Fundamentos de Robótica (Outubro 2010)

CAMARGO, Dayana

SILVA, Mario

Resumo: Neste artigo será apresentado o

estudo sobre os robôs de forma geral,

relatando a historia da robótica, suas

características e particularidades, suas

diversas linguagens de programação,

assim como suas aplicações na indústria

e na sociedade. E o impacto que trazem

na vida social influenciando

economicamente e socialmente, e por

fim as grandes conquistas já realizadas e

a sua evolução.

Palavras chaves: Robôs, características,

aplicações, linguagens de programação,

impacto social.

I. INTRODUÇÃO

Sabe-se que hoje a robótica tem evoluído

de forma bem peculiares, principalmente

na indústria manipuladores robóticos são

bem utilizados, onde eles são capazes de

realizar funções com bastante precisão. A

grande questão se reflete no fato de que os

robôs podem sim fazer muitas coisas com

grau de precisão e repetibilidade incrível,

mas nem tudo é necessário a utilização de

um robô, depende de sua aplicabilidade.

Segundo Saeed Niku, 2001 um robô

sozinho é inútil, este vem acompanhado

com acessórios que pode ser dispositivos

periféricos, algum tipo de sistema,

maquinas de fabricação entre outros. O

fator determinante de um dispositivo ser

considerado um robô ou não é pelo simples

fato de saber como é o seu controlado. Um

exemplo disso é se compararmos um

manipulador robótico e um guindaste

convencional. No guindaste o controle é

feito manualmente. Já um robô o seu

controle é feito por um computador

executando algum tipo de programa. É

importante ver que cada Pais define o que

vem a ser um robô. “Pelo os padrões

americanos, um dispositivo deve ser

facilmente reprogramáveis para ser um

robô” (NIKU, 2001).

II. CLASSIFICAÇÃO DOS

ROBÔS

Observa-se que existe diferentes classes

que definem a robotica, será apresentado

dua normas que são a JIPA (Japanese

Industrial Robot Association), RIA

( Instituto de Robotica da America) e a

AFR ( Association Française de

Robotique).

A JIPA define as classes tais como:

Classe 1: Dipositivo com movimentação

manual (varios graus de liberdade);

Classe 2: Dipositivo que opera sucessivas

tarefas de acordo com um metodo adotado,

não é variavel

Classe 3: Tem a mesma definição da classe

2 com a diferença que é variavel o seu

metodo;

Classe 4: O dipositivo, no caso o robô

repete o mesmo movimento de acordo com

as informações programadas;

Classe 5: Ocorre um controle numerico do

robô, ao inves de ser manualmente;

Classe 6: Robô inteligente, que consegue

tomar suas proprias decisões, analiza o

ambiente, sendo flexiveis a possiveis

mudanças.

Na norma RIA, considera apenas as classes

3, 4, 5 e 6.

Já na norma AFR temos:

Tipo A: Dispositivos de manipulação com

controle manual;

Tipo B: Dispositivos de manuseamento

automático com ciclos pré-determinados.

Tipo C: Programável, servo robôs

controlados com contínua ou ponto – á

ponto;

Tipo D: Igual a do tipo C, mas com

capacidade de adquirir a partir do seu

ambiente.

III. HISTÓRIA DA ROBÓTICA

Observa-se uma relação de forma

abrangente envolvendo a historia da

robotica e a industria, começando no

cenario de 1922 onde Karel Capek

introduziu a palavra “rabota” que significa

trabalhador, logo após em 1946 George

Devol desenvolveu um tratamento

magnetico, onde eckert e Mauchley a partir

disso construiu o computador ENIAC que

possibilitou mais tarde em 1954 George

desenvolver o primeiro robô programavel.

Em 1962 GM instala o primeiro robô

indutrial Unimation. Já em 1968

construido o robô inteligente Shakey. Em

1972 IBM desenvolveu um robô de

coordenadas retângulares para uso interno

e possivelmente vendas. O modelo T3 da

Cincinnati Milacron tornou-se popular no

ambiente industrial isso em 1973. Sendo

que em 1978 o primeiro robô PUMA foi

enviado para GM, que em 1982 tanto a

GM e a Fanuc assinaram um acordo para

construção de robôs GMFanuc.

Westinghouse comprou Unimation, que

posteriormente foi vendido para Staubli da

Suíça. E apartir de então o tema robótica

tornou-se bem popular e cada dia mais vem

evoluindo e sua fronteiras sendo alargadas.

