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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39517Registro completo de metadados
| Campo DC | Valor | Idioma |
|---|---|---|
| dc.creator | Engel, Matheus Augusto | - |
| dc.date.accessioned | 2026-03-02T15:16:03Z | - |
| dc.date.available | 2026-03-02T15:16:03Z | - |
| dc.date.issued | 2025-06-17 | - |
| dc.identifier.citation | ENGEL, Matheus Augusto. Desenvolvimento de uma solução embarcada para detecção de falhas mecânicas em uma bancada didática utilizando machine learning. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Medianeira, 2025. | pt_BR |
| dc.identifier.uri | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39517 | - |
| dc.description.abstract | Induction motors are widely used in industrial environments due to their robustness, simple construction, and high efficiency. However, unexpected failures in these machines can lead to unplanned downtime, disrupt production, and result in high operational costs. With this in mind, the objective of this work was to develop an intelligent embedded system for the automatic detection of anomalies and mechanical faults in motors, focusing on unbalance, misalignment, and possible bearing defects, aiming to enhance predictive maintenance strategies. The proposed system uses inertial sensors integrated into the Arduino Nano 33 BLE Sense microcontroller to collect vibration data directly from an experimental mechanical assembly. The raw data acquired is processed locally for feature extraction in the frequency domain using the Fast Fourier Transform (FFT). These features are then used to train an artificial neural network on the Edge Impulse platform, which allows the generation of an optimized model for embedded execution (TinyML), enabling real-time inference directly on the device without the need for external processing. After the development phase, practical bench tests were conducted to validate the system’s performance. The trained model achieved 100% accuracy in identifying the fault classes (unbalance and misalignment) but showed difficulties in correctly classifying the normal operating condition, resulting in an overall accuracy of 83.33%. Further analysis revealed that this limitation was related to changes in the machine’s vibration pattern over time, likely caused by accumulated mechanical wear in the experimental setup. Several adjustment strategies were tested, including the creation of new models with different architectures and datasets, but no significant improvement was observed. The most effective solution involved selectively replacing the samples of the normal class with data that better represented the current operating condition of the machine while preserving the original network structure. The results confirm the potential of embedded systems with machine learning capabilities for mechanical fault diagnosis, offering a more efficient and accessible approach to predictive maintenance. | pt_BR |
| dc.language | por | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Tecnológica Federal do Paraná | pt_BR |
| dc.rights | openAccess | pt_BR |
| dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ | pt_BR |
| dc.subject | Controladores programáveis | pt_BR |
| dc.subject | Dispositivos eletromecânicos | pt_BR |
| dc.subject | Redes neurais (Computação) | pt_BR |
| dc.subject | Programmable controllers | pt_BR |
| dc.subject | Electromechanical devices | pt_BR |
| dc.subject | Neural networks (Computer science) | pt_BR |
| dc.title | Desenvolvimento de uma solução embarcada para detecção de falhas mecânicas em uma bancada didática utilizando machine learning | pt_BR |
| dc.title.alternative | Development of an embedded solution for mechanical fault detection in a didactic test bench using machine learning | pt_BR |
| dc.type | bachelorThesis | pt_BR |
| dc.description.resumo | Motores de indução são amplamente utilizados em ambientes industriais devido à sua robustez, simplicidade construtiva e alta eficiência. No entanto, falhas inesperadas nesses equipamentos podem gerar paradas não planejadas, comprometer a produção e acarretar elevados custos operacionais. Com isso em mente, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema embarcado inteligente para a detecção automática de anomalias e falhas mecânicas em motores, com foco em desbalanceamento, desalinhamento e possíveis defeitos em rolamentos, visando o aprimoramento da manutenção preditiva. O sistema proposto utiliza sensores inerciais integrados ao microcontrolador Arduino Nano 33 BLE Sense para coletar dados de vibração diretamente de um conjunto mecânico experimental. Os dados brutos adquiridos são processados localmente para extração de características no domínio da frequência, utilizando a Transformada Rápida de Fourier (FFT). Em seguida, os dados são utilizados no treinamento de uma rede neural artificial na plataforma Edge Impulse, que permite a geração de um modelo otimizado para execução embarcada (TinyML), viabilizando a inferência em tempo real no próprio dispositivo, sem necessidade de processamento externo. Após a etapa de desenvolvimento, foram realizados testes práticos em bancada para validar o desempenho do sistema. O modelo treinado demonstrou precisão de 100% na identificação das classes de falha (desbalanceamento e desalinhamento), mas apresentou dificuldades na correta classificação da condição de funcionamento normal, resultando em uma acurácia global de 83,33%. Análises posteriores revelaram que essa limitação estava relacionada à alteração no padrão de vibração da máquina ao longo do tempo, provavelmente causada pelo desgaste mecânico acumulado no conjunto experimental. Estratégias de ajuste foram testadas, incluindo a criação de novos modelos com diferentes arquiteturas e conjuntos de dados, porém sem melhora significativa. A solução mais eficaz envolveu a substituição seletiva das amostras da classe normal por dados mais representativos da condição atual da máquina, preservando a estrutura da rede original. Os resultados obtidos confirmam o potencial de sistemas embarcados com aprendizado de máquina para diagnóstico de falhas mecânicas, promovendo uma abordagem mais eficiente e acessível para manutenção preditiva. | pt_BR |
| dc.degree.local | Medianeira | pt_BR |
| dc.publisher.local | Medianeira | pt_BR |
| dc.contributor.advisor1 | Marujo, Diogo | - |
| dc.contributor.advisor-co1 | Basso, Igor Fernando | - |
| dc.contributor.referee1 | Marujo, Diogo | - |
| dc.contributor.referee2 | Basso, Igor Fernando | - |
| dc.contributor.referee3 | Santos, José Airton Azevedo dos | - |
| dc.contributor.referee4 | Marchetti, Ivair | - |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.publisher.program | Engenharia Elétrica | pt_BR |
| dc.publisher.initials | UTFPR | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | pt_BR |
| Aparece nas coleções: | MD - Engenharia Elétrica | |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| desenvolvimentosolucaofalhasmecanicas.pdf | 1,61 MB | Adobe PDF | ![]() Visualizar/Abrir |
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