Projeto De Um Sistema De Acionamento E De Suspensão De Uma Cadeira De Rodas Motorizada

Autor

Marcelo Schiller De Azevedo

Orientador(es)

Rafael Galli

Área de Atuação

Automação Industrial

Resumo

Este trabalho tem por objetivo projetar e desenvolver uma cadeira de rodas elétrica, controlada por um microcontrolador PIC contido no módulo de controle, juntamente com um módulo de potência e um sistema de suspensão mecânico. O funcionamento do módulo de potência consiste basicamente no controle da modulação por largura de pulso, mais conhecido como PWM, que funciona através do chaveamento da tensão na carga com uma apropriada largura de pulso. A cadeira é guiada através de um joystick, através do qual será possível movimentá-la em todas as direções. O acionamento de suas rodas de tração dar-se-á através de seus motores, que estão acoplados a um sistema de redução com rodas dentadas. Propõe-se também um sistema de suspensão, objetivando um maior conforto, e por se tratar de uma inovação tecnológica, até onde se tem conhecimento, o sistema de suspensão mecânico foi idealizado e montado, o qual consiste em uma estrutura metálica em forma de “Z”. Esse sistema foi construído tendo os amortecedores acoplados na estrutura de cada roda, possibilitando a individualidade da capacidade de suspensão das mesmas e proporcionando um maior conforto ao cadeirante. Um protótipo foi montado visando à comprovação de sua eficácia. São sugeridos e exemplificados procedimentos a serem desenvolvidos como melhorias no projeto, como o controle em malha fechada e a utilização de outros materiais na estrutura mecânica.

Surgimento da ideia

No início do projeto, tinha-se somente a idéia de se construir uma cadeira de rodas motorizada, mas não havia nenhuma base para se fixar os primeiros cálculos da estrutura mecânica. Com o intuito de proporcionar um maior conforto ao cadeirante, buscou-se e desenvolvimento de uma estrutura de assento que atendesse aos requisitos básicos da ergonomia. Portanto, a cadeira deverá possuir espaldar (encosto) de tamanho médio, que garanta uma maior superfície de apoio e uma melhor distribuição do peso corporal e, portanto, um melhor relaxamento da musculatura (ATELIÊ BRASIL DESIGN, 2008).

Com esses parâmetros, parte-se para o detalhamento da estrutura de suspensão, a qual deverá oferecer um maior grau de conforto baseado na idéia e nos cálculos detalhados na seqüência do trabalho.

Na parte de controle da cadeira, será feita por um microcontrolador PIC, previamente programado, que possuirá a função de controlar a saída do sinal PWM. Esse controle dar-se-á através da variação de tensão gerada por um Joystick. O sinal PWM será injetado em um módulo de potência que terá a função de alimentar os motores com as tensões desejadas. Todo sistema de controle será detalhado e explicado no decorrer dos capítulos.

Conclusão

Este trabalho apresentou o projeto e a aplicação de um sistema de suspensão mecânica e o controle de uma cadeira motorizada, assim como o desenvolvimento de todo projeto em um protótipo utilizando alguns materiais reciclados.

Na parte da suspensão mecânica, obteve-se um modelo do que foi idealizado e projetado, utilizando um programa de desenho técnico, que possibilitou a visualização tridimensional do sistema de suspensão. A partir do desenho e de parâmetros adotados, foram calculados os elementos de suspensão, que teve como objetivo obter uma amplitude de resposta menor que a da excitação, o que ocorre quando a relação é maior que 2 .

Além dos cálculos, executou-se o projeto e a fabricação de cada uma das partes do sistema mecânico, que apesar de apresentar um coeficiente de atrito maior do que o esperado, foi considerado satisfatório para a aplicação prática deste trabalho. A partir desse protótipo, foi possível entender melhor as reações contidas na estrutura de suspensão. Chegou-se à conclusão que esse sistema atendeu às necessidades propostas porque alcançou os objetivos pré-determinados.

Não se pode deixar de citar que, por se tratar de um protótipo, o peso da cadeira está acima do desejado, podendo ser consideravelmente reduzido utilizando outro material ao invés de aço. Aconselha-se também a substituição das rodas traseiras, aproveitadas de uma zorra, as quais contribuíram para o aumento do peso.

