Demolition Crane

Professores Orientadores:

Profº Gil Marcos Jess - Física - gltjessj@terra.com.br
Profº Afonso Ferreira Miguel - Sistemas Digitais - afonso.miguel@pucpr.br
Profº Edson Pacheco - Técnicas Avançadas de Programação - pacheco@ppgia.pucpr.br
Profª Viviana R. Zurro - Circuitos Elétricos - viviana.zurro@pucpr.br

1. Abstract

The "Demolition Crane" project was developed by a group of students from the 3 period of computer engineering of PUC-PR. It is coonnected to the subjects: Physics III, Digital Systems I, Advanced Thechniques of Programming and Electrics Circuits I. The intention was to implement an electronic crane controled by a computer through a software.

2. Resumo

O projeto Demolition Crane foi desenvolvido por um grupo de estudantes do 3°periodo de engenharia da computação na PUC-PR. Esse projeto está relacionado a quatro matérias Física III, Sistemas Digitais I, Técnicas Avançadas de Programação e Circuitos Elétricos I. O propósito foi implementar um guindaste eletrônico controlado pelo computador através de um software.

3. Objetivos

Construção de um guindaste eletrônico que realizara três movimentos diferentes controlados por três motores de passo e utilizaremos a porta paralela para comunicar-se com um computador no qual haverá um software especialmente desenvolvido que controlara o guindaste.

4. Descrição do projeto

Inicialmente, em meados do mês de abril, definimos o material a ser usado para a confecção do guindaste: madeira. Tínhamos pensado inicialmente em fazê-lo de algum metal, como aço ou alumínio, mas devido as dificuldades em conseguir e manusear e também ao alto custo desses materiais, eles foram descartados.

Por volta do final do mês de abril, quando já foram definidas as dimensões do guindaste, enfim fomos a maquetaria e iniciamos a confecção, coletamos madeiras apropriadas, leves e resistentes, e iniciamos pela base e suporte do guindaste, feitos em um nível mais alto do chão, para que as engrenagens que transferem o torque do motor da base para o braço vertical fossem feitas do lado de baixo.

No início do mês de maio demos mais alguns passos na construção do guindaste. Cortamos as madeiras de acordo com as dimensões do guindaste e, a princípio, definimos a comunicação através da porta serial.

Até o final do mês de maio, demos um longo passo em nosso projeto. Adquirimos três motores de passo retirados de impressoras e demos início ao circuito eletrônico. Utilizamos os circuitos integrados ULN para controlar os motores através da informação vinda da porta paralela. Depois de montado o circuito em protoboard, constamos um superaquecimento nos reguladores de tensão, principalmente no da fonte, devido a alta corrente exigida pelos motores. Após alguns cálculos, otimizamos o circuito afim de evitar o superaquecimento. Uma das saídas foi colocar um capacitor maior para filtrar melhor a tensão e evitar o superaquecimento no regulador de tensão da fonte. Outro problema era no resistor para o regulador de tensão de 5 V. Vários foram queimados devido a alta corrente e também porque quando os motores não estavam sendo utilizados, o regulador regulava a tensão de zero para cinco volts. Isso o aquecia demasiadamente. A solução então foi fazer uma combinação de resistores em paralelo para que houvesse um divisão da corrente entre eles. Também desenvolvemos um software simples em C++ para controlar os motores.

Até o início do mês de junho andamos bastante com a estrutura do guindaste. Montamos a base e os dois braços, já acoplados um ao outro através de dois rolamentos pequenos. Também foi adquirido em uma oficina mecânica um rolamento maior usado, que foi colocado no eixo do braço vertical, afim de reduzir o atrito entre eles. O braço horizontal foi feito de duas hastes paralelas unidas por três barrinhas de madeira fixadas por parafusos para melhor fixação e sustentação do braço. O braço vertical também foi feito de maneira semelhante. Duas tábuas retangulares paralelas unidas na parte de cima pelo eixo do braço horizontal e na parte de baixo por uma base fixada no eixo do rolamento da base do guindaste.

Por fim, na metade do mês de junho, a estrutura do guindaste já estava quase concluída faltando apenas a correia que transfere o movimento do motor de passo da base para o braço vertical. Este também foi um grande problema, pois, inicialmente, emprestamos uma correia que já tínhamos adquirido ao nosso amigo João para aproveitar a sua ida ao centro e comprar uma igual para nós, pois aquela era insuficiente. Porém nosso amigo acabou esqueceu a correia em uma loja de eletrônicos. A solução foi comprar uma nova correia. Porém os preços não estavam nos auxiliando e acabamos comprando somente uma correia, que foi insuficiente. Assim usamos esta correia para fazer a engrenagem do eixo do braço vertical e fizemos uma correia de lixa, adquirida na própria maquetaria. Depois de tudo montado constatamos que o motor não tinha torque o suficiente para movimentar o braço. Isso se deve ao fato de que construímos a engrenagem do motor maior que a engrenagem do braço. Para resolver este problema, fizemos novos eixos, deixando o eixo do motor menor que o eixo do braço. Também incrementamos o software que controla os motores, fazendo uma interface gráfica que permite ao usuário controlar a velocidade, a direção e os passos dos motores.

Finalmente o projeto ficou pronto! Foi muito gratificante ver o primeiro movimento do guindaste, depois de termos ficado praticamente o semestre inteiro em cima disso.

5. Lista de materiais

6. Diagramas elétricos

7. Diagrama da placa de circuito impresso

8. Software desenvolvido

O software foi desenvolvido em C++ utilizando o Borland Builder 6. O programa realiza operações básicas para o controle do guindaste, com ele pode-se mover os motores em dois sentidos diferentes assim como controlar suas velocidades e também pode-se controlar a quantidade de passos a realizar.

9. Conclusão

O projeto foi, de um modo geral, construtivo para o aprimoramento dos conceitos de hardware, circuitos elétricos e circuitos integrados. Foi também construtivo pelo fato da confecção de uma maquete desse porte, coisa que nunca tínhamos feito antes.

O projeto também aprimorou o os conhecimentos nas disciplinas de Física III, Circuitos Elétricos I e Técnicas Avançadas de Programação, nos fazendo usar os conceitos teóricos na prática.

O desenvolvimento do projeto foi tranquilo, não foi muito corrido pois começamos a trabalhar com ele a tempo suficiente para conclusão. É claro que ocorreram diversas situações de confusão e estresse, mas nada fora do normal. Os professores estiveram sempre dispostos a nos auxiliar e tirar nossas dúvidas. Houveram problemas quanto ao uso da maquetaria, já que ela não é destinada para o nosso curso. Uma autorização foi concebida pelo coordenador do curso, mas no dia seguinte quando fomos usar a maquetaria não foi permitida a nossa entrada alegando a falta da autorização que já tinha sido entregue. Porém tudo isso ocorreu por falta de comunicação entre os que trabalham na maquetaria. Mas o problema logo foi sanado, não sendo nada grave ou comprometedor, apenas perdemos um dia de trabalho. Entre os membros do grupo houveram algumas discordâncias, claro, mas de modo geral correu tudo bem.

10. Referências

MIGUEL, Afonso F.; Datasheets e Módulo de Aquisição. [on line] Disponível na Internet via www. URL: http://www.icet.pucpr.br/afonso.

MESSIAS, Antônio Rogério; Porta paralela; [online] Disponível na Internet via www. URL: http://www.rogercom.com/pparalela/introducao.htm

11. Galeria de fotos