Aquisição e processamento de dados obtidos na caracterização do desempenho de tesouras agrícolas

Abstract

Com o início da comercialização dos produtos da empresa Serafim Fertuzinhos S.A. no mercado norte-americano, em particular das suas tesouras agrícolas para poda a uma-mão, surgiu a necessidade de a empresa caracterizar e garantir a performance de corte das mesmas no decorrer do seu ciclo de vida. Perante a inexistência comercial de máquinas capazes de efetuar tais funções, a empresa recorre ao Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade do Minho de forma a que este colabore no desenvolvimento de um equipamento capaz de, de forma automática e autónoma, caracterizar a performance do corte das suas tesouras de poda de uma mão, isto é, determinar a evolução da força de corte em função do número de cortes efetuados. O desenvolvimento inicia-se com a análise dos produtos e a definição das especificações que, no passo seguinte, estruturam o desenvolvimento conceptual do equipamento, quer ao nível do desenvolvimento mecânico, quer ao nível de todo o seu sistema mecatrónico. Apresentam-se e discutem-se também os tópicos mais relevantes relacionados com: as tesouras agrícolas, onde se estudaram as diferentes gamas de tesouras; quais os testes efetuados atualmente para caracterizar o seu desempenho; expõem-se máquinas existentes que, por analogia, se possam enquadrar no funcionamento e funcionalidades pretendidos; e discute-se uma estimativa da magnitude das forças necessárias à manipulação deste tipo de tesouras. Concluída esta análise preliminar, apresenta-se o desenvolvimento conceptual e mecânico do equipamento, que será a base para o projeto do sistema mecatrónico, sendo este o tema central discutido e analisado ao longo deste documento. Definido o material padrão a ser cortado, discutem-se todas as funções a desempenhar pelo equipamento, para desta forma se justificar as opções e caminhos que delineiam o projeto mecânico e mecatrónico finais: estrutura, funcionamento e procedimento de aquisição e processamento de dados. Detalha-se todo o desenvolvimento do sistema mecatrónico do equipamento. São apresentados em detalhe todos os sistemas mecatrónicos, pormenorizado o seu funcionamento e discutidos os componentes a utilizar para conseguir uma total integração e funcionamento. Isto conduziu à análise de todo o sistema e respetiva montagem, instalação e conexão dos diversos componentes, abordando ainda a análise e tratamento dos resultados dos testes efetuados. Conclui-se com um balanço geral do trabalho, são sintetizadas conclusões e propostos possíveis trabalhos futuros, de seguimento e melhoria do projeto atual.

The beginning of the commercialization of Serafim Fertuzinhos S. A’s products in the north american market, in particular their one-handed pruning shears, led to the necessity of the company characterizing and guaranteeing the cutting performance of such shears throughout their lifecycle. Faced with the commercial inexistence of machines capable of preforming such functions, the company resorts to the Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade do Minho, aiming fir a collaboration in the development of an equipment capable of, in an automatic and autonomous way, characterizing the cutting performance of their one-handed pruning shears, meaning, determining the evolution of the cutting force related to the number of completed cuts. Development starts with the analysis of the products and the definition of specifications that, in the next step, will structure the conceptual development of the equipment, whether in a mechanic development or mechatronic system standpoint. Are presented and discussed the most relevant topics as well regarding: the pruning shears, where the different types of shears are studied; the tests currently preformed to characterize their performance; existing machines that might have a similar function the pretended are presented; and an estimate of the magnitude of the forces needed to operate this king of shears. Once this initial analysis is finished, the mechanic conceptual development of the equipment is presented, which will be the basis for the project of the mechatronic system, this being the main theme discussed throughout this report. Defining the standard material to be cut, all the functions to be performed by the equipment are discussed, in order to justify the options and decisions that will outline the mechanical and mechatronic final projects: machine’s structure, functioning and data acquisition and processing procedure. The entire development of the equipment’s mechatronic system is detailed. All the details regarding the mechatronic systems are presented, specifying their functioning and all the components to use to achieve a total integration and operation are discussed. This led to an analysis of the entire system and assembly, installation, and connection of all the components, also addressing the analysis and treatment of the results obtained with the tests performed. The report is concluded with a general evaluation of the work done, conclusions are drawn, and possible future works are proposed, as to follow up and improve on the current project.