2.5 - robótica

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7/23/2019 2.5 - Robótica http://slidepdf.com/reader/full/25-robotica 1/31 ROBÓTICA ATUALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM MECATRÔNICA

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Page 1: 2.5 - Robótica

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ROBOacuteTICA

ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA

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ROBOacuteTICA

ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA

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CONFEDERACcedilAtildeO NACIONAL DA INDUacuteSTRIA 991251 CNIRobson Braga de Andrade

Presidente

DIRETORIA DE EDUCACcedilAtildeO E TECNOLOGIARafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti

Diretor de Educaccedilatildeo e Tecnologia

SENAI983085DN 991251 SERVICcedilO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL

Conselho Nacional

Robson Braga de Andrade

Presidente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALRafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti

Diretor-Geral

Gustavo Leal Sales Filho

Diretor de Operaccedilotildees

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ROBOacuteTICA

ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA

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SENAI

Serviccedilo Nacional de

Aprendizagem Industrial

Departamento Nacional

Sede

Setor Bancaacuterio Norte Quadra 1 Bloco C Edifiacutecio Roberto

Simonsen 70040-903 Brasiacutelia ndash DF Tel (0xx61)3317-9190

httpwwwsenaibr

copy 2015 SENAI ndash Departamento Nacional

copy 2015 SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul

A reproduccedilatildeo total ou parcial desta publicaccedilatildeo por quaisquer meios seja eletrocircnico

mecacircnico fotocoacutepia de gravaccedilatildeo ou outros somente seraacute permitida com preacutevia autorizaccedilatildeo

por escrito do SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul

Esta publicaccedilatildeo foi elaborada pela equipe da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional

ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD do SENAI do Rio Grande do Sul com

a coordenaccedilatildeo do SENAI Departamento Nacional para ser utilizada por todos os

Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distacircncia

SENAI Departamento Nacional

Unidade de Educaccedilatildeo Profissional e Tecnoloacutegica ndash UNIEP

SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul

Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD

S491 Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Roboacutetica Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional

Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Rio Grande

do Sul ndash Porto Alegre SENAI-RS 2015 28 p il (Atualizaccedilatildeo Tecnoloacutegica em Mecatrocircnica)

1 Roboacutetica 2 Robocircs industriais 3 Mecatrocircnica I Serviccedilo Nacional de

Aprendizagem Industrial - Departamento Regional do Rio Grande do Sul II Tiacutetulo IIISeacuterie

CDU ndash 6218658

Responsaacutevel pela Catalogaccedilatildeo na Fonte Lidiane Marques Gomesndash CRB-102257

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1 Introduccedilatildeo 6

2 Histoacuterico dos robocircs na induacutestria 7

21 Caracteriacutesticas gerais dos robocircs 8

22 Sistema de controle dos robocircs 9

23 Tipo de mobilidade dos robocircs 10

24 Estrutura cinemaacutetica 10

25 Geometria dos robocircs 11

26 Princiacutepio de acionamento 12

27 Aplicaccedilatildeo dos robocircs 13

3 Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropomoacuterficos Industriais 17

31 Nuacutemero de eixos 18

32 Graus de liberdade 18

33 Interpolaccedilatildeo 18

34 Work envelope ou volume de trabalho 19

35 Payload ou capacidade de carga 19

36 Conectividade 20

37 Paracircmetros de movimentaccedilatildeo 20

38 Paracircmetros funcionais 2139 Paracircmetros de comando 22

310 Movimentos para programaccedilatildeo dos robocircs 23

Referecircncias 28

Sumaacuterio

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Introduccedilatildeo

1

Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico

industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica

Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais

Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas

que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de

flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como

manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as

variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos

Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais

Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas

desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade

de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade

Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o

painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos

Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um

dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo

de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de

programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os

tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos

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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria

2

Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo

Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua

obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as

premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e

posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis

AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA

1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir

que um ser humano sofra algum mal

2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por

seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em

conflito com a primeira lei

3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal

proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis

Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004

Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml

SAIBAMAIS

Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos

automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior

repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados

nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais

recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais

complexos mais especiacuteficos e de menor custo

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8

A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de

equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem

pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito

programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e

repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais

Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa

quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em

pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo

de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas

maiores (FIGURA 1)

a)

b)

Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS

Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto

ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de

acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9

CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO

Quanto ao sistema de controle Remotamente operados

Autocircmatos

Quanto ao tipo de mobilidade Fixos

Moacuteveis

Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas

Robocirc de coordenadas esfeacutericas

Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem

Soldagem

Manipulaccedilatildeo

Inspeccedilatildeo

Pintura

Usinagem

Transporte

Quanto ao princiacutepio de

acionamento

Eleacutetricos

Pneumaacuteticos

Hidraacuteulicos

Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS

22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS

Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado

controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador

Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos

satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de

forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)

Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS

Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS

Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma

independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito

utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10

a)

b)

Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato

Fonte SENAI-RS

23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS

A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos

geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc

Opportunity que estaacute em Marte desde 2004

O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas

VOCEcircSABIA

Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em

montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por

meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria

como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou

espaccedilos confinados

24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA

A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas

o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute

composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute

nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo

permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se

torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses

dois tipos de estrutura

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11

base base

Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

a) b)

Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS

25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS

O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo

Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares

dependendo da sua aplicaccedilatildeo

Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos

em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano

permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z

Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou

manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente

satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)

Fonte SENAI-RS

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos

lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento

rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua

maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo

Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho

(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza

sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos

deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS

Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui

geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm

(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem

com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que

combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc

articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente

sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos

de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA

Fonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12

Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria

a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera

Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente

com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem

e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que

possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como

demonstra a Figura 9

Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS

Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso

tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo

eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais

Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem

sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura

manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10

Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado

Fonte SENAI-RS

26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO

Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho

dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com

suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir

Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de

motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de

acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo

independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas

e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor

possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores

Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees

Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas

e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores

inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o

aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica

Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento

hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o

motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

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adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 2: 2.5 - Robótica

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ROBOacuteTICA

ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA

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CONFEDERACcedilAtildeO NACIONAL DA INDUacuteSTRIA 991251 CNIRobson Braga de Andrade

Presidente

DIRETORIA DE EDUCACcedilAtildeO E TECNOLOGIARafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti

Diretor de Educaccedilatildeo e Tecnologia

SENAI983085DN 991251 SERVICcedilO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL

Conselho Nacional

Robson Braga de Andrade

Presidente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALRafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti

Diretor-Geral

Gustavo Leal Sales Filho

Diretor de Operaccedilotildees

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ROBOacuteTICA

ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA

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SENAI

Serviccedilo Nacional de

Aprendizagem Industrial

Departamento Nacional

Sede

Setor Bancaacuterio Norte Quadra 1 Bloco C Edifiacutecio Roberto

Simonsen 70040-903 Brasiacutelia ndash DF Tel (0xx61)3317-9190

httpwwwsenaibr

copy 2015 SENAI ndash Departamento Nacional

copy 2015 SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul

A reproduccedilatildeo total ou parcial desta publicaccedilatildeo por quaisquer meios seja eletrocircnico

mecacircnico fotocoacutepia de gravaccedilatildeo ou outros somente seraacute permitida com preacutevia autorizaccedilatildeo

por escrito do SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul

Esta publicaccedilatildeo foi elaborada pela equipe da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional

ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD do SENAI do Rio Grande do Sul com

a coordenaccedilatildeo do SENAI Departamento Nacional para ser utilizada por todos os

Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distacircncia

SENAI Departamento Nacional

Unidade de Educaccedilatildeo Profissional e Tecnoloacutegica ndash UNIEP

SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul

Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD

S491 Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Roboacutetica Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional

Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Rio Grande

do Sul ndash Porto Alegre SENAI-RS 2015 28 p il (Atualizaccedilatildeo Tecnoloacutegica em Mecatrocircnica)

1 Roboacutetica 2 Robocircs industriais 3 Mecatrocircnica I Serviccedilo Nacional de

Aprendizagem Industrial - Departamento Regional do Rio Grande do Sul II Tiacutetulo IIISeacuterie

CDU ndash 6218658

Responsaacutevel pela Catalogaccedilatildeo na Fonte Lidiane Marques Gomesndash CRB-102257

