrapress o manteve se inalterado continuando este a ser composto por duas v lvulas Fig 3 21 Sub circuito hidr ulico da contrapress o Uma v lvula limitadora de press o 6V1 respons vel por imp r a contrapress o na linha de retorno necess ria nos movimentos de descida do chassis e uma electrov lvula 2 2 de centro fechado 6V2 que a permite curto circuitar esta fun o Com este sub circuito consegue se uma maior suavidade nos movimentos do prot tipo sem que exista um grande desperd cio de energia visto que poss vel desligar a contrapress o quando esta n o necess ria Idealmente seriam necess rios quatro sub circuitos de contrapress o embora esta solu o n o tenha sido implementada Tal no entanto poder posteriormente ser executado Ainda de referir que este sub circuito apenas se encontra conectado s sa das de tanque dos blocos de accionamento das pernas uma vez que apenas necess rio utilizar contrapress o nos movimentos de descida do chassis A sa da para o tanque do subsistema hidr ulico da direc o liga directamente ao reservat rio visto que os movimentos destes actuadores s o na horizontal e as for as grav ticas n o se reflectem 48 Mesa Hidr ulica M vel Tal como se pode observar na fig 3 22 no prot tipo original j haviam sido utilizadas v lvulas de roscar para a contrapress o estas estavam instaladas em blocos
80. g Y Input Slider Access Up command CSV MM PageDisplay Mesa hidr ulica m vel Modo Manual ynoj Action Down Repeat E Logging Log message Repeat 500 miliseconds Clear Property La Fig 4 27 Configura o das tabs no Vijeo Citect Para programar as tabs foi utilizado o Cicode mais concretamente a fun o CSV_MM_PageDisplay Ao clicar com o rato numa tab esta fun o activada o que se traduz numa mudan a para a janela pretendida Para utilizar esta fun o para al m de se definir qual a p gina a carregar tamb m necess rio definir o seu posicionamento neste caso optou se pela 0 0 de modo que a nova janela aparega na mesma posig o que a anterior Na fig 4 27 apenas se encontra representada a configura o de uma das tabs tendo sido este processo repetido para as restantes Cicode a linguagem de programa o desenvolvida pela Citect para programar do Vijeo Citect em alternativa poder tamb m ser utilizado o Visual Basic for Applications 102 Mesa Hidr ulica M vel Depois de definida a navega o entre as diversas janelas foram programados os v rios comandos concebidos para o controlo dos diversos actuadores tal como se pode observar nas figuras 4 28 e 4 29 lt Citect Gr
81. ilizou se OFS Testing Client visto que esta ferramenta permite verificar se o computador consegue ler e escrever nas mem rias do aut mato OFSChient Het File View Server Group Perf Tools Help 0 Fle axle alee slo 1 Select server for the session 1 0 orc2o Progio ________ SID Citect OPC Citect OPC Server 1 Citect OPCRemote Citect Remote OPC Server BA198B6 Schneider Aut DFS Schneider Aut OPC Factory Server E767509 Prog ID Schneider Aut OFS tos Ready SERVER CUSTOM a Fig 4 15 OFS Testing Client 92 Mesa Hidr ulica M vel seleccionar o servidor OPC fig 4 15 o OPC Factory Server activado e come a a procurar as liga es definidas anteriormente Para se testar uma mem ria em particular necess rio definir um grupo de vari veis tal como se pode observar na fig 4 16 BE OFSClient File View Server Group Perf Tools Help JO sae site od es 1 BRR Notification Initially active Update rate 1000 ms IV Initially notification created Dead banding 0 000000 0 0 1 0 IV Initially notification enabled OPC Version Auto y Notify time cot Fig 4 16 Defini o de um grupo de vari veis no OFS Testing Client Ap s estar definido um grupo de vari veis apenas necess rio escolher qual das mem rias se pret
82. imentados a uma frequ ncia de 50Hz t m uma velocidade de rota o de 1500 rpm calculou se qual seria a cilindrada da bomba atrav s da equa o seguinte Q Vxnxn 3 2 Onde o caudal V a cilindrada a velocidade de rota o e n rendimento volum trico da bomba Dado pretendido um caudal de 4 l min a uma velocidade de rotag o de 1500 rpm e as bombas de engrenagens exteriores do grupo 1 t m rendimentos volum tricos na ordem dos 92 inseriram se estes valores na equa o 3 2 e obteve se cilindrada de 3 04 cm Depois de consultar o cat logo do fabricante verificou se que a bomba com a cilindrada mais pr xima deste valor seria uma de 3 2 cm que para velocidade de rota o de 1500 rpm conduz a um caudal de Q 3 2 x 107 x 25 x 0 92 3 3 amp 0 7 4x10 m s 3 4 Tal como se observar na equa o 3 4 com esta solu o consegue se um caudal de 4 4 l min quando o motor se encontrar velocidade nominal de 1500 rpm o que significa que quando o sistema se encontrar press o m xima de funcionamento 35 bar a bomba ir gerar uma pot ncia hidr ulica de 259 W Como as bombas de engrenagem exterior do grupo 1 t m rendimentos globais na ordem dos 85 e para os motores AC trif sicos de quatro p los este valor 65 concluiu se que a pot ncia el ctrica consumida seria aproximadamente 468 W 52 Mesa Hidr ulica M vel De modo a facilitar a escolha de uma das dua
83. ionados pela v lvula 5V2 dado que os cilindros est o mecanicamente interligados e portanto movem se simultaneamente embora em sentidos opostos A interliga o cruzada entre os dois actuadores permite que o accionamento da direc o tenha caracter sticas iguais em ambos os sentidos embora os actuadores sejam assim tricos Uma caracter stica importante da electrov lvula implementada a sua posi o central dado que permite que este sub circuito fique descarga quando a direc o n o estiver a ser utilizada Esta caracter stica permitiu poupar a utiliza o de uma terceira electrov lvula para colocar o circuito em carga tornando consequentemente o sistema mais compacto Fig 3 17 Sub circuito hidr ulico da direc o Ao desenvolver este sub circuito n o existiram preocupa es com o sincronismo dos dois cilindros dado que este assegurado pela estrutura mec nica do sistema de direc o Como os dois actuadores s o alimentados em paralelo o caudal ter tend ncia a fluir para o cilindro que estiver a efectuar menor for a permitindo assim que o sincronismo seja efectuado mecanicamente sem colocar a estrutura sob esfor os demasiado elevados 44 Mesa Hidr ulica M vel Tal como no caso anterior neste sistema foram tamb m instaladas v lvulas de roscar com o objectivo de tornar o circuito mais leve e compacto Foi portanto necess rio instalar um bloco hidr ulico adequado a este tipo de v lvulas
84. l 121 Mesa Hidr ulica M vel Julho de 2009 FEUP DEMec 910 EI Material CK 45 Mesa Hidr ulica M vel 123 Mesa Hidr ulica M vel TABELA DE COMPONENTES NOME DESENHO Placa de fixa o Julho de 2009 Mesa Hidr ulica M vel FEUP DEMec Apolo 9 CC an 125 Mesa Hidr ulica M vel TABELA DE COMPONENTES NOME DESENHO Placa de fixa o Julho de 2009 Mesa Hidr ulica M vel FEUP DEMec Apoio 10 CC a mesones 127 A A a st A A ASA ds Sos oF 2 O AL o 2 Y BAR 808 4 j 20 ZusZe A E E m lt E SG tf ER 7 LL 3 TEMAS IDAS Y DL 4222222222 Mesa Hidr ulica M vel V7 CAVIDADE B08 4 CAVIDADE 808 2 Ed LAN E A Zan eee CAVIDADE 808 3 Julho de 2009 Mesa Hidr ulica M vel FEUP DEMec Bloco Hidr ulico ee Sub circuito Pernas Material DU To ST SST 131 Mesa Hidr ulica M vel Bloco Hidr ulico
85. l de comando variador freq USAR clin metro X VDC O USAR clin metro Y OA1 0 L gt gt D 2 o gt _ __________ ID0 0 o IDO 1 1002 o 100 3 IDO 5 o 1006 ___________ 100 7 100 8 IDO 9 _ _ IDO A0 ODO ODO _______ ODO CV 0002 o O OD04 ODO comum1 ______ 0005 ___________ 6 _________ ODO comum2 _______ 0007 ODO comum3 OA1 0 E OA1 0V _________ 55 Pasto S 9 OA1 0 L _________ 2 lt lt 5 141 0 L 1A1 14 IA1 1 L WAZ WAZA 142 2 142 3 2 u gt gt o lt IDIOITI lt lt 51315 21310 o 4 VDC comando cq do comp da junta FDE ermelho cq do comp da junta FDA cq do comp da junta FEE do comp da junta FEA nzento eto 2 AGND MODULO 2 Pl gt gt papa 5 eo co fn N cg do comp da junta TDE cq do comp da junta TDA cq do comp da junta TEE cq do comp da junta TEA 4 VDC comando TWDAMISHT marelo anco 0 arga das baterias 24V comando arga das baterias 24V pot ncia arga das baterias 12V pot ncia ransdutor direc o ranco arelo stanho MODULO 3 ransdutor press o FD astanho amarelo ransdutor press o FE rde branco ransdutor press o TD ul vermelho ransdutor press o TE mare
