Este documento discute a automação robotizada e define robôs industriais. Ele explica que robôs são máquinas programáveis com articulações que podem realizar tarefas repetitivas de forma mais rápida e eficiente do que os humanos. O documento também descreve as principais partes de um robô, como manipuladores, controladores e sensores, e discute os benefícios da automação robotizada, como aumento de produtividade e qualidade.

1. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
PARTE 3
AUTOMAÇÃO ROBOTIZADA
Nestor Agostini
sibratec@sibratec.ind.br
Rio do Sul (SC), 12 de março de 2014
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2. 1. DEFINIÇÃO DE ROBÔ
A definição de robôs é, e talvez permanecerá, objeto de controvérsia. Provavelmente a razão é que o
termo “Robô” não foi definido por um “homem da arte”, mas é proveniente de um contexto
literário. O termo robô (em inglês “robot”) foi primeiramente utilizado para denominar seres
mecânicos antropomórficos em 1923, na peça de teatro “Rossum’s Universal Robot” do escritor
tchecoeslovaco Karel Capek. Logo o significado do termo “robô” se prende a um conteúdo
subjetivo. O mais simples robô imaginado pelos escritores de ficção científica possui características
e capacidades bastante superiores e até mesmo impossíveis de serem conseguidas com as mais
avançadas técnicas atuais de construção de robôs industriais.
O mais avançado robô industrial existente hoje seria uma enorme decepção para um leigo no
assunto, e, depois que lhe fosse dito que aquela máquina totalmente diferente de um homem
mecânico é o chamado robô industrial, certamente o acharia medíocre, desajeitado e incapaz.
Porém, apesar das limitações atuais dos robôs industriais, eles já desempenham um papel relévante
nos processos industriais realizando trabalhos de colagem, soldagem, pintura, montagens, etc.
A já mencionada controvérsia existente na definição universal de robôs cria certa imprecisão na
comparação de dados entre os países industrialmente robotizados. Aqui será apresentada uma
coletânea de definições de robôs industriais.
Segundo a RIA (Robotics Industries Association), “um robô é um manipulador reprogramável,
multifuncional, projetado para mover materiais, peças, ferramentas ou dispositivos especializados
através de movimentos programáveis variáveis a fim de desempenhar uma variedade de tarefas”.
De uma forma ainda mais simples, o presidente da Unimation (uma das empresas mais importantes
na produção de robôs) define-os como sendo “manipuladores programáveis com algumas
articulações”.
Também de maneira simples, o Departamento de Indústria do Reino Unido define robô como
“manipuladores mecânicos reprogramáveis”.
A ISO, International Standards Organization, similarmente, afirma que “um robô industrial é um
manipulador multifuncional reprogramável com controle de posição automático, tendo vários eixos
e capaz de manipular materiais, peças, ferramentas ou dispositivos especializados através de
operações variáveis programadas a fim de desempenhar uma variedade de tarefas”.
Entre as definições mais rigorosas e restritivas, está a da Régie Renault, na França: um robô é uma
“máquina automática universal” destinada à “manipulação" de objetos (peças e ferramentas) e
dotada de uma capacidade de aprendizagem de um comportamento típico, da faculdade de observar
o ambiente (percepção); da faculdade de analisar a informação assim obtida; e da possibilidade de
modificar seu comportamento típico”.
Mesmo com a disparidade apresentada nas definições, um ponto é comum universalmente: “O
verdadeiro papel a ser desempenhado pelos robôs nas próximas décadas é o de auxiliar o homem,
liberando-o de trabalhos que não são próprios para seres humanos, seja devido à periculosidade da
tarefa ou limitações dos seres humanos para executá-lo (força, temperatura, etc.), seja devido à falta
de atributos necessários para torná-lo interessante para a mente humana” (OLIVEIRA, José Eraldo
Leite de, USAL).
1.1. Benefícios da robótica na automação:
Em muitas indústrias a introdução da robótica revolucionou a forma de realizar tarefas produtivas.
Com o robô industrial, um mesmo equipamento pode ter muitas funções e substituir vários
equipamentos distintos.
Trabalhos pesados, desagradáveis, monótonos, repetitivos e com baixos salários deixaram de existir
porque foram executados ou substituídos por robôs. Em seu lugar surgiram outros trabalhos como o
de supervisão, de programação, ou de manutenção de robôs e todas as outras máquinas robotizadas.
