Departamento de Engenharia Mecânica

ID: 9340

Resumo

1. Introdução

Na engenharia mecânica, a área responsável pelo estudo de desvios de fabricação de peças é a metrologia. Dentro dessa ampla área há 2 grandes divisões: os desvios de forma e de norma. Enquanto os desvios de norma avaliam em valores absolutos o quanto uma medida destoa do previsto em projeto, os desvios de forma estudam o quanto o perfil se aproxima ou afasta de uma figura geométrica conhecida.

No presente projeto, os estudos se concentraram nos desvios de circularidade. Sendo assim, há a tentativa de atribuir um valor escalar ao desvio geométrico de circularidade.

2. Objetivos

Objetiva-se elaborar uma rotina de programação capaz de receber dados de medição e fornecer os desvios de circularidade do perfil medido. Além disso, dos 4 métodos analisados, comparar o menor erro obtido. Os métodos em questão são: Círculo dos mínimos quadrados, máximo círculo circunscrito, mínimo círculo inscrito e círculo de mínima zona.

Cada um desses métodos apresenta uma característica única que o distingue dos demais. O erro de circularidade de uma peça é o menor dentre todos eles.

3. Metodologia

O método adotado para cada método foi particularizado. Para o círculo de mínimos quadrados, foram feitos cálculos já conhecidos em bibliografias da área. Assim, o valor numérico de desvio para esse método foi o de menor custo computacional.

Para os círculos MCI e MCC, o método utilizado apresenta a mesma lógica sequencial. Foram aplicadas três etapas de filtragem para seleção de pontos candidatos a traçarem o círculo buscado.

A primeira etapa trata-se de uma lógica de valores crescentes ou decrescentes. Um ponto candidato a máximo deve ter dois pontos vizinhos com valores inferiores ao seu próprio enquanto um candidato a mínimo esses pontos vizinhos devem apresentar valores absolutos maiores.

A segunda etapa analisa a distância angular entre pontos candidatos. Um ponto candidato deve estar minimamente espaçado entre outro para que a circunferência traçada seja coerente com o perfil medido.

A terceira e última etapa analisa a tríade de pontos como um todo. Para uma representação fiel ao perfil, um dos três pontos deve estar em uma

semicircunferência enquanto o outro par de pontos na semicircunferência oposta. Assim, a soma total da distância angular entre eles ultrapassa 180°.

4. Resultados

Os resultados obtidos para os três métodos são coerentes com o previsto e ainda os círculos de MCI e MCC foram elaborados inteiramente pelos autores, sendo assim um método original.

5. Conclusões

O presente trabalho não pode ser concluído em sua totalidade devido à pandemia de COVID-19. No entanto, foi possível facilitar as próximas etapas de desenvolvimento visto que o último método utiliza os pontos candidatos do MCI e MCC.

Sendo assim, foi possível contribuir para a área de pesquisa e será concluído em trabalhos futuros do orientador e orientado.

Apresentação

ID: 9502

Resumo

Tecnologias assistivas e de reabilitação visam ampliar a capacidade e reabilitar pessoas com deficiências nas suas atividades cotidianas. Crianças com paralisia cerebral apresentam dificuldade de aprendizado devido ao déficit motor de seus membros superiores, uma vez que a condição não afeta as suas capacidades cognitivas. Essa dificuldade na grafomotricidade pode ser estimulada com os comandos solicitados por jogos, como movimentar letras, selecionar imagens e reconhecer sons. Um jogo computacional como ferramenta de alfabetização poderá possibilitar à criança diversas atividades que envolvam o progresso de escrita e alfabetização por meio da comunicação interativa com uma mesa sinsível ao toque. O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema para a alfabetização de crianças com déficit motor decorrente de paralisia cerebral, através de um jogo pedagógico que constitui a formação de palavras por meio de imagens e sons, estimulando cada vez o desenvolvimento de habilidades grafomotoras que possam auxiliá-los durante o progresso e formação educacional. As tecnologias utilizadas durante o projeto permitem uma conexão fundamental para a execução e construção do jogo, sendo: Arduino e MATLAB. Já as ferramentas necessárias compõe a mesa touchscreen, composta por uma estrutura metálica (que atua como suporte da mesa), células de carga nas extremidades do suporte e uma TV 42 polegadas. Todos recursos necessários, além das tecnologias e ferramentas citadas acima, já estão adquiridas com recursos de projeto correlato e estão à disposição para uso neste trabalho. Os principais resultados obtidos até o momento são: estudo e aplicações do sistema SITAR (System for Independent Task-oriented Assessment and Rehabilitation); funcionamento dos componentes da mesa (Arduino, células de carga, MATLAB); ensaios experimentais sobre o controle do potenciômetro diante dos valores de saída; ensaios na protoboard mediante a construção de circuitos eletrônicos com o amplificador de sinal INA125 (o modelo escolhido para este projeto); confecção da estrutura metálica de suporte da mesa (dimensionamento, corte e manufatura); estudo entre a interação das células de carga com o Arduino e como realizar os procedimentos computacionais e eletrônicos entre eles; início do processo de integração entre hardware e software para começar o registro de dados captados pela célula de carga usando o MATLAB.