86. la 4 1 Fun es implementadas no modo autom tico do software de supervis o 97 Tabela 4 2 C digo de cores utilizado no resumo de alarmes 98 xix Mesa Hidr ulica M vel 1 Introdu o A cada dia a rob tica d passos muito importantes em diversas reas ajudando o homem a realizar tarefas que sem estas maravilhas seriam totalmente impens veis Inicialmente os equipamentos robotizados eram usados sobretudo em ambientes hostis para os seres humanos mas s o cada vez mais utilizados para limpar pisos cortar relva explora o subaqu tica e aeroespacial cirurgias resgate entretenimento etc Dada a import ncia dos rob s e a sua crescente aplica o temos como objectivo criar um equipamento dotado de mobilidade e flexibilidade doravante designado Mesa Hidr ulica M vel capaz de combinar o melhor de dois mundos da rob tica m vel os rob s com pernas e os rob s com rodas Pretende se assim simular o caminhar de um animal quadr pede ao ultrapassar obst culos mais complicados enquanto que em superf cies planas a locomo o efectuada recorrendo se s rodas actuando as pernas apenas como suspens o Futuramente pretende se que o prot tipo seja aut nomo equipado com GPS e vis o artificial Esta monografia o relat rio final da segunda fase do desenvolvimento de uma Mesa Hidr ulica M vel concebida no mbito do projecto de fim de curso do Mestrado Integrado em Engenharia Mec
87. leva o e de articula o o caudal essencialmente definido pelos requisitos de movimento de transla o do prot tipo Pretendeu se que a velocidade fosse tal que acompanhasse um ser humano a passo acelerado cerca de 5 Km h Isto corresponde a cerca de 0 7 l min sub circuito Depois destas considera es iniciais passou se escolha e dimensionamento dos componentes em quest o come ando se pela central hidr ulica devido ao facto de se tratar de um processo iterativo sendo bastante prov vel que o caudal avan ado anteriormente seja moldado em fun o da central escolhida Tendo as afirma es anteriores em conta chegou se conclus o que a nova central deve fornecer um caudal de aproximadamente 4 l min a uma press o m xima de 35 bar dado que a nova central tem de alimentar cinco sub circuitos mais um do que a antiga Depois alguma pesquisa por fabricantes de centrais hidr ulicas compactas optou se pela Oil Sistem que possui uma gama diversificada de equipamentos deste tipo Fig 3 24 Exemplo de uma central Hidr ulica compacta 50 Mesa Hidr ulica M vel Numa primeira fase pensou se em utilizar um motor el ctrico de corrente cont nua com o objectivo de eliminar o inversor de corrente existente no sistema original esperando se assim obter uma maior efici ncia energ tica Mas ap s consultar os bacos dispon veis no cat logo do fabricante Oil Sistem 2007 chegou se
88. lo branco Spoof aye To To OPN To 2 fofo fo gt TSfnfol5T T gt lt lt lt lt lt g g g g g O O O OLHO TWDAMISHT M d de 8 Ent Anal g M d de 8 Ent Anal g E E 141 ANEXO Tabela de Liga es ao Aut mato O D4 0 004 3 004 4 O D4 6 OD4 comum O D4 8 2 gt gt M DULO 4 004 10 por rel TWDDRA16RT 0 4 13 M dulo de 16 sa das digitais 004 15 004 comum1 N 005 comum0 M dulo 8 sa das digitais rel TWDDRASRT MODULO 5 O D5 7 005 comum 005 3 005 comum0 TWDDRA8RT MODULO 6 2 O O O gt digitais rel rea M dulo de 8 sa das OD5 7 005 comum Legenda EXX X ou TXX X XDX X ou XEX X XXE X ou XXM X XXX a ou XXX b olenoide FDE a olenoide FDE b olenoide FDA a olenoide FDA b olenoide FDM a olenoide FDM b olenoide FD Trav o olenoide FD Carga 4 VDC O USAR olenoide FEE a olenoide FEE b olenoide FEA olenoide FEA b olenoide FEM a olenoide FEM b olenoide FE Trav o olenoide FE Carga 4 VDC olenoide TDE a olenoide TDE b olenoide TDA a olenoide TDA b 4 pot ncia O USAR olenoide TDM a olenoide TDM b olenoide TD Trav o olenoide TD Carga 4 VDC olenoide TEE a olenoide TEE b olenoide TEA olenoide TEA b 4 VDC O USAR olenoide TEM a olenoide TEM b olenoide TE Trav o olen
89. m ser dedicado algum tempo ao melhoramento da sensoriza o do ve culo Como no desenvolvimento original n o houve disponibilidade para criar um software m nimo de controlo este dever ser desenvolvido nesta fase do projecto Para finalizar tamb m importante desenvolver uma interface homem m quina amig vel de modo a tornar o comando remoto do prot tipo mais simples e intuitivo 21 Mesa Hidr ulica M vel 3 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o Ap s estar conclu da a an lise do prot tipo original iniciou se a concep o e desenvolvimento da nova solu o Esta foi baseada nas considera es tecidas ao longo do cap tulo anterior onde se chegou conclus o que seria vantajoso efectuar altera es na estrutura mec nica nos sistemas hidr ulico e el ctrico assim como adicionar alguns meios de sensoriza o de modo a posteriormente ser poss vel desenvolver um software adequado a apresentar no pr ximo cap tulo Para uma mais f cil compreens o das v rias altera es efectuadas este cap tulo encontra se dividido nas seguintes sec es Sistema de Direc o onde s o expostos os v rios procedimentos efectuados durante o desenvolvimento e instala o do novo sistema de direc o e Sistema Hidr ulico onde explicado o funcionamento do novo sistema hidr ulico e para al m disso expostas as v rias etapas da concep o e instala o deste novo sistema na Mesa Hidr ulica M
90. mbolo 4 9 js 2 e rea secund ria 3 8 cm Obteve se um bin rio m ximo de 1 1 KNm que ser suficientemente elevado para poder at articular a mesa quando esta estiver im vel Tendo em conta as considera es anteriores concluiu se que as dimens es adequadas para os cilindros a utilizar fig 3 6 s o 25 mm de di metro e 200 mm de curso Fig 3 6 Cilindro SMC CHM C 25 200 Ap s estarem definidos os actuadores a instalar foi desenvolvido um sistema de fixa o capaz de efectuar a articula o entre os cilindros e as mesas R tula lt nn nn Haste do cilindro Parafuso de fixa o Apoio Anel el stico Fig 3 7 Pormenor do sistema de fixag o Na fig 3 7 apenas est representada metade do sistema visto que o outro lado semelhante diferindo apenas no di metro do apoio 33 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o Devido especificidade do requisito de fixa o foram desenhadas e fabricadas quatro pe as medida fig 3 8 Os desenhos de constru o das pe as desenvolvidas encontram se dispon veis no Anexo A Fig 3 8 Apoio dos cilindros da direc o Para finalizar apresenta se na fig 3 9 o modelo 3D da Mesa Hidr ulica M vel j com o sistema de direc o incorporado Fig 3 9 Modelo 3D da Mesa Hidr ulica M vel 34 Mesa Hidr ulica M vel 3 2 Sistema Hidr ulico Tal como re
91. ment Scaling Fill Input Slider Access E Numeric expression 5 C On off TRANSDUTOR_PRESS_FE 5 Multi state s Array Numeric F String E Format 4 E lt 2 5 5 Clear Property Carol amp Eleva o Eleva o Articula o Articula o Fig 4 31 Apresenta o das leituras dos transdutores no Vijeo Citect A configura o da caixa de texto foi bastante simples sendo apenas necess rio definir qual a vari vel a apresentar defini la como um valor num rico e finalmente escolher o n mero de algarismos a apresentar Dado que o aut mato fornecia um sinal vari vel de O a 1023 em fun o da posi o do transdutor da direc o trandutor direc o sentiu se a necessidade de desenvolver uma rotina no Cicode respons vel por transformar este sinal numa vari vel leitura dir que assuma o valor 0 quando a direc o se encontra na posi o central e o valor 100 quando esta se encontra na posi o m xima de viragem quer esquerda quer direita Para al m desta vari vel anal gica foi tamb m criada uma vari vel digital virado esq de modo a ser poss vel verificar se o prot tipo se encontra virado esquerda ou direita Apresenta o da leitura do transdutor da direc o INT leitura dir aux INT leitura dir auxl IF TRANSDUTOR DIREC O lt 511 THEN leitura dir leitura dir aux virado es
92. mentado em 54 kg No entanto depois das altera es a efectuar no sistema hidr ulico espera se que a massa global da Mesa Hidr ulica M vel seja inferior do prot tipo original A articula o fig 3 3 composta por quatro mancais acoplados a um veio em a o de 35 mm de di metro Para a fixa o deste sistema s mesas foram instalados dois suportes constitu dos por uma placa de a o com 8 mm de espessura e um refor o em constru o soldada para conferir maior rigidez estrutura Foram ainda adicionados batentes em borracha de modo a ser poss vel descer a estrutura at esta apoiar no solo Placa de fixa o Fig 3 3 Pormenor da articula o da direc o Posto isto era agora necess rio conceber o sistema de accionamento Como a utiliza o de actuadores hidr ulicos era a solu o mais evidente optou se pela instala o de dois cilindros um de cada lado das mesas para efectuar o movimento Por uma quest o de coer ncia com o trabalho anterior optou se por instalar cilindros de corpo em liga de alum nio semelhantes aos j existentes 31 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o O primeiro passo do dimensionamento dos actuadores foi a defini o do curso necess rio para efectuar o movimento pretendido esta decis o foi baseada no modelo 3D desenvolvido no SolidWorks 2009 chegando se conclus o que o curso ideal dos actuadores para permitir a sua adequada fixa o estrutura