IV. VANTAGENS E

DESVANTAGENS

As vantagens que os robôs trazem são

amplas como qualidade, produtividade,

segurança, flexibilidade, eficiência entre

outras, a questão aqui retratada é a

comparação com o ser humano que tem

limitações e necessidades que um robô não

apresenta. Um ponto forte do robô é o grau

de precisão que possui. ``robôs faltam a

capacidade para responder em situações de

emergência, a menos que a situação é

prevista (NIKU,2001).

As limitações do robô se encaixam

segundo Niku, 2001 em graus de liberdade,

destreza, sensores e tempo real de resposta.

Umas das desvantagens é o custo inicial

tanto de equipamentos e instalacao,

necessidades em programacao.

V. COMPONENTES

ROBÓTICOS

Um robô é construido por um manipulador

- articulacoes, ligacoes e outros elementos

estruturais, efetuador final – é a ultima

junta do manipulador que conecta em

outros dipositivos, atuadores – são

dipositivo que faz a acao, podenso ser

motores, cilindros pneumaticos ou

hidraulicos, sensores – que é a

comunicacao do robo para o ambiente,

controlador – que controla movimentos, os

sensores e atuadores, processador -

Controla todo o sistema, funciona como

um cerebro, software - os tres grupos

existentes sao sistema operacional que

opera o computador, software de robotica

que faz calculos de articulacoes e o

conjunto de rotinas, programas de

realizacao de tarefas especificas.

Os graus de liberdade de um robo define

quantas posicoes podera se mover no

espaco, no plano cartesiano x,y e z

determina a localizacao de um ponto,

sendo necessaria para movimentacao.

Existe diferentes tipos de conjuntos de

robos, tais como lineares, rotativos e

esfericos, a determinação desses conjuntos

esta relacionada aos graus de liberdade de

um robo, que quanto mais graus de

liberdade maior é a complexidade de

controle.

As coordenadas de um robo são definidas

assim: Juntas prismaticas é indicada pela a

letra P, juntas rotativas pela a letra R e

juntas esfericas pela a letra S. Dentre esses

tipos de coordenadas a definição do

posionamneto da mão de um robo é

importante, onde podemos classificar em:

Cartesiano , Retangular, Portico: Tem 3

articulações o efetuador final com posição

linear seguido de juntas rotativas que serve

de orientação ao efetuador final;

Cilindrica (R2P): Duas juntas prismaticas,

juntas rotacionais de orientação com

coordenadas cilindricas;

Esferico (2RP): Coordenadas esfericas,

com juntas prismaticas e duas juntas

rotacionais para posionamento e

orientação;

Articulado (3R): São mais populares na

industria, e possuindo caracteristicas de um

braço humano;

SCARA (Selective Compliance Assembly

Robot Arm): Duas juntas rotacionais de

movimentação horizontal e conjuntos

prismáticos de movimentação vertical.

VI. PRINCIPAIS

CARACTERÍSTICAS

Um robô tem quatro definições que

abrange suas principais características,

quando nos referimos a carga útil seria o

peso que suporta dentro de uma

especificação, que em relação ao próprio

peso do robô é relativamente pequena. O

alcance outra característica importante

define a distância máxima que um robô

alcança na sua dimensão especificada. A

precisão é a comparação da posição que

este robô se encontra com a posição que

deseja chegar. Um dado interessante é que

os robôs industriais tem uma precisão de

0,001 polegadas. E por ultimo a

repetibilidade “é a precisão com que a

mesma posição pode ser alcançada se o

movimento for repetido muitas vezes”

(NIKU, 2001).

O espaço de trabalho de um robô está

diretamente associado ás suas

características, ditas anteriormente. Ao

conhecer suas limitações, articulações e

ligações definem de forma

matematicamente o espaço de trabalho,

para assim garantir maior precisão,

repetibilidade, alcance e carga útil para

cada aplicação do robô.