Apresentação

ID: 9398

Resumo

Seguindo a tendência tecnológica da mecatrônica sobre máquinas e equipamentos, em diversos campos de aplicação, nota-se um crescimento no estudo, e uso, de veículos inteligentes. Um desses veículos, e objeto de estudo deste trabalho, é o quadricóptero, um veículo aéreo não tripulado (VANT) que possui um processador, atuadores e sensores integrados em uma malha de controle fechada, capacitando o veículo à um voo estável. Este trabalho foi uma proposta de desenvolvimento de projeto e construção de um VANT, a ser estudado quanto à sua estabilidade de voo. O  projeto permitiu a descoberta de novos conhecimentos e a aprimoração dos já existentes, através da pesquisa bibliográfica, mas principalmente através da atividade de montagem do VANT e dos códigos computacionais necessários. Infelizmente o trabalho não pôde atingir todo o seu potencial devido as circunstâncias do período em que ele ocorreu.

Palavras-chave: Quadricóptero. Sistema de controle clássico. Malha de controle. Arduino. Giroscópio.

Apresentação

ID: 9157

Resumo

Estima-se que o crescimento do mercado de robôs manipuladores ou braços robóticos para aplicações industriais entrará em um ciclo de crescimento significativo nos próximos anos. No entanto, existem peculiaridades neste crescimento, que está condicionado à participação de pequenas e médias empresas como fonte consumidora desse tipo de tecnologia. O mercado consumidor anteriormente dominado por grandes corporações, agora se manifesta também nos pequenos núcleos industriais. Com base nesta tendência, é proposto o desenvolvimento e construção de um protótipo de um mecanismo eletromecânico de baixo custo similar à concepção de um braço robótico. O grupo de pesquisa em Mecatrônica da UFSCar / CNPq, vêm desenvolvendo estudos relacionados à precisão de posicionamento de juntas robóticas. Com isso, a seleção do melhor conceito de manipulador robótico gerou a base para o desenvolvimento de um protótipo robótico funcional com características colaborativas, com três graus de liberdade e malha fechada utilizando potenciômetro, controlador do tipo Arduino e interface eletrônica de controle de motores. O projeto revisa estudos de projeto conceitual para uma proposta de manipulador e parte para o projeto detalhado e fabricação. A inovação do projeto vem da utilização de um potenciômetro como sistema de medição, barateando o projeto e tornando-o atrativo para indústrias de pequeno e médio porte. Como resultados conclusivos, espera-se obter a verificação experimental do projeto e do potenciômetro como sensor de posição, e testes que apontem para potenciais falhas a serem corrigidas e futuras versões.

Palavras-chave: robô manipulador, dispositivos eletromecânicos, colaborativo, braço robótico.