93. modo a ser poss vel efectuar esta medi o na fig 3 36 pode se observar o transdutor j instalado no prot tipo Fig 3 36 Transdutor instalado no prot tipo para a medi o do ngulo da direc o 63 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o 3 4 Sistema El ctrico e Hardware Tal como foi referido na sec o 2 4 reconheceu se a necessidade de reformular o sistema el ctrico devido ao facto de o circuito original estar divido em tr s quadros el ctricos o que o tornava globalmente bastante volumoso Esta reformula o consistiu sobretudo na instala o de todos os componentes presentes nos tr s quadros referidos anteriormente num nico quadro el ctrico Para al m disso foram tamb m efectuadas algumas altera es ao hardware de comando de forma a ser poss vel controlar o novo sistema hidr ulico e efectuar a leitura dos novos transdutores O hardware respons vel pelo controlo do motor el ctrico n o sofreu grandes altera es dado que se optou por manter o variador de frequ ncia e o inversor de corrente utilizados no prot tipo original Esta decis o deveu se ao facto de a nova central hidr ulica tal como a instalada no prot tipo original utilizar um motor AC trif sico de 370 W Ao contr rio dos componentes referidos anteriormente o aut mato program vel foi alvo de uma reformula o Esta consistiu na troca de alguns m dulos de expans o de forma a ser poss vel controlar o novo sistem
94. n o do ngulo da articula o a gravidade tanto poder favorecer tanto o avan o como o recuo destes actuadores Ap s alguns testes efectuados ao prot tipo original concluiu se que na nova vers o do prot tipo os motores hidr ulicos devem possuir a capacidade de serem bloqueados ou libertados em diferentes situa es de funcionamento nomeadamente nos movimentos de subida e descida do chassis em que umas rodas motrizes devem estar livres e outras necessariamente bloqueadas Esta necessidade deve se ao facto das v lvulas utilizadas para o comando dos motores serem de centro fechado o que impede que as rodas se movam livremente quando s o efectuados os movimentos de eleva o e articula o Este problema foi resolvido com a adi o da v lvula 1V8 que permite destravar as rodas quando necess rio com esta altera o conseguiu se que os movimentos de subida e descida do chassis se tornassem bastante mais suaves e se evitassem incompatibilidades 37 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o Ap s a defini o do circuito hidr ulico a implementar consultaram se alguns cat logos de fabricantes de v lvulas hidr ulicas de roscar optando se por instalar v lvulas da Paker Hannifin Corporation dado que este fabricante possui uma extensa gama deste tipo de componentes com cavidades normalizadas Tendo por objectivo obter um sistema hidr ulico o mais compacto poss vel decidiu se conceber e const
95. nas possuem uma pot ncia de 12 W enquanto que as anteriores consumiam 30 W Ora como as bobinas s o alimentadas com uma tens o de 24 VDC isto significa que ir o consumir uma corrente de 0 5 A Ap s consultar o cat logo do aut mato program vel Schneider Electric Portugal 2002 verificou se que seus rel s est o dimensionados para uma corrente de 2 A pelo que se optou por ligar directamente os solen ides ao aut mato O nico solen ide em que se manteve o rel foi o da electrov lvula do bloco da contrapress o Esta decis o deveu se ao facto de esta possuir uma pot ncia mais elevada que as anteriores pelo que por raz es de seguran a se optou por manter o rel 24 VDC 0 VDC Fig 3 45 Esquema de liga o dos solen ides 71 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o Tal com se pode verificar na fig 3 45 semelhan a do circuito original foram instalados d odos free wheeling em paralelo com os solen ides Desta vez no entanto para melhor organiza o do quadro el ctrico optou se pela instala o dos mesmos no interior das fichas dos solen ides tal como se pode observar na fig 3 46 Diodo Free wheeling Fig 3 46 Pormenor da ficha de um solen ide Depois de definidos os esquemas de liga es dos transdutores e actuadores foram ent o realizadas as liga es ao aut mato Em primeiro lugar efectuaram se as liga es ao m dulo base fig 3 47 Este alimentado com os
96. ncias de altura e inclina o Para al m disso foram acrescentados os comandos necess rios ao controlo do motor possibilitando assim ao utilizador controlar a velocidade de rota o e para al m disso lig lo e deslig lo conforme for mais conveniente Finalmente na fig 4 24 apresentada a interface gr fica desenvolvida para calibra o dos transdutores Esta deve ser efectuada antes de se come ar a utilizar a Mesa Hidr ulica M vel caso contr rio as refer ncias por eles proporcionadas n o ser o as mais exactas o que certamente influenciar negativamente o desempenho do prot tipo 99 Software Desenvolvido e Testes Efectuados TE Mesa Hidr ulica M vel QUE Modo Autom tico Modo Manual Calibra o Transdutores Cilindros Eleva o Instru es 1 Avan ar totalmente os cilindros da eleva o 2 Pressinar bot o Calibrar Motor El ctrico 100 Transdutores Cilindros Articula o 50 Instru es 1 Avan ar totalmente os cilindros da articula o 2 Pressinar o bot o Calibrar 25 Calibrar Transdutor da Direc o Carga Inclin metro Instru es Instru es Instru es m 1 Alinhar a direc o na posi o central 1 Colocar a carga no chassis 1 Nivelar manualmente o chassis 2 Pressinar o bot o Calibrar 2 Pressinar o bot o Calibrar 2 Pressinar o bot o Calibrar 16 44 42 Carga das Baterias Wed Jul 22 2009 Comando EE
97. ncionamento o prot tipo imobiliza se 97 Software Desenvolvido e Testes Efectuados TE Resumo de alarmes aax On Time Name Alarm Off Time 16 19 17 Cilindro TDE 16 19 16 Cilindro Fig 4 22 Interface gr fica do sistema SCADA Resumo de Alarmes Na fig 4 22 encontra se a interface gr fica desenvolvida para apresentar o resumo dos v rios alarmes que foram accionados durante a utiliza o da Mesa Hidr ulica M vel Atrav s do c digo de cores utilizado tamb m poss vel perceber se um determinado alarme se encontra activo no momento ou caso j n o esteja activo se foi ou n o reconhecido pelo utilizador Tabela 4 2 C digo de cores utilizado no resumo de alarmes Amarelo esbatido Alarme n o reconhecido 98 Mesa Hidr ulica M vel Quando o prot tipo se encontra em modo manual o controlo de inclina o desligado sendo portanto este modo de funcionamento ideal para efectuar um comando manual dos v rios actuadores do prot tipo assim como para deslocar o prot tipo rapidamente sem que seja efectuado o controlo de inclina o do prot tipo TE Mera a em Ax Modo Autom tico Modo Manual Fig 4 23 Interface gr fica do sistema SCADA Modo Manual Tal como se pode observar na fig 4 23 o aspecto gr fico desta interface muito semelhante desenvolvida para o modo autom tico tendo apenas sido removidas as refer
98. nda de referir que de forma a obter uma vis o global de todo o sistema hidr ulico o leitor deve consultar o Anexo B onde se encontra dispon vel um esquema completo do mesmo 35 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o 3 2 1 Sub circuito de Accionamento das Pernas Uma das principais altera es em rela o ao sistema hidr ulico original foi a utiliza o de v lvulas de roscar montadas em blocos de liga de alum nio tendo sido esta decis o baseada nas considera es tecidas na sec o 2 2 Em termos de funcionamento este sub circuito sofreu tamb m algumas altera es de modo a ser poss vel colmatar algumas lagunas detectadas no prot tipo original Tal como na solu o original o sistema foi dividido em quatro sub circuitos um para cada perna Na fig 3 10 apresenta se o circuito de accionamento de uma das pernas eleva o articula o motor FD TD FD Fig 3 10 Sub circuito hidr ulico de accionamento de uma perna Embora n o esteja representado na figura anterior as sa das para o reservat rio de cada um dos sub circuitos de accionamento das pernas n o ligam directamente ao dep sito de leo estas encontram se conectadas ao sub circuito de contrapress o que ser abordado mais frente na sec o 3 2 3 36 Mesa Hidr ulica M vel semelhan a do sistema hidr ulico da solu o original a movimenta o em simult neo dos cilindros de eleva o e de articula o de
