PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS ...

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

Rodrigo Bruck Cunha

AVALIAÇÃO ESTRUTURAL E DINÂMICA DE UM TRICICLO ELÉTRICO

DESENVOLVIDO A PARTIR DE UMA CADEIRA DE RODAS COMUM

Belo Horizonte

2016

Rodrigo Bruck Cunha



Dissertação apresentada ao Programa de Pós-

Graduação em Engenharia Mecânica da Pontifícia

Universidade Católica de Minas Gerais como

requisito para obtenção do título de Mestre em

Engenharia Mecânica.

Orientador: Claysson Bruno Santos Vimieiro

Belo Horizonte

2016

FICHA CATALOGRÁFICA

Elaborada pela Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

Cunha, Rodrigo Bruck

C972a Avaliação estrutural e dinâmica de um triciclo elétrico desenvolvido a partir

de uma cadeira de rodas comum / Rodrigo Bruck Cunha. Belo Horizonte, 2016.

193 f. : il.

Orientador: Claysson Bruno Santos Vimieiro

Dissertação (Mestrado) – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.

1. Cadeiras de rodas - Projeto. 2. Triciclos - Projetos e construção. 3.

Deficientes - Acessibilidade - Legislação. 4. Análise estrutural (Engenharia). 5.

Veículos elétricos. I. Vimieiro, Claysson Bruno Santos. II. Pontifícia Universidade

Católica de Minas Gerais. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.

III. Título.

CDU: 615.478.3

Rodrigo Bruck Cunha



Dissertação apresentada ao Programa de Pós-

Graduação em Engenharia Mecânica da Pontifícia

Universidade Católica de Minas Gerais como

requisito para obtenção do título de Mestre em

Engenharia Mecânica.

_______________________________________________________________

Prof. Dr. Claysson Bruno Santos Vimieiro (Orientador) – PUC-MG

_______________________________________________________________

Prof. Dr. Pedro Paiva Brito (Membro interno) – PUC-MG

_______________________________________________________________

Prof. Dr. Janes Landre Junior (Membro interno) – PUC-MG

_______________________________________________________________

Prof. Dr. Juan Carlos Horta Guitiérrez (Membro externo) – UFMG

Belo Horizonte, 25 de Fevereiro de 2016

Dedico esse trabalho a Deus e minha família

AGRADECIMENTOS

Antes de tudo agradeço imensamente a Deus, por iluminar os meus passos e dar força

para sempre continuar.

A todos que contribuíram para a realização deste trabalho, fica expressa aqui a minha

gratidão, especialmente:

À minha família, Rita de Cássia Salomão Bruck Cunha e Valter José da Cunha, que

sempre me incentivaram e apoiaram nos momentos de maiores dificuldades, cada um de sua

maneira.

À minha namorada Iara Fernandes da Silva, que me acompanha durante a jornada

sempre me apoiando com muito carinho.

Ao professor Claysson Vimieiro, pela orientação, aprendizado e apoio em todos os

momentos necessários.

Ao amigo Gabriel Goulart, por ter apresentado o projeto e por seguir junto nesta jornada.

Aos colegas da PUC-MG, pelo apoio e ajuda.

Aos meus colegas da Vision Graphic, pela rica troca de experiências.

A todos que, de alguma forma, contribuíram para esta construção.

RESUMO

Este trabalho de pesquisa consiste no desenvolvimento do projeto de um equipamento

motorizado disponibilizado em forma de acessório, capaz de proporcionar ao cadeirante maior

liberdade de movimentação sem grandes esforços físicos. Trata-se de um equipamento

eletromecânico, com estrutura física simplificada e tecnologia eletrônica aplicada. Foi realizada

uma pesquisa aprofundada sobre os diferentes modelos de equipamentos assistivos

disponibilizados no mercado, entre eles cadeira de rodas mecanomanuais e eletromecânicas, e

sistemas de tração para cadeira de rodas. A partir do Kit projetado, foram realizadas análises de

estabilidade estática e dinâmica, análises por elementos finitos para o dimensionamento

estrutural, visando direcionar a escolha dos componentes, assim como, verificar se as opções

de motorização atenderiam a necessidade do conjunto.

Palavras-Chave: Cadeira de rodas. Acessibilidade. Tração elétrica. Análise estrutural.

ABSTRACT

The present research consists to development of project of a motorized equipment available in

the form of accessory, able to provide the wheelchair user more freedom of movement without

physical exhaustion. This is an electromechanical equipment with simplified physical structure

and high-tech electronics applied. It made a deep research into the different models of assistive

devices available in the national business, including manual’s wheelchair and eletric´s

wheelchair and electromechanical drive systems for wheelchairs. From the Kit designed, Static

and dynamic stability analysis will be performed, finite element analysis to the structural

design, aiming at directing choice the best option of components, as well, as engine options

analyzed during the course of research is presented clearly and objectively.

KEYWORDS: Wheelchair.Accessibility.Electric traction,Structural analysis.

LISTA DE FIGURAS

Figura 01 - Primeira representação de Hefesto,Deus da metalurgia. ....................................... 39

Figura 02 - Representação de Hefesto, exemplo de inclusão social entre os deuses principais

da mitologia grega. ................................................................................................................... 40

Figura 03 - Cadeira de rodas do Rei Filipe II .......................................................................... 40

Figura 04 - Cadeira de rodas construída por Johann Haustach ................................................ 41

Figura 05 - Cadeira de rodas construída por volta do século XVIII, preocupação com o

conforto da pessoa e facilidade para a locomoção ................................................................... 41

Figura 06 - Cadeira de rodas construída por H.C. Jennings .................................................... 42

Figura 07 - Cadeira de rodas dobrável, leve e reclinável ......................................................... 48

Figura 08 - Cadeira para desporto e scooter ............................................................................ 48

Figura 09 - Cadeira posição ortostática denominada “LEO” ................................................... 49

Figura 10 - Cadeira de rodas de crescimento ........................................................................... 50

Figura 11 - a) Cadeira de Rodas de Banho “Clean” b) Cadeira de rodas de banho em nylon c)

Cadeira de Rodas com um maior apoio de costas para pessoa ................................................ 51

Figura 12 - Cadeira de Rodas ULX Motorizada ...................................................................... 52

Figura 13 - Modelos de cadeira de rodas eletromecânicas Freedom ....................................... 53

Figura 14 - Cadeira de Rodas Jaguaribe .................................................................................. 53

Figura 15 - Conjunto "E-fix" - Rodas Tracionárias com acionamento por joystick ................ 55

Figura 16 - Conjunto adptável power-trike .............................................................................. 55

Figura 17 - O Firefly- Kit adaptado na cadeira de rodas transformando em um triciclo ......... 56

Figura 18 - Kit adaptável a cadeira de rodas ............................................................................ 57

Figura 19 – a) Primeiro projeto do kit adaptável a cadeira rodas. b)Propostas de alterações

realizadas no Kit....................................................................................................................... 58

Figura 20 - Dimensões limites para a construção de cadeira de rodas .................................... 60

Figura 21 - Limites do alcance manual de cadeirantes ............................................................ 61

Figura 22 - Elementos finitos unidimensionais........................................................................ 64

Figura 23 - Elementos finitos bidimensionais.......................................................................... 64

Figura 24 - Elementos finitos tridimensionais ......................................................................... 65

Figura 25 - Tensões no interior de um corpo deformado ......................................................... 70

Figura 26- Módulo de referência é a projeção de 0,80 m por 1,20 m no piso, ocupada por uma

pessoa utilizando uma cadeira de rodas ................................................................................... 80

Figura 27 - Diagrama de requisitos de projeto ......................................................................... 80

Figura 28 - Cadeira Ortobrás adquirida para o projeto ............................................................ 81

Figura 29–Modelo em CAD da cadeira de rodas adquirida para o projeto ............................. 82

Figura 30 - Conjunto Fixo ........................................................................................................ 88

file:///C:/Users/rodrigo/Desktop/Mestrado/Tese/apresentaçao_qualificação/Dissertação_RodrigoBruck_Proposta5.docx%23_Toc448775215



Figura 31 -Conjunto Fixo - a) Menor largura possível do conjunto – ...................................... 89

Figura 32 - Mecanismo regulador de largura do conjunto ....................................................... 90

Figura 33 - Conjunto fixo fechado ........................................................................................... 90

Figura 34 - Kit acoplado a cadeira de rodas ............................................................................. 91

Figura 35 - Kit acoplado a cadeira de rodas ............................................................................. 92

Figura 36 - Nova estrutura do Kit ligado a cadeira de rodas, -................................................. 93

Figura 37 - Nova estrutura do Kit, recolhido na lateral da cadeira .......................................... 94

Figura 38 - Medidas do Kit na posição direção - a)Altura das rodinhas frontais em relação ao

solo. b) Altura do guidão ao solo .............................................................................................. 95

Figura 39 - Medidas do Kit a) Na posição direção, distância longitudinal entre o toráx e o

guidão b)Comprimento lateral do conjunto quando o kit estiver recolhido ............................. 95

Figura 40 -Numeração das barras - lado direito ímpar e lado esquerdo par ............................. 96

Figura 41 - Presilha usada para conexão do Kit na cadeira ...................................................... 97

Figura 42 - Presilha e socket do conjunto "Firefly" que serão utilizados no Kit ..................... 97

Figura 43 - Barras estruturais 1 e 2 do Kit ............................................................................... 98

Figura 44 - Barras estruturais 3,4,5 e 6 do Kit ......................................................................... 99

Figura 45 - a). Cubo giratório usado na estrutura; b) Detalhamento do cubo giratório ......... 100

Figura 46 - Barras estruturais 7,8,9,10,11 e 12 do Kit ........................................................... 101

Figura 47 - Barras estruturais 13,14,15 e 16 .......................................................................... 102

Figura 48 - Conjunto Guidão utilizado no Kit ........................................................................ 103

Figura 49 - Conjunto direção utilizado no Kit ........................................................................ 104

Figura 50 - Disco de rotação utilizado no Kit ........................................................................ 105

Figura 51 - Conjunto motriz na posição de direção, com inclinação da cadeira .................... 106

Figura 52 - Barra 17 e o garfo utilizados no Kit ..................................................................... 107

Figura 53 - Barras 18,19,20 e 21 ............................................................................................ 108

Figura 54 - Bateria de Lítio 36v e 10 Ah ................................................................................ 109

Figura 55 - Microcontrolador usado para realizar interação bateria-motor............................ 110

Figura 56 - Display de LED ................................................................................................... 110

Figura 57 - Diagrama de corpo livre de uma cadeira de rodas em uma pista inclinada ......... 112

Figura 58 - Motor Brushless ................................................................................................... 116

Figura 59 - Freio a disco acoplado no motor .......................................................................... 117

Figura 60 - Eixo de tombamento TT ...................................................................................... 118

Figura 61 – a) Diagrama de corpo livre de um triciclo em uma pista inclinada (tombamento

para trás) – b) Diagrama de corpo livre de um triciclo em uma pista inclinada (tombamento

para frente) .............................................................................................................................. 118

Figura 62 - a)Diagrama de corpo livre de um triciclo em uma pista inclinada –b)Diagrama de

corpo livre de uma cadeira de rodas em uma pista inclinada ................................................. 120

Figura 63 – a)Sistemas de coordenadas utilizado para o cálculo da estabilidade dinâmica- b)

Diagrama de corpo livre para análise de estabilidade dinâmica ............................................ 121

Figura 64 - Modelo do conjunto em elementos finitos .......................................................... 124

Figura 65 - Componentes modelados no formato bidimensional (2D) .................................. 126

Figura 66 - Componentes modelados no formato tridimensional (3D) ................................. 127

Figura 67 - Modelo submetido a aceleração da gravidade de 9,81 m/s² ................................ 129

Figura 68 - Modelo construído no software Working Model ................................................ 130

Figura 69 - Resultados da simulação realizada no Working Model ...................................... 131

Figura 70 - Modelo submetido a aplicação das forças aplicadas no garfo ............................ 132

Figura 71 - Desaceleração e carregamentos atuantes no conjunto ao passar por um buraco com

a velocidade de 2,77m/s para os modelos: ............................................................................. 133

Figura 72 - Modelo submetido a aceleração .......................................................................... 133

Figura 73 - Comparativo de força de reação encontrada nos dois softwares utilizados – ..... 134

Figura 74 - Comparativo de força de reação encontrada nos dois softwares utilizados – ..... 135

Figura 75 - Resultados da simulação realizada no Working Model (velocidade de 4,16m/s)

para os modelos: a) Configuração normal b)Configuração máxima ..................................... 136

Figura 76 - Modelo submetido a aplicação das forças aplicadas no garfo ............................ 137

Figura 77 - Modelo submetido a aceleração .......................................................................... 138

Figura 78 - Modelo submetido a aplicação das forças aplicadas no guidão .......................... 139

Figura 79 - Comportamento da estabilidade estática longitudinal (eixo Pitch) quanto ao

tombamento para trás- a)Configuração normal b) Configuração máxima .......................... 143


tombamento para frente - a)Configuração normal b) Configuração máxima ...................... 144

Figura 81-Comportamento da estabilidade lateral estática (eixo Roll) quanto ao tombamento

lateral - a)Configuração normal b) Configuração máxima .................................................. 145





Figura 84-Comportamento da estabilidade dinâmica levando em consideração os eixos

Pitch,Roll e Yaw (Raio de curvatura de 1 metro) .................................................................. 147


Pitch,Roll e Yaw (Raio de curvatura de 5 metros) ................................................................ 148

Figura 86 - Componentes a serem avaliados na análise estrutural ........................................ 149

Figura 87 - Resultados da análise estrutural de peso próprio do conjunto nas duas

configurações - a)Configuração normal b) Configuração máxima ...................................... 150

Figura 88 - Resultados da análise estrutural do conjunto quando a cadeira passar em um

buraco (velocidade de 4,16m/s) - a)Configuração normal b) Configuração máxima .......... 151






degrau (velocidade de 4,16m/s) - a)Configuração normal b) Configuração máxima .......... 156


degrau (velocidade de 1,00m/s) - a)Configuração normal b) Configuração máxima .......... 158

Figura 93 - Resultados da análise estrutural do conjunto submetido a uma frenagem brusca -

a)Configuração normal b) Configuração máxima ................................................................ 159

Figura 94 - Resultados da análise estrutural do conjunto submetido ao uma força aplicada no

guidão em Y positivo – configuração normal ........................................................................ 160


guidão em Y positivo – configuração máxima ....................................................................... 161


guidão em Y negativo – configuração normal........................................................................ 162


guidão em Y negativo – configuração máxima ...................................................................... 162

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Medidas básicas para cadeiras de rodas (tolerância + 10mm) ............................... 60

Tabela 2 - Descrição dos limitantes do alcance manual de cadeirante .................................... 61

Tabela 3 - Comparativo de propriedades mecânicas ............................................................... 84

Tabela 4 - Propriedades Químicas da Liga de alumínio 6351 ................................................. 84

Tabela 5 - Conjunto de fatores para determinação de fator de segurança para materiais dúcteis

.................................................................................................................................................. 86

Tabela 6 - Critérios de Fator de segurança .............................................................................. 87

Tabela 7 - Valores de coeficiente de rolamento para diferentes tipos de piso ....................... 114

Tabela 8 - Resultados de carregamentos atuante devido a velocidade imposta, quando o

conjunto passar por um buraco .............................................................................................. 134


conjunto passar por um degrau .............................................................................................. 136

Tabela 10 - Dimensões da cadeira – configuração normal- e valores obtidos no cálculo da

potência necessária para tração no conjunto .......................................................................... 141

Tabela 11 - Dimensões da cadeira - configuração máxima- e valores obtidos no cálculo da

potência necessária para tração no conjunto .......................................................................... 142

Tabela 12 - Resumo dos resultados da análise estrutural do conjunto quando a cadeira passar

em um buraco ......................................................................................................................... 155

Tabela 13 - Resumo dos resultados da análise estrutural do conjunto quando a cadeira passar

em um degrau ......................................................................................................................... 158

LISTA DE SIGLAS

ADA - American with Disabilities Act

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

CAD –Computer Aided Design

CG - Centro de Gravidade

CM - Centro de Massa

DOU - Diário Oficial da União

EUA - Estados Unidos da América

FAPEMIG – Fundação de Amparo á Pesquisa do Estado de Minas Gerais

FS - Fator de Segurança

LED – Ligth Emiting Diode

IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estátistica

IDH – Índice de Desenvolvimento Humano

INMETRO –Instituto Nacional de Metrologia

ISO –International Organization for Standardization

PUC –Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

PWM-Pulse-Width Modulation

ONU – Organização Mundial das Nações Unidas

SAE - Society of Automotive Engineer

LISTA DE SÍMBOLOS

Pa – Pascal

𝜎𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑠 − Tensão admissível

𝜎𝑒𝑠𝑐𝑜𝑎 - Tensão escoamento

u – Deslocamento de acordo com o eixo de coordenada

𝑢𝑖 – Deslocamento

K – Rigidez

F - Força

E – Módulo de Elasticidade

G – Módulo de Elasticidade Transversal

ε – Deformação

𝜀𝑖 – Deformação de acordo com o eixo de coordenada

t– Tensor tensão

𝑡𝑖 – Tensor tensão de acordo com o eixo de coordenada

θ - Ângulo de inclinação para análise de tombamento longitudinal;

α-Ângulo gerado entre o eixo coordenado Y e o novo eixo de tombamento lateral para análise

estática

γ- Ângulo de inclinação para análise de tombamento lateral

δ - Ângulo efetivo de esterçamento

𝑅𝑎- Força de resistência ao ar

𝑅𝑟𝑓 − Força de resistência ao rolamento no eixo dianteiro

𝑅𝑟𝑡 − Força de resistência ao rolamento no eixo traseiro

𝜇𝑓 - Resistência de atrito ao rolamento eixo frontal

𝜇𝑡 - Resistência de atrito ao rolamento eixo traseiro

L - Distância entre eixos

𝑁𝑓 – Força normal no eixo frontal

𝑁𝑡 – Força normal no eixo traseiro

𝜌𝑎𝑟 – Densidade do ar

𝐶𝑥 - Coeficiente de penetração aerodinâmica da cadeira de rodas;

𝑣𝑥- A velocidade longitudinal do conjunto;

A - Área frontal da cadeira de rodas;

𝐹𝐹𝑃𝑀 - Força de propulsão fornecida ao conjunto pelo motor;

𝑅/𝑟 - Relação entre os raios da roda e o aro;

𝑀𝑡 − Massa total do conjunto

𝑎𝑥 −Aceleração instantânea do conjunto

h -Altura do CG em relação ao solo

Amp - Corrente elétrica

Volts – Tensão elétrica

TT - Eixo de tombamento da cadeira

g - Aceleração da gravidade;

{A} - Vetor forca inercial

{𝐴1} - Vetor forca inercial representado sobre o plano móvel

{𝐴∗} - Vetor coluna forca inercial

{E}-Vetor forca radial

{𝐸1} - Vetor forca radial representado sobre o plano móvel

{𝐸∗}-Vetor coluna forca radial

{K}-Braço de momento durante analise dinâmica;

{P} - Vetor forca peso;

{𝑃1}-Vetor forca peso representado sobre o plano móvel;

{𝑃∗} - Vetor coluna forca peso.

𝑅01 - Matriz de transformação entre o plano fixo e móvel

𝑅𝑥,γ- Matriz de transformação entre o plano fixo e móvel influenciado pelo ângulo

𝑅𝑦,θ- Matriz de transformação entre o plano fixo e móvel influenciado pelo ângulo

𝑅𝑧,α - Matriz de transformação entre o plano fixo e móvel influenciado pelo ângulo

S3 - Elemento de casca triangular

S4 -Elementos de casca fina de quatro nós

C3D4 - Elemento tetraédrico linear

C3D8 - Elemento hexaédrico linear

SUMÁRIO

1 – INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 35

1.1 - Objetivo ........................................................................................................................... 36 1.1.1- Objetivos Específicos ..................................................................................................... 36

1.2 - Justificativa ..................................................................................................................... 36 2- FUNDAMENTOS TEÓRICOS ........................................................................................ 39 2.1- Configurações da cadeira de rodas e seus componentes .............................................. 42

2.2–Acessibilidade ................................................................................................................... 43 2.3 – Tecnologia Assistiva ...................................................................................................... 44

2.4 - Tipos de cadeiras ............................................................................................................ 47 2.4.1– Modelos atuais de cadeira de rodas .............................................................................. 48 2.4.2 - Outros tipos de Cadeira de Rodas ................................................................................ 49

2.5- Cadeira de Rodas Motorizadas ...................................................................................... 51 2.5.1 - Cadeira de Rodas ULX Motorizada - Ortobrás ............................................................ 52 2.5.2 - Cadeira de Rodas Motorizada Freedom ....................................................................... 52

2.5.3 - Cadeira de Rodas Motorizada Jaguaribe ..................................................................... 53

2.6- Sistemas de tração para cadeira de rodas ..................................................................... 54 2.6.1 – Kit “E-fix” .................................................................................................................... 54 2.6.2 – Kit “Power-trike” ......................................................................................................... 55

2.6.3 – Kit “Firefly” ................................................................................................................. 56

2.6.4 – Kit adaptável a cadeira de rodas ................................................................................. 56

2.7 - Produto para as necessidades do mercado .................................................................. 57 2.7.1 - Primeiro Projeto ........................................................................................................... 58

2.8 –Projeto de máquinas ....................................................................................................... 59 2.8.1 –Normas construtivas de construção de equipamentos assistivos .................................. 59

2.9- Princípios dos elementos finitos ..................................................................................... 62 2.9.1 – Elementos Finitos Uni, Bi e Tridimensionais ............................................................... 63

2.9.1.1 - Elementos Unidimensionais .................................................................................... 63 2.9.1.2 - Elementos Bidimensionais ....................................................................................... 64 2.9.1.3 - Elementos Tridimensionais ...................................................................................... 65 2.10 - Tipos de análise ........................................................................................................... 66 2.10.1- Análise Linear/não linear ........................................................................................... 67

2.11- Equações Básicas da Elasticidade Linear ................................................................... 67 2.11.1 – Deformações ............................................................................................................... 67 2.11.2 – Tensões ....................................................................................................................... 70

3- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................... 73 3.1 – Estudo sobre ergonomia ................................................................................................ 73 3.2 – Estudo sobre tecnologia assistiva ................................................................................. 74

3.3 – Estudo sobre a utilização de materiais ........................................................................ 75 3.4 – Estudo sobre simulações em elementos finitos ............................................................ 76 3.5 – Estudo sobre equipamentos semelhantes desenvolvidos ............................................ 76 4- METODOLOGIA .............................................................................................................. 79

4.1–Materiais a utilizar .......................................................................................................... 83 4.1.1 – Especificação de Material (Alumínio) .......................................................................... 83

4.2– Fator de segurança ......................................................................................................... 85

4.3 - Primeiro projeto ............................................................................................................. 88 4.3.1- Conjunto fixo .................................................................................................................. 88

4.4-Segundo projeto ................................................................................................................ 92 4.4.1- Componentes e mecanismos ........................................................................................... 96

4.4.1.1 - Presilha...................................................................................................................... 96

4.4.1.2 – Barras 1 e 2............................................................................................................... 97 4.4.1.3 – Barras 3,4,5 e 6......................................................................................................... 98 4.4.1.4 – Cubo giratório .......................................................................................................... 99 4.4.1.5 – Barras 7,8,9,10,11 e 12........................................................................................... 100 4.4.1.6 – Barras 13,14,15 e 16............................................................................................... 101

4.4.1.7 – Conjunto Guidão .................................................................................................... 102 4.4.1.8 – Conjunto direção .................................................................................................... 104 4.4.1.9 – Disco de rotação ..................................................................................................... 104 4.4.1.10 – Barra 17 e o garfo ................................................................................................ 106

4.4.1.11 – Barras 18,19,20 e 21............................................................................................. 107 4.4.2 – Componentes ligados a estrutura do Kit.................................................................... 108

4.4.2.1 – Bateria .................................................................................................................... 108

4.4.2.2 – Microcontrolador ................................................................................................... 109 4.4.2.3 – Display LED ........................................................................................................... 110 4.4.2.4 – Motor Brushless ..................................................................................................... 111 4.4.2.4.1 – Análise do processo de acionamento ................................................................... 112

4.4.2.5 – Freios ...................................................................................................................... 116 4.5 – Análise de estabilidade estática e dinâmica .............................................................. 117 4.5.1 – Estabilidade Estática ................................................................................................. 118

4.5.2 – Estabilidade Dinâmica ............................................................................................... 120

4.6–Modelo em elementos finitos ........................................................................................ 124 4.7 – Descrição do modelo em elementos finitos ................................................................ 125 4.7.1 – Parâmetros utilizados no modelamento ..................................................................... 127

4.8 – Análises estáticas efetuadas ........................................................................................ 128 4.8.1 – Análise de peso próprio (aceleração da gravidade) .................................................. 129 4.8.2 – Análise estrutural do conjunto quando a cadeira passar em um buraco .................. 129

4.8.3– Análise estrutural do conjunto submetido a passagem por um degrau ...................... 135 4.8.4 – Análise estrutural do conjunto submetido frenagem brusca ..................................... 137 4.8.5– Análise estrutural do conjunto submetido a uma força aplicada no guidão .............. 138

5 – RESULTADOS............................................................................................................... 141

5.1 - Resultados em relação a especificação do motor ..................................................... 141 5.2 - Resultados com relação a análise de estabilidade estática e dinâmica ................... 142 5.2.1- Tombamento longitudinal ............................................................................................ 143

5.2.1.1 – Tombamento longitudinal para trás ...................................................................... 143 5.2.1.2 – Tombamento longitudinal frontal ......................................................................... 144 5.2.2- Tombamento lateral ..................................................................................................... 145 5.2.3 – Análise de estabilidade dinâmica .............................................................................. 147

5.3 - Resultados das análises estruturais estáticas ........................................................... 148 5.3.1 – Resultados análise de peso próprio (Aceleração da gravidade) ............................... 149 5.3.2 – Resultados da análise do conjunto quando a cadeira passar em um buraco ............ 150 5.3.3 – Resultados da análise do conjunto quando a cadeira passar em um degrau ............ 155 5.3.4 – Resultados da análise estrutural do conjunto submetido frenagem brusca .............. 159

5.3.5 – Resultados da análise estrutural do conjunto submetido ao uma força aplicada no

guidão..................................................................................................................................... 160

6 – CONCLUSÃO ................................................................................................................ 165 6.1 – Sugestões para trabalhos futuros............................................................................... 168 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 169

35

1 – INTRODUÇÃO

Desde a sua invenção, por volta do século XVI, a cadeira de rodas é considerado o meio de

locomoção mais prático para pessoas que encontram dificuldade de locomoção. Além da

utilidade de locomoção, a cadeira de rodas tem a função de socializar o deficiente.

Atualmente é dado um enfoque especial à mobilidade, uma vez que, para as pessoas com

incapacidades, em nível físico e/ou mental, a cadeira de rodas pode ser o único meio de

mobilidade. Por esse motivo, torna-se fundamental a existência de cadeiras de rodas que

permitam uma melhor qualidade de vida. Apesar dos direitos das pessoas com deficiência

estarem garantidos em lei no Brasil, diferentes esferas de governo, empresas e a sociedade civil

ainda encontram dificuldades em prover mecanismos que possibilitem aos cadeirantes o amplo

acesso a tais benefícios, o que tem comprometido não apenas o direito de “ir e vir” dessas

pessoas, mas também a sua autonomia. Obstáculos para algumas pessoas muitas vezes são

despercebidos por outras. Isso porque um simples deslocamento na calçada ou na rua representa

um grande desafio. Ao deslocar-se, as pessoas normais sobem passeios, desviam-se de buracos

e caminham no meio da multidão ou em pequenos espaços. Por outro lado, já as pessoas com

deficiência não desfrutam dessa facilidade. Elas precisam ficar atentas com buracos e

irregularidades na calçada, além de enfrentarem, muitas vezes um espaço de deslocamento

reduzido devido ao tamanho da cadeira de rodas. Logo pequenos trajetos podem representar

uma luta no dia a dia.

