Atualizada em 11.11.2008

Introdu��o

Revis�o bibliogr�fica - Mecatr�nica

��������A automa��o � uma realidade. Nos �ltimos anos houve um desenvolvimento intenso da eletr�nica, computa��o e sistemas mec�nicos de precis�o, que difundiram amplamente os dispositivos autom�ticos entre a sociedade moderna. Entre estes dispositivos, tem-se os circuitos eletr�nicos que est�o cada vez mais r�pidos e menores, como exemplo os microprocessadores que comp�em os computadores pessoais, que nos anos 1980 eram de 4 MHz e hoje em dia ultrapassam 2 GHz. Associados a este desenvolvimento, o computador digital e a computa��o possibilitaram o desenvolvimento das �reas de Microeletr�nica, Eletr�nica Digital e Engenharia. Como conseq��ncia direta deste desenvolvimento houve uma mudan�a no cotidiano das pessoas, atrav�s dos dispositivos eletr�nicos presentes nos aparelhos de telefone celular, m�quinas de lavar, aparelhos de v�deo, autom�veis, m�quinas fotogr�ficas, entre outros.
��������No final da d�cada de 1970, os japoneses denominaram de Mecatr�nica a uni�o entre a Eletr�nica, a Mec�nica e a Computa��o em produtos de consumo. A partir desta uni�o surgia uma variedade de aplica��es do termo mecatr�nica, assim como cursos de Mecatr�nica em diversos paises desenvolvidos. Por�m, nos Estados Unidos n�o foram criados cursos espec�ficos de Engenharia Mecatr�nica, mas foram introduzidas nos curr�culos dos cursos de gradua��o em Engenharia Mec�nica, as disciplinas relacionadas com integra��o da Mec�nica, Eletr�nica e Computa��o (Ashley, 1997). Em 1987, na Finl�ndia foi desenvolvido um programa especial de pesquisa em Mecatr�nica com a participa��o de 4 universidades e 80 ind�strias, atuando em setores estrat�gicos (m�quinas para fabrica��o de papel, telefonia m�vel, rob�s, entre outras). Com or�amento de U$ 6,5 milh�es, este programa durou at� 1990 atingindo o objetivo de difundir os conceitos de Mecatr�nica nas industrias (Salminen, 1996). Em 1995 foi lan�ado um novo programa de U$ 20 milh�es com a participa��o de universidades, centros de pesquisa e ind�strias (Adamowski e Furakawa, 2001). Na Inglaterra foi criado em 1990 o F�rum de Mecatr�nica que foi apoiado pelo IEE (Institute of Electrical Enginneers) e o MechE (Institute of Mechanical Enginneers) para discutir e implementar a Mecatr�nica entre a comunidade e a industria (Hewit, 1996).
��������No Brasil, foi somente no ano de 1988 que surgiu o primeiro curso de gradua��o em Engenharia Mecatr�nica na Universidade de S�o Paulo � USP (Cozman e Furukawa, 2000). Hoje em dia j� est�o consolidados os cursos de Mecatr�nica nos estados Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Paran�, Rio de Janeiro, Distrito Federal, entre outros. No Cear�, a Universidade de Fortaleza � Unifor iniciou o Curso de Engenharia de Controle e Automa��o e a Escola T�cnica Federal do Cear� (CEFET � CE), o curso de tecn�logo em Mecatr�nica.
��������Atualmente pode-se definir Mecatr�nica como uma linha de pensamento que combina n�o somente os conceitos de Mec�nica, Eletr�nica e Computa��o, no desenvolvimento de produtos, sim a combina��o dos conceitos das ci�ncias b�sicas, como F�sica, Matem�tica, Qu�mica e Biologia, de resist�ncia dos materiais, comportamento t�rmico, mecanismos, sensores, atuadores, controle, l�gica, entre outros. Alguns autores apresentam defini��es formais, entre eles: Schweitzer define mecatr�nica como uma �rea interdisciplinar que envolve Engenharia Mec�nica, Engenharia El�trica e Ci�ncias da Computa��o (Adamowski e Furukawa, 2001). Acar (1996) define Mecatr�nica como sendo a integra��o da Microeletr�nica, Computa��o, e Controle de Sistemas Mec�nicos, para a solu��o de projeto e produtos com intelig�ncia e flexibilidade. 
��������Muitos engenheiros consideram que a Mecatr�nica surgiu com o desenvolvimento dos rob�s (Adamowski e Furukawa, 2001). De fato, um rob� � um dispositivo composto de uma estrutura mec�nica composta de atuadores, sensores e de uma unidade de controle (Eletr�nica e Computa��o), capaz de realizar diferentes tarefas em fun��o de sua programa��o, podendo ser reprogramado. J� a Rob�tica, que � o estudo dos rob�s, � constitu�da por diversas �reas de conhecimento. De tal modo que um profissional que atua na �rea de Rob�tica, deve possuir conhecimento em Mec�nica, Eletr�nica e Computa��o e �reas b�sicas de conhecimento. Uma breve revis�o bibliogr�fica sobre rob�s pode ser achada aqui.

