


Visto o conceito utilizado para o protótipo ser multi-unidade, o projecto mecânico foi dividido no dimensionamento das unidades independentes e nos seus acoplamentos. Além disso, de forma a possibilitar a modularidade das unidades, estas são também divididas em duas partes: módulo base comum a todas as unidades e módulo de função. O Projecto mecânico dos diversos módulos tem bases comuns.

%Com a utilização de uma  geometria serpentiforme pretende-se permitir a expansibilidade do protótipo, podendo ser acrescentadas novas unidades. Com o conceito de  modularidade pretende-se poder alterar as funções de cada unidade, facilitando  a adição de novas funcionalidades e a substituição de unidades defeituosas.


\subsubsection{Estrutura}

Tanto os módulos de base como os módulos de função são desenhados segundo o conceito de \textit{designed for assembly}. Isto é feito minimizando o número de peças do protótipo, principalmente componentes de fixação. Para isso, a estrutura de cada módulo é formada por duas partes. Estas, para além de terem função estrutural e de blindagem, albergam as restantes componentes. Pretende-se assim não só facilitar a montagem mas também a substituição de componentes. 

As figuras \ref{fig:des_f_assembly} (a) e (b) ilustram as geometrias das estruturas desenhadas. A figura (a) realça os detalhes de ligação entre as componentes da estrutura inferior e superior. A ligação é feita por 4 parafusos de cabeça baixa, distribuídos pelos cantos. Para além disso, foram desenhados entalhes de modo a que sirvam de guia na montagem e obstruam os movimentos no plano de apartação. A figura (b) representa a forma de fixação de diversas componentes à estrutura, através de um corte. As componentes são fixas através do fecho das duas partes da estrutura. Algumas componentes têm também uma ligação aparafusada à estrutura.

\begin{figure}[hbtp]
\centering 
\mbox{
\subfigure[]{\epsfig{file=proposta/imagens/des_f_assembly1.eps,width=60mm}}
\quad
\subfigure[]{\epsfig{file=proposta/imagens/des_f_assembly2.eps,width=60mm}}
}
\centering 
\caption{Representação da geometria das estruturas dos diversos módulos: ligação da estrutura (a), fixação de componentes à estrutura(b).}
\label{fig:des_f_assembly}
\end{figure}

Devido ao processo de fabrico das peças passar por uma fase de maquinagem, a espessura miníma aconselhada para as paredes verticais é de 3 a 4mm.

\subsubsection{Encaixe de Módulos}

Uma vez que cada unidade é formada por dois módulos, foi necessário estabelecer a forma e ligação entre os dois. Essa ligação deve permitir a troca e a montagem dos módulos completamente montados, da forma ilustrada na figura \ref{fig:modular}.

Visto o módulo base desempenhar, entre outras, a função primordial de blindagem, a parede interior da estrutura funciona automaticamente de limite aos módulos de função. De forma a condicionar os restantes movimentos e servir de guiamento na montagem dos módulos de função foram criadas guias, tal como mostra a figura \ref{fig:encaixe} (a) e (b). Para além das guias, foi criada na estrutura uma zona de encaixe com furos de guiamento. A ligação eléctrica entre o módulos é assegurada por conectores do tipo SUB de nove vias. O correcto fecho dos conectores é assegurado pelo guiamento do módulo. A figura \ref{fig:encaixe} (b) representa os conectores de sinal utilizados entre os módulos. De forma a reduzir o custo de fabrico do protótipo, foram utilizados conectores DB9 (ou SUB 9) para a ligação de sinal.

\begin{figure}[hbtp]
\centering 
\mbox{
\subfigure[]{\epsfig{file=proposta/imagens/guias.eps,width=60mm}}
\quad
\subfigure[]{\epsfig{file=proposta/imagens/db9.eps,width=60mm}}
}
\centering 
\caption{Representação do encaixe dos módulos de função: \textbf{guias} de guiamento (a), conector de sinal(b).}
\label{fig:encaixe}
\end{figure}



\subsubsection{Motores}

Dadas as necessidades de navegação em terreno irregular, a fonte de energia mecânica é uma componente de elevada relevância no projecto.
Contudo, dadas as necessidades de transporte e funcionamento do protótipo, é necessário manter as dimensões e a massa reduzida. Desta forma, a escolha dos motores a serem utilizados passou por optar de entre motores de corrente contínua, motores passo a passo sem escovas ou servomotores.