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3. Os robôs e as máquinas robotizadas não recebem salários, não comem, não bebem, não têm
necessidades fisiológicas como os humanos. Isso os torna muito práticos porque podem executar
qualquer tipo de tarefa continuamente. Eles fazem aquele trabalho repetitivo que seria
extremamente maçante para nós. Além disso, quando executam uma tarefa os robôs e as máquinas
robotizadas frequentemente a fazem mais rápido e mais eficaz que os humanos.
Algumas características dos robôs manipuladores industriais e das máquinas robotizadas em geral
podem ser resumidos em:
- Podem trabalhar 24 horas por dia sem descanso nem pausas;
- Não perdem a concentração. A qualidade do seu trabalho é a mesma ao fim do dia como no início;
- Libertam-nos do trabalho repetitivo e enfadonho;
- São mais seguros que o próprio homem em muitos trabalhos de rotina;
- São mais rápidos e mais eficientes que o homem na maior partes dos trabalhos;
- Raramente cometem erros;
- Podem trabalhar em locais onde:
- há risco de contaminação;
- há risco para a saúde;
- há perigo de vida;
- são de difícil acesso;
- são impossíveis para o homem.
Alguns dos benefícios gerados, por exemplo, pelos robôs manipuladores industriais e as máquinas
robotizadas na produção são:
- Redução de custos;
- Ganhos de produtividade;
- Aumento de competitividade;
- Controle eficaz de processos;
- Controle de qualidade mais eficiente.
- A robótica também permite uma inspeção dos produtos acabados que em alguns casos chegam a
100% da produção. Isso significa um “controle de qualidade” que é feito não em apenas uma
amostragem, mas sim com todos os produtos feitos. Ou seja, nestes casos todos os produtos
defeituosos são eliminados, e muitas vezes com uma precisão bem maior que quando feito pelos
seres humanos (quando envolve inspeções micrométricas por exemplo).
Tudo isso faz parte dos benefícios da automação robotizada, porém, ao lado dos benefícios há
também os problemas, tais como:
- Desemprego imediato de grande quantidade de pessoas;
- Geração de empregos diferentes dos tipos que existiam antes, de modo que as pessoas
desempregadas não conseguem mais se repor no mercado de trabalho;
- Grandes custos iniciais na implantação de sistemas de manufatura robotizados;
- Necessidade de mão de obra especializada na manutenção dos robôs.
O fato é que a robótica é uma nova área que a cada dia que passa vai tomando mais conta dos
processos produtivos. Tarefas repetidas, tarefas onde não se necessita de raciocínio tendem a ser
feitas por robôs e não mais por seres humanos.
2. CONSTITUIÇÃO BÁSICA DOS ROBÔS
Fundamentalmente todos os robôs possuem a mesma filosofia de montagem. A figura seguinte
apresenta as partes constituintes de um robô típico.
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4. Figura 2.1: Estrutura básica dos robôs
Manipulador com atuador final
e acionadores
Uma estrutura mecânica composta de engrenagens,
elementos de transmissão e acionadores, possuindo
graus de liberdades suficientes para a execução das
tarefas destinadas ao robô. O atuador final é o
dispositivo responsável pela execução do trabalho.
Fonte de alimentação Supre a energia necessária ao funcionamento do robô
Controlador É responsável pela coordenação e execução das
funções a serem desempenhadas pelo robô.
Memória de tarefas É o meio de armazenamento utilizado pelo controlador
para guardar programas de novas tarefas ou, a partir de
programas anteriormente guardados, executar uma
tarefa já aprendida.
Dispositivo de programação
das tarefas
Uma unidade de entrada e saída com funções tais que
facilitem a programação do robô por um operador.
Dispositivo de sincronização São dispositivos e funções que permitem a
coordenação das ações do robô com máquinas e/ou
eventos externos.
Sistema sensorial Conjunto de sensores que permitem ao robô reconhecer
mudanças de condições no seu ambiente de trabalho.
2.1. Manipuladores
Na prática os robôs são compostos por membros conectados por juntas em uma cadeia cinemática
aberta. As juntas podem ser rotativas (permitem apenas rotação relativa entre dois membros) ou
prismáticas (permitem apenas translação linear relativa entre dois membros). A figura 2.2 mostra
várias maneiras de representar tais tipos de juntas.