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1 Introduccedilatildeo 6

2 Histoacuterico dos robocircs na induacutestria 7

21 Caracteriacutesticas gerais dos robocircs 8

22 Sistema de controle dos robocircs 9

23 Tipo de mobilidade dos robocircs 10

24 Estrutura cinemaacutetica 10

25 Geometria dos robocircs 11

26 Princiacutepio de acionamento 12

27 Aplicaccedilatildeo dos robocircs 13

3 Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropomoacuterficos Industriais 17

31 Nuacutemero de eixos 18

32 Graus de liberdade 18

33 Interpolaccedilatildeo 18

34 Work envelope ou volume de trabalho 19

35 Payload ou capacidade de carga 19

36 Conectividade 20

37 Paracircmetros de movimentaccedilatildeo 20

38 Paracircmetros funcionais 2139 Paracircmetros de comando 22

310 Movimentos para programaccedilatildeo dos robocircs 23

Referecircncias 28

Sumaacuterio

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Introduccedilatildeo

1

Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico

industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica

Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais

Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas

que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de

flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como

manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as

variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos

Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais

Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas

desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade

de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade

Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o

painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos

Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um

dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo

de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de

programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os

tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos

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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria

2

Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo

Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua

obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as

premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e

posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis

AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA

1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir

que um ser humano sofra algum mal

2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por

seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em

conflito com a primeira lei

3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal

proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis

Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004

Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml

SAIBAMAIS

Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos

automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior

repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados

nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais

recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais

complexos mais especiacuteficos e de menor custo

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8

A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de

equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem

pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito

programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e

repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais

Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa

quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em

pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo

de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas

maiores (FIGURA 1)

a)

b)

Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS

Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto

ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de

acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9

CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO

Quanto ao sistema de controle Remotamente operados

Autocircmatos

Quanto ao tipo de mobilidade Fixos

Moacuteveis

Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas

Robocirc de coordenadas esfeacutericas

Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem

Soldagem

Manipulaccedilatildeo

Inspeccedilatildeo

Pintura

Usinagem

Transporte

Quanto ao princiacutepio de

acionamento

Eleacutetricos

Pneumaacuteticos

Hidraacuteulicos

Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS

22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS

Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado

controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador

Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos

satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de

forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)

Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS

Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS

Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma

independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito

utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10

a)

b)

Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato

Fonte SENAI-RS

23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS

A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos

geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc

Opportunity que estaacute em Marte desde 2004

O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas

VOCEcircSABIA

Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em

montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por

meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria

como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou

espaccedilos confinados

24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA

A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas

o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute

composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute

nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo

permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se

torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses

dois tipos de estrutura

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11

base base

Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

a) b)

Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS

25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS

O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo

Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares

dependendo da sua aplicaccedilatildeo

Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos

em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano

permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z

Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou

manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente

satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)

Fonte SENAI-RS

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos

lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento

rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua

maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo

Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho

(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza

sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos

deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS

Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui

geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm

(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem

com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que

combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc

articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente

sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos

de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA

Fonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12

Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria

a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera

Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente

com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem

e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que

possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como

demonstra a Figura 9

Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS

Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso

tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo

eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais

Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem

sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura

manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10

Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado

Fonte SENAI-RS

26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO

Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho

dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com

suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir

Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de

motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de

acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo

independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas

e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor

possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores

Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees

Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas

e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores

inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o

aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica

Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento

hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o

motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 3: 2.5 - Robótica

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CONFEDERACcedilAtildeO NACIONAL DA INDUacuteSTRIA 991251 CNIRobson Braga de Andrade

Presidente

DIRETORIA DE EDUCACcedilAtildeO E TECNOLOGIARafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti

Diretor de Educaccedilatildeo e Tecnologia

SENAI983085DN 991251 SERVICcedilO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL

Conselho Nacional

Robson Braga de Andrade

Presidente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALRafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti

Diretor-Geral

Gustavo Leal Sales Filho

Diretor de Operaccedilotildees

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ROBOacuteTICA

ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA

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SENAI

Serviccedilo Nacional de

Aprendizagem Industrial

Departamento Nacional

Sede

Setor Bancaacuterio Norte Quadra 1 Bloco C Edifiacutecio Roberto

Simonsen 70040-903 Brasiacutelia ndash DF Tel (0xx61)3317-9190

httpwwwsenaibr

copy 2015 SENAI ndash Departamento Nacional

copy 2015 SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul

A reproduccedilatildeo total ou parcial desta publicaccedilatildeo por quaisquer meios seja eletrocircnico

mecacircnico fotocoacutepia de gravaccedilatildeo ou outros somente seraacute permitida com preacutevia autorizaccedilatildeo

por escrito do SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul

Esta publicaccedilatildeo foi elaborada pela equipe da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional

ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD do SENAI do Rio Grande do Sul com

a coordenaccedilatildeo do SENAI Departamento Nacional para ser utilizada por todos os

Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distacircncia

SENAI Departamento Nacional

Unidade de Educaccedilatildeo Profissional e Tecnoloacutegica ndash UNIEP

SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul

Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD

S491 Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Roboacutetica Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional

Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Rio Grande

do Sul ndash Porto Alegre SENAI-RS 2015 28 p il (Atualizaccedilatildeo Tecnoloacutegica em Mecatrocircnica)

1 Roboacutetica 2 Robocircs industriais 3 Mecatrocircnica I Serviccedilo Nacional de

Aprendizagem Industrial - Departamento Regional do Rio Grande do Sul II Tiacutetulo IIISeacuterie

CDU ndash 6218658

Responsaacutevel pela Catalogaccedilatildeo na Fonte Lidiane Marques Gomesndash CRB-102257

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1 Introduccedilatildeo 6

2 Histoacuterico dos robocircs na induacutestria 7

21 Caracteriacutesticas gerais dos robocircs 8

22 Sistema de controle dos robocircs 9

23 Tipo de mobilidade dos robocircs 10

24 Estrutura cinemaacutetica 10

25 Geometria dos robocircs 11

26 Princiacutepio de acionamento 12

27 Aplicaccedilatildeo dos robocircs 13

3 Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropomoacuterficos Industriais 17

31 Nuacutemero de eixos 18

32 Graus de liberdade 18

33 Interpolaccedilatildeo 18

34 Work envelope ou volume de trabalho 19

35 Payload ou capacidade de carga 19

36 Conectividade 20

37 Paracircmetros de movimentaccedilatildeo 20

38 Paracircmetros funcionais 2139 Paracircmetros de comando 22

310 Movimentos para programaccedilatildeo dos robocircs 23

Referecircncias 28

Sumaacuterio

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Introduccedilatildeo

1

Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico

industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica

Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais

Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas

que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de

flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como

manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as

variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos

Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais

Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas

desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade

de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade

Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o

painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos

Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um

dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo

de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de

programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os

tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos

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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria

2

Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo

Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua

obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as

premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e

posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis

AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA

1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir

que um ser humano sofra algum mal

2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por

seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em

conflito com a primeira lei

3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal

proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis

Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004

Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml

SAIBAMAIS

Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos

automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior

repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados

nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais

recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais

complexos mais especiacuteficos e de menor custo

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8

A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de

equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem

pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito

programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e

repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais

Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa

quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em

pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo

de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas

maiores (FIGURA 1)

a)

b)

Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS

Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto

ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de

acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9

CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO

Quanto ao sistema de controle Remotamente operados

Autocircmatos

Quanto ao tipo de mobilidade Fixos

Moacuteveis

Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas

Robocirc de coordenadas esfeacutericas

Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem

Soldagem

Manipulaccedilatildeo

Inspeccedilatildeo

Pintura

Usinagem

Transporte

Quanto ao princiacutepio de

acionamento

Eleacutetricos

Pneumaacuteticos

Hidraacuteulicos

Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS

22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS

Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado

controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador

Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos

satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de

forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)

Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS

Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS

Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma

independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito

utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10

a)

b)

Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato

Fonte SENAI-RS

23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS

A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos

geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc

Opportunity que estaacute em Marte desde 2004

O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas

VOCEcircSABIA

Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em

montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por

meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria

como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou

espaccedilos confinados

24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA

A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas

o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute

composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute

nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo

permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se

torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses

dois tipos de estrutura

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11

base base

Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

a) b)

Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS

25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS

O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo

Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares

dependendo da sua aplicaccedilatildeo

Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos

em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano

permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z

Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou

manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente

satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)

Fonte SENAI-RS

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos

lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento

rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua

maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo

Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho

(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza

sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos

deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS

Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui

geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm

(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem

com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que

combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc

articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente

sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos

de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA

Fonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12

Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria

a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera

Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente

com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem

e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que

possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como

demonstra a Figura 9

Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS

Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso

tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo

eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais

Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem

sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura

manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10

Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado

Fonte SENAI-RS

26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO

Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho

dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com

suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir

Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de

motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de

acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo

independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas

e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor

possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores

Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees

Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas

e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores

inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o

aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica

Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento

hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o

motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

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MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 4: 2.5 - Robótica

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ROBOacuteTICA

ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA

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SENAI

Serviccedilo Nacional de

Aprendizagem Industrial

Departamento Nacional

Sede

Setor Bancaacuterio Norte Quadra 1 Bloco C Edifiacutecio Roberto

Simonsen 70040-903 Brasiacutelia ndash DF Tel (0xx61)3317-9190

httpwwwsenaibr

copy 2015 SENAI ndash Departamento Nacional

copy 2015 SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul

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mecacircnico fotocoacutepia de gravaccedilatildeo ou outros somente seraacute permitida com preacutevia autorizaccedilatildeo

por escrito do SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul

Esta publicaccedilatildeo foi elaborada pela equipe da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional

ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD do SENAI do Rio Grande do Sul com

a coordenaccedilatildeo do SENAI Departamento Nacional para ser utilizada por todos os

Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distacircncia

SENAI Departamento Nacional

Unidade de Educaccedilatildeo Profissional e Tecnoloacutegica ndash UNIEP

SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul

Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD

S491 Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Roboacutetica Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional

Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Rio Grande

do Sul ndash Porto Alegre SENAI-RS 2015 28 p il (Atualizaccedilatildeo Tecnoloacutegica em Mecatrocircnica)

1 Roboacutetica 2 Robocircs industriais 3 Mecatrocircnica I Serviccedilo Nacional de

Aprendizagem Industrial - Departamento Regional do Rio Grande do Sul II Tiacutetulo IIISeacuterie

CDU ndash 6218658

Responsaacutevel pela Catalogaccedilatildeo na Fonte Lidiane Marques Gomesndash CRB-102257

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1 Introduccedilatildeo 6

2 Histoacuterico dos robocircs na induacutestria 7

21 Caracteriacutesticas gerais dos robocircs 8

22 Sistema de controle dos robocircs 9

23 Tipo de mobilidade dos robocircs 10

24 Estrutura cinemaacutetica 10

25 Geometria dos robocircs 11

26 Princiacutepio de acionamento 12

27 Aplicaccedilatildeo dos robocircs 13

3 Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropomoacuterficos Industriais 17

31 Nuacutemero de eixos 18

32 Graus de liberdade 18

33 Interpolaccedilatildeo 18

34 Work envelope ou volume de trabalho 19

35 Payload ou capacidade de carga 19

36 Conectividade 20

37 Paracircmetros de movimentaccedilatildeo 20

38 Paracircmetros funcionais 2139 Paracircmetros de comando 22

310 Movimentos para programaccedilatildeo dos robocircs 23

Referecircncias 28

Sumaacuterio

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Introduccedilatildeo

1

Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico

industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica

Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais

Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas

que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de

flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como

manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as

variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos

Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais

Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas

desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade

de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade

Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o

painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos

Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um

dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo

de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de

programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os

tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos

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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria

2

Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo

Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua

obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as

premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e

posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis

AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA

1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir

que um ser humano sofra algum mal

2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por

seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em

conflito com a primeira lei

3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal

proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis

Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004

Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml

SAIBAMAIS

Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos

automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior

repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados

nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais

recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais

complexos mais especiacuteficos e de menor custo

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8

A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de

equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem

pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito

programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e

repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais

Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa

quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em

pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo

de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas

maiores (FIGURA 1)

a)

b)

Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS

Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto

ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de

acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9

CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO

Quanto ao sistema de controle Remotamente operados

Autocircmatos

Quanto ao tipo de mobilidade Fixos

Moacuteveis

Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas

Robocirc de coordenadas esfeacutericas

Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem

Soldagem

Manipulaccedilatildeo

Inspeccedilatildeo

Pintura

Usinagem

Transporte

Quanto ao princiacutepio de

acionamento

Eleacutetricos

Pneumaacuteticos

Hidraacuteulicos

Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS

22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS

Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado

controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador

Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos

satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de

forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)

Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS

Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS

Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma

independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito

utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10

a)

b)

Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato

Fonte SENAI-RS

23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS

A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos

geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc

Opportunity que estaacute em Marte desde 2004

O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas

VOCEcircSABIA

Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em

montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por

meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria

como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou

espaccedilos confinados

24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA

A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas

o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute

composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute

nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo

permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se

torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses

dois tipos de estrutura

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11

base base

Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

a) b)

Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS

25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS

O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo

Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares

dependendo da sua aplicaccedilatildeo

Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos

em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano

permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z

Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou

manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente

satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)

Fonte SENAI-RS

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos

lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento

rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua

maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo

Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho

(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza

sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos

deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS

Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui

geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm

(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem

com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que

combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc

articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente

sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos

de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA

Fonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12

Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria

a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera

Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente

com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem

e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que

possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como

demonstra a Figura 9

Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS

Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso

tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo

eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais

Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem

sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura

manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10

Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado

Fonte SENAI-RS

26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO

Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho

dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com

suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir

Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de

motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de

acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo

independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas

e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor

possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores

Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees

Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas

e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores

inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o

aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica

Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento

hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o

motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 5: 2.5 - Robótica

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SENAI

Serviccedilo Nacional de

Aprendizagem Industrial

Departamento Nacional

Sede

Setor Bancaacuterio Norte Quadra 1 Bloco C Edifiacutecio Roberto

Simonsen 70040-903 Brasiacutelia ndash DF Tel (0xx61)3317-9190

httpwwwsenaibr

copy 2015 SENAI ndash Departamento Nacional

copy 2015 SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul

A reproduccedilatildeo total ou parcial desta publicaccedilatildeo por quaisquer meios seja eletrocircnico

mecacircnico fotocoacutepia de gravaccedilatildeo ou outros somente seraacute permitida com preacutevia autorizaccedilatildeo

por escrito do SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul

Esta publicaccedilatildeo foi elaborada pela equipe da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional

ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD do SENAI do Rio Grande do Sul com

a coordenaccedilatildeo do SENAI Departamento Nacional para ser utilizada por todos os

Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distacircncia

SENAI Departamento Nacional

Unidade de Educaccedilatildeo Profissional e Tecnoloacutegica ndash UNIEP

SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul

Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD

S491 Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Roboacutetica Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional

Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Rio Grande

do Sul ndash Porto Alegre SENAI-RS 2015 28 p il (Atualizaccedilatildeo Tecnoloacutegica em Mecatrocircnica)

1 Roboacutetica 2 Robocircs industriais 3 Mecatrocircnica I Serviccedilo Nacional de

Aprendizagem Industrial - Departamento Regional do Rio Grande do Sul II Tiacutetulo IIISeacuterie

CDU ndash 6218658

Responsaacutevel pela Catalogaccedilatildeo na Fonte Lidiane Marques Gomesndash CRB-102257

7232019 25 - Roboacutetica

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1 Introduccedilatildeo 6

2 Histoacuterico dos robocircs na induacutestria 7

21 Caracteriacutesticas gerais dos robocircs 8

22 Sistema de controle dos robocircs 9

23 Tipo de mobilidade dos robocircs 10

24 Estrutura cinemaacutetica 10

25 Geometria dos robocircs 11

26 Princiacutepio de acionamento 12

27 Aplicaccedilatildeo dos robocircs 13

3 Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropomoacuterficos Industriais 17

