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Caixas de redução para realização de projetos (MEC105)

Um dos problemas para a realização de projetos práticos que envolvam automatismos mecânicos acionados por meio de circuitos eletrônicos, como por exemplo computadores, é a obtenção de componentes. A mecatrônica, que une as tecnologias da eletrônica e da mecânica está se difundindo cada vez e muitas escolas já possuem cursos regulares, mas enfrenta muitas dificuldades justamente pela impossibilidade de implementação de projetos didáticos simples, acessíveis e baratos que possam ser realizados a nível de estudantes. Uma solução interessante que apresentamos neste artigo consiste no uso de caixas de redução.

O maior problema para os montadores de automatismos mecânicos como braços mecânicos, robôs, pequenos veículos controlados à distância, etc. está na obtenção das partes mecânicas.

Muitos, desmontando brinquedos fora de uso e mesmo eletrodomésticos que usem elementos mecânicos acabam por conseguir muitos componentes importantes como motores, engrenagens e a partir deles construir sistemas de redução, movimentação de alavancas, braços e em alguns casos até montar servosmecanismos.

No entanto, trata-se de um verdadeiro trabalho de garimpagem que nem sempre leva às soluções desejadas além de dar muito trabalho.

Com a disponibilidade de computadores em praticamente qualquer laboratório de desenvolvimento a possibilidade de se controlar dispositivos mecânicos a partir de programas automatizadores, de um teclado ou mesmo de um joystick torna-se cada vez mais tentadora e as escolas que ensinam mecatrônica sabem disso.

No entanto, esbarra-se ainda na parte mecânica que pode significar a diferença entre o êxito e o fracasso de qualquer projeto.

Mas, o problema tem algumas soluções simples que podem facilitar bastante o trabalho dos projetistas.

A disponibilidade no mercado de uma caixa de redução com características padronizadas e que funciona com tensões que são facilmente obtidas a partir de circuitos eletrônicos comuns pode ajudar bastante os leitores interessados.

 

CAIXA DE REDUÇÃO

Muitas empresas têm na sua linha de produtos uma caixa de redução que pode servir para a realização de uma infinidade de projetos que envolvam o controle de dispositivos mecânicos a partir de sinais elétricos.

Uma destas é a mostrada na figura 1, a qual consta de um motor de corrente contínua de 6 volts que aciona um conjunto de engrenagens metálicas obtendo-se assim uma redução de velocidade numa proporção que pode ser considerada ideal para aplicações em robótica e automatismos mecânicos diversos.

 

Caixa de redução com engrenagens metálicas e motor DC.
Caixa de redução com engrenagens metálicas e motor DC.

 

Como os motores de corrente contínua possuem uma velocidade que depende de sua carga, não é possível definir exatamente a velocidade da redução, mas ela estará entre 0,5 e 1 giro por segundo tipicamente.

Para um motor pequeno, esta taxa de redução permite uma multiplicação considerável da força, o que quer dizer que no eixo de redução obtém-se um torque considerável.

De fato, enrolando-se diretamente um fio neste eixo, é possível deslocar um peso considerável, conforme mostra a figura 2.

 

Fazendo um
Fazendo um "teste de força" na caixa de redução.

 

A vantagem principal deste sistema está na facilidade que se tem de acoplar o eixo a qualquer dispositivo que se deseje movimentar e na possibilidade de se controlar o motor com tensões e correntes relativamente baixas.

Também observamos que é possível inverter o sentido de rotação do sistema bastando que se inverta a circulação da corrente no motor.

Para os projetistas de automatismos mecânicos existe uma outra vantagem importante no uso destas caixas: a possibilidade de se conseguir diversas unidades com características semelhantes, garantindo assim uniformidade na ação do projeto. Certamente isso não vai ocorrer se peças isoladas forem aproveitadas de sucatas ou montadas a partir de componentes isolados aproveitados da mesma forma.

Também é importante observar que o próprio motor original pode ser facilmente trocado caso o projetista deseje características diferentes para seu automatismo.

 

COMO USAR

A maneira mais simples de se controlar o motor a partir de sinais de pequena intensidade faz uso de um transistor NPN ou PNP de média potência de uso geral, mostrado na figura 3.

 

Modo de controlar o motor da caixa com sinais de pequena intensidade.
Modo de controlar o motor da caixa com sinais de pequena intensidade.

 

Para se alterar a velocidade de rotação numa faixa bastante ampla podemos usar um controle PWM com base em circuitos integrados simples. Assim, o circuito da figura 4, altera o ciclo ativo do sinal retangular aplicado no motor de modo a modificar sua velocidade com um mínimo de perda de torque nas baixas rotações.