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5. Fig. 2.2 Representação simbólica de juntas de robôs
Cada junta interconecta dois membros l1 e l2. O eixo de rotação ou de translação de uma junta é
sempre denotado como eixo da junta zi, se a junta i interconectar os membros i e i + 1. As variáveis
das juntas são denotadas por qi, se a junta for rotativa, ou por di, se a junta for prismática. O
número de juntas determina a quantidade de graus de liberdade do manipulador. Tipicamente, um
manipulador industrial possui 6 graus de liberdade, 3 para posicionar o órgão terminal (garra,
aparelho de soldagem, de pintura, etc.) e 3 para orientar o órgão terminal, conforme ilustra a figura
2.3.
Fig. 2.3 Robô industrial típico
Pode-se ter, também, manipuladores com menor ou maior número de graus de liberdade, conforme
a função a ser executada. Quanto maior a quantidade de graus de liberdade, mais complicadas são a
cinemática, a dinâmica e o controle do manipulador. O volume espacial varrido pelo órgão terminal
do manipulador é conhecido como volume de trabalho ou espaço de trabalho. O volume de trabalho
depende da configuração geométrica do manipulador e das restrições físicas das juntas (limites
mecânicos). As juntas robóticas são normalmente acionadas por atuadores elétricos, hidráulicos ou
pneumáticos. Os atuadores elétricos são os mais utilizados industrialmente, principalmente pela
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6. disponibilidade de energia elétrica e pela facilidade de controle. Já os atuadores hidráulicos são
indicados quando grandes esforços são necessários. Os atuadores pneumáticos só têm aplicação em
operações de manipulação em que não são obrigatórias grandes precisões, devido à
compressibilidade do ar.
A precisão de um manipulador é uma medida de quão próximo o órgão terminal pode atingir um
determinado ponto programado, dentro do volume de trabalho. Já a repetibilidade diz respeito à
capacidade do manipulador retornar várias vezes ao ponto programado, ou seja, é uma medida da
distribuição desses vários posicionamentos em torno do dito ponto. A precisão e a repetibilidade são
afetadas por erros de computação, imprecisões mecânicas de fabricação, efeitos de flexibilidade das
peças sob cargas gravitacionais e de inércia (sobretudo em altas velocidades), folgas de
engrenagens, etc. Por este motivo, têm sido os manipuladores projetados com grandes rigidezes.
Modernamente, entretanto, devido à tendência a manipuladores cada vez mais rápidos e precisos,
tem sido dada grande ênfase, para o projeto do controlador, na consideração dos efeitos da
flexibilidade.
Outro fator que influencia grandemente a precisão e a repetibilidade é a resolução de controle do
controlador. Entende-se por resolução de controle o menor incremento de movimento que o
controlador pode "sentir". Matematicamente, é dada pela expressão:
onde n é o número de bits do encoder (sensor de posição existente na junta). Obviamente, se a junta
for prismática, o numerador da equação acima é um deslocamento linear, enquanto que se a junta
for rotativa, será um deslocamento angular. Nesse contexto, juntas prismáticas proporcionam maior
resolução que juntas rotativas, pois a distância linear entre dois pontos é menor do que o arco de
circunferência que passa pelos mesmos dois pontos.
Os manipuladores podem apresentar diferentes configurações geométricas, isto é, diferentes
arranjos entre os membros e os tipos de juntas utilizadas. A maioria dos robôs industriais tem 6 ou
menos graus de liberdade. No caso de um manipulador com seis graus de liberdade, os três
primeiros graus (a contar da base) são usados para posicionar o órgão terminal no espaço 3D,
enquanto que os três últimos servem para orientar o órgão terminal no espaço 3D. Com base nos
três primeiros graus de liberdade, pode-se classificar os robôs industriais em cinco configurações
geométricas:
· Articulado (RRR)
· Esférico (RRP)
· SCARA (RRP)
· Cilíndrico (RPP)
· Cartesiano (PPP)
onde R significa junta rotativa e P significa junta prismática.
a) Articulados
Também denominado antropomórfico, por ser o que mais se assemelha ao braço humano, é o mais
usado industrialmente. A figura 2.4 mostra o esquema básico de um manipulador articulado:
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7. Figura 2.4: Manipulador articulado
Este tipo de manipulador assegura um volume de trabalho bastante elevado, conforme mostrado na
figura 2.5, o que o torna prático para tarefas com relativa distância entre as várias operações.