Cota et al (2011) salientam que, na busca pela redução de custos os fabricantes de cadeira

de rodas procuram utilizar materiais e processos de fabricação mais baratos, não dando tanta

ênfase a aspectos como conforto, ergonomia, durabilidade e estabilidade. Além disso, um

grande problema causado pelo uso de materiais de baixo valor consiste no elevado peso do

produto, tornando-o mais difícil de ser manuseado e exigindo um maior esforço para

locomoção. Neste contexto, o emprego de materiais alternativos na construção das peças

componentes de cadeiras de rodas tem sido o foco de várias pesquisas, com o intuito de

solucionar os problemas gerados principalmente pelo elevado peso.

Hoje em dia a simplicidade torna-se essencial em todos os produtos para venda ao público,

por isso, existe uma atenção redobrada para melhorar os aspectos das cadeiras de rodas, assim,

alguns fabricantes permitem personalizar as cadeiras de rodas. Neste ponto, a tecnologia

assistiva é um termo ainda novo, utilizado para identificar todo o arsenal de recursos e serviços

que contribuem para proporcionar ou ampliar habilidades funcionais de pessoas com

deficiência e consequentemente promover vida independente e inclusão. Estas pessoas

36

dependem do desenvolvimento de projetos como este, ligados à tecnologia assistiva. Portanto

o projeto de um acessório para encaixe numa cadeira de rodas é uma solução para a melhoria

da qualidade de vida dos deficientes.

1.1 - Objetivo

O objetivo deste trabalho é projetar um kit adaptável para uma cadeira de rodas, de

prática operação para o usuário, transformando-a em um triciclo elétrico, com o intuito de

facilitar a locomoção dos cadeirantes, e que seja mais acessível financeiramente, diante dos

produtos já existentes no mercado.

1.1.1- Objetivos Específicos

Projetar e dimensionar a parte estrutural de um kit adaptável a uma cadeira de rodas

comum, que deverá conter a parte mecânica e elétrica necessária para transformar a

cadeira de rodas em um triciclo elétrico.

Dimensionar o sistema de acionamento/motor e o sistema de frenagem, que serão

fixados na estrutura do Kit.

Especificar o sistema de controle e parte elétrica com bateria, que serão fixados na

estrutura do Kit.

Realizar uma análise de estabilidade estática e dinâmica para o conjunto.

Criar um modelo em elementos finitos para avaliar a estrutura do kit, quanto aos

carregamentos que poderão ser submetidos durante o uso.

1.2 - Justificativa

As dificuldades encontradas por portadores de deficiência física que necessitam do uso de

cadeira de rodas para se locomover são enormes.

O Relatório Mundial sobre Pessoas com Deficiência (Pessoas com deficiência,2015),

publicado pela organização mundial de saúde, informa que 15% da população possui algum

tipo de deficiência, termo que vem sendo amplamente discutido na sociedade, especialmente

quando relacionado a outro termo, previsto na Constituição Federal Brasileira: a dignidade da

pessoa humana. Este número vem crescendo devido a vários fatores como o envelhecimento da

população (devido ao aumento da expectativa de vida), a degradação ambiental ou a subnutrição

que levam ao aparecimento de doenças crônicas, acidentes de trânsito e trabalho, guerras e

37

deficiências congénitas, contribuindo assim para a escalada do número de pessoas com

dificuldades de movimento.

Pessoas com deficiência são as que possuem impedimentos de longo prazo de natureza

física, mental, intelectual ou sensorial, as quais, em interação com diversas barreiras, podem ter

obstruída sua participação plena e efetiva na sociedade em igualdades de condições com as

demais pessoas. (INMETRO,2015)

Com o objetivo de dar resposta a problemas variados, têm surgido nos últimos anos

vários projetos ligados a sistemas de cadeiras de rodas inteligentes que não só permitam o

movimento a pessoas com problemas físicos, mas que, principalmente, o façam de forma

autónoma e independente de terceiros.

É importante e necessário garantir às pessoas com deficiência o direito de locomoção

com autonomia e independência, permitindo assim o seu fortalecimento social, político e

econômico como cidadãos. Atualmente é possível encontrar no mercado inúmeros modelos de

cadeiras de rodas, de cores e diferentes formas de funcionamento (mecânica ou elétrica). Por

outro lado, ainda existe um longo caminho a ser percorrido, como por exemplo, a necessidade

de planejamento das edificações, a correta sinalização e manutenção do trânsito e das calçadas

e também a adequação de veículos de transporte urbano.

O mercado brasileiro disponibiliza uma ampla gama de cadeira de rodas

mecanomanuais e eletromecânicas dos mais diversos fabricantes nacionais e internacionais.

Devido a grande parte da população brasileira se enquadrar na classe de baixa renda, segundo

dados do IBGE, poucos fabricantes se arriscam na fabricação de cadeira de rodas motorizadas,

consequência do baixo consumo de mercado. Tal fato explica o motivo pelo qual a maior parte

das cadeiras de rodas motorizadas e/ou seus dispositivos são importados, o que reflete no alto

custo de aquisição desses equipamentos.

Nesse contexto é que surgem ideias como este projeto, que visa disponibilizar um

equipamento que seja viável economicamente. O Kit a ser encaixado numa cadeira de rodas

deverá transformá-la em um triciclo elétrico, funcional, seguro, competitivo, manufaturável e

comerciável. Estes termos são definidos da seguinte forma:

Funcional: o produto deve apresentar um desempenho que atenda às necessidades e

expectativas;

Seguro: o produto não deve oferecer perigo aos usuários e acompanhantes

Competitivo: o produto deve ser um forte competidor no mercado.

38

Utilizável: o produto deve ser “amigável ao usuário”, acomodando-se a especificações

como tamanho, resistência, postura, alcance, força, potência e controles humanos.

Manufaturável: o produto deve ser reduzido em um número mínimo de componentes,

adequados à produção em massa, com dimensões, distorção, resistência sob controle.

39

2- FUNDAMENTOS TEÓRICOS

A cadeira de rodas é um objeto indispensável para pessoas que apresentam dificuldade

de locomoção. Pode se encontrar representação de seu uso desde o século IVAC. Na Antiga

Grécia, em alguns artefatos. Com o aprimoramento de sua fabricação ao longo do tempo,

atualmente obtém-se diversos modelos para atender as diferentes necessidades de seus usuários.

Acredita-se que os egípcios foram os primeiros a utilizarem a cadeira de rodas, como uma

espécie de carrinho de mão para transportar pessoas, entretanto em alguns objetos gregos há

gravuras feitas em torno do século IV AC. de Hefesto, conforme figura 01, retratando a

utilização da cadeira de rodas. (CRFASTER - CADEIRAS DE RODAS E SUA EVOLUÇÃO

HISTÓRICA,2014)

Figura 01 - Primeira representação de Hefesto,Deus da metalurgia.

Fonte: CRFASTER - CADEIRAS DE RODAS E SUA EVOLUÇÃO HISTÓRICA,2014.

Deus grego da metalurgia, responsável por ser o ferreiro dos deuses ele era adorado por

artesões, metalúrgico e era conhecido entre os romanos por ser o deus dos vulcões. Nitidamente

na ilustração observa-se Hefesto acomodado sobre uma cadeira de rodas com aros e dois cisnes

para movimenta-la, dando alusão de ser autopropulsara e utilizável tanto em água como em

terra, ou seja, não necessitava da força do ocupante. Outra representação, conforme figura02,

encontrada na abertura de um vaso grego observa-se novamente, o deus grego Hefesto como

na primeira ilustração sobre uma cadeira de rodas, sendo recebido como um conviva entre os

demais deuses do Olimpo. (CRFASTER - CADEIRAS DE RODAS E SUA EVOLUÇÃO

HISTÓRICA,2014)

40

Figura 02 - Representação de Hefesto, exemplo de inclusão social entre os deuses

principais da mitologia grega.


A história da cadeira de rodas remonta ao século XVI mais precisamente ao ano de 1595,

tendo sido construída para o Rei Filipe II de Espanha, como mostrado na figura 03, sendo

apelidada de cadeira para inválidos. Esta cadeira já possuía o seu conjunto de rodas com o

suporte para os pés, mecanismo para inclinação podendo se tornar um leito provisório.

(CRFASTER - CADEIRAS DE RODAS E SUA EVOLUÇÃO HISTÓRICA,2014)

Figura 03 - Cadeira de rodas do Rei Filipe II


Em 1655 o construtor de relógios Stephen Farfler que tinhas as duas pernas amputadas

e que viveu em Nuremberg, na Alemanha, construiu uma cadeira de rodas, conforme visto na

figura 04, que mais se assemelhava a uma espécie de triciclo. Era movida por manivelas de

mão que acionavam a roda da frente por meio de uma roda dentada interna. Acredita-se que foi

construída por Johann Haustach, que já projetara uma cadeira "movida à mão" para seu próprio

uso cerca de dez anos antes. (CRFASTER - CADEIRAS DE RODAS E SUA EVOLUÇÃO

HISTÓRICA,2014)

41

Figura 04 - Cadeira de rodas construída por Johann Haustach


Houve, com o passar dos anos, muitas famílias ricas que encomendaram cadeiras de

rodas, de acordo com suas posses, que estivessem de acordo com as necessidades de seus

membros e com seu estilo de vida. Isso aconteceu por diversos séculos, durante os quais não

havia a produção sistemática de cadeiras de rodas

Sendo inexistente a produção em série de cadeiras de rodas, algumas mais sofisticadas,

como apresentado na figura 05, foram fabricadas por encomenda, numa base individual. Em

muitos casos havia preocupação com o conforto da pessoa, conforme podemos notar pelas

características dessa cadeira, com duas de suas rodas providas de aros e uma menor para tornar

mais fácil o rumo a ser tomado. Era facilmente manobrável e isso já no século XVIII.

(CRFASTER - CADEIRAS DE RODAS E SUA EVOLUÇÃO HISTÓRICA,2014)

Figura 05 - Cadeira de rodas construída por volta do século XVIII, preocupação com o

conforto da pessoa e facilidade para a locomoção


Em um passo decisivo para o objetivo desenvolvimento de cadeiras de rodas mais

versáteis, no ano de 1933 Herbert A. Everest, norte-americano, encomendou uma cadeira de

rodas que pudesse ser levada num automóvel. O engenheiro H.C. Jennings construiu para ele

42

essa primeira cadeira de rodas dobrável, conforme figura 06. Esse modelo, devidamente

patenteado como muitos outros modelos, foi utilizado por décadas, com a marca

Everest/Jennings, antes que outros surgissem no mercado. (CRFASTER - CADEIRAS DE

RODAS E SUA EVOLUÇÃO HISTÓRICA,2014)

Figura 06 - Cadeira de rodas construída por H.C. Jennings


As cadeiras de rodas evoluíram de uma forma surpreendente desde as primeiras Décadas

do Século XX graças ao avanço industrial e com o surgimento de matéria-prima muito mais

moldável e mais leve, além da ampliação da própria demanda. Seria tarefa impossível levantar

todos os modelos existentes, desde os manuais, dobráveis ou não, às hospitalares, às adaptadas

a situações específicas e também às motorizadas, que aos poucos vão tomando conta do

mercado. (CRFASTER - CADEIRAS DE RODAS E SUA EVOLUÇÃO HISTÓRICA,2014)

2.1- Configurações da cadeira de rodas e seus componentes

Há cadeiras de rodas para diferentes finalidades, com modos de confecção distintos. De

modo geral, as cadeiras de rodas podem ser classificadas quanto à forma de propulsão: manual

ou motorizada. Dentro desta classificação, há outras categorias relacionadas com o contexto

ambiental e as necessidades individuais. A prescrição da cadeira de rodas inicia com a escolha

da constituição mecânica da cadeira de rodas. Principalmente para pacientes com

comprometimento na mobilidade dos membros superiores, o peso do usuário é um fator

importante e deve ser considerado na seleção da estrutura da cadeira de rodas. O material da

estrutura da cadeira pode ser de aço, pintado ou cromado, de alumínio ou de material sintético.

O aço, por ser um metal de alta resistência e durabilidade apresenta seu peso elevado quando

comparado às outras possibilidades de materiais constitutivos.

Por sua vez, a cadeira de rodas pode ter sua estrutura fixa ou dobrável. Na estrutura fixa,

também denominada monobloco, o fechamento é frontal, com o encosto indo de encontro ao

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=S%C3%A9culo_xx&action=edit&redlink=1

http://pt.wikipedia.org/wiki/Mat%C3%A9ria-prima

43

assento, o que propicia uma dificuldade no transporte. A estrutura dobrável apresenta sua

constituição equivalente a um X, o que origina seu nome, em “X” ou “duplo X”. Por ser uma

estrutura dobrável, tem um melhor manuseio e transporte, fato que deve ser considerado na

prescrição da cadeira de rodas. A estrutura em “duplo X” tem uma maior robustez e resistência,

recomendado para pacientes obesos.

2.2–Acessibilidade

De acordo com a Lei Federal no 10.098, em seu artigo 2º, inciso I, deve ser garantida a

acessibilidade e “possibilidade e condição do alcance para a utilização, com segurança e

autonomia dos espaços, mobiliários e equipamentos urbanos, das edificações, transportes e dos

sistemas e meios de comunicação, por pessoa portadora de deficiência ou com mobilidade

reduzida” (BRASIL, 2015).

A gênese da política pública ora denominada acessibilidade se deu em 1981, quando a

ONU declarou como o Ano Internacional dos Portadores de Deficiência. Em 1982, através da

Resolução 37/82, na Assembleia Geral das Nações Unidas, foi aprovado o Programa de Ação

Mundial para Pessoas Portadoras de Deficiência, equalizando o direito das pessoas com

deficiência as mesmas oportunidades que os demais cidadãos além de usufruir das melhorias

nas condições de vida resultantes do avanço econômico e social (MACIEL & CIENA, 2015).

Devido a dimensão territorial do Brasil, suas peculiaridades regionais, geográficas,

econômicas, culturais e infraestruturas, o Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e

Qualidade Industrial (Inmetro) tem realizado estudos aprofundados através do Programa de

Acessibilidade, com o objetivo de diagnosticar a realidade do país e encontrar as melhores

soluções técnicas para a melhoria do Índice de Desenvolvimento Humano (IDH) no país

(INMETRO, 2015). Pessoas com algum tipo de limitação deveriam contar com suportes para

que pudessem participar de forma igualitária em todas as atividades disponíveis aos demais

cidadãos, respeitando a diversidade como um valor comunitário.

A maior parte dos ambientes, sejam construídos ou não, apresenta barreiras visíveis e

invisíveis. Os impedimentos concretos, entendidos como a falta de acessibilidade dos espaços

constituem as barreiras visíveis. As invisíveis compõem a forma como as pessoas são vistas

pela sociedade, na maior parte das vezes representada pelas suas deficiências e não pelas suas

potencialidades. (OLIVETO,2011)

Por enquanto, arquitetos, engenheiros, projetistas e designers devem atentar-se a forma

de conceber os espaços de modo a concretizar as garantias constitucionais dos deficientes

físicos. Segundo a Norma Brasileira, da Associação Brasileira de Normas Técnicas

44

(ABNT/NBR 9050, 2004), promover a acessibilidade no ambiente construído e proporcionar

condições de mobilidade, com autonomia e segurança, eliminando as barreiras arquitetônicas e

urbanísticas nas cidades, nos edifícios, nos meios de transporte e de comunicação. Isto constitui

um direito universal resultante de conquistas sociais importantes, que reforçam o conceito de

cidadania.

O objetivo da acessibilidade e permitir, portanto, um ganho de autonomia e de mobilidade

a uma gama maior de pessoas, até mesmo aquelas que tenham a sua mobilidade reduzida ou

dificuldade em se comunicar, para que usufruam dos espaços e das vantagens que os ambientes

podem lhe proporcionar (MACIEL & CIENA, 2015).

2.3 – Tecnologia Assistiva

Várias são as terminologias utilizadas no Brasil para definir o que são os recursos

tecnológicos: “Assistive Technology” (EUA), “Tecnologia de Assistência”(CIF/OMS),

“Ajudas Técnicas” segundo o Ministério da Saúde, “Tecnologia de Apoio” conforme a

Comissão Europeia/ EUSTAT, “Tecnologia Adaptativa”e“Adaptações”. (ROCHA &

CASTIGLIONI, 2005).

Considerado um termo novo, a “Tecnologia Assistiva” compreende uma diversidade de

recursos e serviços que contribuem para proporcionar ou melhorar habilidades funcionais de

pessoas com deficiência física, contribuindo assim com a inclusão social e trabalhando a

questão de acessibilidade. Trata-se de um fenômeno multidimensional, que envolve aspectos

mecânicos, biomecânicos, ergonômicos, funcionais, éticos, estéticos e políticos.

(OLIVETO,2011)

Os recursos são todo e qualquer item, equipamento ou parte dele utilizado para

aumentar, manter ou melhorar as capacidades funcionais das pessoas deficientes.

Podem variar de uma simples bengala a um complexo sistema computadorizado, dentre estes,

e importante incluir brinquedos e roupas adaptadas, computadores, dispositivos para adequação

de postura, equipamentos de comunicação alternativa e outras dezenas de produtos. Já os

serviços são definidos como aqueles que auxiliam diretamente uma pessoa com deficiência a

adquirir e utilizar os recursos anteriormente abordados. Sendo definidos como atividades

transdisciplinares, envolvem profissionais de diversas áreas, tais como fisioterapia, terapia

ocupacional, fonoaudiologia, engenharia, enfermagem, medicina, arquitetura, design e muitas

outras especialidades. (CARRIEL, 2007).

45

Os equipamentos assistivos oferecem aos indivíduos que apresentam necessidades

físico-motoras uma melhoria na comunicação, na mobilidade, no controle do ambiente, além

de auxiliar no desenvolvimento de atividades comuns do cotidiano.

O termo “Tecnologia Assistiva”, foi criado oficialmente em 1988, para dar suporte

jurídico a Legislação Norte-americana, que integra um conjunto de leis denominadas

“American with Disabilities Act”, ou simplesmente especificada pela sigla “ADA”. (BERSCH,

2014).

No Brasil, o Decreto no. 3.298 de 20 de dezembro de 1999 apresenta em parágrafo

único, alguns artefatos como exemplos de “Ajudas Técnicas”.

“(...) próteses auditivas, visuais e físicas; órteses que favoreçam a adequação funcional;

equipamentos e elementos necessários a terapia e reabilitação de pessoa portadora de deficiência;

equipamentos, maquinarias e utensílios de trabalho especialmente desenhados ou adaptados para

uso por pessoa portadora de deficiência; elementos de mobilidade, cuidado e higiene pessoal

necessários para facilitar a autonomia e a segurança da pessoa portadora de deficiência;

elementos especiais para facilitar a comunicação, a informação e a sinalização para pessoa

portadora de deficiência; equipamento e material pedagógico especial para educação,

capacitação e recreação da pessoa portadora de deficiência; e adaptações ambientais e outras que

garantam o acesso, a melhoria funcional e a autonomia pessoal; bolsas coletoras para os

portadores de ostomia”. (BRASIL, 2014)

O desenvolvimento de “Tecnologia de Apoio” e os direitos do cidadão que apresentam

necessidades de objetos ou serviços assistivos, estão apoiados pelo Decreto no. 5.296, de 02 de

dezembro de 2004, publicado no Diário Oficial da União (D.O.U.), de 03 de dezembro de 2004,

cujo termo pode ser definido através do seu Artigo 61, que diz:

“(...) consideram-se ajudas técnicas, os produtos, instrumentos, equipamentos ou

tecnologias adaptados ou especialmente projetados para melhorar a funcionalidade da Em

relação a definição do Ministério da Saúde de Ajudas Técnicas os recursos tecnológicos são

problematizados a partir da inclusão, onde os equipamentos devem facilitar a participação social.

Trata-se de uma definição ampla, com caráter mais político do que uma preocupação com

aspectos técnicos ou classificatórios. Rocha e Castiglioni (2005) definem que as pessoas com

deficiências ou incapacidades vivem ainda situações de segregação e de exclusão social.

Desenhar a utopia da inclusão e antes de tudo analisar os processos de exclusão. As definições

de pessoa portadora de deficiência ou com mobilidade reduzida, favorecendo a autonomia

pessoal, total ou assistida”. (BRASIL, 2014).

Em relação a definição do Ministério da Saúde sobre Ajudas Técnicas os recursos

tecnológicos são problematizados a partir da inclusão, onde os equipamentos devem facilitar a

participação social. Trata-se de uma definição ampla, com caráter mais político do que uma

preocupação com aspectos técnicos ou classificatórios. Recursos Tecnológicos (Tecnologia

46

Assistiva, de Assistência, de Apoio e de Ajudas) apontam, por diferentes caminhos para o

paradigma da inclusão social da pessoa com deficiência. Essas abordagens inseridas em

contextos diversos podem atingir ou não a meta proposta, ou seja, apenas o acesso aos

equipamentos não garante a efetivação da finalidade proposta. (OLIVETO,2011).

Através de um conhecimento mais profundo das questões socioeconômicas envolvidas

na elaboração de novos recursos tecnológicos e a importante questão de acessibilidade

requerida em todo o nosso pais, e evidente ressaltar o interesse presente neste trabalho de

desenvolver um equipamento automotor auxiliar para locomoção de cadeirantes que contribua

para amenizar os desafios da inclusão, a partir da disponibilização de tecnologia a baixo custo,

objetivo alcançado pela viabilidade da construção do dispositivo. Acredita-se que a

disponibilização deste equipamento assistido proporcione uma presença mais ativa na

sociedade por um maior número de pessoas deficiente e idoso.

A grande importância da concepção de “Tecnologia de Apoio” e a contribuição com a

ampliação do conceito de “Tecnologia” para além dos objetos/equipamentos de auxílio na

independência pessoal, e da relação direta com o usuário, situando-se em relação aos fatores

humanos e socioeconômicos, faz com que esta se localize no âmbito dos contextos

organizacionais, tecnologias que ajudem a ultrapassar as limitações funcionais dos seres

humanos num contexto social, com propostas organizacionais e educativas da comunidade

como um todo. Assim, a questão dos recursos tecnológicos deixa de ser uma questão especifica

da pessoa com incapacidade e pessoas próximas a ela e passa a situar-se no contexto ampliado

da sociedade, envolvendo Legislação/Economia,Normalização/Qualidade, Recursos de

informação, produtores, vendedores, prestadores de serviços, organização de sistemas públicos

de educação, saúde e transporte. (OLIVETO,2011).

A cadeira de rodas tem sido um recurso extremamente benéfico para a tecnologia

assistiva, visto que é um dispositivo fundamental para portadores de deficiência motora ou

física, podendo ser de locomoção manual ou motorizada.

Como equipamento de auxílio ao deslocamento está entre uma das tecnologias assistivas

mais utilizadas por pessoas que apresentam a impossibilidade, temporária ou definitiva, de

deslocar-se utilizando os membros inferiores (MEDINA & COELHO,2015).

Esse produto assistivo pode que permite maior independência do cadeirante. E

fundamental a idealização de uma ampla gama de acessórios para aumentar as possibilidades

dos deficientes por parte de inventores, engenheiros, terapeutas e profissionais capacitados, os

quais buscam desenvolver mecanismos assistivos, desde um simples recolhedor de objetos

caídos, até um sistema automotor.

47

2.4 - Tipos de cadeiras

Existem basicamente dois grandes grupos nas cadeiras de rodas, as manuais e as

elétricas. Há dentro de cada gênero, vários subgrupos. Estes subgrupos são criados com

características especificas das cadeiras de rodas, mas podem igualmente existir cadeiras de

rodas que tenham algumas características de um determinado agrupamento e não pertencerem

a esse. Estes agrupamentos foram criados de modo a tentar satisfazer necessidades comuns e

especificas de diversos utilizadores.

Uma cadeira de rodas manual basicamente consiste num sistema que tem um quadro,

que pode apresentar diversas tipologias. Esse quadro pode ser fixo e rígido ou então dobrável,

sendo que o quadro rígido tem uma maior estabilidade e por esse motivo e mais utilizado em

cadeiras de rodas desportivas. Já o quadro dobrável permite maior facilidade no transporte das

cadeiras de rodas em carros. Este quadro é constituído por uma estrutura em cruz que pode ser

de cruz dupla ou simples. No quadro está acoplado o apoio de braços e de pernas que pode ser

regulável, no que diz respeito a sua altura. No quadro da cadeira de rodas estão igualmente

acopladas as rodas traseiras e dianteiras que podem ser de vários tamanhos e nas quais são fixos

os anéis de locomoção da cadeira. Dependendo da cadeira de rodas pode ser possível a remoção

rápida quer das rodas traseiras ou das rodas dianteiras.

As cadeiras de rodas mais comuns são designadas por padrões. Este sub agrupamento

de cadeiras manuais e normalmente constituído pelas cadeiras mais econômicas do mercado,

que permite uma mobilidade autônoma. É possível adquirir este tipo de produto numa

configuração padrão ou com pequenas alterações para um melhor ajuste no utilizador.

O mercado brasileiro disponibiliza uma ampla gama de cadeira de rodas

mecanomanuais, dos mais diversos fabricantes nacionais e internacionais. Devido à grande

parte da população brasileira se enquadrar na classe de baixa renda, poucos fabricantes se

arriscam na fabricação de cadeira de rodas motorizadas, consequência do baixo consumo de

mercado. Tal fato explica o motivo pelo qual a maior parte das cadeiras de rodas motorizadas

e/ou seus dispositivos são importados. Este fato reflete no alto custo de aquisição desses

equipamentos.

48

2.4.1– Modelos atuais de cadeira de rodas

No mercado atual se encontra uma gama muito grande de cadeira de rodas são elas:

cadeira de rodas dobrável com propulsão manual (Figura 07 - A),

cadeira leve tipo standard (Figura 07 - B),

cadeira semi-reclinável (Figura 07 - C),

cadeira posição ortostática (Figura 08),

cadeira de rodas mais sofisticadas para a prática de desportos e scooters (Figura 08).

Figura 07 - Cadeira de rodas dobrável, leve e reclinável

Fonte: HIKARI HOSPITALAR, 2010.

Figura 08 - Cadeira para desporto e scooter

Fonte: SOUZA, 2011.

Existem ainda cadeiras que proporcionam ao utilizador a possibilidade de se posicionar

verticalmente, como pode ser visto na figura 09. Este sistema tem grande vantagem permitir

um melhor acesso a armários e janelas e tornar ainda mais fácil a realização de algumas tarefas

do dia-a-dia. Estas cadeiras de rodas tem vários benefícios para a saúde do utilizador, como

uma melhoria no funcionamento do sistema renal, e uma melhoria significativa no que diz

respeito a circulação continua e ainda reduzir a perda da densidade óssea.

49

De acordo com Souza (2011), o movimento de elevação destas cadeiras de rodas é

realizado através de um sistema pneumático, e um quadro articulado. Podendo existir duas

rodas pequenas na parte traseira das cadeiras de rodas o que permite uma maior estabilidade do

ocupante, apesar de nem todos os modelos apresentarem esse elemento extra. O modelo

"LEO",visto na figura 09,não possui as rodas pequenas na parte de trás, e a sua estabilidade e

conseguida através da rotação da rodas frontais.

Figura 09 - Cadeira posição ortostática denominada “LEO”

Fonte: SOUZA, 2011.

2.4.2 - Outros tipos de Cadeira de Rodas

As cadeiras de rodas de crescimento apareceram com a necessidade de acompanhar o

crescimento das crianças sem haver a necessidade de mudar de cadeira de rodas

constantemente. Sem este tipo de produto, as famílias seriam obrigadas a comprar muitas

cadeiras de rodas durante a fase de crescimento. Os parâmetros que permitem um ajustamento

ao crescimento das crianças, estão relacionados com a largura e profundidade do assento, um

eixo ajustável que permite a variação da altura do assento tal como a alteração do comprimento

do apoio dos pés e do apoio dos braços visto na figura10. Estes ajustes geralmente são

conseguidos por um posicionamento discreto. Estas cadeiras estão separadas geralmente por

faixas etárias, dos 3 aos 6 anos e dos 6 aos 12 anos. (Esteves,2011).

50

Figura 10 - Cadeira de rodas de crescimento

Fonte: ESTEVES,2011

Existem ainda cadeira de rodas manuais denominadas por cadeiras de transporte. São os

produtos mais econômicos do mercado, e foram concebidos para o uso dentro de instituições,

como hospitais e centros de reabilitação. Sendo esta ideal para o transporte de curta distância

de pessoas com dificuldades de mobilidade ou com lesões de pequena duração.

