Estrutura, componentes, fiação eletrônica, manutenibilidade.

Unir engenharia mecânica, elétrica, de programação e de controle não é fácil. Mas integrar avanços tecnológicos e focar nessas cinco áreas pode simplificar o processo e garantir que a mecatrônica seja facilitada.

Os ciclos acelerados de desenvolvimento de produtos e os rápidos avanços tecnológicos atuais têm impulsionado a necessidade de uma engenharia mais multidisciplinar. Enquanto antes o engenheiro mecânico se concentrava exclusivamente no hardware, o engenheiro elétrico na fiação e placas de circuito e o engenheiro de controle no software e na programação algorítmica, a área da Mecatrônica reúne essas áreas, criando um foco para uma solução completa de movimento. Os avanços e a integração das três áreas otimizam o projeto mecatrônico.

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

Aqui estão cinco fatores principais que, quando reunidos, resultam em um projeto mecatrônico mais fácil.

1. Guias lineares e estrutura integrada

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 algo secundário. No entanto, os avanços em materiais, design, recursos e métodos de fabricação fazem com que valha a pena considerar novas opções.

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

No passado, era quase garantido que, independentemente do sistema de guia linear escolhido por um engenheiro, ele também teria que considerar placas de montagem, trilhos de suporte ou outras estruturas para a rigidez necessária. Componentes mais novos integram estruturas de suporte ao próprio trilho linear. Essa mudança do projeto de componentes individuais para projetos de peças únicas ou subconjuntos integrados reduz o número de componentes, além de reduzir custos e mão de obra.

2. Componentes de transmissão de potência

A seleção 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 desempenho de precisão adequados 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 operando em quarta marcha, os acionamentos por correia são adequados para aplicações que exigem velocidades máximas em cursos longos. No extremo oposto do espectro de desempenho, estão os fusos de esferas e de avanço, que se assemelham mais a um carro com primeira e segunda marchas potentes e responsivas. Eles oferecem bom torque, além de se destacarem em partidas e paradas rápidas e mudanças de direção. O gráfico mostra as diferenças entre a velocidade das correias e o torque dos fusos.

Semelhante aos avanços em trilhos lineares, o alinhamento pré-projetado é outra área em que o projeto do fuso de avanço avançou para proporcionar 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 completamente eliminado e o fuso fixado diretamente no motor, unindo diretamente os componentes mecânicos e elétricos, eliminando componentes, aumentando a rigidez e a precisão, além de reduzir 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 ferragens de montagem para montar e abrigar todos os componentes. O resultado geralmente é um sistema não otimizado, além de difícil de ajustar e manter.

As tecnologias emergentes oferecem vantagens sistêmicas ao posicionar o driver, o controlador e o amplificador diretamente em um motor "inteligente". Além de eliminar o espaço necessário para abrigar os componentes adicionais, o número total de componentes é reduzido e o número de conectores e fiação é simplificado, reduzindo o potencial de erro e economizando custos e mão de obra.

4. Projetado para fabricação (DFM)

• Bracketização

Além da facilidade de 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. Por exemplo, suportes de conectores personalizados para sistemas de movimento costumam 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 de modelo utilizável em uma fração do tempo e por uma fração do custo.

• Conectorização

Outra área do DFM que já foi abordada é o uso de motores inteligentes que colocam a eletrônica diretamente no motor, facilitando a montagem. Além disso, tecnologias mais recentes que integram conectores, cabeamento e gerenciamento de cabos em um único pacote simplificam a montagem e eliminam a necessidade de passadores de cabos tradicionais, pesados ​​e de plástico.

5. Manutenção a longo prazo

Novas tecnologias e avanços em design não afetam apenas a capacidade de fabricação inicial, mas também podem influenciar a manutenção contínua de um sistema. Por exemplo, mover o controlador e o inversor para dentro do motor simplifica qualquer solução de problemas que possa ser necessária. O acesso ao motor e à eletrônica é organizado e direto. Além disso, muitos sistemas agora podem ser conectados em rede, permitindo acesso de praticamente qualquer local para realizar diagnósticos remotos.