Apresentação

ID: 9399

Resumo

Durantes as últimas décadas o desenvolvimento de robôs bípedes tem se difundido por empresas e pesquisas científicas. Um exemplo de corporação presente nesse mercado é a Boston Dynamics, empresa norte-americana famosa por seus robôs bípedes, como o Atlas, e quadrúpedes, como o BigDog. Esses dois modelos possuem características diferentes, tanto no quesito físico de quantidade de graus de liberdade, quanto na forma de se modelar e controlar o robô. Um dos princípios mais difundidos para modelagem é o conceito de Ponto de Momento Zero (ZMP - Zero Moment Point). Outro princípio bastante utilizado são os métodos baseados no conceito de pêndulo invertido, e suas variantes linear e flexível. A diversidade de designs está presente nos modelos comerciais e nas pesquisas acadêmicas. Isso ocorre porque no ramo da robótica não há uma única maneira de modelar e projetar. Entretanto, alguns dos pontos em comum que a maioria dos robôs bípedes possuem é que o equilíbrio durante a caminhada é obtido através de atuadores nas juntas dos pés ou do quadril, tendo como paradigma seguir o modo de andar dos seres humanos. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi desenvolver uma proposta de mecanismo e o seu controle, que seja capaz de manter um robô bípede em equilíbrio durante a caminhada sem utilizar juntas ativas nos pés ou no quadril, permitindo criar trajetórias para as juntas que se encarreguem apenas da locomoção do robô. No desenvolvimento do trabalho, o projeto foi dividido em três etapas. A primeira consistiu no estudo do tema, investigando artigos, teses e dissertações em bases de dados, seguido da seleção de uma ou mais proposta e objetivos. A melhor proposta foi selecionada pela decisão direta entre aluno e orientador. A segunda etapa foi a elaboração de um modelo que representasse a proposta definida, sendo obtido o equacionamento dinâmico, a função de transferência e o controle em malha fechada do sistema. A terceira etapa seria utilizada para fabricação do protótipo. Contudo, devido ao contexto da pandemia de Covid-19, com atividades presenciais restritas, essa etapa não pode ser desenvolvida no presente trabalho. Por fim, foi projetado um robô bípede com sete graus de liberdade, dos quais cinco são juntas atuadas. As juntas sem atuadores são as dos pés, nas quais são acoplados potenciômetros para aferir o deslocamento angular do robô, servindo como sensores da malha fechada do sistema. O funcionamento do robô é baseado no seu equilíbrio através da rotação de um contrapeso no topo no quadril. Durante a caminhada, o controle será responsável por deslocá-lo para a posição de equilíbrio, evitando que ocorra uma queda.  Devido as características instáveis, foi necessário criar um compensador, adicionando polos e zeros na malha de controle para que o equilíbrio do sistema fosse atingido. Desse modo, o modelo proposto e a malha de controle são capazes de promover estabilidade ao caminhar, sendo observado que o robô retorna para a posição de equilíbrio em 1,74 segundo, quando é imposto um distúrbio ao sistema na forma de uma entrada impulso.

Palavras-chave: Controle. Equilíbrio. Modelagem. Robótica. Robô bípede.

Apresentação

ID: 8902

Resumo

O estudo do conforto do motorista para diversos veículos é um assunto de extrema importância para o mercado automotivo, visto que um dos aspectos ao se projetar um carro é que, quem esteja dirigindo se sinta bem durante a condução. Nas competições de veículos do tipo baja, organizadas pela Society of Automotive Engineers (SAE), o veículo off-road passa por testes que exigem o máximo do carro. Um dos problemas frequentemente observados são as elevadas vibrações mecânicas que o motor transmite para o piloto.

Esse projeto de pesquisa propôs um estudo numérico de um modelo de meio carro com seis graus de liberdade para avaliar a influência da força proveniente da vibração do motor no piloto. Também foi elaborado um modelo teórico dessa força proveniente do motor para que fosse aplicada uma entrada confiável no sistema e, por fim, um modelo numérico referente à bancada de captação de dados para um ensaio experimental. Com esses modelos estruturados, seriam realizados experimentos para obter a força experimental e assim, validando o modelo teórico e um posterior ensaio avaliando tanto a força de entrada quanto o deslocamento de saída – sendo essa a vibração causada no piloto – para também confirmar a validade do modelo de meio carro com seis graus de liberdade.

Os resultados indicam que a força vibratória proveniente do motor sozinha não gerou um grande deslocamento como saída para o banco com o motorista. Entretanto, ao se incluir múltiplas fontes de vibração como simulado nesse estudo, é possível que essas amplitudes tendam a trazer cada vez mais desconforto.