São cadeiras de rodas geralmente mais leves e econômicas e de fácil armazenamento ou

transporte em automóveis. Esta cadeira contrariamente a grande maioria das outras cadeiras de

rodas, não possui rodas de grande dimensão na parte de trás, por esse motivo não é apropriada

para pessoas que queiram autonomia uma vez que não permite a mobilidade feita pelo

utilizador.

Tendo ainda em conta as necessidades dos utilizadores de cadeiras de rodas, foram

desenvolvidas algumas cadeiras de rodas com fins muito específicos que são utilizadas apenas

na residência. Um desses casos e a cadeira de rodas para banho, esta cadeira pode ser fabricada

de duas maneiras completamente distintas. O primeiro modelo que apareceu foi o "clean" de

uma empresa sueca, que recebeu o prêmio de design de 1988 nos EUA, sendo este

completamente construído em através da injeção de PVC conforme figura 11 a). Este modelo

serviu de inspiração ao aparecimento de outras cadeiras do mesmo gênero. Existe também

cadeira de rodas, para o banho que não são fabricadas totalmente em material PVC, estas são

constituídas por uma combinação de materiais. Tais como, o alumínio ou titânio que tem uma

elevada resistência a corrosão, e depois com alguns elementos em material polímero e ainda

com o assento e o apoio de costas em nylon visto na figura 11 b).

Existem ainda cadeiras de rodas sanitárias, estas cadeiras apresentam, várias

características importantes tal como a possibilidade de ter um maior apoio de costas para pessoa

que não possui estabilidade na parte superior do corpo, ou por outro lado estarem ou não dotadas

de apoios de braço. Estas cadeiras geralmente são fabricadas em PVC, podendo ou não ter rodas

na parte frontal conforme visto figura 11c). (Esteves,2011).

51

Figura 11 - a) Cadeira de Rodas de Banho “Clean” b) Cadeira de rodas de banho em

nylon c) Cadeira de Rodas com um maior apoio de costas para pessoa

Fonte: ESTEVES,2011

2.5- Cadeira de Rodas Motorizadas

As cadeiras de rodas eletromecânicas e eletroeletrônicas, ora denominadas cadeiras de

rodas motorizadas, apesar de terem o custo mais elevado, possuem inúmeras vantagens em

relação as cadeiras mecanomanuais, afinal sendo um modelo de autopropulsão, sua

movimentação é totalmente independente da forca física do cadeirante ou do indivíduo externo

além de apresentar outros dispositivos, tais como: sistema de elevação “stand-up”, variação de

velocidade, centro de gravidade diferenciado para amputados, comando direcional para

condução por terceiros, comando por condução pela mandíbula, almofada de encosto, cesta

para compras, guarda-chuva, mesa, mochila, pochete com coletor de urina, separador de

tornozelo, suporte para bengala, muleta, malas, oxigênio e soro, entre outros dispositivos

facilitadores.(OLIVETO,2011).

Atualmente o mercado nacional, ainda depende da tecnologia importada na concepção

do produto, principalmente por alguns componentes que demanda maior tecnologia como

bateria e o motor. Ainda assim os fabricantes brasileiros apresentam uma competitividade que

buscam ativamente a melhoria continua de seus dispositivos e implementação tecnológica em

seus diversos modelos de cadeiras de rodas eletromecânicas.

Através de uma pesquisa detalhada dos equipamentos eletromecânicos disponíveis no

mercado nacional, nota-se a predominância no consumo de três grandes marcas, Freedom,

Baxmann& Jaguaribe e Reateam Grupo Ortobrás, cada uma com suas particularidades, porém

todas com grande eficiência em seus equipamentos. São descritas abaixo seus principais

modelos e uma análise comparativa de mercado entre estes.

52

2.5.1 - Cadeira de Rodas ULX Motorizada - Ortobrás

A Cadeira de Rodas ULX Motorizada desenvolvida pela Ortobrás, conforme visto na

figura 12, é a opção ideal para quem precisa se locomover de forma independente e confortável,

com o mínimo de esforço. É construída em liga de alumínio aeronáutico de alta resistência,

proporcionando segurança e conforto. Sua bateria recarregável de 26Ah tem autonomia média

de até 15km, possui um motor de 320W de corrente contínua, e dispõe de um mostrador

eletrônico da carga disponível. Seu estofamento composto 100% em nylon, com almofada de

5cm de espessura em espuma de alta densidade, incorporada ao assento.

Construída em liga alumínio aeronáutico temperado; rolamentos blindados nas quatro

rodas, inclusive no eixo vertical do garfo; eixos de aço reforçado; estrutura dobrável em Duplo

“X” com sistema de fechamento por articuladores. Possibilita adaptação de joystick no lado

direito ou esquerdo da cadeira; capacidade de peso de 120Kg.

Figura 12 - Cadeira de Rodas ULX Motorizada

Fonte: ORTOBRÁS,2014

2.5.2 - Cadeira de Rodas Motorizada Freedom

Pioneira na fabricação de cadeiras de rodas motorizadas, a fabricante Freedom possui o

modelo eletromecânico que absorve a maior parte do mercado, este e representado pela linha

Freedom SX e suas derivações SRE/SE/SA/SG/SL. Dispondo de uma transmissão por correias

e uma motorização de 400 w de potência, além de ser indicado para uso em rampas de até 12°

e uma capacidade de carga para 150 kg oferece uma eficiência ao usuário em suas atividades

diárias. Já o modelo Millenium SX,visualizado na figura 13, apresenta uma motorização por

engrenagens padrão do mercado em uma estrutura em alumínio diferenciada pela confecção em

53

módulos sem soldagem e qualidade em seus componentes, este equipamento oferece conforto,

visual agradável e sistema confiável de estrutura e motorização.

Figura 13 - Modelos de cadeira de rodas eletromecânicas Freedom

- a) Modelo Sx b) Millenium Sx

Fonte: FREDDOM,2014

2.5.3 - Cadeira de Rodas Motorizada Jaguaribe

A fabricante Baxmann& Jaguaribe,visualizado na figura 14, apresenta um modelo

eficaz pelo uso de componentes eletrônicos e mecânicos de alta qualidade e baixa manutenção,

aliado ao conforto oferecido pela sua ótima estrutura ergonômica, no entanto limita-se em sua

capacidade de carga de 90 kg. Possui controlador com joystick (digital) microprocessado,

motorização com redutor e freio eletromagnético acoplado, regulagem de joystick para destros

e canhotos.

Figura 14 - Cadeira de Rodas Jaguaribe

Fonte: JAGUARIBE,2014

54

2.6- Sistemas de tração para cadeira de rodas

Cadeiras de rodas motorizadas são equipamentos de alta complexidade tecnológica, as

quais utilizam dispositivos mecânicos e eletrônicos muitas vezes importados, refletindo assim,

no custo elevado para aquisição destes equipamentos assistivos.

Pesquisas em desenvolvimento de tecnologia assistiva são realizadas constantemente a

fim de promover a inclusão social. Atualmente, algumas outras formas de motorização para

cadeiras de rodas são encontradas no mercado externo.

Porém, o mercado nacional ainda encontra-se atrasado em relação a essas novas formas.

Uma das maneiras de motorização de cadeira de rodas e a obtenção de acessórios independentes

que possibilitam a transformação de cadeira de rodas mecanomanual em eletromecânica.

Geralmente, é possível a instalação de tais dispositivos em grande parte dos modelos

encontrados no mercado. (OLIVETO,2011).

Este modelo de equipamento motorizado visa a multifuncionalidade de uma cadeira de

rodas. Por um lado, torna-se possível sua utilização de uma forma motorizada, a qual

proporciona comodidade ao cadeirante, já por outro, é mantido a integridade e funcionalidade

do equipamento mecanomanual.

Existem sistemas de tração para utilização exclusiva em ambientes internos, externos e

até mesmo em ambos. Há grande variação nos dispositivos encontrados nestes acessórios

motorizados, existem aqueles que mantem o tradicional “joystick” como forma de controle e

outros controlados por um volante, sendo sua condução possível tanto pelo cadeirante quanto

pelo seu acompanhante. Alguns destes sistemas de tração são apresentados abaixo para um

melhor entendimento.

2.6.1 – Kit “E-fix”

O equipamento “E-fix”, conforme visto na figura 15, permite a transformação de

qualquer cadeira de rodas manual em veículo motorizado comandado via joystick. Através de

um conjunto de rodas motorizadas individualmente e um sistema de controle facilmente

instalado, garante a mesma capacidade de movimentação que as cadeiras padrões motorizadas,

porém agrega um diferencial de praticidade em relação aos demais modelos. A fabricante Alber

determina a autonomia média e de 16 km apresentando uma velocidade máxima de 6 km/h e

superação para 20% de inclinação em rampas. Este desempenho e fornecido pelo fabricante,

considerando-se um usuário com peso máximo de 120 kg.

55

Figura 15 - Conjunto "E-fix" - Rodas Tracionárias com acionamento por joystick

Fonte: ALBER, 2014

2.6.2 – Kit “Power-trike”

O power-trike, conforme visto na figura 16, consiste em um sistema de reboque elétrico

movido por uma roda tracionada dianteira capaz de ser instalado em cerca de 80% dos modelos

de cadeiras mecanomanuais. A velocidade máxima alcançada é de 17 km/h para usuários até

90 kg.

Sua estrutura em alumínio aeronáutico garante um peso reduzido ao equipamento e

confiabilidade. O sistema de freio mecânico duplo de pastilhas garante rápida frenagem, aliado

ao sistema de controle eletrônico com duas velocidades o qual oferece grande eficiência e

dirigibilidade. A fabricante PDG determina autonomia média de 32 km durante a utilização

com as baterias em carga máxima. Indicado para utilização nos mais diversos ambientes

comuns, este equipamento assistivo garante grande liberdade de movimentação ao usuário em

suas atividades diárias.

Figura 16 - Conjunto adptável power-trike

Fonte: PDG MOBILTY,2015

56

2.6.3 – Kit “Firefly”

O Firefly, é produzido pela empresa Rio Mobility em São Francisco (EUA), ele pode ser

designado como um Kit que ao unir a uma cadeira de rodas manual, transforma em uma cadeira

de rodas elétrica. Como pode ser visto pela figura 17, o Kit é adaptado nos dois lados da cadeira

através do sistema de fixação através de presilha.

O Firefly foi projetado para ser usado na grande maioria das cadeiras de rodas do

mercado devido ao seu sistema de fixação na cadeira e possíveis para melhor ergonomia ela

possui um alcance máximo de 30 km/h.

O Firefly, como visto na figura 17, é alimentado por um motor elétrico brushless,

compacto e silencioso. Todos os comandos são de fácil acesso, ele possui 5 níveis de potência

selecionados através do visor, velocímetro, indicador do nível de bateria, sistema de freio e etc.

Figura 17 - O Firefly- Kit adaptado na cadeira de rodas transformando em um triciclo

Fonte: ROLLICK,2014

O Firefly é um projeto que serviu como base de referência para a implementação do Kit

apresentado neste trabalho.

2.6.4 – Kit adaptável a cadeira de rodas

O Kit, visto na figura 18, foi desenvolvido por engenheiro mecatrônico Júlio Oliveto

Alves, em São José dos Campos é acoplado em cadeira de rodas, transformando-a em triciclo.

O equipamento é composto basicamente por roda dianteira – as traseiras são as da cadeira

de rodas – e motor elétrico com acelerador eletrônico (pela manete direita do guidão), freio

duplo e bateria. Um par de retrovisores e iluminação, com um farol dianteiro e outro traseiro,

compõem o sistema básico de segurança. E a coluna de direção é ajustável ao tamanho do

condutor. Ela é acoplada a um suporte universal, também com ajustes que se adaptam à cadeira.

57

A fixação se dá por meio de outro suporte preso por presilhas na parte debaixo do assento.

Desde que tenha força nos braços e nas mãos, o próprio cadeirante pode fazer o acoplamento.

Figura 18 - Kit adaptável a cadeira de rodas

Fonte: ESTADO DE MINAS,2015

O kit já foi lançado levando em conta as peculiaridades de cada usuário. São 10 versões

com diferentes combinações. O motor pode gerar potência de 250 watts (kit para crianças),

350w (o padrão) ou 500w (para cadeirantes mais pesados, com até 120kg). Nesse último caso,

a velocidade pode chegar a 35km/h, mas como nas demais situações, é limitada a 20km/h por

questão de segurança. O pneu também varia entre o padrão de 20 polegadas e um menor, de 16,

para facilitar a entrada em ambientes apertados, como um elevador, por exemplo. A bateria

pode ser em formato de garrafa ou bolsa, mas de qualquer forma rende autonomia de 20

quilômetros e o carregamento é na tomada em cerca de quatro horas.

2.7 - Produto para as necessidades do mercado

Como pode ser visto as inovações realizadas nas cadeiras de rodas são bastantes úteis

para os usuários, porém o grande empecilho destes aparelhos são os preços bem elevados

devido ao valor agregado do produto. Sendo assim fazer um kit acoplável que permita

transformar uma cadeira de rodas em um triciclo elétrico é um projeto interessante, pois

facilitaria ao cadeirante desenvolver distâncias maiores num menor intervalo de tempo. Hoje

em dia uma cadeira de rodas elétrica motorizada tem um custo bastante elevado. Além disto, o

portador de deficiência não precisa comprar outra cadeira e sim, apenas o kit, tornando o

investimento ainda mais viável. Em longo prazo, este produto se tornando popular, outras

melhorias devem ser feitas nas vias e outros trabalhos serão mobilizados a fim de adequar o

produto nas cidades urbanas.

58

Um ponto negativo visto nestes kits é que em uma situação de pane no sistema motriz

ou término da bateria, o usuário teria grande dificuldade em continuar movimentando a cadeira

manualmente, pois não teria maneira de recolher o kit da parte de frente da cadeira e também

não poderia desacoplar, sendo assim ocorreria uma grande instabilidade no conjunto ao tentar

movimentar manualmente.

O produto pode interessar também a outro público alvo, ou seja, não apenas paraplégicos

possuintes de cadeira de rodas, mas também a idosos que possuem algum tipo de dificuldade

para caminhar ou hospitais que precisam de ajuda com seus pacientes. Podemos citar também

pessoas com deficiência ou mobilidade reduzida: a grávida, a pessoa obesa, a pessoa com

deficiência visual com cão-guia, a pessoa idosa com bengala, a pessoa idosa com andador, a

pessoa em cadeira de rodas, a pessoa conduzindo carrinho de bebê e a pessoa com muletas.

Com base nas informações apresentadas sobre a situação atual do mercado destinado aos

equipamentos assistivos oferecidos a população deficiente, nota-se a necessidade de

disponibilidade de produtos diferenciados em tecnologia e eficiência a baixo custo que atendam

ás necessidades dos cadeirantes.

2.7.1 - Primeiro Projeto

O início do desenvolvimento deste KIT adaptável ocorreu no trabalho de Mendes (2013).

O primeiro projeto consiste em uma estrutura que se encaixe na parte inferior da cadeira de

rodas, onde se pode regular a largura da estrutura, para que se adapte a diferentes tamanhos de

cadeira. Na estrutura há também a barra que recebe o conjunto direção, onde se permite uma

regulagem na distância longitudinal do guidão ao cadeirante.

Figura 19 – a) Primeiro projeto do kit adaptável a cadeira rodas. b)Propostas de

alterações realizadas no Kit

a) b)

Fonte: MENDES,2013

59

Porém este primeiro projeto apresentava alguns problemas como por exemplo quando

usado em cadeiras dobráveis, é necessário a retirada, pois a estrutura não permitiria a cadeira

dobrar, além de outros problemas como regulagem, ajustes e etc. A partir da análise do primeiro

projeto, visto na figura 19, foi possível realizar um novo sistema de adaptação para poder

solucionar os problemas apresentados e avançar no desenvolvimento do projeto.

2.8 –Projeto de máquinas

Muitas associações de engenharia e agências governamentais desenvolveram normas

para áreas especificas de projetos de engenharia. A maior parte delas são apenas

recomendações, no entanto, algumas tem força de lei. Tratando-se de equipamentos assistivos

no Brasil, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) estabelece na Norma ABNT

NBR9050/2004 critérios e parâmetros técnicos a serem observados quando do projeto,

construção, instalação e adaptação de edificações, mobiliário, espaços e equipamentos urbanos

as condições de acessibilidade. Esta norma visa proporcionar a maior quantidade possível de

pessoas, independentemente de idade, estatura ou limitação de mobilidade ou percepção, a

utilização de maneira autônoma e segura do ambiente, edificações, mobiliário, equipamentos

urbanos e elementos. (INMETRO, 2010).

2.8.1 –Normas construtivas de construção de equipamentos assistivos

Para o projeto de um equipamento assistido com capacidade de instalação em diferentes

modelos de cadeira de rodas é fundamental a utilização das dimensões referenciais, visto na

figura 20 e 21, para a definição de condições iniciais de projeto e posteriores analises

cinemáticas e dimensionamento das peças.

O Kit foi desenvolvido para poder ser utilizado em dois tipos de cadeiras conhecidas como

rígidas e dobráveis, sendo que pode ser adaptado em diferentes tamanhos de cadeiras, conforme

medidas vistas na tabela 1 e figura 20, dos dois modelos.

60

Tabela 1 – Medidas básicas para cadeiras de rodas (tolerância + 10mm)

Modelo Cadeira Infantil Cadeira Adulto Cadeira obeso

Medida(mm) Mínima Máxima Mínima Máxima Mínima Máxima

A-Largura efetiva do

assento

300 350 360 480 490 550

B- Profundidade efetiva

do assento

300 350 360 500 400 500

C-Altura da manopla do

encosto ao chão

800 900 800 1000 800 1000

D- Comprimento

máximo

800 900 900 1050 1000 1200

E-Altura da superfície do

assento na borda frontal

250 400 400 500 400 500

F- Largura máxima 400 500 500 750 700 850

Fonte: Adaptado de INMETRO, 2010

Figura 20 - Dimensões limites para a construção de cadeira de rodas

Fonte:INMETRO, 2010

Observações:

1- As dimensões A, B e E devem ser realizadas de acordo com dados do INMETRO (2010),

conforme os itens descritos acima.

2 - As dimensões C, D e F devem ser medidas nos pontos mais externos da cadeira

conforme figura 20.

Conhecer os limitantes do alcance manual para a execução de tarefas durante o uso de

cadeira de rodas, é de extrema importância no dimensionamento do equipamento assistido

61

proposto, visto que o acionamento deste será realizado por meio de um dispositivo mecânico

localizado a frente do usuário. É possível a identificação destes limitantes pela figura 21 e

tabela 2.

Figura 21 - Limites do alcance manual de cadeirantes

Fonte:BLOG DO CADEIRANTE,2014

Tabela 2 - Descrição dos limitantes do alcance manual de cadeirante

Sigla Descrição

A3 Altura do centro da mão com antebraço formando 90º com tronco

B3 Altura do centro da mão estendida ao longo do eixo longitudinal do corpo

C3 Altura mínima livre entre a coxa e a parte inferior de objetos e equipamentos

D3 Altura mínima livre para encaixe dos pés

E3 Altura do piso até a parte superior da coxa

F3 Altura mínima livre para encaixe da cadeira de rodas sob o objeto

G3 Altura das superfícies de trabalho ou mesas

H3 Altura do centro da mão com o braço estendido paralelo ao piso

I3 Altura do centro da mão com o braço estendido, formando 30º com o

piso=alcance máximo confortável

J3 Altura do centro da mão com o braço estendido, formando 60º com o

piso=alcance máximo confortável

L3 Comprimento do braço na horizontal, do ombro ao centro da mão

M3 Comprimento do antebraço (do centro do cotovelo ao centro da mão)

N3 Profundidade da superfície de trabalho necessária para aproximação total

O3 Profundidade da nádega à parte superior do joelho

P3 Profundidade mínima necessária para encaixe dos pés

Fonte: BLOG DO CADEIRANTE,2010

62

2.9- Princípios dos elementos finitos

O Método de elementos finitos são usados em muitos tipos de análises de engenharia para

analisar diversos tipos de problemas, e a expectativa é de que esse uso cresça ainda mais nos

próximos anos. O método dos elementos finitos tem sua origem há anos, porém somente com

o com o surgimento da informática, difundiu-se a utilização desta técnica. E sua configuração

atual, resulta da confluência de desenvolvimentos na mecânica, matemática, análise numérica

e computação.

Para esse método de análise, tem-se a discretização de uma estrutura ou meio contínuo

e, consequentemente, a solução do sistema discreto obtido. Devido à generalidade das

estruturas, à relativa facilidade de estabelecer as equações governantes do sistema e as boas

propriedades numéricas das matrizes do sistema foi que o Método dos Elementos Finitos

encontrou o seu campo de aplicações. Não se pode determinar a data na qual o Método dos

Elementos Finitos foi "criado", mas as raízes deste método remetem a três grupos de pesquisa

distintos: matemáticos aplicados, físicos e engenheiros. Apesar de o método ter sido publicado

anteriormente, os principais avanços se deveram aos desenvolvimentos independentes,

realizados por engenheiros. Contribuições originais importantes apareceram em meados da

década de 50, nos trabalhos de Turner et al. e de Argyris e Kelsey. O nome "elemento finito"

surgiu em 1960, a partir do trabalho de Clough, no qual a técnica foi apresentada para uma

análise de estado plano de tensões. A partir de então, uma enorme quantidade de pesquisas

voltou-se para a técnica, e um número muito grande de publicações na área está disponível.

(FABRINI,2009)

Atualmente, o conceito de elementos finitos tornou-se muito amplo. Mesmo que se

restrinja à análise de problemas da mecânica sólida, estrutural e termofluidodinâmica, o método

pode ser usado de várias formas diferentes. No entanto, a formulação mais importante, que é

largamente utilizada na solução de problemas práticos, é a do Método dos Elementos Finitos

baseados em deslocamentos. Quase todos os programas de análise genérica foram escritos

utilizando esta formulação. O Método dos Elementos Finitos baseados em deslocamentos pode

ser visto como uma extensão do método de análise de deslocamentos, que foi utilizado por

muitos anos na análise de estruturas formadas por vigas e hastes. Os passos básicos na análise

de uma estrutura de vigas e hastes utilizando o Método dos Deslocamentos são:

63

i. Idealizar a estrutura total como um conjunto de vigas e hastes que são interconectadas

nas juntas estruturais;

ii. Identificar as juntas com deslocamentos desconhecidos. Estes deslocamentos deverão

definir a resposta da estrutura idealizada;

iii. Estabelecer as equações de equilíbrio de forças correspondentes aos deslocamentos

desconhecidos, resolvendo estas equações;

iv. Com base nos deslocamentos nas extremidades das vigas e hastes, calcular a

distribuição interna de tensões;

v. Interpretar os deslocamentos e tensões calculadas, considerando as suposições feitas.

2.9.1 – Elementos Finitos Uni, Bi e Tridimensionais

Para diversas aplicações, o Método dos Elementos Finitos utiliza vários tipos diferentes

de elementos, cada um com suas aproximações e funções características, que possibilitam uma

solução apropriada para cada situação a ser estudada. Os elementos podem ser definidos de três

formatos distintos, sendo eles:

2.9.1.1 - Elementos Unidimensionais

Elementos unidimensionais (ou elementos de linha) consistem em elementos de barra e

elementos de viga. Estes elementos possuem seção transversal, mas são geralmente

representados por segmentos de linha. Elementos unidimensionais são utilizados para modelar

treliças e armações estruturais. Também são utilizados para representar parafusos, pinos, molas,

etc. O mais simples elemento unidimensional tem apenas dois nós sendo um em cada

extremidade (Figura 22a). Há também elementos unidimensionais de três nós ou mais

extremidade (Figura 22b). Estes são os elementos de ordem maior chamados de elementos

quadráticos, cúbicos (LOGAN, 2002; BOSCH, 2005).

64

Fonte: BOSCH, 2005

2.9.1.2 - Elementos Bidimensionais

Os elementos bidimensionais (ou planos) são basicamente triângulos ou quadriláteros.

Os elementos bidimensionais que possuem lados retos e nós somente nos cantos sendo um em

cada canto são chamados de elementos lineares (Figuras 23a e 23c). Há também elementos

bidimensionais de ordem maior (figuras 23b e 23d), os quais possuem nós localizados entre os

nós dos cantos adjacentes e lados curvados. Os elementos possuem 6 graus de liberdade por nó,

sendo 03 translações e 03 rotações. Entretanto, pode-se por simplificação do cálculo fazer uso da

integração numérica considerando um número de pontos de integração maior ou menor que o

número de nós, Os elementos bidimensionais podem apresentar espessura variável ou constante

(LOGAN, 2002; BOSCH, 2005).

Fonte: BOSCH, 2005

Figura 22 - Elementos finitos unidimensionais

Figura 23 - Elementos finitos bidimensionais

65

2.9.1.3 - Elementos Tridimensionais

Elementos tridimensionais aparecem, na maioria das vezes, na forma de tetraedros,

pentaedros ou hexaedros. Os elementos tridimensionais lineares são aqueles que possuem lados

retos e nós apenas nos cantos. Os elementos tridimensionais de ordem maior possuem lados em

curvados e nós localizados entre os nós dos cantos adjacentes (LOGAN, 2002; BOSCH, 2005).

Para elementos sólidos a representação das faces segue a mesma do elemento no plano.

Fonte: BOSCH, 2005.

A formulação do MEF pode ser baseada no método dos deslocamentos, em modelos de

equilíbrio, ou em métodos híbridos e mistos (Zienkiewicz e Taylor, 1989). De todos estes

métodos, aquele que apresenta uma maior simplicidade e, consequentemente, uma maior

versatilidade é o método dos deslocamentos. Associados ao método dos deslocamentos, surgem

muitos conceitos no âmbito das estruturas reticuladas, como por exemplo, as noções de grau de

liberdade, deslocamento generalizado, força generalizada, equilíbrio, matriz de rigidez, vetor

de solicitação, introdução de condições de apoio, etc. Quando surge a necessidade de resolver

um problema de análise de uma estrutura, a primeira questão que se coloca é a sua classificação

quanto à geometria, modelo do material constituinte e ações aplicadas. O modo como o MEF é

formulado e aplicado depende, em parte, das simplificações inerentes a cada tipo de problema.

Alguns aspectos importantes em que é necessário ter em consideração na fase que antecede a

análise de uma estrutura são descritos a seguir.

Figura 24 - Elementos finitos tridimensionais

66

2.10 - Tipos de análise

Nos projetos de engenharia, e em especial da área mecânica é imprescindível considerar

como atuam os carregamentos sobre as peças e conjuntos, pois, eles podem se apresentar de

maneiras diferentes e causarem falhas graves. Por exemplo, o material de uma peça quando

submetido a uma carga aplicada gradativamente e que permaneça constante ao longo do tempo,

terá um comportamento diferente daquele em que a carga seja aplicada subitamente ou que

varie de intensidade com o tempo.

No dimensionamento das peças e componentes de máquinas e estruturas devem-se

utilizar as cargas (forças e pressões) conforme se apresentarão durante sua utilização, entre

outras considerações necessárias.

Os tipos comuns de carregamento são:

Estático

Quase estático

Dinâmico

DEFINIÇÕES:

Estático: A análise estática de estruturas tem por objetivo principal quantificar a

magnitude dos esforços internos e dos deslocamentos que se manifestam em qualquer sistema

estrutural, quando o mesmo é submetido a um carregamento arbitrário, desprezando-se o efeito

das forças de amortecimento e das forças de inércia.

Quase estático: O processo quase–estático pode ser definido como um sistema em que

a energia cinética e sua variação podem ser desprezadas. Assim, na análise quase–estática as

forças inerciais e a forças decorrentes devido ao amortecimento viscoso são desprezadas.

Dinâmico: Entende-se como carregamento dinâmico todo carregamento em que o

tempo é uma das variáveis na aplicação da carga, podendo ser constante ou apresentar variações

de intensidade ao longo do tempo.

Os testes estruturais realizados no modelo, para o dimensionamento da estrutura com o

auxílio de simulação numérica por elementos finitos, serão do tipo estático. Os testes de

resistência estática simulam e quantificam a resistência dos componentes sob ação de cargas

elevadas que podem ocorrer ocasionalmente.

67

2.10.1- Análise Linear/não linear

Durante a fase de projeto de componentes automotivos, muitas análises são conduzidas

de maneira não linear, contemplando as não linearidades de contato, de geometria e do material.

