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Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.
1. Robôs industriais
2. Classificação dos robôs
industriais
3. Sensores
4. Acionamento e controle de
robôs
5. Precisão e capacidade de
repetição
6. Garras e ferramentas
CAPÍTULO 8
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• O braço do robô executa movimentos no espaço, transferindo objetos
e ferramentas de um ponto para outro, instruído pelo controlador e informado
sobre o ambiente por sensores.
• Na extremidade do braço, existe um atuador usado na execução de suas
tarefas.
• Todo braço de robô é composto de uma série de vínculos e juntas.
• É a junta que conecta dois vínculos e com isso permite o movimento relativo
entre eles.
1. Robôs industriais
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Junta e vínculos em um braço de robô
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Juntas robóticas
• As juntas, também denominadas eixos, são o que permite a um robô
se mover para várias posições e, assim, executar várias tarefas.
• O movimento da junta de um robô pode ser linear ou rotacional.
• O número de juntas determina os graus de liberdade do robô.
• A maior parte dos robôs possui de três a seis eixos, os quais podem ser
divididos em duas classes: eixo do corpo e eixo da extremidade do robô.
• Os eixos da base do corpo, que permitem movimentar a ferramenta terminal
para determinada posição no espaço, são denominados cintura, ombro
e cotovelo.
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Tipos de junta
Os braços robóticos podem ser constituídos por juntas:
• Deslizantes: permitem o movimento linear entre dois vínculos.
• Rotativas: sua conexão possibilita movimentos de rotação entre dois vínculos
unidos por uma dobradiça comum.
• Bola-e-encaixe: conexão que se comporta como uma combinação de três
juntas de rotação, permitindo movimentos de rotação em torno dos três eixos.
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Juntas deslizantes: robô cartesiano 3P
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Junta rotativa: robô industrial 6R
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Junta do tipo bola-e-encaixe
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2. Classificação
dos robôs industriais
• Os robôs industriais podem ser classificados de acordo com:
– o número de juntas;
– o tipo de controle;
– o tipo de acionamento;
– a geometria.
• As cinco classes ou geometrias principais de um robô (também
chamadas de sistemas geométricos coordenados) são:
– cartesiana;
– cilíndrica;
– esférica (ou polar);
– de revolução (ou articulada);
– Scara (Selective Compliant Articulated Robot for Assembly).
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Eixos de um robô cartesiano
(prismático-prismático-prismático, PPP)
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Eixos de um robô
de coordenadas cilíndricas (RPP)
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Eixos de um robô de
coordenadas polares ou esféricas (RRP)
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Eixos de um robô de coordenadas
de revolução ou articulado (RRR)
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Eixos de um robô Scara (RRP)
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Comparação da área de trabalho
dos tipos de configuração de robôs
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Construção de vínculos
• Existem três fatores importantes na construção de vínculos:
– carga suportada;
– peso do braço;
– grau de rigidez do braço.
• Um braço pesado necessita de um motor maior, o que torna o custo do robô
mais elevado.
• Para aumentar a rigidez mecânica do braço sem aumentar seu peso, com
freqüência é usada uma estrutura oca.
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Estruturas para a construção de vínculos
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3. Sensores
• O uso de sensores permite que o robô obtenha informações sobre o próprio
comportamento e sobre seu ambiente de atuação.
• Os sensores podem ser agrupados em duas categorias principais:
– internos ou proprioceptivos;
– externos ou exteroceptivos.
• A maior parte dos robôs utilizados é do tipo convencional, que necessita
unicamente de sensores internos; esses sensores podem ser:
– Codificadores ópticos (encoders) do tipo incremental ou absoluto,
sincros,
resolvers, potenciômetros multivoltas, tacômetros etc.
• Os codificadores ópticos incrementais estão entre os sensores mais usados.
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Encoders incrementais:
princípio de funcionamento
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4. Acionamento
e controle de robôs
• Os eixos de um robô são acionados por atuadores, que podem ser:
hidráulicos, pneumáticos e elétricos.