VII. LINGUAGENS DE

PROGRAMAÇÃO

Antes de especificar o tipo de linguagem

de programação de um robô é interessante

mencionar os modos de programação que

depende exclusivamente do grau de

sofisticação do robô. Ao se falar em

instalação física, neste modo o operador

configura chaves de difícil controle,

normalmente é usado outros dispositivos

acoplados como, por exemplo, o CLP

(Controlador Lógico Programável). No

modo de ensinar as articulações do robô

são movidas por instruções a localização e

orientação é inserido no controlador, que

segue exatamente as instruções, percebe-se

que neste modo a seqüência de operação é

de ponto a ponto. Outro modo de

programação é o modo continuo, onde

todas as articulações são movidas ao

mesmo tempo sendo isso amostrado e

registrado continuamente pelo o

controlador, os movimentos são gravados e

executa-o no tempo exato. Esses

movimentos são ensinados aos operadores

através de modelos, por exemplo, robôs de

pintura são programados por pintores

qualificados através de módulos. E o

ultimo modo é o modo de software o

controlador, controla os movimentos e o

programa é feito em off-line ou on-line,

seria o mais sofisticado e versátil de todos

os modos tratados anteriormente, alem de

ter informações adicionais de

sensoriamento e instruções condicionais.

Hoje existem tantas linguagens de

programação, assim como existem tantos

robôs. É interessante vermos que cada

fabricante faz o uso de sua própria

linguagem acoplada ao seu equipamento,

podemos citar a titulo inicial linguagens

como Basic, C e Forthan, que são baseadas

em linguagens comuns. Linguagens de alto

nível como Java, Pascal , C entre outras

são baseadas em interprete e executa o

programa linha por linha, de cada vez, já as

linguagens de baixo nível como assembly

são baseadas no compilador utilizando

linguagem de maquina, criando um código

objeto antes de executar o programa.

Exemplos:

Microcomputador (Linguagem de

máquina): os programas são escritos em

linguagem de máquina, é o nivel mais

básico e eficiente, mas complexo e exige

um especialista;

Ponto a ponto de Nível: as coordenadas

dos pontos são inseridos seqüencialmente,

é um tipo muito primitivo e simples mas é

fácil de usar, depende exclusivamente das

informações sensoriais e instruções

condicionais;

Nível Motion Primitive: Desenvolve

programas mais sofisticados, tais como

sensoriamneto, ramificações e instruções

condicionais;

Nível de programação estruturada: é uma

linguagem mais sofisticada de alto nível,

portanto grau de complexibilidade maior,

exigindo especialistas;

Tarefa - Nível Orientado: Atualmente, não

existem línguas reais deste nível de

existência. O que ocorre nesta linguagem é

que o usuário fazia menção da tarefa,

enquanto o controlador criaria a seqüência

necessária. Era basicamente dizer ao robo

o que fazer em cada tarefa, ou seja, ser

reprogramado.

VIII. APLICAÇÕES ROBÓTICAS

A idéia principal da criação de um robô é

pela a adaptabilidade que possuem em

ambientes agressivos aos seres humanos.

Sendo mais precisos e não necessitam de

fatores biológicos que nós precisamos,

alem das características já mencionadas

neste artigo. Citaremos algumas aplicações

da robótica de forma geral na sociedade e

sua importância:

Carregamento da máquina: Ocorre um

fornecimento de peças, ferramentas ou

remoção de partes de dispositivos, o robô

neste caso apenas manipula peças dentro

de um conjunto de operações e não as

altera.

Local e Operações: Recolocação de peças,

exemplos, cartuchos, montagens simples,

colocar peças em dispositivos entre outros

exemplos, a função básica do robô é

simplesmente colocar peças em diferentes

lugares;

Soldagem e Usinagem: O robô tem a

função de soldagem e usinagem, são

robustos, trabalhando de forma uniforme e

preciso. Esta aplicação é a mais popular na

industria automotiva;

Pintura: É bem popular na indústria

automotiva, trabalha de forma precisa e

continua, como a pintura tem um odor bem

caracteristico, traz beneficios ao ser

humano para á não inalação de tal produto;

Inspeção: Inspeção de peças, placas de

circuitos, e outros produtos similares,

sistema de visão de raio-X dentre outos

equipamentos. As funções assumidas pelo

robô que pode ser acoplado por exemplo,

com o CAD, que permite a simulação,

detalhes adicionais e vistas de

equipamentos, estruturas e processos, ou

seja, existem programas onde se pode

verificar, calcular e obter um resultado

mais proximo da realidade baseado na

inspeção;

Montagem: Na robótica a montagem é uma

das tarefas mais complicadas, porque

envolve mais de uma peça e

conseqüentemente muitas operações, as

peças, por exemplo são identificadas e

localizadas em uma determinada ordem

para assim serem instaladas e bem

ajustadas no conjunto. Montagem envolve

empurrar, dobrar, girar equilibrar. Um

outro fator importante é o

dimensionamento das peças, onde qualquer

variação pode danificar todo o conjunto;

Manufatura: Seriam as diversas operações

que um robô faz, dentre elas temos:

montagem, remoção de materiais,

perfuração, inserção de peças, tais

componentes eletrônicos em placas de

circuito, a instalação de placas em

aparelhos eletrônicos e outras operações

similares.