Objetivos do LPEM

��������O objetivo principal do Laborat�rio de Prot�tipos Educacionais e Mecatr�nica � LPEM � realizar pesquisas e dar apoio ao ensino das disciplinas de Automa��o, Rob�tica e de Mecatr�nica na Universidade Federal do Cear�. Al�m disso, s�o tamb�m objetivos espec�ficos:

� Propiciar infra-estrutura de equipamentos para dar continuidade � linha de pesquisa em desenvolvimento de rob�s;

� Dar apoio t�cnico ao Desenvolvimento de Kits Educacionais de Mecatr�nica

� Compartilhar o LPEM com os alunos e professores de institui��es p�blicas de ensino no Estado do Cear�;

� Disponibilizar, gratuitamente, todo o processo de concep��o e implanta��o de um laborat�rio de prot�tipos mecatr�nicos educacionais, tanto para escolas estaduais de ensino m�dio, como para institui��es p�blicas de ensino e pesquisa;

� Treinar alunos dos cursos de Computa��o, Engenharia Mec�nica e Engenharia El�trica atrav�s de aulas pr�ticas nas �reas da Mecatr�nica;

� Desenvolver softwares para controle de servomecanismos atrav�s das portas serial RS-232C e paralela do microcomputador;

� Doar um kit educacional (software + estrutura mec�nica) para uma escola de ensino Fundamental ou M�dio do estado do Cear�, para o aux�lio do ensino de ci�ncias b�sicas;

� Treinar no LPEM alunos do ensino m�dio para opera��o e pesquisa nos kits doados, bem como para a difus�o da Mecatr�nica nas escolas p�blicas do Estado do Cear�.

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Pesquisas

Em andamento

A denomina��o "bra�o mec�nico" � uma refer�ncia a semelhan�a entre o mecanismo e o conjunto ombro-bra�o-ante bra�o humano. O mecanismo � um rob� com 4 gdl (graus de liberdade), ou seja, quatro motores. A estrutura mec�nica � composta por base, segmento 1, segmento 2, segmento 3 e punho. Os motores, cientificamente denominados de atuadores, s�o do tipo servomotores utilizados em aeromodelos. Eles correspondem ao n�mero de juntas ou uni�es dos segmentos:  cinco segmentos com quatro atuadores. Foi realizado o modelo matem�tico do rob� antes da constru��o, com a finalidade de realizar o controle do mesmo. Ele � controlado atrav�s da interface serial do microcomputador usando o protocolo RS - 232C. Tamb�m foi desenvolvida uma interface para enviar os dados de controle para os servomotores. O software utilizado para a determina��o da trajet�ria foi o MATLAB e o programa de interface foi desenvolvido pelo GERA.

Perna com 3 graus de liberdade

O LPEM pretende analisar o comportamento de um mecanismo semelhante a perna humana. Este mecanismo ser� denominado de RP3 - Rob� Perna com 3 gdl. Ele ser� semelhante ao conjunto pelve - coxa - perna, com tr�s servomotores e quatro segmentos. A an�lise ser� focada no uso dos dados biomec�nicos cedidos pelo LIB - Laborat�rio de Instrumenta��o Biomec�nica da Faculdade de Educa��o F�sica da Unicamp. O objetivo principal deste estudo ser� a influ�ncia da diminui��o dos gdl ao modelar uma perna humana com somente 3 gdl.

Na Figura abaixo pode-se ver a simula��o do movimento capturado com o software DVIDEOW, desenvolvido no LIB. A partir dos dados do software e usando-se o MATLAB foi poss�vel construir o gif animado da Figura abaixo. Antes da anima��o ser iniciada, � apresentado um frame com a trajet�ria dos marcadores usado no sujeito.

A serem realizadas

Rover (Remote Operated VEhicle Robot)

O GERA pretende projetar e construir um ve�culo operado por infravermelho ou r�dio controlado. O ve�culo ser� de pequenas dimens�es e peso extremamente reduzido. O objetivo � o desenvolvimento de circuitos eletr�nicos remotamente operados. 

Conclu�das

Nos anos de 2002 e 2003 foi desenvolvido, em parceria com o GPAR Grupo de Pesquisa em Automa��o e Rob�tica do DEE - Departamento de Engenharia El�trica da UFC, um rob� com 2 gdl e tamb�m denominado de bra�o mec�nico. Al�m da constru��o do mecanismo, foram desenvolvidos dois programas de computador no software MATLAB. Um para a determina��o das trajet�rias dos dois segmentos e o outro para o envio dos dados para os servomotores, utilizando a porta serial. 

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Pessoal

Professores

Alunos

T�cnicos

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Fotos

Bibliografia

Adamowski, J. C. e Furukawa, C. M., �Mecatr�nica: Uma abordagem voltada � automa��o industrial�. Mecatr�nica Atual. Ed. Saber. No. 1. P�g. 08-11. Out-Nov. 2001.

Ashey, S., �Getting a hold on Mechatronics�. Mechanical Engineering. ASME. pp. 60-63. May. 1997.

Cozman, F.G. E Furukawa, C. M., �A reestrutura��o curricular do Curso de Mecatr�nica da Escola Polit�cnica�. COBENGE 2000. Ouro Preto. MG. Outubro. 2000.

Hanselman, D. and Littlefield, B. �Mastering Matlab- Matlab Curriculum Series�. Prentice - Hall, New Jersey. 1996.

Hewit, J. R. and King, T. G., �Mechatronics design for product enhancement�. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. Vol. 1. no. 2, pp. 111-119. 1996.

Salminen, V., �Ten years of Mechatronics research and industrial applications in Finland�. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. Vol. 1. no. 2, pp. 103-105. 1996.

Scuracchio, S. C. G., �Rob�tica no curr�culo escolar: o futuro � agora�. Mecatr�nica f�cil. Ed. Saber. P�g. 26-28. Maio. 2002.

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