Desenvolvimento de um robô com cinemática paralela delta linear para manufatura aditiva aderente a STEP-NC

Abstract

Esta dissertação trata do desenvolvimento de um robô com cinemática paralela Delta Linear para Manufatura Aditiva (AM-Additive Manufacturing) e a proposição de um modelo de informação para AM baseado no padrão STEP-NC. AM é considerada como uma tendência da Indústria 4.0, aportando grandes benefícios para o desenvolvimento de novos produtos, incluindo redução do tempo de lançamento ao mercado, liberdade de projeto para manufatura e reduções na cadeia de suprimentos. No entanto, ainda persistem sérios problemas sobre a cadeia digital da AM com o uso de antigos formatos para troca de dados. O formato STL (1987) tem sido usado como padrão “de fato" para troca de dados entre softwares de projeto 3D e sistemas de AM e da mesma forma, os controladores numéricos dos sistemas de AM ainda utilizam o padrão de código G (ISO 6983/1980). Porém esses formatos possuem inconvenientes que os tornam incompatíveis com a ideia de uma cadeia digital de alto nível para AM. O ISO 14649, conhecido como STEP-NC, é agora categorizado como a solução aos problemas de troca de dados em AM. Este trabalho explora o padrão STEP-NC para suportar uma cadeia digital de alto nível para AM. Um modelo de atividade de aplicação usando a nomenclatura IDEF0 e um modelo de referência de aplicação na linguagem EXPRESS são apresentados e o conceito de AM-layer-feature é introduzido para referenciar features de AM dentro do modelo EXPRESS. A arquitetura de uma plataforma de AM com controle STEP-NC indireto para implementação do novo modelo também é apresentada. Em paralelo a dissertação apresenta o projeto, análise cinemática e síntese dimensional de uma nova estrutura de robô paralelo Delta Linear com pares cinemáticos constituídos por 12 elos (3 hastes paralelas simples), 11 juntas rotacionais e 3 juntas prismáticas, diferindo da solução clássica constituída por 9 elos (3 hastes paralelas compostas), 12 juntas esféricas e 3 juntas prismáticas. A cinemática direta e inversa é apresentada, bem como um método de otimização baseada em algoritmos genéticos para determinar os valores mínimos para os parâmetros cinemáticos do robô em função de uma espaço de trabalho cilíndrico prescrito com 250 mm de diâmetro e uma altura de 300 mm. O robô Delta Linear baseado na nova estrutura foi construído e testado. Uma análise de capacidade e desvios geométricos foi realizada para três peças de teste com um resultado de desvio/erro de 0,208 mm dentro de um intervalo de confiança de 99,7 %.