99. ndo o primeiro respons vel pela alimenta o e aquisi o de sinal dos transdutores enquanto que no segundo estavam instalados os rel s de comando das electrov lvulas O quadro da fig 2 22 continha ainda d odos free wheeling de maneira a evitar sobretens es durante as comuta es das valvulas 3 Nas cargas indutivas bastante comum ocorrerem picos de tens o s bitos quando existe um corte da sua tens o de alimenta o de modo a resolver este problema frequente instalar diodos em paralelo com este tipo de componentes estes s o denominados de diodos free wheeling 25 Estudos Pr vios e Avalia es Tal como o sistema hidr ulico do prot tipo original o sistema el ctrico tamb m bastante volumoso existindo portanto a necessidade de efectuar uma reformula o Esta dever ter como principal objectivo concentrar todos os componentes el ctricos na parte inferior de uma das mesas sendo para isso necess rio concentrar todos os quadros referidos anteriormente em apenas um s Dado que o novo quadro el ctrico ir ficar localizado na parte inferior do chassis o acesso ao mesmo ser limitado Devido a este facto dever ser incorporado um bot o na lateral do chassis que permita ligar e desligar o prot tipo sem haver a necessidade utilizar os disjuntores do quadro el ctrico Para al m do interruptor On Off referido anteriormente dever tamb m ser adicionada uma botoneira de emerg ncia isto ir
100. nir prioridades tendo se optado por corrigir em primeiro lugar as inclina es laterais e s depois as transversais Esta decis o deveu se instabilidade do prot tipo perante inclina es laterais existindo mesmo a possibilidade de ocorr ncia de quedas Na fig 4 9 encontra se representado o esquema que serviu de base programa o do aut mato Inclinado Dir Inclinado Esq Inclinado Fr Inc dupla Inclinado Tr Inc dupla 85 Software Desenvolvido e Testes Efectuados Recuar cilindro FEE Avan ar cilindro FDE Recuar cilindro FDE Recuar cilindro TEE Avan ar cilindro TDE Recuar cilindro Avan ar cilindro FEE Recuar cilindro TDE 11 Avan ar cilindro Avan ar cilindro Recuar cilindro TEE Avan ar cilindro FEE Inclinado Fr Recuar cilindro FDE Recuar cilindro FEE Avan ar cilindro TDE Avan ar cilindro TEE Inclinado Tr Fig 4 9 Grafcet de controlo da inclina o 2 vers o Depois de implementado o programa descrito anteriormente efectuaram se novamente alguns testes de modo a verificar o seu funcionamento sendo o resultado foi bastante satisfat rio embora n o fosse poss vel efectuar correc es inclina o do chassis com o prot tipo em movimento Para resolver este problema optou se por desligar momentaneamente o motor hidr ulico de uma perna sempre que esta tivesse um dos seus cilindros activos Ainda de referir que devido s
101. nstalados transdutores de cabo potenciom tricos devido ao seu baixo custo e facilidade de incorpora o O fabricante escolhido foi a Micro Epsilon mais concretamente o modelo MK30 com uma gama de medi o de 250 mm visto que os actuadores da eleva o e da articula o t m cursos de 200 mm e 100 mm respectivamente Fig 2 15 Transdutor de posi o Micro Epsilon Ap s consultar o cat logo destes componentes Micro Epsilon 2007 verificou se que possuem uma resolu o de 0 1 mm que como se tinha afirmado anteriormente o adequado dado que o feedback mais preponderante o fornecido pelo inclin metro Depois de analisados os transdutores j instalados no prot tipo original efectuaram se alguns testes ao ve culo hidr ulico com o objectivo de averiguar sobre a necessidade da incorpora o de outros transdutores E certo que era necess rio adicionar outro transdutor de posi o com o objectivo de efectuar a medi o do ngulo da direc o Uma vez que o equipamento possui quatro pernas e n o possui suspens o el stica existia a possibilidade de uma das pernas ficar levantada fazendo com que essa roda ficasse sem trac o Este problema poder ser facilmente resolvido com a incorpora o de transdutores de press o tal como no prot tipo apresentado na sec o 1 1 1 Titan VI Com a adi o destes componentes ser poss vel desenvolver um software de controlo de press o adequ
102. nte foram concebidos tr s divisores de tens o dois com resist ncias de 9 9 e 4 6 para os circuitos de 24 VDC e um com duas resist ncias de 6 7 KQ para o sistema de alimenta o do motor el ctrico Circuitos Circuitos de 24 VDC de 12 VDC Fig 3 41 Divisores de tens o implementados no prot tipo Depois de definidos os v rios circuitos de alimenta o iniciou se a concep o do esquema de liga es dos elementos de medi o come ando se pelos transdutores de posi o Estes dado que s o resistivos t m uma sa da vari vel desde os O VDC at sua tens o de alimenta o ou seja se forem alimentados a 12 VDC produzem uma sa da vari vel entre os 0 VDC e 12 VDC conforme estejam na sua posi o m nima ou m xima respectivamente Dado que o aut mato apenas l vari veis anal gicas com valores de tens o compreendidos entre O VDC e 10 VDC seria de esperar que os transdutores de posi o fossem alimentados com 10 VDC Mas como os transdutores de posi o utilizados possuem uma gama de medi o de 250 mm e os actuadores da eleva o e da articula o possuem cursos de apenas 200 mm e 100 mm respectivamente os transdutores nunca ir o atingir o seu valor m ximo Devido a este facto com o objectivo de evitar a utiliza o de mais divisores de tens o optou se por alimentar estes componentes com uma tens o de 12 VDC 69 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o 12 V Comando
103. o prot tipo original 19 Estudos Pr vios e Avalia es A nova central hidr ulica em vez de quatro sub circuitos ter de alimentar cinco devido necessidade de um sub circuito extra para a direc o Para esta nova central foram ponderadas duas alternativas e Uma delas seria a utiliza o de uma central semelhante anterior mas desta vez com cinco pequenas bombas de engrenagem accionadas por um nico motor el ctrico Perna 1 Perna 2 Perna 3 Perna 4 Direc o DO o N u LL Fig 2 12 Central com 5 bombas hidr ulicas e Em alternativa seria utilizado um divisor de caudal utilizando se desta vez uma central com apenas uma bomba hidr ulica Perna 1 Perna 2 Perna 3 Perna 4 Direc o i a a a Fig 2 13 Central hidr ulica simples e divisor de caudal 2 Um divisor de caudal composto por v rios motores hidr ulicos iguais unidos pelo mesmo veio Este tipo de componente utilizado quando se pretende dividir igualmente o caudal proveniente de um circuito por v rios sub circuitos 20 Mesa Hidr ulica M vel 2 3 Sensoriza o Tal como foi referido anteriormente um dos principais requisitos do prot tipo original era a manuten o da sua horizontalidade mesmo quando este se encontrasse sobre superf cies irregulares De forma a ser poss vel efectuar um controlo de in
104. o quadro el ctrico Com esta disposi o foi poss vel cumprir o objectivo de libertar a parte superior do chassis de modo a facilitar o transporte de carga na Mesa Hidr ulica M vel Numa primeira fase pensou se em instalar um quadro el ctrico fechado semelhan a do prot tipo original mas optou se por utilizar apenas uma platine com calhas DIN ficando o quadro aberto Esta decis o deveu se ao facto da Mesa Hidr ulica M vel se tratar de um prot tipo e muito provavelmente vir a ser sujeita a modifica es revelando se esta op o muito mais vantajosa em termos de acessibilidade facilitando assim poss veis altera es futuras Depois de estar definido o local e as dimens es do novo quadro el ctrico 450x300 mm iniciou se a concep o do novo circuito de alimenta o Este semelhan a do antigo possui quatro sub sistemas independentes e 24 V de comando composto por duas baterias de 12 VDC ligadas em s rie respons veis por alimentar o aut mato e os transdutores de press o e 2 V de sinal respons vel por fornecer energia aos transdutores de posi o Este circuito alimentado por uma das baterias do circuito de alimenta o do aut mato dado que neste caso o consumo de corrente ser relativamente reduzido 66 Mesa Hidr ulica M vel e 24 V de pot ncia composto por duas baterias de 12 VDC ligadas em s rie respons veis por alimentar os solen ides das electrov lvula
105. o sem fios entre TwidoSoft e aut mato foi bastante simples dado que como foi criada uma porta s rie virtual bastou seguir os procedimentos habituais para o estabelecimento de comunica o atrav s de um cabo RS 232 O nico par metro ao qual foi necess rio prestar mais aten o foi ao n mero da porta que deve ser o mesmo da porta virtual aquando da configura o da comunica o bluetooth neste caso a COM 6 80 Mesa Hidr ulica M vel Depois de configurado o software de programa o do aut mato iniciou se a concep o dos algoritmos de controlo da Mesa Hidr ulica M vel Embora numa primeira fase tenham sido testadas algumas estrat gias de controlo antes de terminada a reformula o descrita no cap tulo anterior Fig 4 4 Prot tipo em fase de testes Em primeiro lugar foi testado o funcionamento dos v rios transdutores e actuadores recorrendo se s Animation Tables do TwidoSof que para al m de permitirem verificar o valor das vari veis do aut mato possibilitam tamb m for ar o estado dessas vari veis para valores desejados Depois de efectuados os testes descritos anteriormente iniciou se a implementa o das fun es elementares no aut mato come ando se por efectuar o comando dos motores hidr ulicos de maneira a ser poss vel deslocar o prot tipo para a frente e para tr s conforme desejado A programa o desta fun o foi baseada no esquema da fig 4 5