• O controle dos atuadores dos robôs em geral é efetuado mediante o uso
de dois métodos:
– servocontrolado;
– não servocontrolado.
• Os robôs não servocontrolados utilizam chaves mecânicas no final do curso
de cada junta. O posicionamento de cada eixo é controlado por paradas
mecânicas ajustáveis, e não pelo controlador.
• Os robôs servocontrolados utilizam sensores internos e, assim, podem
conhecer a posição inicial na qual se encontra cada eixo.
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Tipos de acionamento
de um braço robótico
• Os drivers de acionamento de braços robóticos estão classificados
genericamente:
– pela forma de movimento, como drivers de rotação e de deslizamento;
– pela forma de acionamento, como drivers elétrico, hidráulico e
pneumático;
– pela forma de conexão, como drivers direto e indireto.
• O sistema de acionamento de um braço robótico pode ser classificado,
segundo a forma de movimento, em:
– Driver de rotação: consiste em um motor que provoca no eixo uma
resposta em forma de movimento de rotação.
– Driver deslizante: consiste em um cilindro hidráulico ou pneumático.
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Formas de acionamento
de um braço robótico
• O sistema de acionamento pode ser classificado em:
– Elétrico: utiliza motores elétricos que podem ser de corrente contínua,
de passo e de corrente alternada.
– Hidráulico: utiliza uma unidade hidráulica composta de um motor
de movimento rotativo e de um cilindro para a realização de
movimentos deslizantes. Essa unidade provoca movimentos em pistões
que comprimem o óleo. O controle é feito por válvulas que regulam a
pressão do óleo nas duas partes do cilindro.
– Pneumático: é composto de motores pneumáticos de movimento
rotativo e cilindros pneumáticos de movimento deslizante.
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Sistema de acionamento
elétrico de uma junta robótica
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Sistema de acionamento
elétrico de uma junta robótica
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Unidade de acionamento hidráulico
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Unidade de acionamento hidráulico
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Quadro comparativo das formas de
acionamento elétrico, hidráulico e pneumático
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5. Precisão e capacidade
de repetição
• Precisão: capacidade do robô de ir a uma posição desejada em um sistema
de referência fixo.
• Capacidade de repetição: pode ser entendida como a capacidade do robô
de, uma vez conhecida e alcançada uma posição e partindo sempre da
mesma condição inicial, voltar à posição com um erro determinado.
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6. Garras e ferramentas
• Os robôs são dotados de terminais do tipo:
– Garras ou mãos mecânicas:
• com sujeição por pressão; com sujeição magnética; com
sujeição a vácuo; com sujeição de peças a temperaturas
elevadas; resistentes a produtos corrosivos/perigosos; com
sensores etc.
– Ferramentas especializadas:
• pistolas pulverizadoras; soldagem por resistência por pontos;
soldagem por arco; dispositivos de furação; polidoras etc.
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• As garras podem ser classificadas em:
– garra de dois dedos: é a mais comum e seus tipos
diferem entre si pelo tamanho e/ou movimento dos
dedos;
– garra de três dedos: é similar à garra de dois dedos,
porém permite a preensão mais firme de objetos de
forma circular, triangular e irregular;
– garra para a preensão de objetos cilíndricos:
consiste em dois dedos com vários semicírculos
chanfrados, que permitem segurar objetos cilíndricos
de diâmetros diferentes;
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– garra para a preensão de objetos frágeis: é constituída de dois
dedos
flexíveis que se curvam para dentro;
– garra articulada: projetada para agarrar objetos de diferentes
tamanhos
e formas;
– garra a vácuo e eletromagnética: possui ventosas de sucção
conectadas à bomba de ar comprimido que prendem
superfícies como
chapas metálicas e caixas de papelão;
– adaptador automatizado de garras: permite que diferentes
sistemas de
preensão sejam rapidamente ligados ou removidos de um
elemento
terminal do robô.
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Formas de movimentação de garras
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Garra de três dedos
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Garra para a preensão
de objetos cilíndricos
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Garra para a preensão
de objetos frágeis
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Garra articulada
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Garra a vácuo
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