ROBÓTICA Alunos:

Jean Michel Antunes de F.Paulo S. Alberto

Data: 15/03/2010 - Quarta-Feira

Introdução

Quais de vocês saberiam definir o termo ROBÔ ?

Qual a primeira idéia ou imagem que os vêm a cabeça ?

O robô de “ Os Jacksons” .....

Os diversos robôs de “Star Wars”...

Em 1921, o teatrólogo tcheco Karel Câpek utilizou pela primeira vez a palavra robot na peça “Robôs Universais de Rossum”.

Em tcheco a palavra robota significa “trabalhador que nunca se cansa”.

Há diversas definições para o termo ROBÔ:

ISO (1998): “A machine formed by a mechanism, including several degrees of freedom, often having the appearance of one or several arms ending in a wrist capable of holding a tool, a workpiece or an inspection device”.

The Robot Institute of America (1979) : “A reprogrammable, multifunctional manipulator designed to move materials, parts, tools, or specialized devices through various programmed motions for the performance of a variety of tasks"

Webster (1983): "An automatic device that performs functions normally ascribed to humans or a machine in the form of a human"

Robô industrial da ABB modelo IRB

4400.

Shakey (1968). O Primeiro Robô “Inteligente”.

GE Walking Truck (1968). O operador humano controlava

os passos deste robô apertando

pedais. A coordenação dos movimentos das pernas era

realizada por um computador.

Os robôs se originaram de duas tecnologias:

TELEOPERADORES: utilizados no manuseio de materiais radioativos e das

Máquinas controladas numericamente (CNC).

Transferência de materiais

estampagem

Injeção de moldes

1ª aplicações dos robôs:

Classificação de Robôs 1- De acordo com a aplicação pretendida:

INDUSTRIAL MILITAR

SEGURANÇA HOBBY OU ENTRETENIMENTO

DOMÉSTICO OU PESSOAL

2- De acordo com suas características físicas e estruturais:

Robôs manipuladores

Robôs Móveis (baseados em

rodas)

Robôs Móveis com pernas

Robôs Humanóides Bípedes com cabeça, tronco, braços e pernas

Montagem3%Entrega

4%Remoção de

Material4%

Solda por arco12%

Pintura20%

Manipulação de material

27%

Solda Ponto30%

Aplicação na Indústria. fonte: RIA, 1996.

Número de robôs em uso do final de 2003. Fonte: UNECE (Comissão Econômica das Nações Unidas para a Europa, Outubro, 2004)

3- De acordo com o tipo de alimentação dos atuadores:

Pneumaticamente Eletricamente

Hidraulicamente

Vantagens na utilização dos robôs:Redução dos custos de trabalho

Eliminação de trabalhos perigosos

Aumento da taxa de produção

Melhora na qualidade do produto

Aumento de flexibilidade nos processos de prod.

Redução de custo de capital

Redução de desperdício de material

Atualmente existem 30 fabricantes de robôs nos Estados Unidos e mais de 500 espalhados pelo mundo.

Robótica é uma tecnologia estratégica.

Robótica vem se desenvolvendo como uma tecnologia há 60 anos.

A ROBÓTICA ENVOLVE DIVERSAS ÁREAS DO

CONHECIMENTO:

ROBÓTICA

A engenharia mecânica

contribui com metodologias

para o estudo de máquinas em

situações estáticas e dinâmicas

A matemática fornece as

ferramentas para descrever

movimentos espaciais

A ciência da computação

contribui para a programação

dos robôs para realizar as

tarefas desejadas

A engenharia elétrica fornece técnicas para o

projeto de sensores,

implementação do controle e acionamento

A teoria de controle provê metodologias

para desenvolver algoritmos

necessários para controlar

movimentos e aplicar força

Robôs manipuladores Industriais

Robôs empregados principalmente em linhas de produção; para cada tipo de tarefa existe um tipo de robô mais adequado

Devem ser capazes de alcançar e trabalhar em uma região relativamente grande, acessar ambientes ocupados, manipular uma grande variedade de objetos e realizar tarefas flexíveis.

A estrutura dos robôs manipuladores industriais mímica o braço humano (por isso também chamados de braços industriais).

Estrutura Básica de um Robô Manipulador

manipuladores

Braços (links)

articulações ou juntas

revolução prismáticas

Puma 560.

Manipulador Esférico

Manipuladores numa industria automobilística

Representação - Simbologia

Siglas: R (Revolute joints) / P (Prismatic joints)

Articulações para robôs. A direita articulações prismáticas. Á esquerda, articulações de revolução.

Manipulador realizando um corte

Manipuladores realizando soldas

Características de um Manipulador

• Os graus de liberdade determinam flexibilidade de movimentação do manipulador. Cada eixo (ou articulação) existente no manipulador cria um grau de liberdade.

• Objetos em geral apresentam 6 diferentes direções, nas quais podem se mover no espaço:

Graus de liberdade (Degrees of Freedom , DOF)

•para frente ou para trás (eixo X)•para cima ou para baixo (eixo Y) •ou para esquerda ou direita (eixo Z)

Translações

•Roll (rotação ao redor de X)•Yaw (ao redor de Y) e •Pitch (ao redor de Z)

Rotações

Manipulador Puma 560 com 6 DOF (graus de liberdade)

Espaço de Trabalho (Work Space)

Uma região no espaço tri-dimensional que o elemento terminal (garra ou ferramenta de trabalho) que o manipulador possui consegue alcançar.