Estas não linearidades são contempladas num problema oriundo de uma solicitação estática, e,

são resolvidos via algoritmo de integração implícita, que nem sempre garante convergência das

análises. A falta de convergência dificulta o entendimento das simulações, bem como o

entendimento do comportamento estrutural, deixando a engenharia de desenvolvimento de

produto sem condições de tomada de decisão.

O objetivo das análises realizadas no Kit, é que os componentes não atinjam a tensão de

adimissível do material, ou seja que permaneçam no regime linear, assim não são utilizados

curvas elastoplásticas de tensão x deformação para os materiais. As condições de contorno não

variam durante a aplicação das cargas. As cargas são constantes em magnitude, direção e

distribuição.

Porém o modelo contempla a não linearidade geométrica, na qual para valores

relativamente grandes de deslocamentos, a deflexão lateral de um membro pode trazer como

consequência, o aparecimento de momentos fletores adicionais (denominadas de segunda

ordem), em virtude da presença de um esforço normal. A esse tipo de comportamento não-

linear, dá-se o nome de não-linearidade geométrica, o que permite acontecer alterações na

rigidez causadas pelo carregamento. Há também a não linearidade de contato utilizadas para

condições de contorno de acordo com a simulação, pois as condições de limite mudam quando

o ocorre contato de carregamento. Podendo se dizer que a análise estática a ser realizada é não

linear devido a todas as condições descritas anteriormente.

2.11- Equações Básicas da Elasticidade Linear

A elasticidade linear infinitesimal trata do estudo das deformações e da distribuição dos

esforços internos de um sólido sujeito a cargas externas. As limitações da teoria restringem a

aplicação desta teoria apenas para deformações elásticas, que serão abordas nas análises, e de

magnitude muito pequena. (BIEZUNER,2015)

2.11.1 – Deformações

A partir dos deslocamentos, pode-se calcular as deformações em qualquer ponto da

estrutura. As equações deformações-deslocamentos para elasticidade infinitesimal linear

tridimensional são:

68

𝜀𝑥𝑥 = 𝜕𝑢𝑥

𝜕𝑥 (01)

𝜀𝑦𝑦 = 𝜕𝑢𝑦

𝜕𝑦 (02)

𝜀𝑧𝑧 = 𝜕𝑢𝑧

𝜕𝑧 (03)

𝜀𝑥𝑦 = 𝜀𝑦𝑥 =1

2(𝜕𝑢𝑥

𝜕𝑦+𝜕𝑢𝑦

𝜕𝑥) (04)

𝜀𝑥𝑧 = 𝜀𝑧𝑥 =1

2(𝜕𝑢𝑥

𝜕𝑧+𝜕𝑢𝑧

𝜕𝑥) (05)

𝜀𝑦𝑧 = 𝜀𝑧𝑦 =1

2(𝜕𝑢𝑦

𝜕𝑧+𝜕𝑢𝑧

𝜕𝑦) (06)

Onde ux,uy e uz são as componentes do vetor deslocamento u nas direções x, y e z

respectivamente. Segundo Biezuner (2015), estas equações representam adequadamente as

deformações somente se forem bem pequenas. Por exemplo, uma rotação de corpo rígido de

um ângulo θ em torno do eixo z é escrita como:

𝑢 = {𝑥𝑐𝑜𝑠𝜃 − 𝑦𝑠𝑖𝑛𝜃 − 𝑥𝑥𝑠𝑖𝑛𝜃 − 𝑦𝑐𝑜𝑠𝜃 − 𝑦

0

} (07)

Tem as deformações infinitesimais dadas por:

𝜀𝑥𝑥 = 𝑐𝑜𝑠𝜃 − 1 (08)

𝜀𝑦𝑦 = 𝑐𝑜𝑠𝜃 − 1 (09)

𝜀𝑧𝑧 = 0 (10)

Sendo que:

𝜀𝑥𝑦 = 𝜀𝑦𝑥 = 𝜀𝑥𝑧 = 𝜀𝑧𝑥 = 𝜀𝑦𝑧 = 𝜀𝑧𝑦 = 0 (11)

69

𝜀 = [𝑐𝑜𝑠𝜃 − 1 0 0

0 𝑐𝑜𝑠𝜃 − 1 00 0 0

] (12)

que não é zero, apesar do corpo não estar se deformando, apenas girando. Mas cos θ - 1 é muito

próximo de zero para valores na ordem de décimos de grau, que pode ser tomado como o limite

da validade da teoria infinitesimal. Se as deformações ultrapassarem a ordem de décimo-

milésimo, recomenda-se utilizar a elasticidade finita, que utiliza a definição de deformações de

Green. As equações podem ser colocadas na forma matricial {ε} = [B] {u}, onde [B] representa

a relação entre as deformações aos deslocamentos, e se faz uso de uma representação vetorial

para a deformação, somente com seis componentes. Esta notação, apesar de imprecisa, é mais

compacta. (BIEZUNER,2015)

{

𝜀𝑥𝑥𝜀𝑦𝑦𝜀𝑧𝑧2𝜀𝑥𝑦2𝜀𝑥𝑧2𝜀𝑦𝑧}

=

[ 𝜕

𝜕𝑥0 0

0𝜕

𝜕𝑦0

0 0𝜕

𝜕𝑧𝜕

𝜕𝑦

𝜕

𝜕𝑥0

𝜕

𝜕𝑧0

𝜕

𝜕𝑥

0𝜕

𝜕𝑧

𝜕

𝜕𝑦]

{

𝑢𝑥𝑢𝑦𝑢𝑧} (13)

As deformações cisalhantes, ocasionadas por uma rotação relativa no cubo (Figura 27) onde

os lados do mesmo deixam de ser perpendiculares, onde u, ʋ e w representam os deslocamentos

nas direções x, y e z, respectivamente.

𝛾𝑥𝑦 =𝜕𝑢

𝜕𝑦+

𝜕𝑣

𝜕𝑥 (14)

𝛾𝑥𝑧 =𝜕𝑢

𝜕𝑧+𝜕𝑤

𝜕𝑥 (15)

𝛾𝑦𝑧 =𝜕𝑣

𝜕𝑧+𝜕𝑤

𝜕𝑦 (16)

70

2.11.2 – Tensões

O tensor de tensão de Cauchy expressa os esforços internos em uma partícula de um

sólido, para todas as direções. A força interna distribuída de um ponto sobre seu vizinho é

determinada pela direção do vizinho n através da fórmula de Cauchy,

𝑡𝑥 = 𝜎𝑥𝑥𝑛𝑥 + 𝜎𝑥𝑦𝑛𝑦 + 𝜎𝑥𝑧𝑛𝑧 (17)

𝑡𝑦 = 𝜎𝑦𝑥𝑛𝑥 + 𝜎𝑦𝑦𝑛𝑦 + 𝜎𝑦𝑧𝑛𝑧 (18)

𝑡𝑧 = 𝜎𝑧𝑥𝑛𝑥 + 𝜎𝑧𝑦𝑛𝑦 + 𝜎𝑧𝑧𝑛𝑧 (19)

Ou:

𝑡 = 𝜎 ∗ 𝑛 (20)

{

𝑡𝑥𝑡𝑦𝑡𝑧

} = [

𝜎𝑥𝑥 𝜎𝑥𝑦 𝜎𝑥𝑧𝜎𝑦𝑥 𝜎𝑦𝑦 𝜎𝑦𝑧𝜎𝑧𝑥 𝜎𝑧𝑦 𝜎𝑧𝑧

] {

𝑛𝑥𝑛𝑦𝑛𝑧} (21)

Onde t é a força distribuída em N/m², e σ é o tensor tensão. Na superfície do corpo,

tomando nx, ny e nz como as componentes do vetor normal n à superfície, tx, ty e tz tem que

equilibrar as forças aplicadas. Biezuner (2015) diz que a tensão em um ponto tem que ser

representada por um tensor para poder expressar o vetor força em qualquer direção. Para o

estudo do estado de tensões no interior do corpo deformado, isola-se um elemento infinitesimal

de um volume de dimensões ∆x, ∆y, ∆z.As tensões atuantes sobre este elemento de volume são

mostradas na figura 25.

Figura 25 - Tensões no interior de um corpo deformado

Fonte: BIEZUNER,2015

71

Observe que, ∆σiij representam os incrementos de tensão, devido à presença das forças

de corpo ρfi (densidade do corpo), por exemplo. Substituindo os incrementos de tensão e

escrevendo as equações de equilíbrio nas direções x, y e z obtém-se as equações de equilíbrio

para tensões, também

∆𝜎𝑖𝑗 = 𝑝𝑜𝑟 𝜕𝜎𝑖𝑗

𝜕𝑥𝑘𝑑𝑥𝑘 (22)

Chamadas de equações diferenciais de equilíbrio, ou seja:

{

𝜕𝜎𝑥𝑥

𝜕𝑥+𝜕𝜎𝑦𝑥

𝜕𝑦+𝜕𝜎𝑧𝑥

𝜕𝑧+ 𝜌𝑓𝑥 = 0

𝜕𝜎𝑥𝑦

𝜕𝑥+𝜕𝜎𝑦𝑦

𝜕𝑦+𝜕𝜎𝑧𝑦

𝜕𝑧+ 𝜌𝑓𝑦 = 0

𝜕𝜎𝑥𝑧

𝜕𝑥+𝜕𝜎𝑦𝑧

𝜕𝑦+𝜕𝜎𝑧𝑧

𝜕𝑧+ 𝜌𝑓𝑧 = 0}

(23)

𝜎𝑥𝑧 = 𝜎𝑧𝑥, 𝜎𝑧𝑦 = 𝜎𝑦𝑧 , 𝜎𝑦𝑥 = 𝜎𝑥𝑦, (24)

Onde a equação 24 expressa a condição de simetria das componentes do tensor tensão.

73

3- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Como fonte de pesquisa procurou-se orientação do que vem sendo estudado e publicado,

pode-se dizer que grande parte dos estudos apresentados abordam o tema relacionado a

ergonomia e aos benefícios do avanço em segmentos da área de tecnologia assistiva, quanto a

parte estrutural é visto estudos quanto a escolha do material a ser empregado e simulação de

impacto frontal.

Assim o apanhado de estudos encontrados é dividido de acordo com os temas

abordados:

3.1 – Estudo sobre ergonomia

Ao analisar as necessidades de deficientes físicos, é visto que as necessidades

cotidianas, conhecidas como atividades da vida diária, como locomoção de um cômodo para o

outro, necessidades fisiológicas, higiene corporal, recreação e ocupação, tornam-se verdadeiras

etapas a serem vencidas através de um intenso trabalho fisioterápico aliado ao uso de

equipamentos adequados.

Costa et.al(2010) relata experiências de pessoas que, a partir do comprometimento pela

lesão da médula, passam a ter uma vida de elaborações e transformações cotidianas, pertinentes

às modificações ocorridas em seu corpo e conclui que ainda, há a necessidade de que as políticas

públicas de atenção à pessoa com deficiência sejam constantemente aprimoradas pelas

organizações governamentais, bem como haja o cumprimento efetivo da fiscalização pela

sociedade em geral, com o intuito de minimizar as diferenças sociais, o preconceito e a

discriminação.

Nesse contexto a elaboração de projetos tende a observa certos parâmetros para

proporcionar conforto, segurança, praticidade e ergonomia para o usuário e também atenda a

requisitos de mercado, quanto a preço e adaptações a serem feitas. De acordo com Coelho

(2007), para que o profissional prescreva uma cadeira de rodas o primeiro conhecimento que

deve adquirir sobre o equipamento é quais são suas partes e as variedades de cada equipamento

que a constitui, bem como as possibilidades de adaptações que podem ser utilizadas de acordo

com o contexto em que a cadeira será utilizada, sendo estes últimos removíveis ou fixos.

O estudo da ergonomia feito por Mason et.al(2012), mostra que as configurações de

cadeiras devem satisfazer a demanda fisiológica de propulsão, ou seja, quais são as limitações

do usuário, e posteriormente quais riscos podem oferecer as novas configurações

implementadas na cadeira.

74

A prescrição de cadeira de rodas baseia-se em informações ergonômicas complexas, a

partir de dados antropométricos fundamentais para a utilização. O reconhecimento do perfil

antropométrico do usuário de cadeira de rodas é um ponto fundamental no processo de

reabilitação. A avaliação ergonômica possibilita ajustes, favorecendo uma melhor postura,

estabilidade e conforto e vários outros aspectos, além de melhorar a inserção do usuário a

sociedade. Das e Kozey (1999), abordam o estudo das medidas estruturais para cadeiras de

rodas adultos móveis, levando em consideração as medidas antropométricas para a melhor

ergonomia do usuário.

Qualharini e dos Anjos (1998), descrevem a ergonomia do espaço edificado para

pessoas com portadora de deficiência, reunindo um conjunto de informações técnicas em um

estudo metodológico sobre acessibilidade, relacionando o projeto de casas para atender

limitações físicas atuais.

Barros e Soares (2012), utlilizam a fotogrametria digital para realizar uma análise

antropométrica dos usuários de cadeira de rodas, e assim conhecer suas limitações de alcance

manual.

3.2 – Estudo sobre tecnologia assistiva

A Tecnologia Assistiva representa atualmente uma área em ascensão, impulsionada,

principalmente, pelo novo paradigma da inclusão social, que defende a participação de pessoas

com deficiência nos diversos ambientes da sociedade. Para a maioria dessas pessoas, os

recursos são essenciais para a mobilidade, atividades relacionadas à aprendizagem, trabalho,

comunicação e interação com o mundo

Nestes termos, Rodrigues e Alves (2013) destacam que diversos setores, principalmente

o acadêmico, têm um papel importante na pesquisa, desenvolvimento e disponibilização da

tecnologia assistiva. É necessário, portanto, que as mais diferentes áreas do conhecimento

voltem-se também para esse tema, e busquem uma integração de saberes em prol de efetivas

ações transformadoras das práticas excludentes de nossa sociedade. Os desafios são de

diferentes ordens, como arquitetônicos, comunicacionais, metodológicos, instrumentais,

programáticos e atitudinais. Portanto, as frentes de trabalho também devem ser múltiplas e

abrangentes.

Ferrada e Santarosa (2007) abordar elementos para elaboração de uma proposta de

investigação, que busca observar e intervir na utilização e adequabilidade de recursos de

75

tecnologia assistiva, para ampliar os processos de interação desses sujeitos em espaços

digitais/virtuais, favoráveis a sua aprendizagem e seu desenvolvimento.

Em se tratando de tecnologia assistiva para a cadeira de rodas, Bertoncello e

Gomes(2002), nota-se que a maturidade dela aconteceu no pós-guerra, por volta de 1960. De lá

até hoje, poucas transformações ocorreram no grupo das cadeiras de rodas mecanomanuais, ou

seja, há um nicho de mercado ainda não conquistado pelas empresas de produtos industriais

destinados aos portadores de deficiência física.

Mazo et.al (1994), elaboram um estudo sobre o controle eletrônico que pode ser

utilizado para guiar cadeiras de rodas motorizadas através do comando de voz permitindo assim

a utilização em pessoas tetraplégia.

As conclusões incidem sobre a necessidade de diferentes áreas do conhecimento

voltarem-se também para esse tema, visando à integração de saberes em prol de efetivas ações

transformadoras das práticas excludentes de nossa sociedade em relação às pessoas com

deficiência.

3.3 – Estudo sobre a utilização de materiais

A análise de resistência dos materiais, dimensionamento mecânico da estrutura e

elaboração de sistema eletrônico para controle, busca-se desenvolver um protótipo com

tecnologia aplicada a baixo custo. Através da construção de um protótipo universal, capaz de

ser instalado a qualquer modelo de cadeira de rodas manual, serão realizados testes para

validação do protótipo e análise das correções no sistema eletromecânico. Com tais

procedimentos busca-se alcançar alto nível de confiabilidade e eficiência do equipamento

No que se refere a escolha de materiais Cota et al. (2011) avaliar o desempenho

mecânico do emprego de materiais alternativos de alta resistência e baixa densidade, tais como

o alumínio e os compósitos laminados em fibras de vidro e carbono, no projeto de uma cadeira

de rodas fabricada usualmente com o material aço carbono, permitindo-se avaliar a eficiência

mecânica de ambos. Os resultados das simulações revelaram maior relação resistência-

densidade para os materiais compósitos, mostrando-se como alternativas eficientes a serem

empregados no projeto de cadeiras de rodas.

Cowan et al. (2009) realiza um estudo com quatro tipos distintos de cadeiras, em relação

ao peso, ou seja a relação do material a utilizar, e as superfícies onde se encontra a cadeira, e

observa as diferenças encontradas com relação a velocidade de propulsão e as forças necessárias

para a aceleração.

76

Chénier e Aissaoui (2014), citam as vibrações transmitidas ao usuário através da

comparação feita com seis materiais distintos utilizados nas cadeiras de rodas, diferenças nas

dimensões dos eixos frontal e traseiro e em três diferentes pisos.

3.4 – Estudo sobre simulações em elementos finitos

Em busca de melhor ergonomia e segurança para o usuário, são realizadas análises em

elementos finitos de uma cadeira de rodas comparando diferentes materiais que podem ser

empregados, além de análises estruturais, como por exemplo impacto frontal, que visam

observar as mudanças que podem ser realizadas, em busca de uma estrutura resistente e que

forneça segurança ao usuário.

Liu et.al (2014), realizam análises em elementos finitos de uma cadeira de rodas com

diferentes materiais compostos que podem ser utilizados, proporcionando maior rigidez, mas

também uma estrutura mais leve.

Em se tratando de modelos em elementos finitos, Sudheesh e Vivek (2012), realizam o

modelamento de uma cadeira de rodas com uma propulsão por pedais localizados próximos as

mãos do cadeirante, e o efeito na estrutura comparando três tipos diferentes de materiais.

DSouza e Bertocci (2010), realizam o desenvolvimento e validação de um modelo de

em elementos finitos para a simulação de acidente de um adulto submetido a uma colisão

frontal.

Yilmazcoban e Mimaroglu (2012), em seu artigo, realizam um estudo sobre a

deformação das estruturas das cadeiras quando submetidas a impacto frontal, considerando o

usuário adulto, comparando materiais com fibra de carbono e ligas de aço.

3.5 – Estudo sobre equipamentos semelhantes desenvolvidos

Atualmente alguns trabalhos estão sendo desenvolvidos visando a construção de um

equipamento automotor a baixo custo, disponibilizando em forma de acessório, que possa

atender as necessidades dos portadores de deficiência que utilizam cadeira de rodas para

locomoção, de forma a tornar-se uma opção de motorização acessível a uma grande parcela da

população cadeirante.

Neste contexto, Filho et.al. (2010) desenvolveram um Kit que permite transformar uma

cadeira de rodas convencional em uma motorizada com controle por joystick, na qual foi

construído um protótipo do kit de automação de cadeiras convencionais para testar o conceito.

O Kit é composto de três partes físicas, a caixa das baterias e eletrônica, o elemento de tração

77

e o joystick. A caixa desliza sobre guias para fácil remoção quando for desmontada a cadeira

para transporte. O elemento de tração é composto dos motoredutores e dos dispositivos de

acoplamento.

Silva et.al.(2010), abordam o desenvolvimento de um sistema de controle para o kit de

motorização utilizado em cadeira de rodas manuais. O denominado kit de motorização é um

dispositivo que permite que uma cadeira de rodas manual se torne uma cadeira de rodas

motorizada. O sistema de controle desenvolvido permitirá que uma cadeira siga uma rota

desenhada no chão, destinada aos casos em que o usuário utiliza a mesma trajetória repetidas

vezes ou quando deseja retornar a uma posição inicial, o usuário ao acionar o sistema o kit irá

seguir uma trajetória feita no chão.

Fernandes et.al(2005), apresentam um protótipo de um simulador capaz de gerar

comandos para uma cadeira de rodas motorizada, a partir de imagens capturadas por meio de

uma câmera Web, podendo ser aperfeiçoado para ser utilizados em cadeiras motorizadas ou kits

acoplados as cadeiras de rodas.

79

4- METODOLOGIA

O Kit Adaptável para cadeiras de rodas para transformá-la em um triciclo elétrico foi

desenvolvido para tornar o produto viável e principalmente prático, sendo um modo a facilitar

a interação do cadeirante com a sociedade. Assim o projeto é divido em quatro etapas:

1ª Etapa: Definir os objetivos que o projeto deverá atender, como praticidade para o usuário

ser competitivo comercialmente, além de objetivos com relação a estrutura como por exemplo

fator de segurança, definição de materiais e etc.

2ª Etapa: Dimensionar e desenhar em software de desenhos 3D a estrutura do Kit.

3ª Etapa: Análise de estabilidade estática e dinâmica, para verificação da eficiência do

produto, para que caso o conjunto suporte somente valores muito pequenos de inclinação da

pista, se avalie as dimensões empregadas na estrutura, para que ofereça segurança ao cadeirante.

4ª Etapa: Simular através do software de elementos finitos, a qual se terá a resposta dos

esforços na estrutura, quando submetida aos carregamentos impostos. Isto é de suma

importância, pois irá permitir verificar se as peças projetadas, suportam as cargas ou não,

podendo assim alterar alguns componentes se necessário.

A cadeira de rodas adquirida e que foi utilizada como modelo para as análises, possui uma

largura de 650 mm, e para a medida de comprimento, foi feito a consideração de que o apoio

de pé estaria no último ajuste, ou seja o mais baixo possível, isso faz com que a cadeira tenha

o máximo comprimento possível, ou seja, aproximadamente 1127 mm. Segundo a norma

ABNT NBR9050/2004, a área projetada no solo ocupada por uma cadeira de rodas, visto na

figura 26, denominado módulo de referência, serviu de parâmetro para se aproximar a máximo

destas dimensões, quando o mesmo, estiver recolhido lateralmente a cadeira, para que não

ocorra transtorno ao usuário. Nesta posição, recolhido lateralmente, as dimensões de todo o

conjunto obtidas foram de 764 mm de largura e 1127 de comprimento longitudinal, que é o

próprio comprimento da cadeira.

80

Figura 26- Módulo de referência é a projeção de 0,80 m por 1,20 m no piso, ocupada por

uma pessoa utilizando uma cadeira de rodas

Fonte: ACESSIBILIDADE NA PRÁTICA,2014

A partir de um diagrama de requisitos é possível delinear caminhos para a tomada de

decisões estabelecendo parâmetros físico-mecânicos os quais auxiliam no dimensionamento

estrutural e posterior iteração de resultados, além da análise dinâmica da máquina projetada.

Conforme diagrama de requisitos projetais ilustrado pela figura 27 nota-se os fatores relevantes

para o projeto de um sistema automotor para cadeira de rodas mecanomanuais.

Figura 27 - Diagrama de requisitos de projeto

Fonte: ELABORADO PELO AUTOR,2015

81

O diagrama apresentado na figura 27 trata de forma clara e objetiva, os diversos fatores

relevantes na criação, desenvolvimento e construção do objeto de estudo deste trabalho, o qual

se trata de um sistema de tração para cadeira de rodas, buscando organizar-se em subconjuntos

diferenciados em seus objetivos propostos, de tal forma a facilitar a modelagem do melhor

sistema que atenda a maior parte dos requisitos preestabelecidos.

Com base nas informações apresentadas sobre a situação atual do mercado brasileiro

destinado aos equipamentos assistidos oferecidos a população deficiente, nota-se a necessidade

de disponibilidade de produtos diferenciados em tecnologia e eficiência a baixo custo que

atendam ás necessidades dos cadeirantes. O modelo proposto neste trabalho visa atender a

parcela da população cadeirante que não apresenta deficiência em seus membros superiores,

uma vez que o equipamento assistido projetado apresenta sistema de direção e freio mecânico

o qual necessita de acionamento físico motor pelo usuário.

Conforme dito anteriormente, o início do desenvolvimento deste KIT adaptável ocorreu no

trabalho de Mendes (2013). Em uma primeira etapa foi adquirida uma cadeira de rodas manual

da marca Ortobrás, modelo Aktiva Ultra Lite X, com rodas aro 24, visto na figura 28, onde a

mesma é usada para o desenvolvimento do projeto descrito neste trabalho.

Figura 28 - Cadeira Ortobrás adquirida para o projeto

Fonte: ORTOBRÁS,2014

Esta cadeira é construída em liga alumínio aeronáutico temperado, e tem as seguintes

características:

• Rolamentos blindados nas quatro rodas, inclusive no eixo vertical do garfo;

• Eixos de aço reforçado;

• Pintura epóxi;

• Estofamento 100% nylon acolchoado com almofada de alta densidade incorporada;

82

• Estrutura dobrável em “X” com sistema de fechamento por guias;

• Rodas traseiras de 24” infláveis, raiadas;

• Rodas dianteiras de 6” maciças, com garfo de alumínio;

• Aro de impulso em alumínio com pintura epóxi;

• Sistema de desmontagem rápida “quick release” nas quatro rodas;

• Freios bilaterais;

• Protetor lateral de roupas em nylon com abas;

• Protetor de raios;

• Pedal removível com sistema “swingaway”;

• Apoio de braço escamoteável;

• Capacidade de peso de 120 Kg.

A partir dessa cadeira foi construído um modelo no software Solidworks, que foi

utilizado como base para as análises e propostas no projeto realizado.

Figura 29–Modelo em CAD da cadeira de rodas adquirida para o projeto


Durante o desenvolvimento do KIT adaptável foram geradas 2 alternativas de projetos que

serão apresentadas posteriormente.

83

4.1–Materiais a utilizar

O desenvolvimento de um protótipo de sistema automotor para cadeira de rodas necessita

de uma análise minuciosa da estrutura buscando a utilização de materiais de baixo custo aliados

a um desenho otimizado com o menor peso possível, e que seja capaz de suportar as solicitações

físicas impostas pelo movimento.

4.1.1 – Especificação de Material (Alumínio)

O grande desafio tecnológico enfrentado pela indústria para a fabricação de cadeiras de

rodas manuais foi, sem dúvida, a procura por materiais de baixo peso específico. O aço

inoxidável era até bem pouco tempo a única opção. Hoje as opções são variadas como o cromo,

titânio, tubos de aço, carbono e alumínio.

Pelas suas principais características como baixo peso e também pela facilidade de

fornecimento e, especialmente, pelo baixo custo, o alumínio é o material mais utilizado pela

indústria de produtos para reabilitação. Seu uso, neste caso, é justificado pelo baixo peso do

produto final e também pela sua plasticidade. Outros materiais são mais caros e necessitam de

acabamentos mais sofisticados, que acabam por encarecer o produto final.

Este metal, por suas excelentes propriedades físico-químicas, conforme comparativo da

figura 20, entre as quais se destacam o baixo peso específico, a resistência à corrosão, a alta

condutibilidade térmica e elétrica e a infinita reciclagem, apresenta uma ampla variedade de

utilização, que o torna o metal não-ferroso mais consumido no mundo. A leveza é uma das

principais características do alumínio. Seu peso específico é de cerca de 2,70 g/cm³, essa

característica, aliada ao aumento da resistência mecânica por adição de elementos de

liga/tratamentos térmicos, torna o alumínio o metal de escolha para a indústria aeronáutica e de

transportes.

O módulo de elasticidade do alumínio é de 7030 kg/mm². O baixo módulo de

elasticidade possui a vantagem de dar às estruturas de alumínio uma capacidade elevada de

amortecer os golpes, assim como de reduzir as tensões produzidas pela variação de temperatura.

A seguir na tabela 3, um comparativo do alumínio com outros metais.

84

Tabela 3 - Comparativo de propriedades mecânicas

Propriedades físicas típicas Alumínio Aço Cobre

Densidade (g\cm³) 2,70 7,86 8,96

Temperatura de fusão (ºC) 660 1500 1083

Módulo de elasticidade(MPa) 70000 205000 110000

Coeficiente de dilatação térmica(L/ºC) 23,10^-6 11,70^-6 16,5^-6

Condutibilidade térmica a 25ºC(Cal/cm/ºC) 0,53 0,12 0,94

Condutibilidade elétrica(%IACS) 61 14,5 100

Fonte: CALLISTER,2002

O alumínio escolhido é a liga 6351 que oferece relativamente uma alta resistência e

excelentes características de união. Esta liga possui as seguintes propriedades químicas, vista

na tabela 4:

Tabela 4 - Propriedades Químicas da Liga de alumínio 6351

Análise química da liga 6351

Densidade: 2,71g/cm³

Peso(%) Elementos

Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti Ga V Outros

Mínimo 0,70 -- -- 0,40 0,40 -- -- -- -- -- -- ---

Máximo 1,30 0,50 0,10 0,80 0,80 -- -- 0,20 0,20 -- -- 0,20

Liga 6351: limites de propriedades mecânicas

Têmpera

Seção específica ou Espessura de

parede

(mm)

Resistência a tração (Mpa) Alongamento

Limite de resistência a tração

Limite de escoamento

(MPa) Porcentagem Mín. em

50mm

Mín. Máx. Mín. Máx.