Vigilância: a vigilância tem sido

largamente utilizada na indústria, um

exemplo seria no controle de tráfego, ou

câmeras de vigilância para detectar as

placas dos carros, com alta velocidade

Medicina: Um exemplo usado na medicina

é o Robodoc que foi projetado para ajudar

nas operações de um cirurgião o

substituindo. Algumas funções por ele

executada é por exemplo, furação do

crânio com a dimensão e precisão exata,

além disso, a orientação e a forma do osso

pode ser determinada por Tomografia

Computadorizada e transferidos para o

controlador do robô, que direciona os

movimentos para melhor ajuste. “O robô

chamado da Vinci Surgical Robot, que é

aprovado pelos EUA Food and Drug

Administration (FDA), foi utilizado para

realizar a cirurgia abdominal” (NIKU,

2001).

Pessoas com deficiência: Segundo Saeed

Niku, 2001 um estudo foi realizado com

um pequeno robô de mesa para se

comunicar com pessoas deficientes e

executar tarefas como colocar comida no

micrrondas e entregar para a pessoa comer,

entre outras funções.

Ambientes perigosos: Os robos são criados

e adaptados para sobreviverem em

ambientes grosseiros, onde mesmo a vida

humana não suportaria. Por exemplo em

ambientes com elevados niveis de

temperatura, radiação, como os robos não

se tem uma preocupação que se teria com o

ser humano;

Localizações, espaço e distância: Robôs

são usados para exploração de lugares,

planetas e ate explorações

subaquáticas e veículos submergíveis entre

outras aplicações, um telerobô é utilizado

na microcirurgia, com o intuito de repetir

os movimentos do cirurgão.

Outros tipos de robôs com aplicabilidade

diferentes dests comentados anteriormente,

podemos citar: robôs que imitam insetos,

com aparencia humana, robôs utilizados

em operações médicas, ou para

entretenimento. Outra área que é algo

relacionado com a robótica e as suas

aplicações está Micro - Electro - Mecânica

- System (MEMS). Estes são os

dispositivos micronível que são projetados

para desempenhar funções dentro de um

sistema, que pode incluir tarefas médicas,

mecânica, elétrica e física. Por exemplo,

um dispositivo robótico micronível podem

ser enviadas através das veias principais do

coração para as funções de exploração ou

cirúrgicas.

IX. IMPACTO SOCIAL

A grande questão da robotica, na

sociedade, é que se precisa considerar

problemas sociais e econômicos que

surgem como cada vez mais trabalhadores

desempregados. Segundo Saeed Niku,

2001 umas das negociações dos fabricantes

de automoveis e da United Auto Workers

(UAW) é a quantidade de postos de

trabalho para homens e a taxa de robôs

utilizados. Mas esta questão está sendo

estudada e analizada. Mas em termos de

Brasil, apesar da robotica está avançando,

mesmo devagar, este impacto tem se

estendido e mais tecnologias tem chegado

e melhorando os processos.

X. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Conclui-se neste artigo, que apresentamos

os fundamentos da robótica, que nos

permitiu compreender melhor as situações

em que os robôs são utilizados, vimos as

variedades de linguagens de programação

utilizadas, assim como também as

aplicações que abrange toda a robótica.

Portanto o termo robótica é algo bem

extenso e ao mesmo tempo fascinaste que

vem crescendo a cada dia, claro que se

compararmos o Brasil com países

desenvolvidos, a diferença é ainda grande,

mas passos têm sido dados na busca da

qualidade, do melhor produto, do menor

custo e do sucesso.

XI. REFERÊNCIAS

BIBLIOGRÁFICAS

NIKU, B. S. Introduction to robotics:

Analysis, systems, aplications. New

Jersey: Prentice Hall, 2001.