106. oide TE Carga 4 VDC pot ncia astanho cinzento astanho amarelo astanho rosa reto castanho eto amarelo eto verde reto branco erde castanho aia pot ncia erde cinzento erde rosa erde branco osa cinzento osa amarelo sa branco rmelho verde ermelho branco lt ojo pot ncia rmelho castanho rmelho amarelo anco nzento DID arelo Sala oloje Sais pot ncia rde stanho rmelho pot ncia ul verde ul vermelho ul castanho ul amarelo Frente ou traseira do prot tipo respectivamente Lado direito ou esquerdo respectivamente Eleva o articula o e Motor respectivamente Solenoide a ou b respectivamente 142 Mesa Hidr ulica M vel ANEXO D Esquemas El ctricos 143 Mesa Hidr ulica M vel opssaudou u07 020 31 opssaud psu 0952841 N Psuv 09333411 03014 145 EST CERA E FOR 2 5 0300 37 03144 33 3 N ate ADA XZ 9 AL 9 ZL 29 2 io 166 lt a WoL 4 al F f OCA ZL UVZ L 166 9 ANEXO D Esquemas El ctricos 20A v
107. omment Record 1 Server Name Port Name Board Name Baud Rate Stop Bits Special Opt Comment Record PORTI_BOARDT BOARD1 y Data Bits 1 Fig 4 19 Configura es iniciais do Vijeo Citect Port Number 1 Depois de definidos os par metros fig 4 19 ainda necess rio configurar dispositivo de entradas e sa das para finalizar a configura o inicial do Vijeo Citect E Server Name Name Address Protocol Memory Comment TwidolO 100 raulica Move Number Schneider Aut DFS le iv Port Name PORT1_BOARD1 Record 1 Fig 4 20 Configura o do dispositivo I O no Vijeo Citect 95 Software Desenvolvido e Testes Efectuados Finalizada a configura o inicial do sistema SCADA iniciou se a concep o da interface gr fica do Vijeo Citect Com o objectivo de facilitar o comando remoto do prot tipo esta interface encontra se dividida em tr s modos de funcionamento e Modo autom tico e Modo manual e Modo de Calibra o Quando o prot tipo se encontra em modo autom tico o controlo de inclina o encontra se activo pelo que os ajustes da inclina o e da altura do chassis s o efectuados automaticamente Na fig 4 21 apresenta se a interface gr fica desenvolvida para este modo de funcionamento 163101 Wed 22 2005 Fig 4 2
108. onada por um motor AC trif sico de 370 W Esta bomba possu a quatro elementos bombantes individualiz veis sendo cada um deles respons vel pela alimenta o de um sub circuito conseguindo se assim o efeito de quatro bombas hidr ulicas de um mbolo cada Este sistema tal como as v lvulas era bastante volumoso e pesado para al m disso era tamb m algo ruidoso para os requisitos da aplica o no entanto a solu o dispon vel no momento para a aplica o Fig 2 10 Central hidr ulica anterior Como se pretende que no novo prot tipo o sistema hidr ulico tanto as v lvulas como a central ocupe apenas a parte inferior de uma das mesas chegou se conclus o que seria necess rio substituir todo o sistema por um bastante mais compacto Uma solu o poss vel para diminuir o espa o ocupado pelas v lvulas a substitui o das existentes por v lvulas de roscar montadas em blocos de liga de alum nio solu o poss vel dada a baixa press o utilizada na solu o Este tipo de componentes muito utilizado em aplica es m veis de baixo caudal como o caso da Mesa Hidr ulica M vel devido sua compacidade e peso diminuto Para al m disso esta altera o conduz a uma poupan a significativa de energia el ctrica dado Fig 2 11 V lvula gt 5 que consumo de corrente das bobinas destas v lvulas muito inferior ao das utilizadas no circuito instalado n
109. onfigura o da barra Em complemento tamb m necess rio escolher o sentido de enchimento da barra 106 Mesa Hidr ulica M vel Em seguida iniciou se a configura o dos alarmes a apresentar na parte inferior da interface gr fica tendo sido utilizada a fun o CSV Alarms DspLast do Cicode que permite efectuar a apresenta o dos alarmes activos Ao utilizar esta fun o necess rio definir o n mero de alarmes a apresentar neste caso quatro o Animation Point onde come a a lista de alarmes e finalmente o tipo de alarmes a apresentar Foram tamb m concebidos dois comandos respons veis pelo controlo dos alarmes tal como se pode observar na fig 4 33 Time 1 2 5 so gt Fig 4 33 Comandos concebidos controlo dos alarmes Vijeo Citect Ao clicar no item 1 da fig 4 33 carregada a janela Resumo de alarmes apresentada anteriormente permitindo assim ao utilizador consultar todos os alarmes activados durante a utiliza o da Mesa Hidr ulica M vel Para tal foi utilizada a fun o CSV MM WinPopup do Cicode dado que esta fun o abre a janela Resumo de alarmes em popup conseguindo se assim continuar a comandar o prot tipo atrav s da janela que estava activa antes de se ter pressionado este comando Na configura o do item 2 foi utilizada a fun o CSV Alarms AckPage que permite efectuar o reconhecimento dos
110. oquear recuo cilindro TDE Bloquear motores hidr ulicos Bloquear motores hidr ulicos Inclina o m xima Dir Inclinag o m xima Esq Fig 4 12 Limita o da inclina o lateral do chassis do prot tipo 2 vers o 89 Software Desenvolvido e Testes Efectuados Tal como se pode observar no esquema da fig 4 12 nesta segunda vers o quando atingida a inclina o m xima para al m se bloquear os cilindros da eleva o s o tamb m bloqueados os motores hidr ulicos Isto revelou se bastante til quando o prot tipo se encontra em movimento visto que sempre que atingida a inclina o m xima a Mesa Hidr ulica M vel imobilizada at que esta volte a estar em seguran a impedindo se assim um agravamento da situa o Finalmente no sentido de poupar energia decidiu se desligar o motor el ctrico sempre que o prot tipo n o estivesse a efectuar qualquer movimento Com a implementa o deste pequeno detalhe conseguiu se um aumento significativo no tempo de dura o das baterias respons veis pelo accionamento do motor el ctrico Depois de terminada a implementa o das v rias fun es descritas durante esta sec o deu se por terminada a programa o do aut mato e iniciou se a concep o da interface HMI Esta encontra se exposta na sec o 4 3 90 Mesa Hidr ulica M vel 4 3 Software de Supervis o Tal como foi referido anteriormente optou se pela utiliza o de um sistema SCA
111. or velocidade adequada movimenta o sobre superf cies planas conseguida com o uso de rodas bem com a elevada flexibilidade e adaptabilidade aos mais diversos tipos de obst culos t pica de equipamentos m veis com pernas Mesa Hidr ulica M vel Partindo destas ideias foi ent o concebido um ve culo quadr pede de accionamento hidr ulico fig 1 5 Fig 1 5 Modelo 3D do prot tipo original Como se pode verificar o prot tipo possui pernas duplamente articuladas accionadas por cilindros hidr ulicos em que cada uma comandada individualmente Esta caracter stica permite definir facilmente a inclina o da mesa bastando para isso ter as pernas elevadas a diferentes n veis umas das outras Esta configura o possibilita tamb m regular a altura do ve culo o que bastante vantajoso quando se pretende ultrapassar obst culos Para al m disso tamb m poss vel baixar o chassis quase at ao n vel do solo estando por isso facilitadas as tarefas de carga e descarga Tendo presente a ideia de construir um ve culo com um sistema de locomo o misto foram tamb m instaladas duas rodas em cada p accionadas por motores hidr ulicos constituindo uma solu o de movimenta o a quatro rodas independentes Assim sendo na maior parte dos casos a articula o das pernas actuar como sistema de suspens o Visto existir a possibilidade de travar individualmente os motores a locomo o
112. ovimentos de subida e de descida do chassis Tendo em mente que a press o m xima adoptada para este sistema foi de 35 bar com o objectivo de se estimar a capacidade de carga do prot tipo foram calculadas as for as m ximas disponibilizadas pelos cilindros da eleva o atrav s da seguinte equa o Emax Pmax xA 2 1 Onde Fmax 6 a for a m xima disponibilizada pelo actuador Pmax a press o m xima funcionamento do sistema hidr ulico e A a rea Como os cilindros da eleva o possuem 8 cm de rea de mbolo substituindo este valor na equa o 2 1 obteve se uma for a m xima de 2813 N para o movimento de avan o que ser o movimento a efectuar quando se pretender elevar o prot tipo 15 Estudos Pr vios e Avalia es Ap s calculada a for a m xima disponibilizada por estes actuadores foi elaborado o gr fico apresentado na fig 2 6 que representa a capacidade de carga do prot tipo em fun o da posi o dos cilindros da eleva o _ 1200 5 1000 D 800 g 600 5 S 400 5 200 S 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Posi o dos cilindros eleva o Fig 2 6 Capacidade de carga em fun o da posi o dos cilindros da eleva o Como se pode observar no gr fico anterior a capacidade de carga do prot tipo muito influenciada pela posi o dos cilindros da eleva o variando desde os 1035 kg quando estes se encontram na sua posi o mais avan ad