Têmpera padrão

T4 Até 200.000 205 ---- 110 ---- 12

T5 Até 6.30 270 ---- 230 ---- 6

6.30 --- 25.0 270 ---- 230 ---- ----

T6 Até 3.20 290 ---- 250 ---- 6

3.20 – 20.00 300 ---- 255 ---- 6

Fonte: ALCOA,2015

85

A liga 6351 possui como principais características a resistência mecânica alta, alta

resistência à corrosão, conformação mecânica fácil e soldabilidade boa. É aplicada em

estruturas submetidas a elevadas tensões; em construções navais, em veículos.

A liga 6351- é tratada termicamente –T6, onde é solubilizada e envelhecida

artificialmente - nestas condições a liga possui um limite de escoamento de 255 MPa e limite

de resistência à tração de 300 MPa.

4.2– Fator de segurança

O fator se segurança pode ser expresso de várias maneiras, sendo uma relação entra duas

quantidades de mesma unidade, portanto sempre será adimensional.

A escolha de um fator de segurança é uma difícil tarefa principalmente para o projetista

iniciante, pois são muitas variáveis a se observar, causando na maioria das vezes um

superdimensionamento no projeto tornando o projeto mais caro do que o necessário.

O fator de segurança deve ser baseado em projetos já existentes, em indicações tabeladas,

além disso, deve contar com o conhecimento teórico do projetista.

Influenciam consideravelmente o valor do FS, os seguintes fatores:

Material da peça;

Carga que atua na peça;

Perigo de vida.

O FS pode ser considerado como uma medida de incerteza do projetista nos modelos

analíticos, nas teorias de falhas, nas propriedades do material a ser utilizado. Um FS menor

poderá ser adotado quando testes extensos forem realizados na peça tanto em protótipo físico

quanto em simulações computacionais. Se as propriedades mecânicas do material não forem

testadas deverá adotar um FS maior.

Por ser difícil prever os tipos de carregamentos que um conjunto suportará em serviço,

por exemplo: Que esforços deverão suportar a estrutura do Kit? Depende do tempo de uso, do

peso, do tipo de pista onde será usada e etc.

De acordo com Norton (2011), algumas orientações para a escolha de um fator de

segurança para projetos de máquinas podem ser definidas com base na qualidade e

disponibilidade de dados adequados sobre as propriedades dos materiais, nas condições

ambientais esperadas em comparação com aquelas nas quais os dados de testes dos materiais

foram obtidas, bem como na precisão dos modelos de solicitação e de tensão desenvolvidos

para análises.

86

A tabela 5 mostra um conjunto de fatores para materiais dúcteis que podem ser

escolhidos em cada uma das três categorias listadas com base no conhecimento ou julgamento

do projetista sobre a qualidade das informações utilizadas. O coeficiente global de segurança é

tomado como o maior dos três fatores escolhidos.

Tabela 5 - Conjunto de fatores para determinação de fator de segurança para materiais

dúcteis

Fonte: NORTON,2011.

Observando os conjuntos de fatores referenciados por Norton (2011,) com relação as

informações e a qualidade das mesmas, foram adotados os seguintes critérios para determinação

do fator de segurança:

Fatores utilizados para determinar um coeficiente de segurança para materiais dúcteis Informações Qualidade das informações Fator

Dados da propriedade dos

materiais disponíveis a partir de testes

O material utilizado foi testado 1,2 Dados representativos de testes do material estão

disponíveis 2

Dados razoavelmente representativos de testes do

material estão disponíveis 3

Dados insuficiente representativos de testes do material

estão disponíveis 5+

Condições ambientais nos quais será utilizado

São idênticos ás condições dos testes de materiais 1,2 Essencialmente igual ao ambiente de teste 2 Ambiente moderadamente desafiador 3 Ambiente extremamente desafiador 5+

Modelos analíticos para forças

e tensões

Os modelos foram testados experimentalmente 1,2 Os modelos representam precisamente o sistema 2 Os modelos representam aproximadamente o sistema 3 Os modelos são aproximações grosseiras 5+

87

Tabela 6 - Critérios de Fator de segurança

INFORMAÇÕES QUALIDADE DAS INFORMAÇÕES FATOR

Dados das propriedades

dos materiais disponíveis a

partir de testes

Dados razoavelmente representativos

de testes do material estão disponíveis 3

Condições ambientais na

qual será utilizado Ambiente moderadamente desafiador 3

Modelos analíticos para

forças e tensões

Os modelos representam

aproximadamente o sistema 3


Assim, conforme visto na tabela 6, pelos critérios definidos o fator de segurança

utilizado para as análises estáticas será 3.

O projeto de elementos estruturais ou mecânicos deve restringir a tensão do material a

um nível seguro, então se deve usar uma tensão segura ou admissível. Então utilizando uma

relação, para matérias dúcteis, entre o fator de segurança e a tensão de escoamento (obtida por

ensaios experimentais do material) é possível achar a tensão admissível, através da seguinte

equação:

𝜎𝑎𝑑𝑚 =𝜎𝑒𝑠𝑐𝑜

𝐹.𝑆. (25)

σadm = Tensão admissível de projeto que atua na estrutura

σesco = Tensão de escoamento do material

F.S. = Fator de segurança, determinado de acordo com requisitos de projeto

88

4.3 - Primeiro projeto

O primeiro projeto consiste em um modelo dividido em 4 conjuntos, sendo:

Conjunto fixo: que é fixado na parte de baixo da cadeira;

Conjunto encaixe: é a parte que seria encaixado no conjunto fixo

Conjunto painel: onde se teria componentes que controlaram a direção como por

exemplo o guidão, e componentes de ajustes do Kit.

Conjunto motriz: onde se tem componentes que proporcionam a locomoção da cadeira

como o motor, baterias e a roda.

4.3.1- Conjunto fixo

A estrutura do conjunto fixo (figura 30) é fixada na parte inferior da cadeira e possui

quatro peças em formato de cubo que permitiram o acoplamento do Kit na cadeira. O conjunto

apresenta um formato em “X”, que permite a rotação em torno do pino central, permitindo que

em cadeiras dobráveis, não seja necessário a retirada do conjunto para o fechamento da cadeira.

Figura 30 - Conjunto Fixo

Fonte: CUNHA,2015

A primeira regulagem ocorre devido ao deslizamento das corrediças pelo trilho com um

deslocamento retilíneo, juntamente com a rotação em torno do pino central, realizando a

abertura ou fechamento do conjunto.

Seguindo a norma ABNT NBR9050/2004, o menor comprimento possível de cadeira

de rodas é de 600mm, assim subtraindo o valor de largura da cadeira até a parte onde o Kit será

encaixado, temos a distância mínima de 400mm, conforme figura 31-a.

89

O conjunto fixo ao ser aberto totalmente, ou seja, visto na figura 31-b, pode chegar a

uma largura de 516,17mm, podendo então ser usado em cadeiras com tamanhos de 500 mm, a

qual por norma, pode chegar a ter a largura de uma cadeira adulto.

Figura 31 -Conjunto Fixo - a) Menor largura possível do conjunto –

b)Maior largura possível do conjunto

Fonte: CUNHA,2015

A outra regulagem ocorreria devido a possibilidade de deslizamento de uma barra sobre

a outra, e a partir da posição desejada, a própria cadeira, através da conexão dos cubos, não

deixaria acontecer o retorno das peças. Este deslizamento ocorreria devido ao mecanismo de

mola que interligam as barras, como mostrado na figura 32, este mecanismo, por ser tratar de

um ajuste contínuo, permitiria a regulagem para qualquer tamanho de cadeira.

90

Figura 32 - Mecanismo regulador de largura do conjunto

Fonte: CUNHA,2015

Conforme citado anteriormente o conjunto fixo, permite o fechamento do conjunto

simultâneo a cadeira,visto na figura 33, isto se deve a possibilidade de rotação das barras em

relação ao pino central. O usuário teria de acionar os pinos laterais que, através do sistema de

molas,iria recolher a trava da corrediça, permitindo assim o movimento das corrediças pelo

trilho com um deslocamento retilíneo, realizando o fechamento do conjunto fixo.

Figura 33 - Conjunto fixo fechado

Fonte: CUNHA,2015

91

O mecanismo funcionaria através de deslizamento entre peças que necessitam de

lubrificação entre componentes para um menor esforço resultante nas peças.

A príncipio o material idealizado para a estrutura do Kit é a liga de alumínio 6351, por

se tratar de um material leve e de fácil usinagem. Apesar de não ser tão resistente quanto o aço,

porém irá deixar a estrutura mais leve.

O kit seria ligado a cadeira de rodas através do conjunto fixo. Esta ligação ocorre como

mostrado na figura 34, na qual o usuário, ao fazer o encaixe iria girar uma chave que fica

próxima ao guidão e esta iria acionar o recolhemineto dos pinos, para encaixe e posteriormente

avanço, encaixando assim nos furos e possibilitando o travamento. Para a retirada o processo

seria o mesmo de girar a chave.

Figura 34 - Kit acoplado a cadeira de rodas

Fonte: CUNHA,2015

O Kit completo, conforme figura 35, se divide em mais três partes, sendo uma delas, o

conjunto encaixe, onde acontece o acoplamento do Kit a cadeira. Este conjunto é composto por

duas barras que são ligadas no conjunto fixo através de ligação por pinos conforme citado

anteriormente.

O conjunto painel é onde se encontra o guidão e outros acionamentos de mecanismos

que permitem o usuário ajustar o funcionamento do Kit, como por exemplo o mecanismo de

freio, aceleração e o sistema de acoplamento do Kit na cadeira. A última parte do Kit seria o

conjunto motriz estão as peças de tração do Kit como motor que estaria na roda, baterias para

acionamento do motor, conjunto freio e a roda.

92

Figura 35 - Kit acoplado a cadeira de rodas

Fonte: CUNHA,2015

Porém, algumas sérias limitações foram observadas. A primeira seria o impedimento da

inclinação da cadeira em relação ao Kit, pois as fixações do conjunto fixo não permitiriam o

giro da cadeira em relação ao resto do Kit, assim deixando as rodinhas dianteiras em contato

com o solo, o que não poderia ocorrer pois causaria muita instabilidade no movimento. A

segunda justificativa seria a dificuldade do sincronismo de abertura e fechamento do

mecanismo, exigindo a alta precisão dimensional das peças que o compõem.

Com estas observações uma nova proposta foi desenvolvida a procura de soluções mais

aprimoradas, o novo conceito de estrutura elaborado tem o objetivo de simplificar o Kit.

4.4-Segundo projeto

A estrutura mecânica do segundo projeto é dividida em duas partes, sendo a estrutura

base, feita em elementos de barra e a segunda é o conjunto motriz. O primeiro é constituído de

estrutura simplificada, capaz de instalação em diversos modelos de cadeira de rodas, em ambos

os lados. O conjunto motriz é acoplado a estrutura base de forma rápida e segura, e neste

dispositivo encontram-se todos os elementos eletrônicos e atuadores para a movimentação do

cadeirante. A princípio as medidas consideradas para os tubos da estrutura, foram baseadas em

tubos comerciais existentes, porém podem ser modificadas para atender exigências do projeto,

fazendo com que seja feito sob medidas especificadas.

93

Baseando-se nos limites geométricos e alcances manuais dos cadeirantes explicitados

pela norma NBR 9050, o protótipo virtual idealizado pode ser compreendido pela figura 36, a

qual é base para todo o desenvolvimento mecânico abordado.

Figura 36 - Nova estrutura do Kit ligado a cadeira de rodas, -

a)Configuração normal b) Configuração máxima


Como visto na figura 36, a cadeira permite mais de uma configuração de tamanho

conforme a melhor ergonomia para o usuário, sendo assim para as análises a serem realizadas

foram consideradas o Kit na configuração de abertura normal, de acordo com cadeira adquirida

para o projeto, e também na configuração de abertura máxima longitudinalmente.

Este modelo foi projetado com o objetivo de facilitar os movimentos do cadeirante ao

utilizar a montagem e também com intuito de simplificar os componentes a serem utilizados.

Ao se projetar a nova estrutura do Kit todos os aspectos anteriormente apontados foram

levados em consideração, e também outros pontos de referências de produtos já existentes no

mercado. Possuindo pontos de articulação que permitem o ajuste de posição, para melhor

ergonomia do usuário e recolhimento nas laterais, visto na figura 37, caso não o utilize, e possa

movimentar a cadeira manualmente.

94

Figura 37 - Nova estrutura do Kit, recolhido na lateral da cadeira


Conforme já mencionado, é preciso verificar se o projeto atende a requisitos de norma

para oferecer segurança e poder ser comercializado, então a cadeira foi inclinada até as rodas

rodinhas da frente (pivotadas), ficassem a 61mm de altura do chão, ficando no modo de direção

e permitisse que o conjunto pudesse passar pequenos obstáculos, sem que haja o contato com

essas rodinhas.Com isto obteve-se as medidas de direção, visto na figura 38 e figura 39, a

altura do Kit na posição de direção é de aproximadamente 900mm, a distância entre o toráx e

guidão é de 445mm,estas medidas estão dentro dos parâmetros estabelecidos pela norma ABNT

9054, que estabelece que a altura da mão estando o braço estendido paralelo ao piso pode ter

no máximo 1100mm, e distância do guidão até o toráx pode ser no máximo de 600mm

É visto também, que quando o conjunto estiver recolhido lateralmente junto a cadeira

de rodas, o conjunto possui uma medida máxima de 764mm, ou seja dentro do parâmetro

estabelecido pelo módulo de referência que é no máximo de 800mm, lembrando que esta

medida é para uma cadeira com dimensões para um adulto, conforme tabela 1, a qual foi

baseado o projeto, ou seja cadeiras com tamanhos especiais pode ultrapassar as medidas do

módulo de referência.

95

Figura 38 - Medidas do Kit na posição direção - a)Altura das rodinhas frontais em

relação ao solo. b) Altura do guidão ao solo


Figura 39 - Medidas do Kit a) Na posição direção, distância longitudinal entre o toráx e

o guidão b)Comprimento lateral do conjunto quando o kit estiver recolhido


O novo projeto passou a ser estudado como sendo um Kit na qual a estrutura seria

composta por elementos de barra conforme visto na figura 40. Este modelo foi projetado com

o objetivo de facilitar os movimentos do cadeirante, buscando tornar simples a utilização de

todos os componentes.

96

Figura 40 -Numeração das barras - lado direito ímpar e lado esquerdo par


Como pode ser visto (Figura 40) a estrutura seria composta por 22 barras, na qual é

fixada nos dois lados da parte frontal da cadeira, próximo ao apoio de pé. Ao utilizar o Kit, o

conjunto motriz fica na parte frontal da cadeira, de acordo com a regulagem definida pelo

usuário. Ao término do uso, os mecanismos de regulagem permitem o recolhimento do Kit

fazendo com que ele fique armazenado paralelamente a cadeira, conforme visto na figura 37.

4.4.1- Componentes e mecanismos

Como dito anteriormente, o Kit compreende a estrutura base e o conjunto motriz, e nos

próximos tópicos serão apresentados os componentes, como ocorre o funcionamento e sua

representatividade na estrutura.

4.4.1.1 - Presilha

O componente presilha, conforme figura 41, é responsável por fazer a ligação do Kit

com a cadeira de rodas. Esta peça, é a mesma usada pelo Kit “Firefly”, que foi apresentado na

figura 17, onde será adquirida para ser usada na conexão da cadeira de rodas ao Kit. A fixação

na cadeira ocorre na região próxima ao apoio de pé, em ambos os lados, sendo que a geometria

desta região é bastante comum em diversos modelos de cadeira e tendo na maioria das vezes o

mesmo formato.

97

Figura 41 - Presilha usada para conexão do Kit na cadeira

Fonte: ROLLICK,2014

Conforme visto na figura 41, a região da presilha que é conectada na cadeira possui

uma regulagem para diferentes diâmetros de tubos, através do aperto do parafuso. A fixação é

feita através de um “socket”, conforme visto na figura 42 que está conectado nas barras 1 e 2,

este dispositivo é encaixado no pino da presilha, fazendo a conexão do kit a cadeira.

Figura 42 - Presilha e socket do conjunto "Firefly" que serão utilizados no Kit

Fonte: ROLLICK,2014

O formato de ligação permite que ao movimentar a estrutura para o uso o recolhimento

lateral não seja necessário desacoplar a barra 1 da cadeira, sendo assim o desacoplamento

acontece quando o usuário desejar retirar totalmente o kit da cadeira.

4.4.1.2 – Barras 1 e 2

Estas barras possuem um diâmetro externo de 33,0mm e espessura de 5,95mm. Elas

saem da presilha, onde são acopladas em ambos os lados da cadeira, direcionando a estrutura

para as extremidades laterais da cadeira para melhor segurança e utilização dos mecanismos.

Estas barras, como visto na figura 43, possuem o comprimento de 100mm. A necessidade

destas barras é para que ao realizar o fechamento do Kit, fazendo com que a roda frontal fique

paralela a cadeira, não ocorra o toque da roda na estrutura da cadeira.

98

Figura 43 - Barras estruturais 1 e 2 do Kit


Estas barras são interligadas ás barras 3 e 4, com um ângulo de 90°, por um cordão de solda.

4.4.1.3 – Barras 3,4,5 e 6

As barras 3,4,5 e 6, visto na figura 44, direciona a estrutura para frente da cadeira.

Nestas barras há um mecanismo, para o ajuste do Kit na direção longitudinal, principalmente

no instante em que estiver recolhido, para que o kit fique o mais próximo possível da roda maior

da cadeira.

Este ajuste funciona do seguinte modo: são dois tubos concêntricos que deslizando um

em relação ao outro, permitindo o ajuste do comprimento. As barras 3 e 4 de diâmetro externo

de 42,00mm com espessura de 8,10mm e as barras 5 e 6 possuem diâmetro externo de 25,40mm

e são maciças.

99

Figura 44 - Barras estruturais 3,4,5 e 6 do Kit


O ajuste de comprimento é travado por quatro pinos-mola que ao ser acionados são

passantes entre os tubos, impedindo assim o deslocamento relativo de um tubo sobre o outro.

Para isto as barras 3 e 4 possuem 4 furos, por onde passa os pinos, enquanto as barras 5 e 6

possuem 16 furos, permitindo assim uma grande variedade de posições de ajustes, e por se tratar

de ajuste que pode-se denominar digital, tem-se a garantia de alinhamento do Kit.

Ao recolher o kit o cadeirante poderá realizar a regulagem destas barras para que o kit

tenha um menor comprimento quando não estiver sendo usado.

Na extremidade das barras 5 e 6, há uma articulação, denominado de cubo giratório.

Nesta articulação há um pino que é responsável por possibilitar o giro das barras seguintes para

recolhimento lateral do Kit. Quando o Kit está em funcionamento, é necessário travar as barras

seguintes por um outro pino que trava o cubo giratório.

4.4.1.4 – Cubo giratório

Este mecanismo permite o giro da estrutura motriz, ao redor das barras 3 e 4, conforme

visto na figura 37, permitindo assim que quando o cadeirante não estiver em uso do kit, fazer

o recolhimento do mesmo, posicionando na lateral da cadeira, para que o usuário possa

movimentá-la manualmente.

100

Este cubo (Figura 45) é divido em duas partes: superior e inferior. A parte inferior é

presa nas barras 5 e 6, enquanto a parte superior é presa nas barras 7 e 8. Tal cubo possui um

eixo conectado ao rolamento na parte inferior, permitindo a conexão com a parte superior.

Figura 45 - a). Cubo giratório usado na estrutura; b) Detalhamento do cubo giratório

a) b)

Fonte : ELABORADO PELO AUTOR,2015

No ponto central da face superior do cubo existe um parafuso que tem a função de

interligar as duas partes do cubo e travar ou liberar o giro da estrutura motriz. Quando o parafuso

estiver em contato com a parte inferior, irá travar o giro. Para liberar, o usuário precisa girar a

alavanca, que se encontra na face superior e está conectada ao parafuso, desconectando o

parafuso da parte inferior do cubo, e assim liberando o giro da parte superior através do

rolamento.

O eixo de giro possui um diâmetro externo de 25mm e interliga as partes superior e

inferior do cubo. Foi usado um rolamento de esferas com diâmetro interno de 25mm e externo

de 37mm.

4.4.1.5 – Barras 7,8,9,10,11 e 12

A barra 7 e 8, conectadas ao cubo giratório, são perpendiculares as barras 9 e 10.

Possuem comprimento de 30mm, diâmetro externo de 25,4mm e espessura de 5,35mm. As

barras 11, 12, possuem o comprimento de 145mm, diâmetro externo de 31,75mm e espessura

de 3,17mm. As barras 09 e 10 possuem o comprimento de 200mm, diâmetro externo de 25,4mm

101

e espessura de 5,35mm. Ao recolher o kit o cadeirante poderá realizar a regulagem destas barras

para que o kit tenha um menor comprimento quando não estiver sendo usado.

Figura 46 - Barras estruturais 7,8,9,10,11 e 12 do Kit


Estas barras permitem um ajuste vertical do Kit, para que ao recolhe-lo a roda frontal não

arraste no chão travando o movimento e também serve para que o usuário possa realizar um ajuste

para a melhor ergonomia. Para travar esses tubos é utilizada uma trava de aperto, denominada

blocagem, que exerce uma força sobre o tubo externo e este por consequência pressiona o tubo

interno não permitindo assim o deslocamento. Este mecanismo é semelhante ao utilizado em ajustes

de banco de bicicleta.

4.4.1.6 – Barras 13,14,15 e 16

Estas barras permitem o alinhamento lateral do Kit, para atender a diferentes tamanhos

de cadeiras. As barras 13 e 14 são perpendiculares as barras 11 e 12, possuem um diâmetro de

25,4mm, comprimento de 210 mm e espessura de 5,35mm. As barras 15 e 16 possuem um

diâmetro de 31,75mm, comprimento de 210 mm e espessura de 3,17mm.

102

Figura 47 - Barras estruturais 13,14,15 e 16


O mecanismo de alinhamento do Kit, para a roda motriz ficar centralizada centro da

cadeira, se faz necessário, pois como há diferentes tamanhos de cadeiras, permite-se atender a

uma maior variedade de modelos. Este ajuste acontece entre as barras 13 e 14, juntamente com

as barras 15 e 16, permitindo um ajuste de 125mm. Esta regulagem permite o ajuste dentro dos

limites da norma NBR 9050, de largura máxima de cadeira de rodas.

4.4.1.7 – Conjunto Guidão

Este componente pode ser divido em duas partes: mesa do guidão, e a barra 22, vista na

figura 48. Estes componentes estão fixados os freios, acelerador (que se localiza na manopla),

display de LED e a bateria (que se localiza fixado na barra 22).

http://pt.wikipedia.org/wiki/Acelerador

103

Figura 48 - Conjunto Guidão utilizado no Kit


Para melhor ergonomia do usuário, este componente é de grande importância, pois

possui um mecanismo capaz de realizar a regulagem de altura do guidão. Este ajuste é

semelhante ao usado para as barras 3,4,5 e 6, contudo a barra 22 possui 20 furos e barra 18

possui 4 furos, para se encaixar os pinos-mola, que fazem o travamento dos deslocamentos das

barras.

A barra 17 possui um comprimento de 290mm e a regulagem ocorre devido ao ajuste

dos pinos que permitem o travamento, na qual a barra 22 pode deslocar linearmente sobre a

barra 18.

O mecanismo permite um ajuste de 235mm, fazendo com que o cadeirante opte pela

melhor posição para direção. Na máxima abertura o guidão se encontra a 1037mm de altura, e

na mínima ele se encontra a 897mm.

Estando o Kit recolhido, paralelo a cadeira de rodas, o cadeirante deverá liberar os pinos

para girar o guidão a 90º, para que fique também paralelo a cadeira.

No guidão, que possui um diâmetro de 25,4mm, são conectadas as manoplas onde se

realiza a aceleração, e também os acionadores do freio.

104

4.4.1.8 – Conjunto direção

Este conjunto teve como base os acessórios utilizados em bicicletas. A caixa de direção

é o conjunto de componentes em uma bicicleta que fornece uma interface rotativa entre o garfo

da bicicleta e o cabeçote do quadro da bicicleta.

Neste Kit são usados dois rolamentos, conforme visto na figura 49, de diâmetro interno

de 32mm e externo de 40mm que estão fixados nas duas extremidades do disco giratório.

Figura 49 - Conjunto direção utilizado no Kit


O rolamento, cujo anel interno realiza o giro, se encontra conectada a barra 14,

permitindo a transmissão suave de movimento do guidão para o garfo.

4.4.1.9 – Disco de rotação

Este componente permite o ajuste tanto para que ocorra melhor ergonomia para o

cadeirante quanto para a correta utilização do Kit.

O disco, visto na figura 50, permite que o conjunto motriz rotacione ao redor dele. Isto

deve acontecer para que o usuário posicione o conjunto para a utilização ou para recolher

quando não estiver em uso.

105

Figura 50 - Disco de rotação utilizado no Kit


Como pode ser visto são três discos de 80 mm de diâmetro, sendo que o central possui

80mm de largura e os laterais 20mm. Pelo disco central passa a barra 17, responsável por fazer

a ligação do guidão ao garfo. Nele há também um rasgo no formato de arco. Os três discos são

interligados por um pino que passa pelos dois discos laterais e que se encaixa dentro do rasgo

no formato de arco do disco central. Esta ligação permite a rotação do disco central, e por

consequência do conjunto motriz, em relação aos discos laterais que permanecem parados.

Entre os discos há uma película de borracha, para que não haja o atrito direto entre as faces

também a borracha possa ser pressionada entre as faces garantido um melhor travamento

A rotação deste mecanismo é travado por uma blocagem que pressiona as faces dos três

discos impedindo-os de rotacionar. Basicamente o conjunto motriz necessita de três posições

de ajuste:

(a) O conjunto motriz a 90° com o chão; nesta posição o pino está no fim de

curso do arco do disco central, ou seja, o conjunto não passa desta posição. Este

posicionamento se faz necessário, para que quando o conjunto for recolhido a roda

trativa e o restante do conjunto fique paralelo a cadeira de rodas.

(b) O conjunto motriz na posição alavanca (ângulo de 50 graus em relação a

posição vertical); neste ponto o pino está no fim de curso (contrário ao batente

da posição de 90º). Esta posição se faz necessário pois, a partir dela o cadeirante

movimenta o guidão para a frente, fazendo uma alavanca na cadeira de rodas,

permitindo retirar as rodas dianteiras da cadeira de rodas do contato com o solo.

Esta inclinação, conforme visto na figura 51, pode ser variada de acordo com a

necessidade de maior ou menor altura de elevação das rodas dianteiras. Este

deslocamento é fundamental para a superação de pequenos obstáculos e pode ser

106

ajustado visando o alcance de melhores resultados. O modelo apresentado utiliza

uma elevação máxima de 50mm como requisito de projeto, definida por permitir

ao protótipo vencer pequenos obstáculos, tais como guias e pequenos objetos

localizados abaixo do equipamento.

Figura 51 - Conjunto motriz na posição de direção, com inclinação da cadeira


(c) O conjunto motriz na posição direção (ângulo de 45 graus em relação a

posição vertical); O usuário, conforme a melhor ergonomia, posiciona o

conjunto motriz na posição de direção, fazendo a alavanca, descrito

anteriormente. O conjunto então posicionado pode ser travado através da

blocagem que pressiona os discos, impedindo a rotação entre os mesmos. Para

as dimensões utilizadas da cadeira a melhor posição de direção seria o conjunto

motriz a um ângulo de 45 graus com a vertical.

4.4.1.10 – Barra 17 e o garfo

A barra 17, tem o diâmetro externo de 31,75mm e espessura de 3,17mm, possui a função

de interligar o conjunto guidão ao garfo, visto na figura 52, e passa no interior do disco

giratório, por onde se tem uma redução do diâmetro que passa a ser de 30mm; fazendo com que

o conjunto motriz possa rotacionar junto com o disco, conforme explicado anteriormente.

