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).
1ª aplicações dos robôs:
Transferência
de materiais
estampagem
Injeção de
moldes
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;
• Quadrúpedes ;
• Hexápodes;
Bípedes com cabeça, tronco,
braços e pernas
Montagem
3%
Entrega
4%
Solda Ponto
30%
Manipulação de
material
27%
Remoção de
Material
4%
Solda por arco
12%
Pintura
20%
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 engenharia
mecânica
contribui com
metodologias
para o estudo de
máquinas em
situações
estáticas e
dinâmicas
A teoria de
controle provê
metodologias
para desenvolver
algoritmos
necessários para
controlar
movimentos e
aplicar força
A engenharia
elétrica
fornece
técnicas para o
projeto de
sensores,
implementação
do controle e
acionamento
A matemática
fornece as
ferramentas
para
descrever
movimentos
espaciais
ROBÓTICA
A ciência da
computação
contribui para a
programação
dos robôs para
realizar as
tarefas
desejadas
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
Manipulador Esférico
Puma 560.
Manipuladores numa
industria automobilística
Representação - Simbologia
Articulações para robôs.
articulações prismáticas. Á
articulações de revolução.
A direita
esquerda,
Siglas: R (Revolute joints) / P (Prismatic joints)
Manipulador realizando um
corte
Manipuladores realizando
soldas
Características de um
Manipulador
Graus de liberdade (Degrees of
Freedom , DOF)
•
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:
Translações
Rotações
• para frente ou para trás (eixo X)
• para cima ou para baixo (eixo Y)
• ou para esquerda ou direita (eixo
Z)
• Roll (rotação ao redor de X)
• Yaw (ao redor de Y) e
• Pitch (ao redor de Z)
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:
2- Quanto aos tipo de controle:
SERVO:
robôs
reprogramáveis
e
multifuncionais. Sistema interno controla e
corrige o movimento destes Robôs de Malhafechada (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)
Manipulador Cilíndrico
Visualização dos movimentos de um
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
coordenadas rigidamente neste objeto.
de
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
a sua solução nem sempre é fácil e somente sob
condições possuem solução analítica. Também,
questões sobre a existência de uma solução
soluções múltiplas
lineares,
algumas
ocorrem
e sobre
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%C
3%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-AHistorico.pdf. Acessado em 04/12/2008
• BIANCHI, Reinaldo. Robótica: 2ª aula. Disponível em
http://www.fei.edu.br/~rbianchi/robotica/ROBOTICA-MS-01-BAplicacoes.pdf. Acessado em 04/12/2008
OBRIGADO PELA ATENÇÃO DE
TODOS !!!
Agradecimentos ao Prof. Dr. Alexandre B.
Campo pela oportunidade oferecida e pelo apoio.