Destas 3 alternativas optou-se pela utilização de servomotores alterados para funcionamento em rotação contínua \cite{servo}. Foi escolhida esta alternativa uma vez que os servomotores têm um binário grande quando comparado com a sua dimensão e o seu peso. Proporcionam ainda facilidade de controlo de velocidade e de sentido de rotação.
Além disso, dada a existência de inúmeros modelos de servomotores com características diferentes com um encapsulamento com as mesmas dimensões, é possível a substituição dos motores utilizados sem qualquer alteração ao restante projecto. Por fim, a utilização deste tipo de motores é também a solução economicamente mais viável.

Existindo no entanto vários tipos de encapsulamento, optou-se pela utilização de servomotores de tamanho standard: 40x20x35mm. Esta decisão foi tomada baseada no facto de ser a medida que oferece maior número de alternativas ao servomotor a utilizar. Para além disso, é ainda o encapsulamento dos servomotores com menor custo. A utilização de servomotores de menores dimensões não é invalidada, apesar de necessitar do desenho de uma componente de adaptação.


\subsubsection{Tracção}

De forma a permitir a melhor adaptação possível ao terreno, estudou-se a utilização de pernas ou lagartas. A utilização de rodas não foi estudada, uma vez que não é tão propícia aos objectivos propostos.

Foi estudada a possibilidade de utilização de pernas, baseadas no funcionamento das pernas de um centípede. Contudo, apesar da solução potencializar uma muito boa adaptabilidade às irregularidades, seria mecanicamente mais complexa e teria uma grande exigência de energia. 

Desta forma, visto ter também sido posto de parte o uso de rodas, optou-se pela implementação de um sistema de lagartas. De forma a diminuir os custos do projecto, foram utilizadas como lagartas correias de transmissão síncronas com dentado recto em uma fase (série XL). Pretendeu-se com isto utilizar o dentado das correias como rasto das lagartas, de forma a aumentar a tracção. O lado liso das correias seria guiado por rodas (polias). Em caso de escorregamento entre as correias e as polias, poderão ser utilizadas correias de dentado em dupla face (série DT XL), rodando sobre polias dentadas.

\subsubsection{Materiais}

Dadas as diferentes necessidades mecânicas para as diversas componentes, foram utilizados diferentes materiais, poliméricos e metálicos, nas peças construídas.

Foi utilizado polietileno de alta densidade, com uma densidade de $0,96g/cm^3$, um módulo de elasticidade de $1,07GPa$ e tensão de cedência de $29MPa$. A temperatura de operação do material varia entre os -100 e ou 80ºC. Com este material, conseguem-se peças com peso reduzido, sendo também impermeáveis, dieléctricas e isolantes. Tem ainda boa resistência ao desgaste e ao impacto. Têm ainda a vantagem de ter um custo reduzido e de ser facilmente maquinável. O polietileno é ainda disponível em diversas cores, sem influenciar as suas características mecânicas.

Empregou-se ainda uma poliamida, tendo sido escolhido o Ertalon 6 PLA. Este polímero tem uma densidade de $1,15g/cm^3$, um módulo de elasticidade de $3,5GPa$ e uma tensão de cedência de $85MPa$. O ponto de fusão deste polímero é $220$ºC, sendo também isolante e impermeável. Esta poliamida tem boa resistência ao desgaste e ao envelhecimento térmico. Caracteriza-se ainda por ter uma fácil maquinação.

Utilizou-se ainda uma liga de alumínio - cobre, série 2030-T4, com um módulo de elasticidade de $72,5GPa$ e tensão de cedência de $295MPa$. Apesar de consideravelmente mais resistente que os polímeros utilizados, o alumínio tem uma densidade de $2,82g/cm^2$ o que o torna inadequado para algumas peças de maiores dimensões. A liga de alumínio utilizada tem um ponto de fusão entre os $510$ e os $640$ºC. A escolha desta liga deve-se ao facto de ser fornecida em varão maciço e ser utilizada principalmente para peças de revolução. 

Foram ainda utilizados outros materiais no fabrico de componentes específicos. Os materiais cuja selecção é relevante para o projecto são apresentado juntamente com as componentes. 