107

A conexão ao guidão ocorre através do sistema de direção apresentando anteriormente,

e está localizado dentro do disco giratório, através dos dois rolamentos. Abaixo do disco a barra

possui um comprimento de 60mm.

Figura 52 - Barra 17 e o garfo utilizados no Kit


4.4.1.11 – Barras 18,19,20 e 21

Estas barras possuem a função de fornece mais pontos de ligação entre a cadeira e o kit

e a cadeira, ou seja, mais pontos de sustentação que garante maior rigidez a estrutura como um

todo, são conectadas a cadeira pela mesma presilha utilizada na barra 1 e 2.

As barras 20 e 21, visto na figura 53, possui um diâmetro externo de 25mm,

comprimento de 140mm e espessura de 2,00mm, já as barras 18 e 19 possuem um diâmetro

externo de 31,75mm; comprimento de 188mm e espessura de 3,17mm.

108

Figura 53 - Barras 18,19,20 e 21


Para seguir o mecanismo que direciona o Kit para frente, estas barras possuem um ajuste

que permite as barras 19 e 21 o deslizamento em relação as barras 18 e 20 respectivamente, para

travar o deslocamento desses tubos é utilizada a blocagem.

4.4.2 – Componentes ligados a estrutura do Kit

Conforme visto, foi apresentado todos os componentes estruturais e mecanismos que

compõem o Kit. O sistema completo é composto também por peças que permitem o

funcionamento do conjunto, e elas estão ligadas às partes da estrutura.

Estas peças podem ser adquiridas em Kits, que no mercado são vendidos para a

adaptação em bicicletas transformando-as em bicicletas elétricas. Abaixo estão listadas quais

são as peças e suas respectivas funções.

4.4.2.1 – Bateria

A bateria deve ser selecionada tendo-se em vista a sua capacidade, tamanho e peso, para

ser fixada no sistema após a sua montagem. Através de pesquisa e seguindo requisitos para a

alimentação do motor escolhido, viu-se que a bateria de lítio, apresentada na figura 54, de 36v

e 10 Ah, peso aproximadamente de 2,5kg, atendia a solicitação exigida pelo conjunto. Esta

bateria possui uma autonomia média de 30km e fácil recarga em tomadas convencionais, em

um tempo de aproximadamente 4 horas.

109

Figura 54 - Bateria de Lítio 36v e 10 Ah

Fonte: EBIKEBRASIL,2015

Esta bateria possui um comprimento de aproximadamente 400mm, e estará presa ao

conjunto na barra 13.Ela possui uma chave de partida, para que quando o usuário queira usar o

Kit, gire-a, permitindo assim o início do funcionamento do motor de 350W.

4.4.2.2 – Microcontrolador

Também chamado de módulo de controle, visto na figura 55, funciona como um

computador de bordo que controla a velocidade do motor usando dados vindos do acelerador e

também de acordo com a escolha feita pelo usuário, que pode configurar, através do painel

próximo ao guidão, módulos de velocidade que queira utilizar. É bastante utilizado em

bicicletas elétricas que possuem as mesmas configurações de bateria e motor escolhido para

este projeto, justificando a escolha deste componente para realizar o controle de motorização.

O escopo básico dessa programação baseia-se em analisar a variação de tensão enviada

pelo acelerador e realizar um controle PWM subdividido em níveis de duty-cicle buscando

produzir uma aceleração suave ao equipamento, fazendo com que não ocorra patinação no

momento da partida. A medida que os dados são analisados e direcionados as sub-rotinas PWM,

a leitura do sensor de freio é realizada em tempo real e se necessário faz-se o bloqueio imediato

de qualquer movimento dinâmico. Nota-se que a reversão do motor é realizada em conjunto

com o acionamento do sensor de freio. Tal medida obriga o usuário a parar o equipamento para

a efetivação de mudança do sentido de rotação evitando desgastes e danos ao equipamento.

Visando a segurança do cadeirante, um sensor de freio é utilizado neste controlador,

para bloquear o funcionamento do motor ao ser acionado a alavanca de freio. Dessa forma evita-

se o excesso de forca contra eletromotriz gerada pelo motor em situações em que altos níveis

110

de corrente elétrica buscam movimentar o eixo motor mesmo com o travamento desse, gerando

um aquecimento devido a alta potência do motor.

Figura 55 - Microcontrolador usado para realizar interação bateria-motor.

EBIKEBRASIL,2015

4.4.2.3 – Display LED

Localizado próximo ao guidão, para melhor uso do cadeirante, o display de LED, visto

na figura 56, permite a configuração do controle de velocidades do Kit, sendo que este sinal é

enviado ao microcontrolador e possui indicador de carga de baterias e velocímetro.

Figura 56 - Display de LED


111

4.4.2.4 – Motor Brushless

Durante a escolha de um motor elétrico é necessário a análise de suas características, a

fim de se determinar qual modelo atenda às necessidades do projeto.

Antes uma breve explicação sobre a definição do centro de gravidade que será abordado

nos próximos tópicos como referência para os cálculos de estabilidade com o uso do centro de

gravidade do conjunto, e o centro de gravidade do usuário da cadeira para os cálculos

estruturais.

Centro de gravidade

Um ponto em um corpo material no qual está aplicada a resultante das forças que agem

sobre ele, em virtude da sua presença num campo gravitacional é considerado como sendo o

centro de gravidade (CG). Quando a aceleração da gravidade é a mesma para todos os pontos

do corpo, o CG coincide com o centro de massa (CM). (BEER & JOHNSTON, 1994). Esse

ponto depende da geometria do corpo e da massa das partículas que o compõe, e age como se

toda a massa inercial do sistema estivesse concentrada nele.

Beer & Johnston (1994), defendem que um dado corpo, podendo ser dividido em

diversos outros que possuem formas geométricas mais usuais é considerado um corpo

composto. Para a determinação de seu baricentro basta igualar o momento de seu peso (P) em

relação a uma referência, aos momentos dos pesos das várias partes componentes em relação a

este mesmo ponto, sendo definido pelas equações (26) a (28):

𝑋 ̅ ∑𝑃 = ∑ �̅� 𝑃 (26)

𝑌 ̅ ∑𝑃 = ∑ �̅� 𝑃 (27)

𝑍 ̅ ∑𝑃 = ∑ 𝑧̅ 𝑃 (28)

Para corpos homogêneos, o baricentro coincide com o centroide do sólido de volume V

representativo do corpo, representados pelas equações (29) a (31):

�̅�𝑉 = ∫ �̅� 𝑉 (29)

�̅�𝑉 = ∫ �̅� 𝑉 (30)

𝑧̅𝑉 = ∫ 𝑧̅ 𝑉 (31)

112

Vale salientar que sendo o corpo simétrico em um dos planos, seu centróide se localiza

neste plano, para simetria em dois planos, seu centroide estará localizado na interseção entre

ambos. Por fim, possuindo simetria nos três planos, seu ponto de simetria coincide com seu

centróide. (BEER & JOHNSTON, 1994).

4.4.2.4.1 – Análise do processo de acionamento

Baseados nos trabalhos de Becker (2000), que descreve um modelo de acionamento

manual, a modelagem do sistema do acionamento do conjunto Kit na cadeira de rodas, pode ser

exemplificado segundo o diagrama de corpo livre apresentado na figura 57.

Figura 57 - Diagrama de corpo livre de uma cadeira de rodas em uma pista inclinada

Fonte: BECKER,2000

Sendo:

P = o peso do conjunto,

θ =ângulo de inclinação da pista,

F = A força efetiva de acionamento,

h = A altura do CG do sistema,

d = a distância do CG ao eixo traseiro,

𝑅𝑎= a força de resistência aerodinâmica,

𝑅𝑟𝑓 =a força de resistência ao rolamento no eixo dianteiro,

𝑅𝑟𝑡 = a força de resistência ao rolamento no eixo traseiro

L = distância entre eixos

113

A distribuição normal do peso nos eixos é dada respectivamente, por:

𝑁𝑓 = 𝑃𝑑

𝐿𝑐𝑜𝑠𝜃 (32)

𝑁𝑡 = 𝑃(𝐿−𝑑)


Apesar do Kit proporcionar baixa velocidade, resultando assim em um valor desprezível

de resistência aerodinâmica, o seu valor é calculado para implementação nas equações de

somatório de forças, e seu valor pode ser obtido através da equação 34:

𝑅𝑎 =1

2𝜌𝑎(𝑣𝑟)

2𝐶𝑋𝐴 (34)

Sendo:

𝜌 = 1,225 [𝐾𝑔

𝑚3],a densidade do ar

𝐶𝑥 =0,85; coeficiente de arrasto aerodinâmico da cadeira de rodas;

𝑣𝑟[m/s] = velocidade relativa entre a cadeira e o ar;

A[m²] = Área frontal da cadeira de rodas.

A resistência ao rolamento é a principal força de resistência em baixas velocidades, ela

se inicia no exato momento que o veículo começa seu movimento. Quando a roda começa a

girar ocorre uma deformação na área de contato, para que ocorra essa deformação um pouco de

energia é gasta, mas ela não é completamente recuperada no final da área de contato, conforme

o amortecimento interno do material. Segundo Genta (2015), a força de resistência ao rolamento

pode ser influenciado por diversos fatores dentre eles a pressão dos pneus, a temperatura, pela

força normal e etc. Outro fator que influencia na resistência ao rolamento é o tipo e as condições

do piso, a qual serviu como base para se obter o valor de resistência ao rolamento, conforme a

tabela 7:

114

Tabela 7 - Valores de coeficiente de rolamento para diferentes tipos de piso Tipo e condições ƒ0

Concreto muito bom 0,008-0,010

Asfalto muito bom 0,010-0,0125

Concreto médio 0,010-0,015

Pavimento muito bom 0,015

Macadame muito bom 0,013-0,016

Asfalto médio 0,018

Concreto em péssimas condições 0,02

Pavimentação em bloco muito bom 0,02

Macadame muito bom 0,018-0,023

Asfalto em condições péssimas 0,023-0,028

Macadame empoeirado 0,033-0,055

Pavimentação em pedra bom 0,045

Pavimento de pedra em péssimas condições 0,085

Neve (50mm de camada) 0,025

Neve (100mm de camada) 0,037

Rodovia natural sem manutenção 0,080-0,160

Areia 0,15-0,30

Fonte: Genta,2015

Levando em consideração os diversos tipos de piso, e as diferentes qualidades do mesmo, o tipo

escolhido foi o de asfalto médio, cujo valor é 0,018.

As forças de resistência ao rolamento:

𝑅𝑟𝑓 = 𝜇𝑓𝑁𝑓 = 𝜇𝑓𝑃𝑑


𝑅𝑟𝑡 = 𝜇𝑡𝑁𝑡

2= 𝜇𝑡

𝑃(𝐿−𝑑)


A força efetiva no eixo frontal (eixo acionado):

𝐹 = 𝐹𝐹𝑃𝑀𝑅

𝑟− 𝑅𝑟𝑓 (37)

Sendo:

𝐹𝐹𝑃𝑀 = força de propulsão fornecida ao conjunto pelo motor;

𝑅/𝑟 =relação entre os raios da roda e o aro;

115

Quando o movimento já se iniciou, adota-se uma potência média fornecida ao conjunto

𝑃𝐹𝑃𝑀, sendo então, o valor de 𝐹𝐹𝑃𝑀, uma função desta potência instantânea do conjunto:

𝐹𝐹𝑃𝑀 =𝑃𝐹𝑃𝑀

𝑣𝑥 (38)

Fazendo a somatória as forças atuantes no eixo x:

∑𝐹𝑥 = 𝑎𝑥𝑀𝑡 = 𝐹 − 𝑅𝑟𝑡 − 𝑃𝑠𝑖𝑛𝜃 − 𝑅𝑎 (39)

Sendo:

𝑀𝑡 = Massa total do conjunto.

Logo:

𝑎𝑥 = 𝐹−𝑅𝑟𝑡−𝑃𝑠𝑖𝑛𝜃−𝑅𝑎

𝑀𝑡 (40)

Onde:

𝑎𝑥 = é a aceleração instantânea do conjunto, visto que 𝐹𝐹𝑃𝑀 não é mais constante.

Seguindo o modelo proposto por Becker (2000), um cadeirante cujo peso do conjunto

total, ou seja, a cadeira mais o cadeirante, a ser movimentado seja de aproximadamente 100kg,

necessita de uma potência de 100w para o deslocamento no plano e 150w para deslocamento

em rampa, com inclinação de 12%, conforme norma ABNT 9054. Assim um motor de 350W,

que possui um diâmetro de aproximadamente 150 mm e um peso de 5kg, satisfaz a força trativa

necessária para movimentar a cadeira.

Considerando seus aspectos estruturais, o fato deste motor (Figura 58) não possuir

escovas, aumenta significativamente sua vida útil livre de manutenções, já que os motores

brushless, são muito mais eficientes do que motores elétricos com escovas.

116

Figura 58 - Motor Brushless


A utilização deste motor dispensa a necessidade de um sistema de transmissão de

movimento entre o motor e a roda movida, visto que o eixo do motor é coincidente ao eixo da

roda trativa. O motor é ligado a roda trativa, que possui um aro de 16 polegadas, através do

enraizamento, que liga o motor a aro da roda, feito com raios que podem ser de e aço, titânio,

carbono ou alumínio. O motor juntamente com o sistema do microcontrolador não permite a

recarga quando utilizado em uma descida por exemplo.

4.4.2.5 – Freios

Um componente importante neste sistema é o projeto dos freios. Para que o sistema

permita uma velocidade segura, deverá possuir um sistema seguro de freios para evitar qualquer

possibilidade de acidentes ou quedas. Sendo assim a instalação de um freio a disco na roda

dianteira, visto na figura 59, foi idealizada por oferecer maior segurança. O motor elétrico

possui a flange que permite a instalação de um disco de freio.

117

Figura 59 - Freio a disco acoplado no motor


O acionamento do freio acontece na manopla do guidão, como os de bicicletas. Visando

a segurança do cadeirante, um sensor de freio é utilizado para bloquear o funcionamento do

motor ao ser acionado a alavanca de freio. Este dispositivo impede que o motor acelere em

situações que o eixo motor esteja parado. Dessa forma evita-se o excesso de forca contra

eletromotriz gerada pelo motor em situações em que altos níveis de corrente elétrica buscam

movimentar o eixo motor mesmo com o travamento desse, gerando um aquecimento devido a

alta potência do motor.

4.5 – Análise de estabilidade estática e dinâmica

Seguindo o modelo proposto por Becker (2000) a análise de estabilidade estática e

dinâmica em cadeira de rodas é realizada a partir do somatório de momentos gerados pelas

forças atuantes sobre a mesma em relação a um eixo de referência pré-determinado TT (eixo

de tombamento), visualizado na figura 60. Para o modelo apresentado neste trabalho, é

utilizado o sistema de coordenadas XYZ, diagrama de corpo livre para cadeiras com

configuração três rodas.

Ao analisar a estabilidade de um sistema é necessário considerar os movimentos do

mesmo. Portanto para o modelo proposto é realizada a análise estática e dinâmica a fim de obter

os ângulos e velocidade limites para tombamento.

118

Figura 60 - Eixo de tombamento TT

Fonte: BECKER,2000

4.5.1 – Estabilidade Estática

A análise de estabilidade estática para as duas configurações é feita levando-se em

consideração que as cadeiras de rodas podem sofrer tombamento nos eixos Pitch e Roll,

respectivamente, eixos longitudinal e lateral, quando posicionadas em pistas inclinadas ou em

movimento retilíneo uniforme.

Figura 61 – a) Diagrama de corpo livre de um triciclo em uma pista inclinada

(tombamento para trás) – b) Diagrama de corpo livre de um triciclo em uma pista

inclinada (tombamento para frente)

Fonte: BECKER,2000

Onde:

L = Comprimento entre eixos dianteiro e traseiro

d = Distância entre o CG e o eixo tras. sobre o eixo coord. X

b = Distância entre o CG e o eixo tras. sobre o eixo coord. Y

h = Altura do CG em relação ao solo

P= Peso do sistema equipamento/usuário

119

Observando a figura 61, tem-se que a condição limite do ângulo θ (ângulo Pitch) limite

para o tombamento da cadeira de rodas é obtido através do somatório de momentos com relação

ao eixo TT (eixo de tombamento). Desta forma, para ambas as configurações tem-se:

θ = 𝑡𝑔−1 (𝑑

ℎ) (41)

Observa-se que para a análise da estabilidade longitudinal, tombamento para trás, a

configuração adotada para os chassis (três ou quatro rodas) não possui influência. O fator

determinante neste caso é a altura do CG e a sua distância ao eixo traseiro.

Para análise de estabilidade quanto ao tombamento para frente, o eixo de tombamento

TT, é alterado sendo então posicionado no eixo da roda frontal, e os cálculos feitos a partir desta

referência.

O CG da cadeira deve ser posicionado próximo ao eixo traseiro para que o tombamento

longitudinal para a frente ocorra, para ambas as configurações, apenas em rampas muito

inclinadas. O valor do ângulo θ limite pode ser calculado por:

θ = 𝑡𝑔−1 (𝐿−𝑑

ℎ) (42)

Para a estabilidade lateral, o eixo de tombamento é alterado, conforme visto na figura 62,

sendo agora, a linha que une os pontos de contato das rodas frontal e traseira com o solo. Os

ângulos limites de γ (Roll) para a configuração de três rodas são obtidos da seguinte maneira:

deve-se primeiro calcular o valor de b que juntamente com h são os braços de momentos em

relação ao eixo de tombamento TT. Assim:

γ = 𝑡𝑔−1 (𝑏

𝐿) (43)

Sendo que:

b = (𝐿 − 𝑑) sin(γ) (44)

120

Figura 62 - a)Diagrama de corpo livre de um triciclo em uma pista inclinada –

b)Diagrama de corpo livre de uma cadeira de rodas em uma pista inclinada

Fonte: BECKER,2000

Deste modo, fazendo-se a somatória de momentos em relação ao eixo TT, para situação

limite em que apenas as rodas pertencentes ao eixo TT possuem reação normal e a cadeira está

na iminência de tombar:

Phsin = 𝑃𝑏 cos(γ) (45)

Obtendo, como condição limite, o valor do ângulo

γ = 𝑡𝑔−1 (𝑏

ℎ) (46)

4.5.2 – Estabilidade Dinâmica

A análise de estabilidade dinâmica também é feita levando-se em consideração os

eixos,Roll, Pitch e Yaw. Mas neste caso, é feito um equacionamento mais geral, onde podem

ser consideradas situações mais complexas, como por exemplo, a análise da cadeira de rodas

manobrando em curva sobre uma rampa com inclinação dupla (ângulos θ e γ não nulos). Este

equacionamento utiliza uma notação matricial/vetorial e matrizes de transformação entre o

sistema de coordenadas inercial (0) e o sistema acoplado à cadeira (1), visto na figura 63. Ao

invés de utilizar as equações no sistema inercial, utiliza-se o sistema acoplado à cadeira para

realizar a somatória de momentos com relação ao eixo de tombamento TT.

121

Figura 63 – a)Sistemas de coordenadas utilizado para o cálculo da estabilidade

dinâmica- b) Diagrama de corpo livre para análise de estabilidade dinâmica

Fonte: ALVES,2010

Onde:

δ = Ângulo efetivo de esterçamento;

ρ = raio de curvatura.

Durante a manobra em curva encontra-se a presença de três forças, sendo estas a forca

radial atuante no CG, a forca inercial devido a aceleração e a forca peso, representadas

respectivamente pelos vetores (47), (48) e (49).

E = 𝑚𝑡 (𝑣𝑥

ρ) (47)

A = −𝑣𝑥𝑎𝑥 [100] (48)

P = −𝑚𝑡g [001] (49)

122

Onde:

𝑚𝑡 - Massa total (equipamento / usuário);

𝑣𝑥 - Velocidade longitudinal;

g - Aceleração da gravidade;

ax - Aceleração tangencial.

As matrizes de transformação são formuladas a partir da análise do DCL representado

na figura 63, os ângulos de rotação, e agem respectivamente sobre os eixos X, Y e Z.

𝑅𝑥,γ = [1 0 00 𝑐𝑜𝑠γ −𝑠𝑖𝑛γ0 𝑠𝑖𝑛γ 𝑐𝑜𝑠γ

] (50)

𝑅𝑦,θ = [𝑐𝑜𝑠θ 0 𝑠𝑖𝑛θ0 1 0

−sinθ 0 𝑐𝑜𝑠θ] (51)

𝑅𝑧,α = [𝑐𝑜𝑠α sinα 0sinα cosα 00 0 1

] (52)

A partir da combinação das matrizes (64), (65) e (66) e possível a obtenção da matriz

de transformação do sistema de coordenadas inercial fixo 0 para o móvel 1 (BECKER, 2000).

𝑅01 = [

𝑐𝑜𝑠α𝑐𝑜𝑠θ 𝑐𝑜𝑠α𝑠𝑖𝑛θsinγ − 𝑠𝑖𝑛α𝑐𝑜𝑠γ 𝑠𝑖𝑛α𝑠𝑖𝑛γ + 𝑐𝑜𝑠α𝑠𝑖𝑛θ𝑐𝑜𝑠γ𝑠𝑖𝑛α𝑐𝑜𝑠θ 𝑐𝑜𝑠α𝑐𝑜𝑠γ + 𝑠𝑖𝑛α𝑠𝑖𝑛θ𝑠𝑖𝑛γ 𝑠𝑖𝑛α𝑠𝑖𝑛θ𝑐𝑜𝑠γ − 𝑐𝑜𝑠α𝑠𝑖𝑛γ−𝑠𝑖𝑛θ 𝑠𝑖𝑛γ𝑐𝑜𝑠θ 𝑐𝑜𝑠γ𝑐𝑜𝑠θ

] (53)

O braço de momento do sistema e representado pelo vetor:

{𝑘} = [0 ℎ 𝑏] (54)

Com posse da matriz de transformação entre os sistemas de coordenadas e os vetores das

forças atuantes sobre o sistema fixo, torna-se possível a representação dessas forças sobre o

sistema móvel:

123

{𝐸1} = 𝑅01{𝐸0} (55)

{𝐸1} =𝑚𝑡𝑣𝑥

ρ (56)

{𝐴1} = 𝑅01{𝐴0} (57)

{𝐴1} = 𝑚𝑡𝑎𝑡 (58)

{𝑃1} = 𝑅01{𝑃0} (59)

{𝑃1} = −𝑚𝑡𝑔 (60)

Onde, os vetores colunas, {𝐸1} , {𝐴1} e {𝑃1} são representados por:

{𝐸1} = [𝑐𝑜𝑠α𝑠𝑖𝑛θsinγ − 𝑠𝑖𝑛α𝑐𝑜𝑠γ𝑐𝑜𝑠α𝑐𝑜𝑠γ + 𝑠𝑖𝑛α𝑠𝑖𝑛θ𝑠𝑖𝑛γ

𝑠𝑖𝑛γ𝑐𝑜𝑠θ] (61)

{𝐴1} = [𝑐𝑜𝑠αsinθ𝑠𝑖𝑛α𝑐𝑜𝑠θ−𝑠𝑖𝑛θ

] (62)

{𝑃1} = [𝑠𝑖𝑛α𝑠𝑖𝑛γ + 𝑐𝑜𝑠α𝑠𝑖𝑛θ𝑐𝑜𝑠γ𝑠𝑖𝑛α𝑠𝑖𝑛θ𝑐𝑜𝑠γ − 𝑐𝑜𝑠α𝑠𝑖𝑛γ

𝑐𝑜𝑠γ𝑐𝑜𝑠θ] (63)

Pelo somatório de momentos em relação ao eixo de tombamento TT igualado a zero o

qual garante a estabilidade do sistema, isolando-se o termo desta equação e possível determinar

a velocidade limite para a não ocorrência de tombamento lateral.

∑𝑀 = {𝑘}{𝐸1} + {𝑘}{𝐴1} + {𝑘}{𝑃1} = 0 (64)

𝑣𝑥 = √ρ(𝑎𝑡{𝑘}{𝐴1}+𝑔{𝑘}{𝑃1})

{𝑘}{𝐸1} (65)

124

A partir desta última equação torna-se capaz a verificação de possíveis combinações de

inclinações entre os planos do sistema coordenado móvel que ocasionem o tombamento lateral

do equipamento durante sua utilização pelo usuário.

4.6–Modelo em elementos finitos

Os modelos de elementos finitos, para a realização das análises estruturais, foram gerados

a partir do modelo geométrico existente do conjunto em questão, que foi importado no software

Hypermesh. A malha foi gerada com elementos de casca, tetraédricos e hexaédricos lineares, e

as análises foram realizadas software Abaqus.

A modelagem e análise por elementos finitos se divide em 03 etapas: pré - processamento,

análise e pós-processamento. Neste método, o domínio da solução é dividido em uma malha de

pontos ou nós discretos. Assim o sistema de equações aplicados a algum problema físico pode ser

empregado para cada nó e suas derivadas substituídas por diferenças finitas divididas.

Figura 64 - Modelo do conjunto em elementos finitos


125

4.7 – Descrição do modelo em elementos finitos

Inicialmente a resolução de um problema passa pela fase de modelagem, que é uma

representação de um sistema físico real, a reprodução de alguma coisa, um fenômeno, um

produto, visando predizer o comportamento sob certas condições a serem estudadas. Assim,

simplificações, hipóteses e formulações matemáticas são estabelecidas, como é o caso da

modelagem matemática empregada através do método dos elementos finitos em problemas da

mecânica do contínuo. A modelagem computacional de elementos finitos consiste em quatro

passos:

1. Modelagem da geometria;

2. Geração da malha (Discretização);

3. Especificação das propriedades e dos materiais;

4. Especificações das condições de contorno, carregamentos, etc.

No passo de modelagem geométrica, as simplificações de geometria do modelo físico já

definem o tipo de elementos a serem empregados, a seguir são indicados como foram

modelados os componentes, sendo que o tamanho médio de elementos foi de 5mm: (Os tipos

de elementos, de acordo com o template do Abaqus, utilizado no Hypermesh):

1- Modelagem unidimensional (1D), usando elementos de barra, foi utilizado para o

modelamento de parafusos e do enraiamento das rodas.

Elementos rígidos (Kincoup):Elemento que não possui deformação quando

submetido as cargas. Possui um nó de referência que transmite o deslocamento

para o nó ou nós dependentes.

Elementos rígidos (Coup_Dis):Elemento que não possui deformação quando

submetido as cargas. Possui um nó de referência que distribui o valor da massa

ou força para o nó ou nós dependentes.

Elementos de Barra (Beam):Possuem cisalhamento e flexão. O comportamento

pode ser calculado de forma exata a partir dos deslocamentos e ângulos dos nós

de suas extremidades.

126

2- Modelagem bidimensional (2D), usando elementos de casca, que foi utilizado na maior

parte do modelo em toda estrutura dos tubos da cadeira e do Kit, além de rodas, pneus

e freio e etc.

Elementos S3: Elemento de casca triangular, com três nós e seis graus de

liberdade por nó.

Elementos S4: Elementos de casca fina de quatro nós, com seis graus de

liberdade por nó. Possui quatro locais de integração por elemento em

comparação com um único local de integração para S4R, fazendo com que o

elemento seja computacionalmente mais trabalhoso

Figura 65 - Componentes modelados no formato bidimensional (2D)


3- Modelagem tridimensional (3D) usando elementos sólidos, que foram utilizados no

modelamento do motor, bateria, presilhas, os cubos giratório, rolamentos, display,

controlador e etc.

Elemento C3D4: é um elemento tetraédrico linear, com quatro nós, cada nó com três

graus de liberdade (translações nas três direções), ou seja, 12 graus de liberdade. Já os

elementos de segunda ordem possuem dez nós, cada nó com três graus de liberdade

(translações nas três direções), assim 30 graus de liberdade.

Elemento C3D8: é um elemento hexaédrico linear, com oito nós, cada nó com três graus

de liberdade (translações nas três direções), ou seja, 24 graus de liberdade. Já os

127

elementos de segunda ordem possuem vinte nós, cada nó com três graus de liberdade

(translações nas três direções), assim 60 graus de liberdade.