Figura 2.5: Volume de trabalho do manipulador articulado
b) Esférico
Esta configuração é obtida simplesmente substituindo a junta rotativa do cotovelo do manipulador
articulado por uma junta prismática, conforme ilustra a figura 2.6.
Figura 2.6: Manipulador esférico
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8. A denominação dessa configuração vem do fato de que as coordenadas que definem a posição do
órgão terminal são esféricas (q1, q2, d3). A figura 2.7 mostra o volume de trabalho do manipulador
esférico.
Figura 2.7: Volume de trabalho do manipulador esférico
c) Robô SCARA
O chamado robô SCARA (Selective Compliant Articulated Robot for Assembly) é uma configuração
recente que rapidamente se tornou popular, sendo adequada para montagens. Embora tenha uma
configuração RRP, é bastante diferente da configuração esférica, tanto na aparência como na faixa
de aplicações. O robô SCARA caracteriza-se por ter os três eixos z0, z1 e z2 todos verticais e
paralelos, conforme mostra a figura 2.8.
Figura 2.8: Manipulador SCARA
A figura 2.9 ilustra o seu volume de trabalho.
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9. Figura 2.9: Volume de trabalho do manipulador SCARA
d) Robô cilíndrico
Na configuração cilíndrica, mostrada na figura 2.10, a primeira junta é rotativa enquanto a segunda
e terceira juntas são prismáticas. Como o próprio nome sugere, as variáveis das juntas são as
coordenadas cilíndricas (q1, d2, d3) do órgão terminal, com relação à base.
Figura 2.10: Manipulador cilíndrico
O volume de trabalho está ilustrado na figura 2.11.
Figura 2.11: Volume de trabalho do manipulador cilíndrico
e) Robô cartesiano
Trata-se de um manipulador cujas três primeiras juntas são prismáticas. É o manipulador de
configuração mais simples, sendo muito empregado para armazenamento de peças. As figuras 2.12
e 2.13 ilustram a configuração e o volume de trabalho, respectivamente.
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10. Figura 2.12: Manipulador cartesiano
Figura 2.13: Volume de trabalho do manipulador cartesiano
2.2. Controle
Além da classificação dos manipuladores conforme os tipos e disposição das juntas utilizadas,
pode-se também classificar os robôs de acordo com o método de controle utilizado.
Desse modo, pode-se ter robôs com controle em malha aberta, que são os mais antigos, cujos
movimentos são limitados por batentes mecânicos. Assim, por exemplo, quando o braço mecânico
encontra um batente que limita o seu movimento, esse batente pode acionar um interruptor que
desligará o motor da junta e ligará o motor de uma outra junta e assim por diante, até completar o
ciclo desejado.
Já os robôs modernos são robôs com controle em malha fechada, ou servo robôs, os quais usam um
controle computadorizado com realimentação para monitorar o seu movimento.
Os servo robôs, por sua vez, são classificados de acordo com o método que o controlador utiliza
para guiar o órgão terminal em robôs ponto a ponto (ou robôs PTP, do inglês "point-to-point") e
robôs de trajetória contínua (ou robôs CP, do inglês "continuous path").
Ao robô PTP é ensinado um conjunto de pontos discretos (normalmente através de um TP, o
"Teach Pendant"), porém não há controle sobre a trajetória que o órgão terminal deve seguir entre
dois pontos consecutivos. As coordenadas dos pontos são armazenadas e o órgão terminal passa por
eles sem controle sobre a trajetória. Tais robôs são muito limitados em suas aplicações. Já no robô
CP toda a trajetória pode ser controlada. Por exemplo, pode ser ensinado ao robô que o seu órgão
terminal deve seguir uma linha reta entre dois pontos ou mesmo uma trajetória mais complicada
como numa operação de soldagem a arco. Pode-se, também, controlar a velocidade e/ou a
aceleração do órgão terminal. Obviamente, os robôs CP requerem controladores e programas mais
sofisticados do que os robôs PTP.
2.3. Punhos e órgãos terminais
Por punho de um manipulador entende-se o conjunto de juntas que são colocadas entre o antebraço
e o órgão terminal, de modo a prover este último com uma dada orientação. Em geral, os punhos
robóticos são dotados de 2 ou 3 juntas rotativas. A maioria dos robôs são projetados com punho
esférico, isto é, punhos cujos eixos das juntas (todas rotativas) interceptam-se em um mesmo ponto.