Na parte da eletrônica, foram elaborados todos os circuitos eletrônicos que, com exceção da etapa de potência, apresentaram resultados considerados satisfatórios. A primeira placa de potência confeccionada funcionou corretamente, porém, os mosfets deveriam ser retirados para serem acoplados a dissipadores de calor. Após esse procedimento, a placa não voltou a funcionar como deveria e teve que ser refeita.

No programa do microcontrolador, após os primeiros testes, foi necessário fazer ajustes de alguns parâmetros, devido à irregularidade e inconstância de alguns componentes. Além de se constatar que não era possível elevar a freqüência do PWM do PIC acima de 5k Hz, à medida que se tentava aumentar a freqüência o programa não se comportava conforme desejado, mas mesmo assim, seu desempenho foi satisfatório.

Referências

ATELIÊBRASIL Design, Dicas de ergonomia. Disponível em:

<http://www.ergonomia.com.br/htm/dicas.htm#cadeira> Acesso em: 21 Nov. 2008.

BARBI Ivo. Projetos de fonte chaveada 2001. Edição do Autor, Florianópolis.

BERSCH Rita, TONOLLI José Carlos. Bengala LEGAL 2006. Disponível em: <http://www.bengalalegal.com/tecnol-a.php> Acesso em: 20 Nov. 2008

OZ DESIGN. Catálogo de Barras e Perfis da Gerdau. Disponível em:

<http://www.gerdau.com.br/port/produtoseservicos/download/Catalogo-BarrasPerfis.pdf> Acesso em: 22 Nov. 2008.

CUNHA Lauro Salles, Manual prático do mecânico, Usinagem Industrial Tecnologia e Cálculo 1980. 8°Edição. Copyright by Lauro Salles Cunha e Hemus Livraria – Editora Ltda.

São Paulo – Brasil.

WIKIPÉDIA. Eletrônica de Potência. Disponível em:

<http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletr%C3%B4nica_de_pot%C3%AAncia> Acesso em: 09 Ago.

2008.

FITZGERALD A.E., KINGSLEY Charles Jr, UMANS Stephen D. Máquinas Elétricas com introdução à eletrônica de potência 2006. 6°Edição, Artmed Editora S. A. Pag 343 Cap 7.

GILLESPIE, T. D. Fundamentals of vehicle dynamics 1992, Warrendale: SAE. 493p.

HACKLEMAN MICHAEL, The New Electric: A Clean & Quiet Revolution, Editora A Home Power Publication, USA, 1996.

IMOBRAS Indústria de Motores Elétricos Ltda, Produtos. Disponível em:

<http://www.imobras.ind.br/> Acesso em 17 Nov. 2008

INTERNACIONAL RETIFIER. Manual do Mosfet 3205, Manual do Mosfet 2807, Manual do Lm3524. Disponível em: < http:// www.irf.com>. Acesso em: abr. 2007.

MEIROVITCH, L. Elements of vibration analysis 1986. 2. Ed. Singapoure: McGraw-Hill International Editions.1

MELCONIAN Sarkis. Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais 2007, 18°Edição. São Paulo– Editora Érica Ltda

PEREIRA Fabio, PIC Programação em C 2003, Editor Erica, São Paulo.

SADEF. Sociedade Amigos do Deficiente Físico. Disponível em:

<http://www.sadefrn.org.br/deficiencia_fisica/> Acesso em: 21 Nov. 2008.

Sites das principais fabricantes de cadeiras de rodas brasileiras:

<http://www.ortobras.com.br/> Acesso em: 01 Ago. 2008.

<http://www.freedom.ind.br/> Acesso em: 01 Ago. 2008.

<http://www.baxmannjaguaribe.com.br/> Acesso em: 01 Ago. 2008.

SOUZA, David José de, LAVINIA, Nicolás César, Conectando o PIC 16F877A – Recursos Avançados 2006. 3. ed. São Paulo: Érica.

SZKLARZ Eduardo. Tarados por petróleo 2007 – Superinteressante. Disponível em:

<http://super.abril.com.br/superarquivo/2007/conteudo_494122.shtml> Acesso em: 20 Nov.

2008.

THOMSON, WILLIAN T. Teoria da vibração 1978. Rio de Janeiro: Interciência

TORRES Gabriel, LIMA Cássio. Como Conversores Analógico/Digital Funcionam.

Disponível em: <http://www.clubedohardware.com.br/artigos/1307/2> Acesso em: 4 Dez.

2008.