Figura 66 - Componentes modelados no formato tridimensional (3D)


4.7.1 – Parâmetros utilizados no modelamento

Para o desenvolvimento das análises a serem realizadas alguns parâmetros são considerados no

modelo, em busca de um modelo que possua as condições mais próximas as reais. Algumas

condições são gerais, ou seja, utilizadas em todas as análises como por exemplo:

Atrito utilizado:

As blocagens, utilizadas para travar as regulagens, foram representadas como contato “tie”,

ou seja, não há escorregamento de uma superfície sobre a outra. Esta mesma representação foi

utilizada nas travas das presilhas. Os demais atritos utilizados foram utilizados de acordo com

a análise efetuada.

Materiais empregados:

O material usado para as barras estruturais da cadeira e do Kit, o cubo giratório, o disco, o

raio da roda frontal, os enraiamentos das rodas foi a liga de alumínio 6351, cujas características

128

utilizadas foram densidade 2,7kg/m³, módulo de elasticidade E = 70GPa, Poisson de ν = 0,3 e

tensão de escoamento de 280MPa.

O aço foi utilizado nos parafusos de fixações da estrutura, na mesa do guidão, nas travas da

presilha, no freio a disco da roda frontal, no rolamento do disco de rotação, e em elementos de

fixação da cadeira de rodas. As características utilizadas foram densidade 7,89kg/m³, módulo de

elasticidade E = 210GPa, Poisson de ν = 0,3 e tensão de escoamento de 210MPa.

De acordo com pesquisa realizada o material mais utilizado na fabricação de pneus é o isopreno,

que na modelagem foi utilizado nos pneus da cadeira e do Kit, cujas características utilizadas

foram densidade 0,94kg/m³, módulo de elasticidade E = 1,7GPa, Poisson de ν = 0,5.

Componentes como a bateria, o display, o motor e o controlador foram utilizadas materiais, na

qual foi calibrado a densidade até se chegar ao peso correto do componente.

O peso total do conjunto (cadeira de rodas + Kit) é de 35,80Kg; porém como no modelo

estático não foram modelado as blocagens, na qual foi utilizado contato para representar. Assim

sendo, no modelo para cálculo de potência do motor e o modelo utilizado no software Working

Model, foi adicionado uma massa de 0,5Kg, que representa o peso aproximado das blocagens,

assim o modelo passa a ter o peso total de 36,30Kg

Para as presilhas que realizam a ligação da cadeira com o Kit, foi utilizado um plástico

denominado poliestireno, que de acordo Saron (2008) apresenta as seguintes características:

densidade 1,02kg/m³, módulo de elasticidade E = 2,7GPa, Poisson de ν = 0,38.

Modelo do usuário da cadeira de rodas:

De acordo com dados do IBGE (2015), a altura média do homem brasileiro é de 1,72m

e 75kg, esses dados foram considerados na simulação, na qual foi criado um elemento de massa

de 75kg, posicionado no centro de gravidade do corpo humano, encontrado através do software

Hypermesh, na qual foi modelado um boneco, e a partir deste, encontrada as coordenadas do

ponto.

4.8 – Análises estáticas efetuadas

A análise numérica desenvolvida foi realizada, visando verificar a resistência estática do

Kit, quando submetidos a esforços particularmente elevados, que poderão ocorrer

ocasionalmente durante a sua utilização. Para tais simulações forma aplicadas condições de

contorno de acordo com a análises efetuadas. A seguir são descritas as análises efetuadas:

129

4.8.1 – Análise de peso próprio (aceleração da gravidade)

O primeiro passo do dimensionamento estrutural, é a verificação de que a estrutura

completa (cadeira de rodas + Kit) suporta o peso próprio, juntamente com a massa do usuário,

conforme dito anteriormente, um homem de 1,72m e 75kg.Sendo assim o peso total do conjunto

é de 110,80Kg.

A análise foi realizada através da aplicação aceleração da gravidade, cujo valor é de

9,81m/s², sobre todos os componentes. As condições de contorno impostas no modelo, além

das condições gerais já descritas, foram:

Resistência ao rolamento de 0,018 entre a roda frontal e a roda traseira e o solo modelado

como uma placa rígida. Este valor de fricção tem o objetivo de simular a resistência ao

rolamento da roda no solo.

Figura 67 - Modelo submetido a aceleração da gravidade de 9,81 m/s²


4.8.2 – Análise estrutural do conjunto quando a cadeira passar em um buraco

Para esta análise o primeiro passo seria conhecer qual carregamento age na estrutura

quando a mesma é submetida a passagem em um buraco. Para se ter estes valores fez-se o uso

do software Working model, na qual foi modelado, de forma simplificada, em um sistema 2D

130

o conjunto (cadeira de rodas, kit, usuário), e a partir das simulações, foi definido os valores de

força agindo no sistema.

Este software é uma representação simplificada do que seria a situação real na estrutura

e pode ser utilizado para se ter referência de qual a grandeza dos esforços que estão agindo na

estrutura.

Alguns parâmetros, podem ser medidos diretamente como a posição, a velocidade, a

aceleração, o impulso, o impulso angular, força de retenção e de torção, a gravidade, a energia

cinética, energia potencial, gravitacional e a potência. Esses valores podem ser registrados e

exibidos em gráficos em tempo real. (Working Model, 2007).

A figura 68 ilustra o modelo 2D, feito em escala real.

Figura 68 - Modelo construído no software Working Model


O modelo foi construído através de polígonos, que buscam representar os componentes

que são visto no conjunto. Os componentes construídos possuem tamanhos reais e foram

criados propriedades, para a adição das massas, coeficientes de atrito e elasticidade.

Para a simulação foi modelado uma pista, conforme visto na figura 68, que possui um

buraco de altura 100mm e comprimento total de 500mm.

131

As condições empregadas foram as seguintes:

Peso total do modelo: 111,30Kg

Coeficientes de atrito entre roda e a pista: estático : 0,9 ; resistência ao rolamento : 0,018.

Aceleração da gravidade : 9,81m/s²

Velocidades impostas para a avaliação: 𝑉1 = 1 𝑚/𝑠 ; 𝑉2= 2,77 𝑚/𝑠 ; 𝑉3= 4,16 𝑚/𝑠

A pista foi considerada como rígida.

Através da simulação no Working Model pode-se perceber que para a velocidade de

4,16m/s, para ambos os casos, e para a configuração máxima para a velocidade de 2,77m/s, o

conjunto teve um comportamento diferente quando comparado aos modelos submetidos a

outras velocidades, ou seja, devida a velocidade do conjunto e as dimensões estabelecidas ao

buraco, fez com que a roda frontal recebe-se um carregamento vertical e outro horizontal, ao

bater na quina do buraco, não ficando presa ao mesmo, o que ocorreu para as outras velocidades.

As forças (Fx e Fy),que serão utilizadas no modelo para análise estática, são obtidas no Working

Model, como sendo as forças de reações obtidas na junta que liga a parte do garfo a roda frontal.

Com as condições impostas e da simulação realizada obteve-se os resultados de força de reação.

Figura 69 - Resultados da simulação realizada no Working Model

(velocidade de 4,16m/s)


Pelos gráficos da figura 69, percebe-se que a força foi de acordo com a mudança de

direção ocasionada pela passagem da cadeira pelo buraco. Isto é facilmente notado, pelos picos

de variação apresentados nos gráficos.

132

Através destes resultados, elaborou-se o modelo estático, onde se aplicaria as forças

encontradas, para a avaliação estrutural do conjunto submetido ao carregamento.

A análise foi realizada mantendo a aplicação aceleração da gravidade, cujo valor é de

9,81m/s², sobre todos os componentes, e posteriormente aplicando os carregamentos. As

condições de contorno impostas no modelo foram:

As cargas encontradas na simulação no software Working Model, foram aplicadas na

região do garfo do kit. Sendo a aceleração aplicada em X, ou as cargas aplicadas no

garfo no eixo X e Z.

Resistência ao rolamento de 0,018 entre a roda frontal e a roda traseira e o solo,

modelado como uma placa rígida.

Figura 70 - Modelo submetido a aplicação das forças aplicadas no garfo


A simulação realizada, mostrou que para ambas as configurações, o resultado

apresentou que a roda frontal recebeu um carregamento vertical e outro horizontal, conforme

visto na figura 70.

Para as velocidades de 2,77m/s e 1,0 m/s o modelo apresentou um comportamento

diferente, fazendo com que o conjunto ficasse preso a buraco, ou seja, fazendo com que o

conjunto sofresse uma desaceleração, conforme visto na figura 72, para a configuração normal.

Já para a configuração máxima, para a velocidade de 2,77m/s, a roda frontal recebeu um

carregamento vertical e outro horizontal, e para a velocidade de 1m/s o conjunto sofreu uma

desaceleração. Com isto, foi medida a desaceleração que a roda frontal recebe, e este valor foi

utilizado no conjunto para realizar a análise estática, conforme visto na figura 71. A análise foi

133

realizada sob as mesmas condições descritas anteriormente, e acrescentando uma restrição em

Y e Z no eixo das rodas traseiras para estabilidade da análise.

Figura 71 - Desaceleração e carregamentos atuantes no conjunto ao passar por um

buraco com a velocidade de 2,77m/s para os modelos:

a) Configuração normal b)Configuração máxima


Com isto, estes valores foram utilizados no conjunto para realizar a análise estática,

onde foi aplicado uma aceleração em X, conforme visto na figura 72, de acordo com o valor

obtido.

Figura 72 - Modelo submetido a aceleração


134

Assim sendo, os valores aplicados no modelo estático podem ser vistos na tabela 8,

ressaltando que para a velocidade de 4,16m/s aplicou-se uma carga e para as demais velocidades

uma aceleração, devido ao resultado da simulação obtida no Working Model.


conjunto passar por um buraco

Velocidade

imposta ao

modelo (m/s)

Configuração Normal Configuração Máxima Desaceleração em X (G)

Força

em X (N) Força

em Z (N) Força

em X (N) Força

em Z (N) Configuração

Normal Configuração

Máxima

1 ---------- ---------- ---------- ---------- 0,8 0,85 2,77 ---------- ---------- 1850 1450 1,5 ---------- 4,16 1650 2027 2400 2150 ---------- ----------


Para se verificar se o modelo elaborado estava coerente e também a precisão dos

resultados obtidos no software Working Model, foram obtidas as forças de reações nas rodas,

quando se aplica a aceleração da gravidade no modelo, e o resultado foi comparado com o

obtido na simulação do Abaqus, conforme visto na figura 73 e figura 74.

Figura 73 - Comparativo de força de reação encontrada nos dois softwares utilizados –

Configuração normal


135

Figura 74 - Comparativo de força de reação encontrada nos dois softwares utilizados –

Configuração máxima


Pelo comparativo pode-se perceber que o software, apesar de ser uma representação

simplificada das condições reais, apresentou resultados bem compatíveis quando comparado ao

de maior recurso (ABAQUS), na análise estática. Para a configuração normal, conforme

explicado anteriormente na figura 36, os resultados apresentaram uma diferença de 0,25% para

a parte traseira da cadeira, e uma diferença de 2,19% para a parte frontal da cadeira. Para a

configuração máxima os resultados apresentaram uma diferença de 1,33% para a parte traseira

da cadeira, e uma diferença de 0,79% para a parte frontal da cadeira.

4.8.3– Análise estrutural do conjunto submetido a passagem por um degrau

Para esta análise também foi utilizado o software Working Model para se conhecer a

força que age sobre o conjunto durante a passagem da cadeira sobre o degrau.

Para a simulação foi modelado uma pista, conforme visto na figura 75, que possui um

degrau de altura 100mm e comprimento total de 500mm.

As condições empregadas foram as seguintes:

Peso total do modelo: 111,30Kg

Coeficientes de atrito entre roda e a pista: estático : 0,9 ; resistência ao rolamento : 0,018.

Aceleração da gravidade : 9,18m/s²

Velocidades impostas para a avaliação: 𝑉1 = 1 𝑚/𝑠 ; 𝑉3= 4,16 𝑚/𝑠

A pista foi considerada como rígida.

136

As forças (Fx e Fy), que serão utilizadas no modelo para análise estática, são obtidas no

Working Model, como sendo as forças de reações obtidas na junta que liga a parte do garfo a

roda frontal.Com as condições impostas e da simulação realizada obteve-se os resultados de

força de reação.

Figura 75 - Resultados da simulação realizada no Working Model (velocidade de

4,16m/s) para os modelos: a) Configuração normal b)Configuração máxima


Destes resultados apresentados, obteve-se as forças que atuantes que serão utilizadas na

análise estática. Os resultados são mostrados na tabela 9, de acordo com a velocidade imposta

ao modelo, para as duas configurações.


conjunto passar por um degrau

Velocidade

imposta ao

modelo (m/s)

Configuração Normal Configuração Máxima

Força

em X (N) Força

em Z (N) Força

em X (N) Força

em Z (N)

1 1100 800 800 500

4,16 4100 3727 3250 2500


Através destes resultados, elaborou-se o modelo estático, onde se aplicaria as forças

encontradas, para a avaliação estrutural do conjunto submetido ao carregamento.

137

A análise foi realizada mantendo a aplicação aceleração da gravidade, cujo valor é de 9,81m/s²,

sobre todos os componentes, e posteriormente aplicando os carregamentos. As condições de

contorno impostas no modelo foram:

As forças encontradas na simulação no software Working Model, foram aplicadas na

região do garfo do kit. As cargas foram divididas por dois devido a roda frontal ser

fixada por duas regiões no garfo, e foram aplicadas em X e Z simultaneamente.

Resistência ao rolamento de 0,018 entre a roda frontal e a roda traseira e o solo modelado

como uma placa rígida.

Figura 76 - Modelo submetido a aplicação das forças aplicadas no garfo


4.8.4 – Análise estrutural do conjunto submetido frenagem brusca

Ao utilizar o kit, o usuário poderá passar por situações em que se exija uma frenagem

rápida e segura. Esta frenagem, por sua vez, provoca uma aceleração acentuada em todo a

estrutura, fazendo com que a mesma, devido a inércia se desloque para a parte frontal, causando

um carregamento na estrutura. Esta análise visa avaliar como a estrutura irá responder quando

for submetido a esta carga de aceleração.

O valor da aceleração a ser aplicada no conjunto pode ser calculado analiticamente

através da fórmula de aceleração:

138

𝑎 (𝑚

𝑠²) =

𝑣(𝑚

𝑠)

𝑡(𝑠) (66)

𝑎 (𝑚

𝑠²) = aceleração a ser aplicada no conjunto

𝑣 (𝑚

𝑠) = é considerada a velocidade máxima de 4,16m/s

𝑡(𝑠) = tempo de desaceleração, considerado o valor de 0,5s.

A análise foi realizada mantendo a aplicação aceleração da gravidade, cujo valor é de

9,81m/s², sobre todos os componentes, e posteriormente aplicando a aceleração encontrada.

As condições de contorno impostas no modelo foram:

Aplicação da aceleração, cujo valor é 8,32m/s², no modelo em X positivo de acordo com

o sistema de coordenadas do modelo.

Resistência ao rolamento de 0,018 entre a rodas traseiras e o solo modelado como uma

placa rígida.

Restrição em X e Z na roda frontal, e restrição em Y e Z no eixo das rodas traseiras para

estabilidade da análise.

Figura 77 - Modelo submetido a aceleração


4.8.5– Análise estrutural do conjunto submetido a uma força aplicada no guidão

Todos os dias, o usuário submete a sua cadeira de rodas a vários esforços. Estas

situações surgem até involuntariamente quando, por exemplo, o utilizador, necessita fazer uma

curva, e pode-se aplicar uma carga excessiva no guidão.

139

Sendo assim esta análise visa avaliar os esforços resultantes na estrutura quando a

mesma está sujeita a aplicação de cargas que podem ocorrer no guidão, principalmente na

direção lateral e vertical do conjunto, ou seja, nas direções Y e Z segundo o sistema de

coordenadas do modelo.

Foram gerados 2 modelos, para satisfazer as combinações de carregamentos que podem atuar

no guidão, são eles:

Dois modelos distintos com carregamento lateral em Y nas duas extremidades do

guidão, na qual o guidão da esquerda foi aplicado um carregamento para a esquerda, e

o da direita para a direita.

A análise foi realizada mantendo a aplicação aceleração da gravidade, cujo valor é de 9,81m/s²,

sobre todos os componentes, e posteriormente aplicando os carregamentos. As condições de

contorno impostas no modelo foram:

Conforme dito, as cargas foram aplicadas nas extremidades do guidão em modelos

separados.

Resistência ao rolamento de 0,018 entre a roda frontal e o solo modelado como uma

placa rígida.

Travamento das rodas traseiras em todas as direções, isto ocorre, devido a esta condição

ser a mais crítica para esta análise

Figura 78 - Modelo submetido a aplicação das forças aplicadas no guidão


141

5 – RESULTADOS

Neste capítulo são apresentados os resultados obtidos em cada fase do trabalho, bem como

descrição de como os resultados foram extraídos e computados. Serão apresentados os

resultados obtidos para o conjunto na configuração normal e configuração de abertura máxima,

dividindo da seguinte forma:

1- Resultados com relação a especificação do motor escolhido;

2- Resultados com relação a análise de estabilidade estática e dinâmica;

3- Resultados das análises estruturais estáticas;

4- Construção do modelo.

5.1 - Resultados em relação a especificação do motor

Ao se determinar o motor a ser utilizado é necessário visualizar se o mesmo irá atender

as necessidades impostas ao mesmo. Para isso, seguindo o princípio já mencionado proposto

por Becker(2000), e utilizando as dimensões de cada configuração para execução dos cálculos,

através das equações 32 a 40 demonstradas anteriormente na seção 4.4.2.4.1, obteve-se os

seguintes resultados, de acordo com a tabela 10:

Tabela 10 - Dimensões da cadeira – configuração normal- e valores obtidos no cálculo da

potência necessária para tração no conjunto

Medidas cadeira

Potência necessária (W)

Pista plana

Rampa

inclinação

de 8 graus

d (Distância entre o CG e o eixo tras. sobre o eixo coord. x) 274,10 mm

16,98 158,09

h (Altura do CG em relação ao solo) 663,34 mm

b (Distância entre o CG e o eixo tras. sobre o eixo coord. Y) 295,95 mm

l (Comprimento entre eixos dianteiro e traseiro) 1107,84 mm

P (Peso do conjunto) 1113 N

θf 22,46 graus

θt 51,52 graus

ω 14,96 graus

b' 215,18 mm

γ 17,98 graus


Como pode ser visto a potencia exigida pelo conjunto para se locomover em uma rampa

de inclinação 8º graus é de 158,09W, e para a pista plana é de 16,98W.

Através dos resultados obtidos, pode-se ver que a configuração do motor escolhido, cuja

potência é de 350W, atende com segurança a potência exigida pelo conjunto. Foram realizadas

142

as mesmas contas para o conjunto, considerando o Kit na abertura máxima, e obteve-se os

seguintes resultados, de acordo com a tabela 11:

Tabela 11 - Dimensões da cadeira - configuração máxima- e valores obtidos no cálculo

da potência necessária para tração no conjunto

Medidas cadeira

Potência necessária (W)

Pista plana

Rampa

inclinação

de 8 graus

d (Distância entre o CG e o eixo tras. sobre o eixo coord. x) 292,66 mm

16,84 157,96

h (Altura do CG em relação ao solo) 663,39 mm

b (Distância entre o CG e o eixo tras. sobre o eixo coord. Y) 295,95 mm

l (Comprimento entre eixos dianteiro e traseiro) 1257,85 mm

P (Peso do conjunto) 1113 N

θf 23,82 graus

θt 55,52 graus

ω 13,25graus

b' 221,06 mm

γ 18,43 graus


Para a o conjunto na configuração máxima os resultados foram: em uma rampa de

inclinação 8º graus é de 157,96W, e em pista plana 16,84W. Pode-se ver que a configuração do

motor escolhido, cuja potência é de 350W, atende com segurança a potência exigida pelo

conjunto, em ambas as configurações.

Através dos cálculos desenvolvidos, foi visto que o motor, consegue realizar o

acionamento e assim iniciar a locomoção para um peso total do conjunto de 250Kg.

5.2 - Resultados com relação a análise de estabilidade estática e dinâmica

A análise de estabilidade estática permite vizualizar qual a inclinação máxima permitida

para que não haja o tombatmento longitudinal e lateral da cadeira,de acordo com o eixo de

tombamento criado para a análise,conforme visto na seção 4.5, estas são infomações

importantes que servem como base para que o usuário possa utilizar o conjunto com

segurança.Com posse dos dados do conjunto necessários para os cálculos e seguindo o modelo

proposto por Becker(2000),utilizou-se o Software Excel para a construção de gráficos,na qual

pode-se vizualizar como a variação de parametros pode inflenciar no resultados obtidos.

Através da posição do centro de gravidade,encontrado no software de elementos finitos, do

conjunto foi possível obter os valores que influenciam no resultado do ângulo de tombamento,

e os resultados obtidos são visto a seguir.

143

5.2.1- Tombamento longitudinal

Foram obtidos resultados com relação a tendência de tombamento longitudinal frontal

e traseiro, de acordo com o diagrama de corpo livre da figura 61 e figura 62. Foram avaliados

os dois modelos na configração normal e na configuração de abertura máxima. Nos gráficos

são avaliados as influências dos comprimentos l e d para a tendência de tombamento

longitudinal frontal, e para a tendência de tombamento longitudinal traseira froma avaliados as

influências dos comprimentos d e h.

5.2.1.1 – Tombamento longitudinal para trás

O valor do ângulo máximo para o tombamento longitudinal para trás calculado pela fórmula:

θ = 𝑡𝑔−1 (𝑑

ℎ) (67)

O valor obtido para o ângulo θ, para o conjunto na condição normal foi de:

θmáx = 22,46º

O valor obtido para o ângulo θ, para o conjunto na condição de máxima abertura foi de:

θmáx = 23,81º


tombamento para trás- a)Configuração normal b) Configuração máxima


144

Pelos gráficos apresentados na figura 79, pode-se observar a tendência do tombamento

da cadeira através da variação dos comprimentos d e h. A superfície obtida delimita as

condições de estabilidade para a configuração.Combinações de h e d,que resultem em pontos

sobre ou abaixo da superfície, possuem em um comportamento estável.

5.2.1.2 – Tombamento longitudinal frontal

O valor do ângulo máximo para o tombamento longitudinal frontal calculado pela fórmula:

θ = 𝑡𝑔−1 (𝐿−𝑑

ℎ) (68)

O valor obtido para o ângulo θ, para o conjunto na condição normal foi de:

θmáx = 51,52º

O valor obtido para o ângulo θ, para o conjunto na condição de máxima abertura foi de:

θmáx = 55,52º

Para se verificar o comportamento do ângulo θ, com relação ao tombamento para frente,

manteve-se o valor de h (altura do centro de gravidade), sendo fixo, com o valor de 663,34mm,

os resultados do comportamento podem ser vistos na figura 80:


tombamento para frente - a)Configuração normal b) Configuração máxima


145

5.2.2- Tombamento lateral

Foram obtidos resultados com relação a tendênia de tombamento longitudinal frontal

traseiro.Foram avaliados os dois modelos na configração normal e na configuração de abertura

máxima. Nos gráficos são avaliados as influências dos comprimentos d e h , as influências dos

comprimentos h e b e as influências dos comprimentos l e b.

O valor do ângulo máximo para o tombamento longitudinal frontal calculado pela fórmula:

γ = 𝑡𝑔−1 (𝑏

ℎ) (69)

O valor obtido para o ângulo γ, para o conjunto na condição normal foi de:

γmáx = 17,98º

O valor obtido para o ângulo γ, para o conjunto na condição de máxima abertura foi de:

γmáx = 18,43º

Influências dos comprimentos d e h

Mantêm-se os comprimentos l e b fixos, com os valores de 1257 mm e 295,95mm

respectivamente, para se determinar curva de estabilidade do conjunto sobre a influências dos

comprimentos d e h.

Figura 81-Comportamento da estabilidade lateral estática (eixo Roll) quanto ao

tombamento lateral - a)Configuração normal b) Configuração máxima


146

Influências dos comprimentos h e b

Nos gráficos da figura 82,são avaliados as influências dos comprimentos h e b.




Influências dos comprimentos l e b

Mantêm-se os comprimentos d e h fixos, com os valores de 292,66mm e 663,39mm

respectivamente, para se determinar curva de estabilidade do conjunto sobre a influências dos

comprimentos l e b.




147

5.2.3 – Análise de estabilidade dinâmica

A análise de estabilidade dinâmica permite vizualizar qual a velocidade máxima que o

conjunto pode alcançar devido a inclinção máxima na pista nos eixos Pitch e Roll para que não

haja o tombamento da cadeira, estas são infomações importantes que servem como base para

que o usuário possa utilizar o conjunto com segurança.Com posse dos dados do conjunto

necessários para os cálculos e seguindo o modelo proposto por Becker(2000),utilizou-se o

Software Excel para a construção de gráficos,na qual pode-se vizualizar como a variação de

parâmetros pode inflenciar no resultados obtidos. Nos gráficos são avaliados as influências dos

ângulos de inclinação Pitch e Roll para a tendência de tombamento do conjumto, e a variação

do raio de curvatura, verificando a influência de um raio de 1 metro e ou outro de 5 metros.

O valor da velocidade máxima para que não ocorra o tombamento é calculado pela fórmula:

𝑣𝑥 = √ρ(𝑎𝑡{𝑘}{𝐴1}+𝑔{𝑘}{𝑃1})

{𝑘}{𝐸1} (70)

As velocidades máxima forma obtidas para o raio de curvatura de 1 metro e 5 metros

respectivamente,para as configurações de tamanho normal e tamanho máximo.Para um raio de

curvatura de 1 metro, foi encontrada uma velocidade máxima de 15Km/h para as duas

configurações.


Pitch,Roll e Yaw (Raio de curvatura de 1 metro)

- a)Configuração normal b) Configuração máxima


Para um raio de curvatura de 5 metros, foi encontrada uma velocidade máxima de

30Km/h para as duas configurações,conforme visto na figura 85.

148


Pitch,Roll e Yaw (Raio de curvatura de 5 metros)

- a)Configuração normal b) Configuração máxima


Pela análise gráfica da figura 85 é possivel a identificação de valores de velocidade

limites, os quais representam a iminência para o tombamento lateral de forma a delimitar o

limite entre condição estável e instável para o movimento, o qual demonstra a influencia

significativa do raio de curvatura sobre a estabilidade dinâmica do sistema.

Nota-se que em ambos os gráficos ocorre instabilidade do sistema por variações de gama

acima dos valores limites pré-estabelecidos durante a análise estática de tombamento lateral

abordadas no anteriormente. Apesar deste fato, os resultados obtidos pela simulação virtual

indicam alta eficiência do equipamento assistivo projetado, o qual permite alcance de

velocidades de 15km/h e 30km/h para igual a 1 e 5 metros respectivamente.

Os resultados apontam instabilidade para valores elevados de inclinacões sobre o eixo

de tombamento lateral, enquanto que apresenta grande capacidade em superar inclinacões sobre

o eixo de tombamento longitudinal.

5.3 - Resultados das análises estruturais estáticas

Através dos modelos númericos desenvolvidos para as análises estruturais estáticas,

foram desenvolvidas as respectivas condições de contorno que foram impostas aos dois

modelos (configuração normal e máxima) para a avalição de solicitação da

estrutura,considerando as duas configurações já na posição direção, ou seja a cadeira inclinada.

Para o estudo em questão, adoutou-se que a estrutura a ser avaliada nas duas

configurações da cadeira foram as barras, para a verificação da resistência estrutural quanto aos

carregamentos empregados, pelo motivo das barras terem menor rigidez e maior probablidade

de deformações que os outros componentes do modelo, que por sua vez são maciços. O objetivo

149

das análises realizadas no Kit, é que os componentes não atinjam a tensão admissível do

material, ou seja que permaneçam no regime linear. As condições de contorno não variam

durante a aplicação das cargas. As cargas são constantes em magnitude, direção e distribuição.

Figura 86 - Componentes a serem avaliados na análise estrutural


O alumínio considerado para a estrutura é a liga 6351, que possui a tensão de

escoamento de 255 MPa, e conforme já mencionado anteriormente,considerando o coeficiente

de segurança com o valor de 3,tem-se que a tensão admissível a ser considerado para as análises

é de 85MPa, assim valores acima deste valor é considerado que ocoora deformação plástica na

estrutura.

A seguir são apresentados os resultados das análises para ambas as configurações.

5.3.1 – Resultados análise de peso próprio (Aceleração da gravidade)

A primeira análise da estrutura, tem como objetivo a verificação de que a estrutura

completa (cadeira de rodas + Kit) suporte o peso próprio, juntamente com a massa do usuário,

sendo o peso total do conjunto de 110,80Kg.