113. q 0 ELSE leitura dir aux virado esq 1 END leitura dir leitura dir aux J 3 112 TRANSDUTOR DIREC O 511 Ahs leitura dir auxl TRANSDUTOR DIREC O 811 105 Software Desenvolvido e Testes Efectuados Foram tamb m desenvolvidas outras duas rotinas bastante semelhantes anterior de modo a ser poss vel apresentar os valores da inclina o do chassis A apresenta o destes valores bastante similar do transdutor da direc o embora neste caso em vez de estes virem expressos sobre a forma de uma percentagem se tenha optado por apresenta los em graus Ao contr rio das leituras dos transdutores que eram apresentadas numericamente a informa o da carga das baterias apresentada atrav s de barras Rectangle Properties Articula o Appearance Movement Scaling Y Fil Input Slider Access Inclina o Level expression BATERIAS COMANDO laag A 10109 Specify range Minimum 550 a Maximum 660 Level minimum 0 percent Fill direction Background color m 100 percent maximum Clear Property Help Carga das Baterias Comando A V lvulas E Motor Ee Fig 4 32 Apresenta o da carga das baterias no Vijeo Citect A configura o das barras foi muito semelhante dos sliders embora neste caso a gama de valores seja definida na janela de c
114. r a um comportamento an malo 83 Software Desenvolvido e Testes Efectuados Inclinado Dir Inclinado Esq Inclinado Fr Inclinado Tr Avan ar cilindro FDE Avan ar cilindro FEE Avan ar cilindro TDE Avan ar cilindro TEE Avan ar cilindro FDE Avan ar cilindro TDE Avan ar cilindro FEE Avan ar cilindro Fig 4 8 Grafcet de controlo da inclina o 1 vers o 84 Mesa Hidr ulica M vel Ap s alguns testes verificou se a necessidade de melhoria do programa anterior visto que depois de alguns ajustes o prot tipo atingia a sua altura m xima o que obrigava a descer o chassis manualmente de modo a ser poss vel ajustar novamente a inclina o Esta lacuna foi colmatada com a adi o de uma nova vari vel a altura desejada baseando se portanto esta segunda estrat gia n o s no inclin metro mas tamb m no feedback proporcionado pelos transdutores de posi o instalados nos cilindros das pernas Nesta tentativa quando o prot tipo se a encontrava acima da altura desejada o nivelamento do chassis era efectuado recorrendo se ao recuo dos actuadores caso contr rio recorria se ao avan o dos actuadores Outro problema detectado durante os testes foi o facto de quando o chassis se encontrava inclinado duplamente por exemplo para a direita e para a frente simultaneamente o prot tipo apresentar um comportamento an malo Para resolver este problema sentiu se necessidade de defi
115. ra o trabalho originalmente realizado conclui se que este constitui uma excelente plataforma para evolu es futuras sendo a ideia de um ve culo equipado simultaneamente com pernas e rodas bastante inovadora Este sistema de locomo o permite ao ve culo mover se facilmente em superf cies bastante diversificadas mantendo a carga sempre est vel e segura Durante o desenvolvimento do projecto o prot tipo n o foi dotado de sistema de direc o como seria desej vel estando portanto limitado a mover se em linha recta Para al m disso seria positivo se a parte superior do chassis estivesse completamente livre de componentes de maneira a ser poss vel acomodar facilmente a carga a transportar Outro ponto negativo o peso excessivo dos componentes hidr ulicos mais concretamente das v lvulas que est o instaladas em blocos de ferro fundido Al m disso a central hidr ulica est bastante desactualizada o que se traduz numa massa elevada Estes factores t m grande influ ncia na carga til do ve culo que se afasta da solu o pretendida Devido s limita es temporais o software de comando desenvolvido ficou aqu m dos requisitos apenas era poss vel controlar manualmente cada um dos actuadores dado que n o foi desenvolvido nenhum software capaz de controlar automaticamente a inclina o do ve culo por exemplo Por outro lado o controlo destas fun es b sicas apesar de ser efectuado remotamente conseguido
116. ruir quatro blocos hidr ulicos medida sendo cada um deles respons vel pelo comando integral de um sub circuito Depois de consultar o cat logo do fabricante Parker Hannifin Corporation 2003 foi elaborado um modelo 3D das pe as em quest o no SolidWorks 2009 Press o Tanque Eleva o Fig 3 11 Modelo 3D do bloco hidr ulico de uma perna 38 Mesa Hidr ulica M vel Para uma melhor compreens o de como s o efectuadas as liga es entre as diversas v lvulas apresentam se em seguida quatro vistas em corte do bloco hidr ulico apresentado na fig 3 11 Uma com a v lvula limitadora de press o e a v lvula de descarga fig 3 12 a segunda vista com as v lvulas respons veis pelo motor hidr ulico fig 3 13 outra com as v lvulas de comando do cilindro da eleva o fig 3 14 e finalmente uma quarta vista para a articula o fig 3 15 V lvula limitadora de press o 1V1 Electrov lvula de descarga 1V2 Press o Tacos Fig 3 12 Vista em corte com a v lvula limitadora de press o e de descarga 39 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o ZZ Press o IZ om as v lvulas de comando do motor hidr ulico Mesa Hidr ulica M vel Electrov lvula 4 3 1V3 Sa das para o cilindro 2 Fig 3 14 Vista em corte com as v lvulas de comando do cilindro da
117. s e 12V de pot ncia composto por quatro baterias de 12 VDC ligadas em paralelo respons veis por fornecer energia ao inversor para alimenta o do motor el ctrico da central hidr ulica Geral Emerg ncia Dir Emerg ncia Esq K1 K4 K3 K2 Ki A 24 Y Comando 12 K1 0 5A 12 VSinal 7 24h Ina I AD 12 7 24h K2 24 W Pot ncia ADA se 12 7 2 12 7 24h en 164 12 Pot ncia D 12 12 124h 124h 164 12 12 154h 154h O VDC Fig 3 38 Sistema de alimentag o e de emerg ncia 67 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o Cada um dos circuitos da fig 3 38 possui um disjuntor respons vel por efectuar o corte da energia em caso de sobrecarga Para al m disso foi instalado um sistema de rel s de forma a ser poss vel instalar uma botoneira na lateral do chassis que permita ligar e desligar o prot tipo sem ser necess rio recorrer ao quadro el ctrico pois este n o ser de f cil acesso Por raz es de seguran a foram ainda adicionadas duas botoneiras de emerg ncia uma em cada um dos lados do prot tipo que ser o bastante teis caso ocorra algum problema Botoneira de emerg ncia Botoneira On off Fig 3 39 Botoneiras instaladas no prot tipo A botoneira on off da fig 3 39 quando desligada efectua o corte de energia dos circuitos de comando e de pot ncia ficando o prot tipo totalmente desligado e sem qualquer consumo de energi
118. s vel definir v rios valores para os quais o alarme anal gico activado sendo diferentes as mensagens apresentadas para cada um deles Ou seja para o exemplo da figura anterior sempre que o cilindro da eleva o frente direito se encontra abaixo de 10 do seu curso apresentada a mensagem Cilindro FDE Low caso este se encontre acima dos 90 do seu curso a mensagem ser Cilindro FDE High e assim sucessivamente Depois de conclu da a configura o dos alarmes deu se por finalizado o desenvolvimento do software de supervis o da Mesa Hidr ulica M vel conseguindo se com esta interface HMI controlar o prot tipo de uma forma muito mais simples e intuitiva que anteriormente 109 Mesa Hidr ulica M vel 5 Conclus es No final deste trabalho obteve se uma vers o melhorada do prot tipo original Fig 5 1 Mesa Hidr ulica M vel Como se pode observar na fig 5 1 conseguiu se cumprir o principal objectivo que consistia em deixar a parte superior do chassis livre de componentes de modo a facilitar o transporte de carga na Mesa Hidr ulica M vel Foi tamb m desenvolvido um sistema de direc o comand vel deixando portanto o prot tipo de estar limitado a mover se numa nica direc o No final o prot tipo teve a sua massa global diminu da em 56 kg o que constitui uma diminui o de 5 em rela o vers o original Com o software de controlo desenvolvido o prot
119. s equipamentos foram concebidos pelo mesmo fabricante e s o totalmente compat veis entre si Ap s estarem instaladas as duas antenas foi necess rio criar uma porta s rie virtual neste caso a COM 6 tal como se pode observar na fig 4 2 IB EE coa de pastas Meus locais Bluetooth Ficheiro Editar Ver Bluetooth Favoritos Ferramentas Ajuda O procurar gt Pastas E sincroniza o de Pastas Modbus Adapter Tarefas do Bluetooth 0 Assistente de configura o do Bluetooth dd Exibir Meus servi os Bluetooth 4 Exibir dispositivos no intervalo 0 Exibir ou modificar configura o 2 Modbus Adapter SPP Casta de voces do Bluetooth ives bocas de rede Gg Impressoras e faxes Propriedades de Porta de comunica o Bluetooth CO 7 X Geral Controlador Detalhes Porta de comunica o Bluetooth COME Tipo Portas COM e LPT Fabricante Inc Localiza o Localiza o 1 Bluetooth Device Estado do dispositivo Este dispostivo est a funcionar correctamente 5 estiver a ter problemas com este dispostivo cique em Resolu o de problemas para iniciar a resolu o de problemas Resolu o de problemas Utiliza o do disposttivo Utilizar este dispositivo activar Fig 4 2 Estabelecimento de uma porta s rie virtual Ainda de referir que por raz es de seguran a definiu se uma palavra chave de acesso ao dispo
