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Uma alternativa bastante importante para a movimentação de partes móveis de robôs e outros dispositivos mecatrônicos além das que exigem energia elétrica, é a que faz uso da pressão do ar. Assim, os dispositivos pneumáticos são tão importantes como os elétricos e mecânicos, dando origem a uma ciência independente que é denominada “Pneutrônica”. Neste artigo, mostramos uma alternativa simples para projetos experimentais e didáticos, mas que pode ser estendida para outros usos e que consiste na utilização de músculos pneumáticos.

Pequenos compressores movidos a eletricidade (ou mesmo a força muscular) são baratos e comuns, podendo ser usados como uma fonte de energia para movimentação de diversos dispositivos mecânicos. O uso da pressão do ar de um reservatório pode ser uma alternativa econômica simples para a movimentação desses dispositivos quando se faz uso dos músculos pneumáticos.


 

Esses músculos, que podem ser encontrados em casas especializadas do exterior, tal como um de 15 cm de comprimento, podem contrair aproximadamente 2,5 cm (20% de seu comprimento) exercendo uma força de 6,5 libras com pressão de 42 psi. Na figura 1 damos um exemplo de músculo desse tipo mostrando como ele se contrai ao ser inflado.

 

 

A força que podem exercer esses músculos, possibilita sua utilização em dispositivos de Robótica e Automação substituindo servos, solenóides e motores.

 

Conforme podemos ver pela figura, seu princípio de funcionamento é simples: usando-o vazio ele mantém seu comprimento máximo e nenhuma força é exercida sobre suas extremidades, entretanto, quando inflado ele “incha” e se contrai em até 25% de seu comprimento exercendo uma força que pode ser aproveitada para movimentar algum dispositivo externo.

 

USANDO OS MÚSCULOS PNEUMÁTICOS

Não é preciso ter um compressor profissional ou dispositivos caros de pneumática para se realizar algum tipo de montagem prática empregando músculos pneumáticos. Para isso precisamos inicialmente de alguma fonte de ar sob pressão, tal como a bomba de ar (um exemplo é mostrado na figura 2).

 


 

Pode ser utilizada também uma bomba de encher pneus do tipo de pedal. Esse tipo de bomba é bastante comum em casas de produtos importados e custa pouco, podendo ser usada como fonte de ar sob pressão para acionamento de diversos músculos exercendo uma força considerável.

 

Além da bomba pneumática, é preciso contar com uma válvula tipo “three way”. Essa válvula tem por finalidade fornecer dois caminhos para o ar: em uma posição o ar flui do reservatório para o músculo enchendo-o e com isso provocando sua contração, e na outra posição ela permite que o ar que está dentro do músculo escape, fazendo com que ele volte à sua condição de relaxado. Os outros elementos do sistema são relativamente simples de obter como, por exemplo, os tubos de nylon para condução do ar, o adaptador para a bomba de ar, a tampa adaptadora e uma garrafa vazia de refrigerante PET.

 

Estas garrafas têm a vantagem de resistir a uma considerável pressão interna sem o perigo de estourar. Sabemos quando a pressão que elas agüentam está no limite, observando se elas começam a inchar. Esse ponto nunca deve ser ultrapassado. Jamais deverá ser usada garrafa equivalente, principalmente de vidro, que em caso de explosão poderá lançar fragmentos de modo extremamente perigoso em todas as direções. Na figura 3 ilustramos como o sistema deve ser montado para termos o acionamento de um músculo pneumático de forma simples em um projeto experimental ou didático.

 

 

Para usá-lo é simples. Inicialmente, bombeia-se o ar para o reservatório (garrafa de refrigerante PET) de modo a se obter uma boa pressão. A válvula de três vias deverá estar fechada. Quando a pressão atingir um bom valor, podemos passar ao acionamento. Colocando a válvula na posição 1, o ar flui para o músculo pneumático e obtemos a sua contração.

 

Passando a válvula para a posição 2, o músculo se esvazia e volta a sua posição de maior comprimento. Todas essas fases da operação do sistema pneumático experimental são mostradas na figura 4.

 

 

INTERFACEANDO COM O PC

Uma válvula de Nitinol, que também está disponível a partir da Images SI, pode ser usada para controlar eletricamente o fluxo de ar que entra no músculo, bem como o seu esvaziamento. Essa válvula é ligada conforme mostra a figura 5 utilizando a porta paralela para seu acionamento.

 


 

Com um nível lógico alto no pino 2 da porta paralela, o TIP31 satura e a válvula é alimentada permitindo que o ar flua para o músculo pneumático. Com o nível baixo, a válvula muda de posição e o ar do interior do músculo escapa.

 

BRAÇO PNEUMÁTICO

Na figura 6 vemos como é possível utilizar o músculo pneumático no acionamento de um braço capaz de levantar um peso considerável.

 

 

A mola de retorno é importante para garantir que o braço volte à posição de repouso. Uma alternativa para um retorno que não necessite de muita força é a utilização de um elástico. Lembramos que no acionamento de um braço temos uma alavanca interpotente e que a força nas extremidades fica dividida segundo a fórmula mostrada na figura 7.

 

 

Nessa fórmula, a força F que obtemos na extremidade do braço depende de F1 que é a força de contrapende de F1 que é a força de contração do músculo, e d1 e d2 são as distâncias onde essas forças são aplicadas.

 


 

* Matéria originalmente publicada na revista Mecatrônica Fácil; Ano: 1; N° 2; Jan / Fev – 2002