Desenvolvimento e estudo de uma plataforma de força extensométrica multiaxial

Abstract

Este trabalho tem por objetivo desenvolver um sistema onde é possível medir as forças envolvidas em uma plataforma de força tridimensional. A plataforma é formada por duas chapas de formato quadrado de 50cm de lado, unidas por quatro células de carga instrumentada com extensômetros e com duas pontes completas de Wheatstone para cada uma das células de carga e foi projetada para suportar uma força de zero a 1000N no eixo z (vertical). O sistema foi simulado mecanicamente em SolidWorks™, através de estudos estáticos e dinâmicos. Foi realizado ensaio dinâmico experimental, trazendo os modos de vibração nas seguintes freqüências: 158Hz, 200Hz, 201Hz, 265Hz e 323Hz. Oito canais de condicionamento foram desenvolvidos, incluindo fonte de alimentação, amplificação e filtragem. A aquisição de dados foi realizada através do software LabView™ utilizando uma placa de aquisição de dados USB 6008 da National Instruments. Os resultados encontrados no eixo z apresentaram uma linearidade de apenas 0,49%, revelando um bom funcionamento do sistema em geral. As deformações encontradas experimentalmente na célula de carga foram comparadas com o modelo simulado trazendo uma diferença de 5,8%. No modelo matemático ocorreu uma diferença de 305,8% referente à simulação, devido ao modelo utilizado ser aproximado e não possuir o mesmo formato da célula de carga utilizada. O software desenvolvido em LabView que faz as leituras das informações da plataforma traz informações como o COP (centro de pressão), a força nos três eixos, e a contribuição de cada célula de carga no eixo z, permitindo uma leitura intuitiva e interessante dos dados para as áreas da saúde. Paralelamente a força no eixo z, há um gráfico exibindo a massa aplicada na plataforma de força.

This work aims to develop a system where you can measure the forces involved in a three-dimensional force platform. The platform consists of two square-shaped plates of 50cm from the side, joined by four load cells instrumented with strain gauges and two full Wheatstone bridges for each of the load cells and is designed to withstand a force of 1000N to zero in z-axis. The system was mechanically simulated in SolidWorks ™ through static and dynamic studies. Experimental dynamic testing was performed, bringing the vibration modes in the following frequencies: 158Hz, 200Hz, 201Hz, 265Hz and 323Hz. Eight channels of conditioning were developed, including power supply, amplification and filtering. Data acquisition was performed using the LabView ™ software using a data acquisition board from National Instruments USB 6008. The results of the z-axis showed a nonlinearity of just 0.49%, showing a wellfunctioning system in general. The deformations found experimentally in the load cell were compared with the simulated model bringing a difference of 5.8%. In the mathematical model, a difference of 305.8% relative to the simulation, because the model used is approximate and does not have the same format of the used load cell. The software developed in LabView that makes reading the information platform provides information such as the COP (center of pressure), the strength in all three axes, and the contribution of each load cell in the z-axis, allowing an intuitive and interesting reading of the data for areas of health. In parallel to the z-axis force, there is a graph showing the mass applied to the force platform.