Tal punho simplifica bastante a cinemática de orientação. Um punho esférico com três graus de
liberdade aparece ilustrado na figura 2.14. Os movimentos de rotação do punho esférico são
denominados, respectivamente, guiagem, arfagem e rolamento, porém estão consagrados na
literatura os correspondentes termos em inglês: Yaw, Pitch e Roll.
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11. Figura 2.14: Punho esférico com 3 graus de liberdade
É comum encontrar-se manipuladores industriais com 2 ou três graus de liberdade no punho, de
modo que o robô, no total, tenha 5 ou 6 graus de liberdade. Assim, um robô denotado como RRR-RRR
é um robô articulado com um punho esférico com 3 juntas rotativas RPY (de Roll, Pitch e
Yaw), com um total de 6 graus de liberdade. Já um robô RPP-RR é um robô cilíndrico com um
punho com 2 juntas rotativas RP (de Roll e Pitch), com um total de 5 graus de liberdade.
A garra, que é o órgão terminal mais comum, possui um movimento de abre (open) e fecha (close).
Tal grau de liberdade, no entanto, não é computado quando se especifica a quantidade total de graus
de liberdade do robô.
2.4. Programação das tarefas
O problema fundamental de um robô é encontrar as formas de obter-se os movimentos necessários
à realização de determinada tarefa. Como esses movimentos são tridimensionais, em geral, as
equações são complexas.
Por exemplo, considere-se um robô articulado com seis graus de liberdade (6 GDL), portando um
rebolo para uma operação de retífica plana, conforme mostra a figura 2.15:
Figura 2.15: Manipulador articulado com 6 graus de liberdade
Note-se que são os seguintes os 6 GDL do manipulador robótico:
1) rotação do tronco
2) rotação do ombro
3) rotação do cotovelo
4) rotação do punho (“pitch” = arfagem)
5) rotação do punho (“yaw” = guiagem)
6) rotação do punho (“roll” = rolamento)
Os três primeiros GDL posicionam o órgão terminal do manipulador, ao passo que os três últimos
orientam o mesmo. Tal tipo de manipulador é muito utilizado em robótica industrial e é bastante
complexo. Assim, a fim de apresentar o problema fundamental da robótica de uma maneira mais
simplificada, considere-se um manipulador planar com apenas dois membros (Figura 2.16):
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12. Figura 2.16: Manipulador planar com 3 membros
Suponha-se que se queira mover o manipulador de sua posição de espera A (“Home”) para a
posição B, a partir da qual o robô deverá seguir o contorno da superfície S até a posição C, com
velocidade constante e mantendo uma certa força prescrita F, normal à superfície. Surgem,
naturalmente, os seguintes problemas:
Problema 1: Cinemática Direta
O primeiro problema que aparece consiste na descrição das posições da ferramenta (rebolo), dos
pontos A e B e da superfície S, todas em relação a um mesmo sistema de coordenadas inercial
(fixo). Mais tarde, serão estudados em detalhes os sistemas de coordenadas fixos e móveis e as
transformações entre os mesmos. O robô deve estar apto a “sentir” sua posição em cada instante,
por meio de sensores internos (codificadores óticos, potenciômetros, etc.) localizados nas juntas, os
quais podem medir os ângulos θ1 e θ2. Portanto, é necessário expressar as posições da ferramenta
em termos desses ângulos, isto é, expressar x e y em função de θ1 e θ2. Isso constitui o problema da
cinemática direta, ou seja, dadas as coordenadas das juntas θ1 e θ2, determinar x e y, as coordenadas
do órgão terminal.