120. s solu es descritas anteriormente nas figuras 3 26 e 3 27 apresentam se os esquemas dos v rios componentes necess rios para cada uma das op es bem como os respectivos consumos de energia n 95 n 35 n 95 n 65 1 85 n 90 548 W Fig 3 27 Consumo de energia da central hidr ulica com um motor AC trif sico Atrav s da an lise dos esquemas anteriores chegou se conclus o que a segunda op o apesar de utilizar um inversor de corrente onde se perde 10 da energia tem um consumo inferior ao da solu o da fig 3 26 Devido a este facto optou se pela utiliza o de um motor AC trif sico dado que o prot tipo funciona a bateria e um menor consumo de energia por parte da central hidr ulica significa que este ter uma maior autonomia Outro ponto a favor desta solu o o facto de o prot tipo original j possuir um inversor de corrente e um variador de frequ ncia o que tornou a implementa o de uma central hidr ulica com um motor AC trif sico muito mais econ mica dado que n o foi necess rio comprar o controlador representado na fig 3 26 Posto isto consultou se novamente o cat logo do fabricante Oil Sistem 2007 de modo a definir todos os par metros necess rios para efectuar a encomenda do equipamento Acoplamento Colector KX 2 Dep sito e add de leo Motor Edi el ctrico Bomba hidr ulica admiss o Fig 3 28 Vis
121. sa Hidr ulica M vel Como seria de esperar a utiliza o de componentes mais compactos permitiu instalar todo o sistema hidr ulico na parte inferior de uma das mesas ficando a outra dispon vel para alojar os componentes el ctricos Para finalizar na fig 3 33 apresenta se o aspecto final do novo sistema hidr ulico instalado no prot tipo Blocos das pernas Bloco da Bloco da Central Divisor de contrapress o direc o hidr ulica caudal Fig 3 33 Sistema hidr ulico instalado no prot tipo 61 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o 3 3 Sensoriza o Tal como foi referido na sec o 2 3 durante alguns testes preliminares efectuados ao prot tipo original haviam sido reconhecidas vantagens na presen a de transdutores de press o no novo circuito hidr ulico Com a adi o de quatro componentes deste tipo um para cada perna ser poss vel saber qual a carga a que cada uma est sujeita conseguindo se assim saber se num dado instante todas as pernas est o nomeadamente em contacto com o solo Devido aos factos mencionados anteriormente decidiu se instalar quatro transdutores de press o de membrana nos cilindros da eleva o mais propriamente nas linhas de alimenta o das c maras maiores destes actuadores visto que s o estas c maras que exercem a for a necess ria para suportar o peso do prot tipo ver esquema hidr ulico do Anexo B Posto isto efectuou se uma breve p
122. sitivo bluetooth optando se por manter a password estabelecida pelo fabricante que est dispon vel no respectivo cat logo Telemecanique 2005 Depois de configurada a porta s rie virtual ficou estabelecida a comunica o sem fios entre o aut mato e o computador No entanto ainda necess rio configurar o TwidoSoft e o Vijeo Citect de modo a ser poss vel utilizar estes programas estas configura es ser o descritas nas pr ximas sec es do presente cap tulo 79 Software Desenvolvido e Testes Efectuados 4 2 Software de Controlo Tal como foi referido anteriormente nesta sec o ser feita uma breve introdu o ao TwidoSoft e em seguida ser o expostos os v rios esquemas que serviram de base programa o do aut mato A Schneider Electric possui actualmente duas ferramentas para a programa o dos aut matos Twido o TwidoSoft e o TwidoSuite por uma quest o de afinidade optou se pela utiliza o do TwidoSoft fig 4 3 Este software permite que a programa o seja efectuada em tr s linguagens distintas Grafcet Ladder ou Statment list sendo estas totalmente compat veis entre si ou seja a qualquer momento poss vel mudar de uma linguagem para a outra sem que ocorram quaisquer problemas Como a linguagem Ladder era a mais familiar optou se pela sua utiliza o na programa o do aut mato Ainda de referir que o programa implementado no aut mato pode ser consultado no CD anexo a este documento
123. ta explodida da central hidr ulica 53 Concep o e Desenvolvimento da Nova Solu o Em primeiro lugar definiu se qual seria a bomba hidr ulica assim como o motor el ctrico a utilizar dado que estes s o os dois elementos mais importantes da central Tal como foi dito anteriormente a cilindrada mais adequada para a bomba seria 3 2 cm Ap s analisar a fig 3 27 chegou se conclus o que a pot ncia mec nica m xima que o motor el ctrico dever fornecer ao sistema de 304 W tendo este valor em conta optou se por utilizar um motor AC trif sico de 370 W ou seja 0 5 Cv Depois de estar definido qual o motor a utilizar assim como a cilindrada da bomba hidr ulica passou se escolha dos outros elementos da central come ando pela capacidade do reservat rio Em primeiro lugar calculou se o volume de leo deslocado pelas hastes dos v rios cilindros dois cilindros 25 200 para a direc o quatro cilindros 32 200 para a eleva o e quatro cilindros 425x100 para a articula o V 2xXAh X 0 2 4 X Ang X0 2 4 4X Apo X 0 1 3 5 Como os cilindros de 25 mm t m uma haste com 12 mm de di metro e os de 32 mm uma haste de 16 mm as reas s o 113 mm e 200 mm respectivamente substituindo estes valores na equa o 3 5 obteve se V 2 5 107 0 25 dm 3 6 Tal como se pode verificar equa o 3 6 volume de leo deslocado pelos v rios cilindros de 0 25 dm logo a capacidade do
124. ta no cap tulo 3 programou se o aut mato de modo a ser poss vel controlar o sistema de direc o Na fig 4 7 pode se observar o esquema que serviu de base programa o desta funcionalidade Virar Dir Virar Esq Activar Activar solenoide B solenoide da direc o da direc o Virar Dir Virar Esq Fig 4 7 Grafcet de controlo da direc o Depois de implementado o programa anterior a Mesa Hidr ulica M vel deixou de estar limitada a mover se sempre na mesma direc o passando a ser poss vel virar para a direita e para a esquerda conforme desejado Estando conclu da a implementa o das fun es b sicas descritas anteriormente iniciou se o desenvolvimento de um programa capaz de controlar a inclina o do chassis da Mesa Hidr ulica M vel O primeiro programa implementado era bastante simples dado que apenas utilizava o feedback do inclin metro Esta estrat gia de controlo limitava se a contrariar a inclina o do chassis recorrendo ao avan o dos cilindros respons veis pela eleva o das pernas tal como se pode verificar no esquema da fig 4 8 Ainda de referir que embora n o esteja representado no esquema foi necess rio introduzir uma margem de erro histerese devido ao facto de terem sido utilizadas v lvulas do On Off Caso contr rio quando a inclina o do chassis se encontrasse pr xima do setpoint definido as v lvulas comutariam de forma ininterrupta o que iria conduzi
125. tema de direc o Para introduzir esta funcionalidade no novo prot tipo foram consideradas duas solu es e Instalar um actuador rotativo no interior de cada perna passando cada perna a ter direc o independente e Implementar uma articula o central obtendo se um sistema de direc o semelhante ao de um Dumper A primeira solu o possibilitaria ao prot tipo deslocar se em qualquer direc o mesmo em torno do seu centro de rota o Mas quando comparada com a outra alternativa a instala o deste sistema seria muito mais complexa e dispendiosa obrigando a grandes altera es no sistema original Isto porque para adaptar este novo sistema seria necess rio refazer todo o mecanismo de trac o Fig 2 2 Vista em corte do mecanismo de trac o A segunda solu o apesar de um pouco mais limitada seria muito mais simples de Sos implementar bastando para isso construir uma segunda mesa semelhante j existente e colocar uma articulag o ao centro tal como se pode observar na fig 2 3 13 Estudos Pr vios e Avalia es Fig 2 3 Funcionamento do sistema de direc o Com o intuito de estabelecer uma melhor compara o entre as duas solu es sentiu se a necessidade de estimar o ngulo de viragem m ximo que seria poss vel obter caso se optasse por um sistema de direc o semelhante a um Dumper Com o aux lio do SolidWorks 2009 chegou se conclus o que seria poss vel o