 

Um controle PWM simples para a caixa de redução.
Um controle PWM simples para a caixa de redução.

 

Esta característica é importante, pois diferentemente dos reostatos comuns não existe uma "faixa morta" em que o motor é alimentado, mas não "parte", saindo depois da imobilidade já com boa velocidade. Este problema muito notado em ferrovias em miniatura e autoramas não ocorre com este tipo de controle.

Uma aplicação interessante consiste na inversão da polaridade e, portanto do sentido de rotação por meio de uma ponte de transistores.

Este circuito é mostrado na figura 5 e funciona da seguinte forma: quando o nível do sinal de controle é alto, conduzem os transistores Q1 e Q3, com a corrente passando num sentido pelo motor.

 

Um inversor de rotação do motor.
Um inversor de rotação do motor.

 

Quando o nível do sinal de controle é baixo, conduzem os transistores Q2 e Q4 com a circulação da corrente pelo motor no sentido inverso.

A combinação deste circuito com o anterior permite que se tenha um domínio completo sobre o sentido de rotação e a velocidade do motor.

Observe que estes circuitos permitem o controle digital da caixa de redução o que pode ser interessante nas aplicações que envolvam o uso de computadores.

Para se usar o computador (PC) diretamente no controle de uma caixa de redução (ou mais) podemos obter os sinais de sua porta paralela.

Para isso, basta conhecer os sinais obtidos nesta porta que são mostrados na figura 6 e ter um conector DB25 para acessá-los.

 

A pinagem do DB25 (porta paralela).
A pinagem do DB25 (porta paralela).

 

Em cada saída D0 a D7 temos sinais de controle que podem drenar correntes máximas de 24 mA e fornecer correntes máximas de 2,4 mA a uma carga externa.

Isso significa que, para maior segurança sempre deveremos fazer os acionamentos com a porta correspondente no nível baixo ou então usar buffers apropriados.

O acionamento direto por meio de transistores é mostrado na figura 7.

 

Acionamento com transistores PNP.
Acionamento com transistores PNP.

 

Neste circuito o uso de transistores PNP faz com que o motor seja acionado quando o nível lógico na saída seja 0.

A fonte de alimentação do motor (ou motores) deve ser separada, mas o ponto de terra deve ser comum com a fonte do computador.

Para que o acionamento do motor ocorra com o nível lógico 1 podemos ter um inversor que é mostrado na figura 8.

 

Acionamento no nível lógico 1 das saídas  D0 à D7.
Acionamento no nível lógico 1 das saídas D0 à D7.

 

Para usar buffers devemos lembrar que as saídas do PC casam-se com a tecnologia TTL LS e HC MOS.

Na figura 9 temos um circuito de interfaceamento que usa um buffer apropriado.

 

Acionamento de 8 caixas usando um buffer 74LS541.
Acionamento de 8 caixas usando um buffer 74LS541.

 

Datasheet do 74LS541

 

Finalmente, para maior segurança nos projetos pode ser usada uma interface com isoladores ópticos, caso em que se garante que qualquer problema elétrico que ocorra não vá refletir no computador. Um circuito deste tipo é mostrado na figura 10.

 

Acionamento do motor com acoplador óptico.
Acionamento do motor com acoplador óptico.

 

É importante observar que os buffers internos do computador que fornecem sinais a sua saída normalmente fazem parte de chips com outras funções internas como por exemplo o controle dos drivers. Isso significa que um dano acidental nos circuitos das portas pode ter consequências graves para o PC.

Desta forma, ao implementar qualquer circuito de controle com seu computador olhe com especial cuidado para as conexões da DB25.

Qualquer curto nesta parte do circuito pode ser fatal para a integridade de seu computador. A ida ao nível lógico baixo ou alto sem encontrar uma limitação de corrente significa uma sobrecarga que os circuitos não suportam.

Lembre-se também que os circuitos das portas são tri-state permanecendo num estado indeterminado (nem 0 nem 1) na ausência de sinal de habilitação.

Com relação aos programas de controle eles podem ser facilmente elaborados em Quickbasic (Qbasic) ou outra liguagem de alto nível ensinada em cursos técnicos.

 

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

Opinião

Ser não ser honesto (OP192)

Não há dúvida de que estamos passando por uma época de transformações políticas e sociais. Já não se admite desonestidade na política, e evidentemente em qualquer outro tipo de atividade em nosso país. A pressão tem sido cada vez maior no sentido de erradicar este mal, mas infelizmente ainda vemos que em alguns setores, esta mentalidade parece não estar mudando com a devida velocidade.

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