Considere-se um sistema fixo de coordenadas O0x0y0 com origem na base do robô: é o chamado
sistema da base, ilustrado na figura 2.17:
Figura 2.17: Sistema de coordenadas fixo na base do robô
Ao sistema da base serão referidos todos os objetos, inclusive o manipulador. Nesse exemplo
simples, a posição (x, y) da ferramenta (também conhecida como “Tool Center Point” = TCP), em
relação ao sistema da base, pode ser obtida através de conhecimentos simples de Trigonometria:
x = a1cosθ1 + a2cos(θ1 + θ2)
y = a1senθ1 + a2sen(θ1 + θ2) Eq. 2.1
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13. Considere-se, também, o sistema da ferramenta O0x0y0 , com origem no TCP e com o eixo x2
colocado no prolongamento do membro anterior (o “antebraço”), apontando para fora. A orientação
da ferramenta com relação ao sistema da base é dada pelos cossenos diretores dos eixos
x2 e y2 com respeito aos eixos x0 e y0:
Eq. 2.2
ou, sob forma matricial:
Eq. 2.3
onde a matriz do membro direito é denominada matriz de orientação ou matriz de rotação.
As equações apresentadas, que fornecem a posição do TCP a orientação da garra, são denominadas
equações da cinemática direta de posição. Obviamente, para um robô com 6 GDL não é tão simples
escrever essas como o foi para um robô com apenas 2 GDL.
Problema 2: Cinemática Inversa
Vê-se, pelas eqs. 2.1 e 2.2, que é possível determinar as coordenadas x e y do TCP, assim como sua
orientação, uma vez conhecidas as coordenadas das juntas θ1 e θ2. Entretanto, para comandar o
robô, é necessário o inverso: dadas x e y, que ângulos θ1 e θ2 devem ser adotados pelas juntas, de
modo a posicionar o TCP na posição (x, y)? Esse é o chamado problema da cinemática inversa.
Tendo em vista que as eq. 2.1 e 2.2 são não-lineares, a solução pode não ser simples. Além disso,
pode não haver solução (posição (x,y) fora do volume de trabalho), como pode também não haver
uma solução única para o problema, conforme mostra a figura 2.18, onde se verifica que existem as
chamadas configurações cotovelo acima e cotovelo abaixo:
Figura 2.18: Duas soluções para a cinemática inversa: cotovelo acima e cotovelo abaixo
Considere-se, agora, o diagrama da figura 2.19:
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14. Figura 2.19: Solução do problema da cinemática inversa do manipulador planar
Usando a lei dos cossenos, o ângulo θ2 é dado por
Eq. 2.4
Por outro lado, da trigonometria:
Eq. 2.5
Dividindo 2.5 por 2.4:
Eq. 2.6
A eq. 2.6 fornece ambas as soluções, conforme o sinal usado:
+ ⇒ cotovelo acima
- ⇒ cotovelo abaixo
Usando relações trigonométricas simples, pode-se mostrar que o ângulo θ1 é dado por
Eq. 2.7
Portanto, para esse robô muito simples, as eqs. 2.4, 2.6 e 2.7 permitem calcular as coordenadas das
juntas θ1 e θ2, uma vez conhecida a posição (x, y) do TCP.
Problema 3: Cinemática da Velocidade
Para seguir o contorno S com uma velocidade especificada, é preciso conhecer a relação entre a
velocidade do TCP e as velocidades das juntas. Isso pode ser obtido derivando as eqs. 2.1 em
relação ao tempo, obtendo-se a cinemática direta de velocidade:
Eq. 2.8
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15. Usando notação vetorial,
pode-se escrever as eq. 9.8 como
Eq. 2.9
onde a matriz J, definida na eq. 2.9, é denominada Jacobiano do manipulador, o qual é um
parâmetro importante que deve sempre ser determinado para um manipulador em estudo. Para
determinar as velocidades das juntas a partir das velocidades do TCP, usa-se a operação inversa,
obtendo-se a cinemática inversa de velocidade:
Eq. 2.10
ou
Eq. 2.11
O determinante do Jacobiano dado vale a1.a2.sinθ2, logo, quando θ2 = 0 ou quando θ2 = π, o
Jacobiano J não tem inversa, o que caracteriza uma configuração singular, tal como a ilustrada na
figura 2.20:
Figura 2.20: Uma configuração singular
A determinação de configurações singulares é importante, por duas razões:
1) nessas configurações o TCP não pode mover-se em certas direções, como, no caso da figura
acima na direção paralela a a1;
2) essas configurações separam as duas soluções possíveis para o problema inverso; em muitas
aplicações é importante planejar movimentos que evitem passar por configurações singulares.