126. tipo agora capaz de controlar a sua inclina o de forma aut noma Atrav s da articula o dos v rios actuadores presentes nas pernas o prot tipo consegue absorver as irregularidades do solo de forma a manter o chassis na horizontal A Mesa Hidr ulica M vel tamb m capaz de superar pequenos acidentes de percurso como por exemplo rampas 111 Software Desenvolvido e Testes Efectuados 2 Como era desejado agora poss vel efectuar um controlo remoto sem fios do Jado gora p prot tipo de uma forma simples e intuitiva Isto foi conseguido devido ao software de supervis o desenvolvido para o efeito que permitiu que a interface homem m quina se tornasse bastante simples de operar 112 Mesa Hidr ulica M vel 5 1 Trabalhos Futuros Depois de conclu da a segunda fase do desenvolvimento do prot tipo sente se a necessidade de arrancar com uma terceira fase visto que devido aos limites temporais existentes para o desenvolvimento deste projecto n o foi poss vel implementar algumas das ideias que foram surgindo durante o decorrer do trabalho Devido a este facto sugere se em seguida algumas ideias a implementar durante a terceira fase Alterar a disposi o dos componentes el ctricos de modo a aumentar a estabilidade do prot tipo Instalar reguladores de tens o nos circuitos de alimenta o dos transdutores potenciom tricos com o objectivo de eliminar a influ ncia da
127. trav s de um computador Para tal foi utilizado um sistema de controlo e aquisi o de dados SCADA mais concretamente o Vijeo Citect que semelhan a do aut mato foi tamb m fornecido pela Schneider Electric Ainda de referir que o prot tipo original havia sido dotado de uma antena para comunica o bluetooth com o objectivo de se estabelecer uma comunica o sem fios entre o aut mato e o computador dispensando se assim a utiliza o de um cabo de comunica o De modo a facilitar a compreens o dos v rios assuntos abordados este cap tulo encontra se dividido em v rias sec es e Configura o da comunica o bluetooth onde s o expostas as v rias etapas de configura o necess rias para o estabelecimento da comunica o sem fios entre o aut mato e o computador e Software de controlo onde s o expostos os v rios esquemas que serviram de base programa o do aut mato e Software de supervis o onde apresentada a interface HMI concebida para o comando remoto do prot tipo Para al m disso tamb m feita uma breve exposi o acerca da programa o do sistema SCADA 77 Software Desenvolvido e Testes Efectuados 4 1 Configura o da Comunica o Bluetooth Tal como foi referido anteriormente no prot tipo original havia sido instalada uma antena bluetooth de forma a ser poss vel estabelecer uma comunica o sem fios entre o aut mato e computador O modelo utilizado
128. trocas efectuadas no accionamento dos cilindros da articula o sempre que se pretender actuar o cilindro da articula o de uma determinada perna o motor a desligar ser o que for accionado pelo bloco que alimenta esse mesmo cilindro 86 Mesa Hidr ulica M vel Ap s programada uma estrat gia de controlo de inclina o satisfat ria iniciou se a implementa o de um programa capaz de utilizar o feedback proporcionado pelos transdutores de press o resolvendo se assim os problemas referidos na sec o 2 3 Optou se por implementar um programa pass vel de operar em simult neo com a estrat gia de controlo da inclina o exposta anteriormente tendo sido a sua programa o baseada no esquema da fig 4 10 Chassis inclinado Press o baixa TD Press o baixa TE Press o baixa FD Press o baixa FE Recuar cilindro FDE Press o baixa TD 87 Software Desenvolvido e Testes Efectuados Fig 4 10 Grafcet de controlo de press o Tal como se pode observar o ajuste das press es s efectuado quando o chassis n o se encontra inclinado evitando se assim que este programa interfira com a estrat gia de controlo da inclina o Para al m disso a vari vel Press o baixa de uma determinada perna s activada quando a press o se desvia excessivamente da press o de refer ncia sendo portanto a margem de erro bastante dilatada Esta decis o deveu se ao facto de ap s alguns
129. uando se pretendia movimentar apenas uma perna visto que era poss vel colocar os outros sub circuitos em descarga ficando assim toda a pot ncia dispon vel para efectuar o movimento pretendido As v lvulas 5V1 e 5V2 eram respons veis por estabelecer a contrapress o necess ria quando se pretendesse descer o chassis evitando assim fen menos como a cavitag o Quando a v lvula 5V1 se encontrasse actuada o leo fluiria livremente para o reservat rio Caso contr rio o leo seria for ado a passar pela v lvula 5V2 estabelecendo se assim a contrapress o esta necess ria sempre que a gravidade estiver a favor do movimento que se pretende efectuar Este circuito estava implementado no prot tipo com v lvulas normalizadas de montagem sobre placa base o que o tornava bastante volumoso ocupando a totalidade da parte inferior da mesa 800x600 mm de dimens o fig 2 9 Para al m disso estes componentes foram montados sobre blocos de ferro fundido semelhan a das constru es comuns em m quinas industriais o que conduziu a um sistema bastante pesado Fig 2 9 Parte inferior do prot tipo original Cavita o o nome que se d ao fen meno de vaporiza o de um l quido pela redu o da press o nos sistemas hidr ulicos esta deve ser evitada devido eros o que provoca nos actuadores 18 Mesa Hidr ulica M vel A central hidr ulica era constitu da por uma bomba de mbolos em linha acci
130. ulica com um motor DC 53 3 27 Consumo de energia da central hidr ulica com um motor AC trif sico 53 3 28 Vista explodida da central hidr ulica oooonnncccnnncccnoncccnoncnonnncnnnnnccononoconnnanonancnnnns 53 3 29 Circuito hidr ulico do colector central erre 55 3 30 Exemplo de um divisor de caudal em funcionamento 56 3 31 Curva caracter stica dos divisores de caudal do tipo 0 58 3 32 Mesa Hidr ulica M vel em fase de 59 3 33 Sistema hidr ulico instalado prot tipo erre 61 3 34 Transdutor de press o 62 3 35 Transdut r de posi o ADA 63 3 36 Transdutor instalado no prot tipo para a medi o do ngulo da direc o 63 3 37 Aut mato program vel e respectivos m dulos de expans o 64 3 38 Sistema de alimenta o e de emerg ncia 55 ssecesesiessaasassscacesasdcessasseseaecteasacaness 67 3 39 Botoneiras instaladas no prot tipo ii 68 3 40 Princ pio de funcionamento de um divisor de tens o coooccccocccccoccccoonccnnnncnnnnnnnnnnos 69 3 41 Divisores de tens o implementados no prot tipo 69 3 42 Esquema de liga o dos trans
131. uma determinada perna poss vel com a alimenta o dos cilindros de cada um destes movimentos a partir de diferentes sub circuitos No novo circuito devido disposi o dos diversos componentes estas alimenta es foram efectuadas entre as pernas da frente e de tr s ou seja o cilindro da articula o frente direita accionado pelo bloco tr s direito e assim sucessivamente Desta forma conseguiu se que os cilindros da eleva o e da articula o de uma determinada perna fossem accionados por sub circuitos independentes prevenindo se assim a ocorr ncia de problemas quando se pretender mover estes dois actuadores em simult neo Uma das altera es efectuadas foi a troca das v lvulas respons veis por colocar o sub circuito em carga No sistema original eram v lvulas de quatro orif cios e duas posi es enquanto que no novo circuito esta tarefa efectuada por v lvulas 2 2 1V2 dado que este tipo de componentes facilita a sua implementa o por v lvulas de roscar No sistema original eram utilizadas v lvulas de reten o pilotadas duplas de montagem em sandwich nos cilindros da eleva o Estas foram substitu das por v lvulas de reten o pilotadas simples 1V6 porque apenas necess rio impedir que o chassis do ve culo des a por ac o da gravidade este nunca ir subir espontaneamente Ainda de referir que as v lvulas de reten o duplas dos cilindros da articula o foram mantidas visto que em fu
132. z 146 Mesa Hidr ulica M vel vv 12 E ud 6002 our 59401017790 0214329 BADH DINNUPH 05h bs3 epug uewg 147 ANEXO D Esquemas El ctricos 2 y VU 6002 our py ung copas num 0214129 vuanbs Jana 415 BAQW OINNQUPH 05h Bpug od A BRUZ Od A pZ A 2 A 2 j 3 vy A vz Ly SGA z 148 EE DO vaya 0300010 00 590506 ET 0214329 Mesa Hidr ulica M vel BADH DINNUPH 05h g ES 3 ES g 56 2 g ES g E 8 6 af J EZ 5 9 5 5 2 2 15 5 2 2 8 5 5 5 8 82 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 50 4 Nola 5 9 5 afojal o alo S ER a E E T 83 3 E oouesgq nzy ce al Cor q Di 4 0 9 1d EXA c al lt a 149 12 9 6002 Ou 0 0 0370 00 590500 0214429 3 0Wanbsa ojaJeuiy 5 2 2 SNI 8

Mesa Hidráulica Móvel - Repositório Aberto da Universidade do Porto

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Mesa Hidr&aacute;ulica M&oacute;vel - Reposit&oacute;rio Aberto da Universidade do Porto

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Mesa Hidráulica Móvel - Repositório Aberto da Universidade do Porto