Exemplo 01 de Work Space Exemplo 02 de Work Space

Outros termos importantes:

Resolução (Resolution): menor mudança de posição possível que o robô pode realizar ou que seu sistema de controle pode perceber.

Acurácia (accuracy): habilidade do robô posicionar o atuador em uma posição do espaço.

Repetibilidade (Repeatability): A habilidade do robô retornar consistentemente a uma posição previamente alcançada.

Classificação Específica dos manipuladores

1- Quanto a geometria ou estrutura cinemática:

Articulada Esférica

cartesiana Cilíndrica

SCARA

2- Quanto aos tipo de controle:

SERVO: robôs reprogramáveis e multifuncionais. Sistema interno controla e corrige o movimento destes Robôs de Malha- fechada (closed-loop).

NÃO-SERVO: movimentos limitados através de paradas mecânicas predeterminadas. Robôs de Malha- aberta (open-loop).

Arranjos Cinemáticos

Comuns

Manipulador Articulado (RRR)

Á esquerda representação simbólica do manipulador articulado. Á direita o robô ABB IRB1400 , manipulador articulado com seis graus de liberdade.

Manipuladores Articulados

Manipulador Esférico (RRP)

Á esquerda representação simbólica do manipulador esférico. Á direita, o braço Standford.

Manipulador Esférico

Manipulador SCARA (RRP)

Á direita representação simbólica do manipulador SCARA. Á esquerda, o robô Adept Cobra Smart600 SCARA.

Manipulador Cilíndrico (RPP)

Visualização dos movimentos de um manipulador cilíndrico.

Manipulador Cilíndrico

Manipulador Cartesiano (PPP)

Visualização dos movimentos de um manipulador cartesiano

Manipulador Paralelo

Manipuladores Paralelos

Descrição da posição e orientação

É importante a localização de objetos no espaço tridimensional.

Estes objetos podem ser os ligamentos do robô, as partes e ferramentas que o robô manipula e outros objetos no ambiente.

Os objetos são descritos por dois atributos: a sua posição e a sua orientação

Torna-se necessário fixar um sistema de coordenadas rigidamente neste objeto.

Descreve-se a posição e orientação deste sistema em relação a um outro sistema de coordenadas de referência.

Cinemática Direta Cinemática é a ciência que estuda o movimento, sem no entanto

considerar as forças que causam este movimento. Na cinemática são estudas posição, velocidade, aceleração e outras derivadas de ordem mais elevadas da posição em relação ao tempo ou à outras variáveis de interesse. O estudo da cinemática de robôs manipuladores considerada todas as propriedades geométricas e temporais do seu movimento. Um problema básico no estudo de robôs manipuladores é a chamada cinemática direta. A cinemática direta pode ser dividida em dois problemas:

1- o problema estático e geométrico de se calcular a posição e orientação do efetuador em relação ao sistema de coordenadas fixo, dadas as posições de todas as articulações

2- o problema do robô manipulador em movimento, onde se deseja calcular a velocidade linear e angular do efetuador, dadas as posições e velocidades de todas as articulações.

Equações da cinemática descrevem a posição e orientação do efetuador em relação ao sistema de coordenadas fixo na base em função das posições das articulações.

Cinemática Inversa Problema principal: dada a posição e orientação do efetuador do robô, calcular todos os conjuntos possíveis de posições das articulações que podem ser utilizadas para atingir esta dada posição e orientação do efetuador. Este problema é fundamental na utilização prática de robôs manipuladores.

Em razão das equações da cinemática serem não lineares, a sua solução nem sempre é fácil e somente sob algumas condições possuem solução analítica. Também, ocorrem questões sobre a existência de uma solução e sobre soluções múltiplas

Fontes Consultadas• SPONG, W. Mark; HUTCHINSON, S.; VIDYASAGAR , M. Robot

Modeling and Control. Ed. John Wiley. 2005.

• CABRAL, Eduardo L. Lustosa.Introdução. Disponível em http://www.poli.usp.br/p/eduardo.cabral/ Introduçao. Acessado em 23/11/2008.

• CABRAL, Eduardo L. Lustosa.Introdução. Disponível em http://www.poli.usp.br/p/eduardo.cabral/Preliminares%20Matem%C3%A1ticos.pdf. Acessado em 23/11/2008.

• Http://www.robolubi.blogspot.com. Acessado em 28/06/2009.

• BIANCHI, Reinaldo. Robótica: 1ª aula. Disponível em http://www.fei.edu.br/~rbianchi/robotica/ROBOTICA-MS-01-A-Historico.pdf. Acessado em 04/12/2008

• BIANCHI, Reinaldo. Robótica: 2ª aula. Disponível em http://www.fei.edu.br/~rbianchi/robotica/ROBOTICA-MS-01-B-Aplicacoes.pdf. Acessado em 04/12/2008

OBRIGADO PELA ATENÇÃO DE TODOS !!!

Agradecimentos ao Prof. Dr. Alexandre B. Campo pela oportunidade oferecida e pelo apoio.