A análise foi realizada através da aplicação da aceleração da gravidade, cujo valor é de

9,81m/s², sobre todos os componentes. Os resultados para as duas configurações são mostrados

na figura 87.

150

Figura 87 - Resultados da análise estrutural de peso próprio do conjunto nas duas

configurações - a)Configuração normal b) Configuração máxima


Através dos resultados pode-se notar que os maiores esforços ocorreram em locais

distintos ao se comparar as estruturas A e B, porém ocorreram em regiões de solda para ambas

as configurações, sendo 32,17MPa, para a configuração normal e 32,27MPa, para a

configuração máxima. As barras solicitadas em ambas as configurações são solicitadas no

sentido de flexão, e assim causando maior nível tensão próximo a região de solda, considerada

uma região mais rígida. Sendo assim de posse destes valores, e utilizando um fator de segurança

(FS) equivalente a três vezes a tensão gerada, pode-se determinar que toda a estrutura suporta

com segurança a carga de peso próprio exercida sobre a mesma.

5.3.2 – Resultados da análise do conjunto quando a cadeira passar em um buraco

Com o auxilio do working model, fez-se a simulação em três velocidades para

1m/s,2,77m/s e 4,16m/s, e assim obteve o valor e o tipo de carga a ser imposto no modelo, para

a análise estática, e simultaneamente a aplicação da aceleração da gravidade.

A seguir são mostrados na figura 88 os resultados para a velocidade de 4,16 m/s, onde

foi aplicado as cargas na direção X e Z nos dois modelos.

151

Figura 88 - Resultados da análise estrutural do conjunto quando a cadeira passar em

um buraco (velocidade de 4,16m/s) - a)Configuração normal b) Configuração máxima


Pode-se observar que o conjunto na configuração máxima obteve uma grande

solicitação, pelo fato desta configuração gerar um momento fletor maior, devido as maiores

distâncias entre as regiões onde há o travamento das barras no conjuto, e também pelo fato de

ter menor rigidez. Como por exemplo, as regiões onde apresetaram maiores tensões as barras

foram fletidas e os maiores valores se deram nos pontos onde ocorre os travamentos da

blocagens. Diantes dos valores obtidos;de 200,20MPa para a configuração normal e 324,49MPa

para a configuração máxima, percebe-se que a estrutura ultrapassa o valor estabelecido para de

85 MPa, ou seja pode-se afirmar que ocorre deformação plástica no conjunto.Porém

considerando que esta é uma situação crítica, devido a alguns fatores como por exemplo, as

grandes dimenões impostas ao buraco, a velociade excessiva de 15Km/h, acabam por gerar, um

grande carregamento a estrutura, para a segurança e conforto do usuário, pode-se adaptar um

limitador de velocidade para tentar evitar ao máximo que ocorra esta ocasião,fazendo com que

ande a velociades de 10Km/h, o que pode ser considerado adequado para um Kit adaptado a

uma cadeira de rodas.

Para a velocidade de 2,77m/s o conjunto teve comportamento diferente comparando as

duas configurações, sendo que para a configuração normal foi aplicada uma aceleração em X e

para a configuração máxima foi aplicada as cargas na direção X e Z. A seguir são mostrados na

figura 89 os resultados para a velocidade de 2,77 m/s.

152




Pelos resultados obtidos pode-se observar que o conjunto na configuração máxima

obteve uma maior solicitação. As barras solicitadas em ambas as configurações são solicitadas

no sentido de flexão, e assim causando maior nível de tensão próximo a região de solda,

considerada uma região mais rígida. Para a configuração normal observa-se que a região onde

apresentou maior solicitação na análise de peso próprio, continuou tendo maior tensão para esta

análise. Percebe-se que a estrutura ultrapassa o valor estabelecido de 85 MPa ,apresentando

para a configuração normal o valor de 142,73MPa; e 199,20MPa configuração máxima,ou seja

pode-se afirmar que ocorre deformação plástica no conjunto.

153

Pelos gráficos foi visto que para estas condições de tamanho de buraco, velocidade

imposta e coeficiente de segurança, ao se linearizar a carga, juntamente com a velocidade obtida

no Working Model,a estrutura suporta com segurança a velocidade de 2,07m/s para a

configuração normal, e de 1,4m/s para a configuração máxima.

Salienta-se que alguns fatores podem ser reconsiderados, como por exemplo, o alto fator

de segurança empregado de valor 3, de acordo com a tabela 5, este valor pode ser reavaliado

ao se ter um modelo construído, pois certamente se irá ter mais dados sobre o material

adquirido, testes experimentais serão realizados, e assim possa ter mais dados que possam, levar

a ter maior conhecimento de toda a estrututura, sendo assim podendo reduzir o valor do

coeficiente de segurança empregado, podendo passar para o valor de 1,66; segundo a norma

ASME, que utiliza um limite máximo de tensão como 60% do limite de escoamento do material

para esforço axial; o que irá gerar uma tensão admissível de 153MPa.Um outro ponto a ser

considerado, são grandes dimenões impostas ao buraco, o que na prática pode ser considerado

uma situação extrema. Ou seja, levando em consideração estes parâmentros, na prática o usuário

ao se depara nesta velocidade com buracos deste tamanho ou menores, conclui-se que a

estrutura suporta com segurança a carga exercida sobre a mesma, diante dos valores obtidos

para a configuração normal sendo de 142,73MPa. Já para a configuração máxima a tensão

máxima encontrada foi de 199,90MPa, ultrapassaria o valor de tensão admissível,mesmo

adotando o fator de segurança de 1,66, contudo conforme já mencionado, deve-se levar em

consideração as grandes dimenões impostas ao buraco. Deve-se salientar que uma adição de

reforços, principalmente nas regiões de solda e onde há o travamento feito pelas blocagens, pois

foram as regiões mais solicitadas, ou a proposta de modificaçãos no dimensionamneto das

barras também podem diminuir a tensão gerada.

Para a velocidade de 1,00m/s o conjunto teve o mesmo comportamento comparando as

duas configurações, na qual foi aplicada uma aceleração em X, devido ao conjunto ficar preso

ao buraco. A seguir são mostrados na figura 90 os resultados para a velocidade de 1,00 m/s.

154




Pelo fato desta situação poder ocorrer corriqueiramente durante o uso diário, devido a

fato da cadeira esta em uma velocidade considerada baixa 3,6Km/h, e devido as ruas possuírem

pequenas ondulações e buracos,para esta análise adota-se que não deva ocorrer deformação

plástica. Ambas as configurações são solicitadas no sentido de flexão, e assim causando maior

nível tensão próximo a região de solda, considerada uma região mais rígida. Para a configuração

normal observa-se que a região onde apresentou maior solicitação na análise de peso próprio,

continuou tendo maior tensão para esta análise. Através dos valores obtidos, de 70,11MPa para

a configuração normal e 82,50MPa para a configuração máxima, pode-se determinar que toda

a estrutura suporta com segurança a carga exercida sobre a mesma, apresentando tensões abaixo

do critério estabelecido de 85MPa.

Diante dos resultados obtidos para análise do conjunto quando a cadeira passar por um

buraco, tem-se a tabela 12 com a tabela de resumo dos resultados encontrados

155

Tabela 12 - Resumo dos resultados da análise estrutural do conjunto quando a cadeira

passar em um buraco

Velocidade

imposta ao

modelo (m/s)


Tensão (MPa) Tensão (MPa)

1 70,11 82,55

2,77 142,73 199,90

4,16 200,20 324,49


É visto que a configuração máxima foi mais solicitada para todos os casos. Para a

velocidade de 1,0m/s, a estrutura respondeu bem a solicitação, apresentando tensões abaixo do

critério estabelecido de 85MPa.

5.3.3 – Resultados da análise do conjunto quando a cadeira passar em um degrau

Com o auxilio do working model,fez-se a simulação em duas velocidades para 1m/s e

4,16m/s, e assim obteve o valor e o tipo de carga a ser imposto no modelo, para a análise

estática, e simultaneamente a aplicação da aceleração da gravidade.

A seguir são mostrados na figura 91 os resultados para a velocidade de 4,16 m/s, onde

foi aplicado as cargas na direção X e Z nos dois modelos.

156


um degrau (velocidade de 4,16m/s) - a)Configuração normal b) Configuração máxima


Nas regiões onde apresetaram maiores tensões as barras foram fletidas e os maiores

valores se deram nos pontos onde ocorrem os travamentos da blocagens Diantes dos valores

obtidos, de 433,01MPa para a configuração normal e 408,60MPa para a configuração máxima,

percebe-se que a estrutura ultrapassa o valor estabelecido para de 85 MPa , ou seja pode-se

afirmar que ocorre deformação plástica no conjunto.

Porém considerando que esta é uma situação crítica, devido a alguns fatores como por

exemplo, as grandes dimenões impostas ao degrau, a velociade excessiva de 15Km/h,acabam

por gerar, um grande carregamento a estrutura.O que na prática pode ser considerado uma

157

situação extrema, pode se adaptar um limitador de velocidade para tentar evitar ao máximo que

ocorra esta ocasião,fazendo com que ande a velociades de 10Km/h, o que pode ser considerado

adequado para um Kit adaptado a uma cadeira de rodas.

Pelos gráficos foi visto que para estas condições de tamanho de degrau, velocidade

imposta e coeficiente de segurança, ao ser linearizando a carga, juntamente com a velocidade

obtida no Working Model,a estrutura suporta com segurança a velocidade de aproximadamene

1,25m/s para ambas as configuações.

Conforme já mencionado alguns fatores podem ser reconsiderados, como por exemplo,

o alto fator de segurança empregado de valor 3, de acordo com a tabela 5 , este valor pode ser

reavaliado ao se ter um modelo construído,conforme dito anteriormente, podendo passar para

o valor de 1,66; por exemplo, o que irá gerar uma tensão adimissível de 153MPa.Sendo assim

para esta situação, o gráfico aponta que a estrutura suportaria com segurança a velocidade de

2,08m/s para ambas as configurações. Um outro ponto a ser considerado são grandes dimenões

impostas ao degrau, ou seja, levando em consideração estes parâmentros, na prática o usuário

ao se depara nesta velocidade de 2,08m/s,com buracos deste tamanho ou menores, conclui-se

que a estrutura suporta com segurança a carga exercida sobre a mesma. Contudo deve-se

salientar que uma adição de reforços, podem diminuir a tensão gerada.

Para a velocidade de 1,00m/s foi aplicada as cargas na direção X e Z. Pelo fato desta

situação poder ocorrer ocasionalmente durante o uso diário, devido a fato da cadeira esta em

uma velocidade considerada baixa 3,6Km/h, e devido as ruas possuírem pequenas ondulações

e degraus, para esta análise adota-se que não deva ocorrer deformação plástica.

A seguir são mostrados na figura 92 os resultados para a velocidade de 1,00 m/s.

158


um degrau (velocidade de 1,00m/s) - a)Configuração normal b) Configuração máxima


Ambas as configurações são solicitadas no sentido de flexão, e assim causando maior

nível tensão próximo a região de solda, considerada uma região mais rígida. Através dos valores

obtidos, de 82,80MPa para a configuração normal e 74,40MPa para a configuração máxima,

pode-se determinar que toda a estrutura suporta com segurança a carga exercida sobre a mesma,

apresentando tensões abaixo do critério estabelecido de 85MPa.

Diante dos resultados obtidos para análise do conjunto quando a cadeira passar por um

buraco, tem-se a tabela 13 com a tabela de resumo dos resultados encontrados.

Tabela 13 - Resumo dos resultados da análise estrutural do conjunto quando a cadeira

passar em um degrau

Velocidade

imposta ao modelo

(m/s)


Tensão (MPa) Tensão (MPa)

1 82,80 74,40

4,16 433,01 408,60


É visto que a configuração normal foi a mais solicitada para todos os casos. E para a

velocidade de 1,0m/s, a estrutura respondeu bem a solicitação, apresentando tensões abaixo do

critério estabelecido de 85MPa.

159

5.3.4 – Resultados da análise estrutural do conjunto submetido frenagem brusca

O usuário poderá solicitar ao conjunto uma frenagem brusca, provocando uma

aceleração acentuada em todo a estrutura, fazendo com que a mesma, devido a inércia se

desloque para a parte frontal, causando um carregamento na estrutura. A seguir são mostrados

na figura 93 os resultados para a aceleração aplicada em X no valor de 8,32m/s².

Figura 93 - Resultados da análise estrutural do conjunto submetido a uma frenagem

brusca - a)Configuração normal b) Configuração máxima


Pelos resultados apresentados é visto que para ambas as configurações a região mais

solicitado é o garfo, pelo fato das barras do garfo sofrer flexão, devido ao movimento de toda a

estrutura para a frente e este ponto ser uma restrição por estar conectado ao eixo do motor,

assim tendo maior nível de tensão. Para esta análise adota-se que a tensão máxima não possa

ultrapassar a tensão admissível de 85MPa, pelo fato desta situação poder ocorrer

ocasionalmente durante o uso diário, mesmo estando a 4,16m/s o usuário poderá acionar os

freios sem que ocorra dano a estrutura.Através dos valores obtidos, de 73,10MPa para a

configuração normal e 74,58MPa para a configuração máxima, pode-se determinar que toda a

estrutura suporta com segurança a carga exercida sobre a mesma, apresentando tensões abaixo

do critério estabelecido de 85MPa.

160

5.3.5 – Resultados da análise estrutural do conjunto submetido ao uma força aplicada no

guidão

Visando avaliar os esforços resultantes na estrutura quando a mesma está sujeita a

aplicação de cargas que podem ocorrer no guidão, esta análise visa avaliar qual a força

necessária aplicada ao guidão, na direção Y segundo o sistema de coordenadas do modelo, que

irá gerar na estrutura uma tensão acima do limite de escoamento do alumínio, e verificar se esta

tal situação é aceitável ou não dependendo da força. A seguir são mostrados na figura 94 e 95

os resultados para a carga aplicada em Y positivo para ambas as configurações.

Figura 94 - Resultados da análise estrutural do conjunto submetido ao uma força

aplicada no guidão em Y positivo – configuração normal


161


aplicada no guidão em Y positivo – configuração máxima


Pelos resultados apresentados pode-se perceber que para a configuração normal a carga

na qual a estrutura ultrapassa a tensão admissível, considerado no valor de 85 MPa, é de

aproximadamente 275N, já para a configuração máxima esta carga é um pouco menor, sendo

de aproximadamente 238N. Esta diferença pode ser explicada, pelo fato da estrutura na

configuração máxima apresentar menor rigidez lateral,podendo assim fletir mais facilmente,

quando as barras estiverem posicionadas e travadas na máxima abertura do conjunto.

A seguir são mostrados na figura 96 e 97 os resultados para a carga aplicada em Y negativo

para ambas as configurações.

162


aplicada no guidão em Y negativo – configuração normal



aplicada no guidão em Y negativo – configuração máxima


Pode-se perceber que assim como ocorreu para o carregamento em Y positivo, a

estrutura respondeu da mesma maneira para o carregamento em Y negativo, apresentando uma

163

força de 235N para a configuração máxima para chegar ao escoamento do material. Sendo que

para a configuração normal a força é de aproximadamente 275N.Percebe-se também que os

valores são bem próximos quando comparamos a mesma configuração, para o carregamento

em sentido contrário, este resultado confirma a simetria na qual a estrutura foi projetada.

Conforme visto, as cargas na qual começa a ocorrer o escoamento do material, podem

ser consideradas altas, principlamente para um cadeirante, ou seja, pode-se dizer que a estrutura

respondeu bem aos carregamentos laterais.

165

6 – CONCLUSÃO

Com o estudo desenvolvido pode-se verificar a importância de se desenvolver projetos

na área de acessibilidade, principalmente no âmbito de produtos que sejam acessíveis as

pessoas.

A primeira proposta desenvolvida viu-se a vantagem de ser ter um mecanismo na qual

poderia ficar fixado a cadeira, mesmo em estruturas que se fecham para ser guardadas. Porém

esta estrutura não permitia a inclinação da cadeira e, outra pendência, seria a precisão e a

manutenção em termos de lubrificação devido ao grande deslizamento entre componentes.

Através desta primeira ideia e visando aprimorar mais o produto, juntamente com o diálogo

com cadeirantes, para se saber as dificuldades e quais possíveis contribuições poderiam ser

desenvolvidas, chegou-se ao projeto de um produto que facilitasse a prática na operação de

montagem e utilização, e simplificasse todos os componentes a serem utilizados, além da

implementação do recurso de ser recolher o Kit na lateral da cadeira de rodas, podendo assim

se locomover manualmente caso necessite.

Em relação ao material escolhido, sabe-se que existe materiais que apresentam maior

rigidez, e mais leves, como por exemplo a fibra de carbono, porém o alto custo que estes

materiais apresentam, poderiam aumentar mais o preço final do Kit, tornando menos

competitivo no mercado. Porém o alumínio apresentou bons resultados, e como dito, através da

construção e testes a serem realizados pode-se ter mais dados sobre a especificação do material,

podendo-se diminuir o fator de segurança. Além de poder estudar a adição de reforços na

estrutura, principalmente em regiões de solda e onde há o travamento feito pelas blocagens

Através dos cálculos desenvolvidos,pode-se ver que a configuração do motor escolhido,

cuja potência é de 350W, atende com segurança a potência exigida pelo conjunto, em ambas as

configurações, para as duas condições, tanto em pista reta, quanto em pista com inclinação

máxima de 8 graus.

Apesar da utilização de componentes mecânicos de simples usinagem, o sistema

eletrônico elevou o custo da construção deste equipamento assistido, por se tratar de uma

tecnologia atual e importada. A construção deste equipamento em série poderá diminuir

significativamente o custo de fabricação, porém são essenciais pesquisas direcionadas a criação

de baterias e motores de corrente contínua sem escovas com tecnologia nacional, podendo assim

diminuir no custo final.

A análise de estabilidade estática e dinâmica permitiu vizualizar a influência do

posicionamento do CG, pois ao diminuir a distância do CG ao eixo traseiro, poderá diminuir a

166

resitência de giro do conjunto, facilitando a propulsão da cadeira, porém resultaria em diminuir

a margem de estabilidade às inclinações de pista e raios de curvatura, principalmente pelo fato

da diminuição do ângulo de tombamento longitudinal.

Os resultados obtidos pela simulação de estabilidade indicam alta eficiência do

conjunto nas duas configurações, o qual permite alcance de velocidades de 15km/h e 30km/h

para os raios de curvatura igual a 1 e 5 metros respectivamenteestas, são infomações

importantes que servem como base para que o usuário possa utilizar o conjunto com segurança.

A partir da definição do dimensionamento estrutural dos componentes do Kit, pode-se

partir para avaliação estática. O modelo gerado em elementos finitos procurou ao máximo se

aproximar do real, realizando o modelamento em elementos de shell ou sólidos de acordo com

as respectivas geometrias, juntamente com simplificações que o software permite realizar. As

conclusões para estas análises são descritas a seguir:

Análise peso próprio: Sendo esta uma das principias análises feitas, pode-se

dizer que a estrutura respondeu bem ao carregamento do peso próprio,

apresentando flexão nas barras mais solicitadas e em regiões de soldas. Ambas

as configurações apresentaram níveis de tensões bem abaixo do valor

estabelecido de 85MPa, para que não haja o limite de escoamento do material.

Análise cadeira passando por um buraco e/ou degrau: Para a velocidade de 1m/s,

pode-se perceber, para ambas as análises, que a estrutura respondeu dentre do

limite estabelecido, de 85MPa, para ambas as configurações, apresentando

flexão nas barras, e os pontos de maior solicitação ocorrendo em regiões de solda

ou fixações de blocagem. Para a análise da cadeira passando em um buraco, para

as outras velocidades (2,77m/s e 4,16 m/s), a estrutura apresentou deformação

plástica diante do critério estabelecido. Para as circunstâncias estabelecidas nas

análises, a velocidade na qual a estrutura não apresentaria falha seria de 2,7m/s

para a configuração normal e de 1,4m/s para a configuração máxima. Porém

alguns fatores podem ser levados em consideração e reavaliados, como por

exemplo, o fator de segurança que pode ser reduzido ao se ter o conjunto

construído, pelo fato de se obter mais dados sobre material e a estrutura,

passando a ser de 1,66; e assim mudando a tensão admissível que passaria a ser

de 153MPa, salientando também as grandes dimensões estabelecidas para o

buraco. Levando em consideração estes fatores para a análise da cadeira

passando em buraco, para a velocidade de 2,77m/s, o nível de tensão apresentado

a estrutura estaria do novo critério estabelecido, para a configuração normal. É

167

visto que para a configuração máxima, mesmo utilizando o fator de segurança

de 1,66; ultrapassaria a tensão admissível. Para a análise da cadeira passando por

um degrau, ressaltando as mesmas condições descritas anteriormente, a

velocidade na qual o nível de tensão estaria dentro do critério seria de 2,5m/s.

Para a velocidade de 4,16m/s, pode-se considerar esta como sendo uma

velocidade excessiva e juntamente com as grandes dimensões estabelecidas para

o buraco e o degrau, pode-se para evitar ao máximo esta situação adaptar um

limitador de velocidade para tentar evitar ao máximo que ocorra esta

ocasião,fazendo com que ande a velociades de 10Km/h, o que pode ser

considerado adequado para um Kit adaptado a uma cadeira de rodas.Estas

análises serviram para se teruma noção das regiões que poderam ser mais

solicitadas, contudo alguns fatores utilizados na análise e na avaliação dos

resultados podem ser reavaliados, antes de se adicionar reforços a estrutura.

Análise do conjunto quando a cadeira sofrer uma frenagem brusca: Por se tratar

de uma situação que poderá ser bastante corriqueira, a estrutura não poderia

passar do critério de tensão estabelecido, e foi visto que ambas as configurações

tiveram níveis de tensões abaixo do critério, sendo que para ambas as

configurações a região mais solicitado foi na parte inferior do garfo, pelo fato

das barras sofrerem flexão, devido ao movimento de toda a estrutura para a frente

e este ponto ser uma restrição.Com isto conclui-se que a estrutura respondeu

com segurança a análise de frenagem.

Análise do conjunto submetido a uma força aplicada no guidão: Nesta análise

pretendeu-se verificar a qual carregamento na direção lateral ao guidão a

estrutura suportaria até alcançar o limite de escoamento. Pelos resultados

obtidos, entende-se que ambas as configurações suportam cargas altas; sendo a

menor encontrada no valor de 23,5Kg; principalmente para um cadeirante, ou

seja, pode-se dizer que a estrutura respondeu bem aos carregamentos laterais.

Percebe-se também que os valores são bem próximos quando comparamos a

mesma configuração, para o carregamento em sentido contrário, este resultado

confirma a simetria na qual a estrutura foi projetada.

Neste contexto pode-se dizer que para as análises desenvolvidas a estrutura apresentou

uma considerável rigidez, e considerando que a partir da construção do modelo se terá mais

dados sobre a estrutura, poderá assim reavaliar alguns critérios como o coeficiente de

168

segurança. Salienta-se o estudo de reforços que poderão ser empregados na estrutura sem que

aumente o custo final do produto e não aumente muito o peso. É aconselhável que em trabalhos

futuros seja utilizado as curvas plásticas dos materiais utilizados no Kit, para que se possa

entender o comportamento da estrutura nestas ocasiões e podendo assim evitar que haja a

ruptura de algum componente, e assim ofereça maior segurança ao usuário.

6.1 – Sugestões para trabalhos futuros

Segue abaixo as propostas de melhorias futuras que podem ser realizadas:

a) Análise de materiais que favoreçam a eficiência dinâmica do equipamento automotor;

b) Instalação de sistemas de iluminação de segurança ao equipamento;

c) Pesquisas de desenvolvimento de bateria e motor de tração brushles a baixo custo;

d) Redimensionamento estrutural para a utilização do equipamento em cadeiras de rodas

infantis.

e) Construção de um protótipo em escala real

f) Desenvolver e simular suspensões indicadas para terrenos com ondulações, evitando

assim a presença de vibrações e oscilações, com o intuituo de oferecer ainda mais

estabilidade e conforto ao usuário.

Vale lembrar que a busca de produtos que forneçam melhorias tanto na parte de

utilização, maior independência, conforto e segurança, em paralelo com a questão da

viabilidade econômica é o objetivo maior em qualquer pesquisa relacionada a acessibilidade.

169

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175

APÊNDICE-A

A partir da definição do dimensionamento da estrutura, partiu-se para a construção do

modelo, com a aquisição das partes de todo o conjunto sendo elas as barras e o conjunto motriz.

Ao se adquirir as barras, algumas dificuldades foram encontradas, pois mesmo utilizando as

medidas consultadas em catálogos de tubos, algumas barras não se encontravam disponíveis no

mercado, ou então, teriam de ser feitas sob encomendas porém em grandes quantidades,

desproporcional ao tamanho do projeto. Por medidas de segurança adotou-se em adquirir as

barras com maior diâmetro e maior espessura e até mesmo em algumas ocasiões barras de aço,

para os casos das barras 3 e 4, devido a dificuldades de se encontrar essas medidas em alumínio.

Com estas propostas de alterações é possível garantir a rigidez e a segurança da estrutura a ser

construída, mesmo que proporcione um pequeno aumento de peso, mas devido aos resultados

obtidos na potência exigida para a movimentação, quanto nos cálculos de estabilidade estática

e dinâmica e nas análises estruturais, é visto que os resultados oferecem segurança quanto ao

modelo projetado, sendo que pequenas modificações não altere o comportamento do produto.

As outras partes, como disco cubo e etc, consideradas maciças, foram adquiridos em forma de

tarugos, para serem usinados e adquirem o formato do componente proposto no projeto. Foram

adquiridos também rolamentos, de acordo com a especificado em projeto, que fazem parte do

cubo giratório.

O conjunto motriz que inclui bateria, motor, freio e etc, foi adquirido no formato de kit

que inclui todos os componentes necessários para realizar a motorização, esses Kit são os

mesmos utilizados em bicicletas elétricas. O Kit foi escolhido de acordo com a especificações

do motor, conforme já mencionando anteriormente, tendo este uma potência de 350W. Todos

estes equipamentos serão fixados na estrutura e conectados entre si por fios que passam por

dentro dos tubos, por medidas de segurança, não ficando expostos.

Conforme dito anteriormente, o custo de uma cadeira de rodas elétrica motorizada é

muito elevado, sendo que um dos principais objetivos deste projeto é desenvolver um produto

acessível a toda a população. Além disto, o portador de deficiência não precisa comprar outra

cadeira e sim, apenas o kit, transformando num investimento mais viável. Assim a proposta de

custo do produto é estar na faixa de 50% a 60% do valor das cadeiras de rodas motorizadas

presentes no mercado.

176

Durante a pesquisa de preços dos produtos a serem empregados no Kit, notou-se que o

sistema eletrônico possui um custo elevado para implantação, por serem produtos importados,

e com elevada tecnologia.

É possível a redução dos custos da estrutura mecânica ao realizar uma fabricação em

série, onde as matérias primas e trabalhos de usinagem possuem valores bem reduzidos, se

comparados aos dados apresentados anteriormente.

Todos os componentes mencionados foram adquiridos com verbas da FAPEMIG, o

próximo passo é a construção do conjunto, partindo para a usinagem das barras e tarugos

adquiridos, e testes e implementação eletrônica dos componentes do Kit elétrico adquirido. O

conjunto ainda se encontra em construção até o fechamento deste texto.

Pelo fato deste trabalho envolver o desenvolvimento de um novo produto, juntamente

com a idealização de uma nova estrutura, está se buscando a patente deste projeto.

177

APÊNDICE-B

Como produto do trabalho, foi submetido e aceito o artigo para 2nd International

Conference on Applied Mechanics and Mechanical Automation (AMMA2015). O título do

artigo é Development of an Adaptive KIT for Wheelchair Turning it into na Electric Tricycle,

que mostra o desenvolvimento do conjunto fixo, que foi a primeira proposta de projeto para o

Kit adptável a cadeira de rodas.

Todos os artigos aceitos e publicados neste evento foram enviados pelos organizadores

para publicação em uma edição especial da revista Applied Mechanics and Materials.

O congresso foi realizado em Hong Kong – China, entre os dias 19 e 20 de abril de

2015.

178

APÊNDICE-C

DESENHOS DA ESTRUTURA MECÂNICA

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS ...

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