Problema 4: Dinâmica
Para controlar a posição do manipulador é preciso conhecer as suas propriedades dinâmicas, de
modo a saber a quantidade de força (ou torque) que deve ser aplicada às juntas para que ele se
mova. Pouca força, por exemplo, fará com que o manipulador reaja vagarosamente, enquanto que
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16. força demais pode fazer com que o manipulador esbarre em objetos ou vibre em torno da posição
desejada.
A dedução das equações dinâmicas de movimento não é uma tarefa fácil, devido à grande
quantidade de graus de liberdade e também às não-linearidades presentes. Em geral, são usadas
técnicas baseadas na Dinâmica Lagrangiana ou na Dinâmica Newtoniana, para a dedução
sistemática de tais equações. Além da dinâmica das peças (membros) que compõem o manipulador,
a descrição completa deve também envolver a dinâmica dos atuadores e da transmissão, os quais
produzem e transmitem as forças e torques necessários ao movimento.
Problema 5: Controle da Posição
O problema do controle da posição consiste em determinar as excitações necessárias a serem dadas
aos atuadores das juntas para que o Órgão Terminal siga uma determinada trajetória e,
simultaneamente, rejeitar distúrbios originários de efeitos dinâmicos não modelados, tais como
atrito e ruídos. O enfoque padrão utiliza estratégias de controle baseadas no domínio da freqüência.
Outras estratégias, tais como o controle avante, o torque calculado, a dinâmica inversa, o controle
robusto e o controle não-linear, são também utilizadas no controle de posição do manipulador.
Problema 6: Controle da Força de retífica
Uma vez alcançada a posição B, o manipulador deve seguir o contorno S, mantendo uma certa força
normal constante contra a superfície a ser retificada. O valor dessa força não pode ser muito
pequeno, de modo a tornar a operação de retífica ineficiente, nem muito grande, pois poderia
danificar tanto a obra como a ferramenta. Daí, então, a necessidade de se exercer um controle
preciso sobre a força. Os enfoques mais comuns são o controle híbrido e o controle de impedância.
2.3. EXERCÍCIOS SOBRE ROBÔS
1. Para o manipulador planar da figura 2.16, achar as coordenadas x e y do rebolo, quando θ1 = π/6
e θ2 = π/2, para a1 = a2 = 1 m.
2. Para o manipulador planar da figura 2.16, achar os ângulos das juntas θ1 e θ2, quando o rebolo
estiver localizado na posição (0,5 0,5).
3. MAQUINAS CNC
CNC são as iniciais de “Computer Numeric Control” ou, em português, “Controle Numérico
Computorizado”.
Uma máquina CNC faz uso de técnicas de comando numérico e são consideradas parte da Robótica
e da Automação Industrial.
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17. A máquina CNC foi desenvolvida na década de 1940 e é um controlador numérico que permite o
controlE de máquinas.
Com as máquinas CNC pode-se fazer o controle simultâneo de vários eixos. Ou seja, torno e fresa
comandados pelo computador.
Fig. 3.1 – Esquema de uma máquina CNC típica e exemplo de máquina
A utilização de máquinas CNC permite a produção de peças complexas com grande precisão,
especialmente quando associado a programas de CAD/CAM. A introdução de máquinas CNC na
indústria mudou radicalmente os processos industriais.
Com as máquinas CNC curvas são facilmente cortadas, complexas estruturas com 3 dimensões
tornam-se relativamente fáceis de produzir e o número de passos no processo com intervenção de
operadores humanos é drasticamente reduzido.
A máquina CNC reduziu também o número de erros humanos (o que aumenta a qualidade dos
produtos e diminui o desperdício).
A máquina CNC agilizou as linhas de montagens e tornou-as mais flexíveis, pois a mesma linha de
montagens pode agora ser adaptada para produzir outro produto num tempo muito mais curto do
que com os processos tradicionais de produção.
A ideia básica de funcionamento de uma máquina CNC é:
− Desenvolver o produto no computador;
− Fazer todas as simulações na tela do computador;
− Fazer protótipos funcionais a partir das informações da tela do computador;
− Carregar os dados do computador em uma máquina CNC;
− Iniciar a produção em série.
3. BIBLIOGRAFIA:
Os textos apresentados neste trabalho são notas de aula do Curso de Engenharia de Produção da
UNIDAVI (Universidade para o Desenvolvimento do Alto Vale do Itajaí – Rio do Sul (SC) e
complementados com textos retirados da internet.
Pedimos desculpas por não poder citar todos os autores.
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