Apresentação

ID: 9018

Resumo

Com o advento da tecnologia, foi possível desenvolver novas ferramentas para auxiliar nas necessidades do ser humano. Foram observados grandes avanços na área da saúde, principalmente em relação à prevenção de problemas e ao monitoramento do quadro clínico. Este trabalho apresenta um estudo realizado com base em problemas cardíacos, sendo os principais tipos de arritmia os temas principais. A pesquisa aborda o aprendizado de máquina para a identificação de padrões em eletrocardiogramas (ECG) através da análise de métricas estatísticas. Os efeitos de distorção do sinal foram simulados através da adição de ruído artificial, possibilitando a avaliação da influência sobre os resultados finais.

O principal objetivo deste projeto de pesquisa foi a análise do efeito que o pré-processamento dos sinais possui sobre o desempenho de classificadores associados ao aprendizado de máquina. A base de dados de arritmias do Massachusetts Instituteof Technology – Beth Israel Hospital (MIT-BIH)foi a principal fonte de dados para que os sinais de ECGs fossem extraídos. Após a segmentação dos sinais, diferentes atributos e métricas foram adotadas para que o reconhecimento de padrões fosse realizado. A adição de ruído e o processo de filtragem possibilitaram a comparação dos resultados com diferentes pré-processamentos e consistiram na última etapa da pesquisa.

Os resultados finais demonstraram que a distância entre picos R e os máximos locais foram atributos essenciais, além de serem observadas mudanças significativas na precisão e na sensibilidade do classificador adotado. As métricas indicaram que a técnica de support vector machines(SVM) pode ser utilizada para auxiliar em diagnósticos de arritmias cardíacas, assim como uma quantidade maior de dados pode oferecer resultados mais promissores.

Apresentação

ID: 9116

Resumo

Devido ao avanço tecnológico da sociedade atual, a demanda pelo surgimento e aprimoramento de técnicas cria um cenário de expansão de possibilidades para solução de problemas complexos e pouco eficazes. Dito isso, este trabalho apresenta um estudo da tecnologia de otimização topológica somada a manufatura aditiva para aplicação na fabricação de órteses customizadas de pulso.

O foco desta pesquisa foi, primeiramente, encontrar na literatura publicada, artigos que explicassem a teoria sobre otimização topológica e sua aplicação em software de elementos finitos. Diante do conhecimento sobre a teoria da otimização topológica, foi estudado os esforços biomecânicos que um paciente debilitado seria capaz de exercer sobre a órtese, além de também, pesquisar o tipo de material que seria utilizado para impressão 3D e suas propriedades mecânicas. Com esses dados obtidos, um modelo genérico de órtese de pulso obtido na internet foi usado para fazer as simulações necessárias nos softwares ABAQUS e Fusion360.

As simulações foram realizadas em quatros situações diferentes, devido aos graus de liberdade que o pulso possui, permitindo quatro movimentos diferentes: flexão, extensão, desvio radial e desvio ulnar. Cada tipo de movimento apresentou um resultado diferente de outro, mostrando regiões que era mais ou menos críticas na órtese. Para o efeito global e a obtenção de uma geometria final para a órtese, foi identificado nas quatro situações as regiões menos críticas em comum.

Os resultados finais mostraram que a órtese otimizada topologicamente suportaria os esforços aplicados por um paciente. Para chegar nessa conclusão, foram obtidos e comparados valores como, a tensão de Von Misses, o deslocamento máximo e fator de segurança para a órtese antes da otimização e depois da otimização.

Apresentação

ID: 9004

Resumo

Os processos de usinagem convencionais ainda representam uns dos os meios mais utilizados para a produção e/ou acabamento de componentes da indústria metalmecânica. Para atender a demanda de produção, a taxa de remoção e as velocidades de corte aplicadas durante o processo necessitam ser cada vez mais elevadas. Porém, estas velocidades são limitadas principalmente devido a problemas na ferramenta de corte utilizada. O aquecimento ocasionado pelo processo de usinagem ainda representa um desafio tecnológico pois o calor na zona de corte gera problemas principalmente em termos de desgaste e diminuição da vida útil da ferramenta. Neste contexto, este trabalho estuda os níveis de tensão, oriundos do efeito termo elástico, atuantes na ferramenta de corte (inserto de metal duro) durante o processo de torneamento cilíndrico externo à seco, considerando três diferentes condições de corte. Para tal, é utilizado um modelo térmico de elementos finitos para prever os níveis de temperatura na zona de corte da ferramenta e posteriormente um modelo estrutural para determinação das tensões termo-elásticas atuantes.

Apresentação