Estrutura, componentes, fiação eletrônica, facilidade de manutenção.

Unir as áreas de engenharia mecânica, elétrica, de programação e de controle não é tarefa fácil. No entanto, a integração dos avanços tecnológicos e o foco nessas cinco áreas podem simplificar o processo e garantir que a mecatrônica se torne mais acessível.

Os ciclos de desenvolvimento de produtos acelerados e os rápidos avanços tecnológicos atuais impulsionaram a necessidade de uma engenharia interdisciplinar mais abrangente. Enquanto antes o engenheiro mecânico se concentrava exclusivamente no hardware, o engenheiro elétrico na fiação e nas placas de circuito, e o engenheiro de controle no software e na programação algorítmica, o campo da mecatrônica reúne essas áreas, criando um foco para uma solução completa de movimento. Os avanços e a integração desses três campos otimizam o projeto mecatrônico.

É essa simplificação que está impulsionando os avanços na robótica e nos sistemas cartesianos multieixos para usos industriais e manufatura, a automação para mercados de consumo em quiosques e sistemas de entrega, juntamente com a rápida aceitação das impressoras 3D na cultura dominante.

Aqui estão cinco fatores-chave que, quando combinados, resultam em um projeto mecatrônico mais fácil.

1. Guias lineares e estrutura integradas

No projeto de máquinas, os conjuntos de rolamentos e guias lineares existem há tanto tempo que, muitas vezes, a mecânica de um sistema de movimento é tratada como uma reflexão tardia. No entanto, os avanços em materiais, design, recursos e métodos de fabricação tornam interessante considerar novas opções.

Por exemplo, o alinhamento pré-projetado incorporado em trilhos paralelos durante o processo de fabricação significa menor custo devido ao menor número de componentes, maior precisão e menos variáveis ​​em jogo ao longo do comprimento do trilho. Esses trilhos paralelos também facilitam a instalação, pois eliminam a necessidade de múltiplos fixadores e o alinhamento manual.

Antigamente, era quase certo que, qualquer que fosse o sistema de guia linear escolhido por um engenheiro, ele também teria que considerar placas de montagem, trilhos de suporte ou outras estruturas para garantir a rigidez necessária. Os componentes mais modernos integram estruturas de suporte ao próprio trilho linear. Essa mudança do projeto de componentes individuais para projetos de peça única ou subconjuntos integrados reduz o número de componentes, além de diminuir custos e mão de obra.

2. Componentes de Transmissão de Energia

A escolha do mecanismo de acionamento ou dos componentes de transmissão de potência corretos também é um fator importante. O processo de seleção, que envolve o equilíbrio entre velocidade, torque e precisão de desempenho com o motor e a eletrônica, começa com a compreensão dos resultados que cada tipo de acionamento pode produzir.

Assim como a transmissão de um carro em quarta marcha, as transmissões por correia são adequadas para aplicações que exigem altas velocidades em cursos longos. No extremo oposto do espectro de desempenho, encontram-se os fusos de esferas e os fusos trapezoidais, que se assemelham mais a um carro, com uma primeira e segunda marchas potentes e responsivas. Eles oferecem bom torque e se destacam em partidas e paradas rápidas, além de mudanças de direção precisas. O gráfico mostra as diferenças entre a velocidade das correias e o torque dos fusos.

Assim como nos avanços em trilhos lineares, o alinhamento pré-projetado é outra área em que o projeto de fusos de esferas evoluiu para oferecer maior repetibilidade em aplicações dinâmicas. Ao usar um acoplador, preste atenção ao alinhamento do motor e do fuso para eliminar a oscilação que reduz a precisão e a vida útil. Em alguns casos, o acoplador pode ser eliminado completamente e o fuso fixado diretamente ao motor, integrando diretamente os componentes mecânicos e elétricos, eliminando componentes, aumentando a rigidez e a precisão e reduzindo custos.

3. Eletrônica e Fiação

As configurações convencionais para a eletrônica em aplicações de controle de movimento incluem arranjos de fiação complexos, além de gabinetes e acessórios de montagem para acomodar todos os componentes. O resultado é, frequentemente, um sistema não otimizado, difícil de ajustar e de manter.

As tecnologias emergentes oferecem vantagens sistêmicas ao integrar o driver, o controlador e o amplificador diretamente em um motor "inteligente". Isso não apenas elimina o espaço necessário para acomodar os componentes adicionais, como também reduz a quantidade total de componentes e simplifica o número de conectores e fios, diminuindo a possibilidade de erros e economizando custos e mão de obra.

4. Projetado para Manufatura (DFM)

• Intercalação

Além da facilidade na montagem de trilhos em projetos integrados, a experiência e as tecnologias emergentes, como a impressão 3D, aumentam sua capacidade de criar protótipos de conjuntos mecatrônicos e robóticos de acordo com os padrões DFM (Design for Manufacturing). Por exemplo, suportes de conexão personalizados para sistemas de movimento costumavam ser caros e demorados para serem processados ​​em uma ferramentaria ou oficina de fabricação. Hoje, a impressão 3D permite criar um modelo CAD, enviá-lo para a impressora 3D e obter uma peça funcional em muito menos tempo e a um custo muito menor.

• Conectorização

Outra área de DFM (Design for Manufacturing) que já foi abordada é o uso de motores inteligentes que integram os componentes eletrônicos diretamente no motor, facilitando a montagem. Além disso, novas tecnologias que integram conectores, cabeamento e gerenciamento de cabos em um único pacote simplificam a montagem e eliminam a necessidade dos tradicionais e pesados ​​organizadores de cabos de plástico.

5. Manutenibilidade a Longo Prazo

As novas tecnologias e os avanços no design não só afetam a viabilidade inicial da fabricação, como também podem influenciar a manutenção contínua de um sistema. Por exemplo, integrar o controlador e o inversor ao próprio motor simplifica a resolução de problemas. O acesso ao motor e aos componentes eletrônicos torna-se mais fácil e descomplicado. Além disso, muitos sistemas agora podem ser conectados em rede, permitindo o acesso remoto para diagnósticos a partir de praticamente qualquer local.