31 Nuacutemero de eixos 18

32 Graus de liberdade 18

33 Interpolaccedilatildeo 18

34 Work envelope ou volume de trabalho 19

35 Payload ou capacidade de carga 19

36 Conectividade 20

37 Paracircmetros de movimentaccedilatildeo 20

38 Paracircmetros funcionais 2139 Paracircmetros de comando 22

310 Movimentos para programaccedilatildeo dos robocircs 23

Referecircncias 28

Sumaacuterio

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Introduccedilatildeo

1

Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico

industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica

Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais

Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas

que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de

flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como

manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as

variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos

Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais

Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas

desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade

de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade

Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o

painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos

Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um

dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo

de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de

programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os

tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos

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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria

2

Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo

Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua

obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as

premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e

posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis

AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA

1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir

que um ser humano sofra algum mal

2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por

seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em

conflito com a primeira lei

3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal

proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis

Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004

Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml

SAIBAMAIS

Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos

automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior

repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados

nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais

recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais

complexos mais especiacuteficos e de menor custo

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8

A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de

equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem

pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito

programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e

repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais

Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa

quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em

pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo

de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas

maiores (FIGURA 1)

a)

b)

Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS

Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto

ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de

acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9

CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO

Quanto ao sistema de controle Remotamente operados

Autocircmatos

Quanto ao tipo de mobilidade Fixos

Moacuteveis

Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas

Robocirc de coordenadas esfeacutericas

Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem

Soldagem

Manipulaccedilatildeo

Inspeccedilatildeo

Pintura

Usinagem

Transporte

Quanto ao princiacutepio de

acionamento

Eleacutetricos

Pneumaacuteticos

Hidraacuteulicos

Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS

22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS

Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado

controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador

Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos

satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de

forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)

Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS

Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS

Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma

independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito

utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10

a)

b)

Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato

Fonte SENAI-RS

23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS

A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos

geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc

Opportunity que estaacute em Marte desde 2004

O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas

VOCEcircSABIA

Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em

montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por

meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria

como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou

espaccedilos confinados

24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA

A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas

o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute

composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute

nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo

permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se

torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses

dois tipos de estrutura

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11

base base

Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

a) b)

Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS

25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS

O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo

Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares

dependendo da sua aplicaccedilatildeo

Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos

em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano

permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z

Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou

manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente

satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)

Fonte SENAI-RS

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos

lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento

rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua

maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo

Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho

(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza

sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos

deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS

Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui

geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm

(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem

com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que

combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc

articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente

sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos

de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA

Fonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12

Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria

a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera

Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente

com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem

e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que

possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como

demonstra a Figura 9

Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS

Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso

tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo

eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais

Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem

sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura

manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10

Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado

Fonte SENAI-RS

26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO

Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho

dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com

suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir

Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de

motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de

acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo

independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas

e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor

possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores

Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees

Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas

e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores

inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o

aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica

Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento

hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o

motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 6: 2.5 - Robótica

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1 Introduccedilatildeo 6

2 Histoacuterico dos robocircs na induacutestria 7

21 Caracteriacutesticas gerais dos robocircs 8

22 Sistema de controle dos robocircs 9

23 Tipo de mobilidade dos robocircs 10

24 Estrutura cinemaacutetica 10

25 Geometria dos robocircs 11

26 Princiacutepio de acionamento 12

27 Aplicaccedilatildeo dos robocircs 13

3 Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropomoacuterficos Industriais 17

31 Nuacutemero de eixos 18

32 Graus de liberdade 18

33 Interpolaccedilatildeo 18

34 Work envelope ou volume de trabalho 19

35 Payload ou capacidade de carga 19

36 Conectividade 20

37 Paracircmetros de movimentaccedilatildeo 20

38 Paracircmetros funcionais 2139 Paracircmetros de comando 22

310 Movimentos para programaccedilatildeo dos robocircs 23

Referecircncias 28

Sumaacuterio

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Introduccedilatildeo

1

Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico

industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica

Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais

Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas

que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de

flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como

manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as

variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos

Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais

Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas

desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade

de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade

Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o

painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos

Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um

dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo

de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de

programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os

tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos

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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria

2

Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo

Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua

obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as

premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e

posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis

AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA

1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir

que um ser humano sofra algum mal

2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por

seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em

conflito com a primeira lei

3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal

proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis

Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004

Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml

SAIBAMAIS

Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos

automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior

repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados

nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais

recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais

complexos mais especiacuteficos e de menor custo

7232019 25 - Roboacutetica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8

A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de

equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem

pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito

programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e

repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais

Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa

quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em

pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo

de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas

maiores (FIGURA 1)

a)

b)

Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS

Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto

ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de

acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir

7232019 25 - Roboacutetica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9

CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO

Quanto ao sistema de controle Remotamente operados

Autocircmatos

Quanto ao tipo de mobilidade Fixos

Moacuteveis

Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas

Robocirc de coordenadas esfeacutericas

Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem

Soldagem

Manipulaccedilatildeo

Inspeccedilatildeo

Pintura

Usinagem

Transporte

Quanto ao princiacutepio de

acionamento

Eleacutetricos

Pneumaacuteticos

Hidraacuteulicos

Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS

22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS

Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado

controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador

Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos

satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de

forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)

Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS

Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS

Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma

independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito

utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato

7232019 25 - Roboacutetica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10

a)

b)

Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato

Fonte SENAI-RS

23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS

A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos

geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc

Opportunity que estaacute em Marte desde 2004

O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas

VOCEcircSABIA

Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em

montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por

meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria

como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou

espaccedilos confinados

24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA

A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas

o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute

composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute

nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo

permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se

torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses

dois tipos de estrutura

7232019 25 - Roboacutetica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11

base base

Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

a) b)

Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS

25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS

O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo

Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares

dependendo da sua aplicaccedilatildeo

Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos

em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano

permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z

Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou

manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente

satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)

Fonte SENAI-RS

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos

lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento

rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua

maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo

Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho

(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza

sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos

deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS

Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui

geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm

(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem

com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que

combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc

articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente

sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos

de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA

Fonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12

Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria

a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera

Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente

com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem

e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que

possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como

demonstra a Figura 9

Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS

Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso

tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo

eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais

Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem

sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura

manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10

Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado

Fonte SENAI-RS

26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO

Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho

dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com

suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir

Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de

motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de

acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo

independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas

e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor

possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores

Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees

Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas

e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores

inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o

aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica

Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento

hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o

motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos

7232019 25 - Roboacutetica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

7232019 25 - Roboacutetica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 7: 2.5 - Robótica

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Introduccedilatildeo

1

Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico

industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica

Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais

Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas

que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de

flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como

manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as

variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos

Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais

Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas

desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade

de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade

Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o

painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos

Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um

dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo

de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de

programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os

tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos

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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria

2

Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo

Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua

obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as

premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e

posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis

AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA

1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir

que um ser humano sofra algum mal

2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por

seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em

conflito com a primeira lei

3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal

proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis

Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004

Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml

SAIBAMAIS

Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos

automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior

repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados

nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais

recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais

complexos mais especiacuteficos e de menor custo

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8

A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de

equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem

pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito

programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e

repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais

Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa

quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em

pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo

de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas

maiores (FIGURA 1)

a)

b)

Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS

Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto

ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de

acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9

CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO

Quanto ao sistema de controle Remotamente operados

Autocircmatos

Quanto ao tipo de mobilidade Fixos

Moacuteveis

Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas

Robocirc de coordenadas esfeacutericas

Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem

Soldagem

Manipulaccedilatildeo

Inspeccedilatildeo

Pintura

Usinagem

Transporte

Quanto ao princiacutepio de

acionamento

Eleacutetricos

Pneumaacuteticos

Hidraacuteulicos

Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS

22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS

Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado

controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador

Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos

satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de

forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)

Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS

Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS

Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma

independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito

utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10

a)

b)

Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato

Fonte SENAI-RS

23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS

A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos

geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc

Opportunity que estaacute em Marte desde 2004

O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas

VOCEcircSABIA

Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em

montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por

meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria

como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou

espaccedilos confinados

24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA

A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas

o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute

composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute

nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo

permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se

torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses

dois tipos de estrutura

7232019 25 - Roboacutetica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11

base base

Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

a) b)

Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS

25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS

O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo

Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares

dependendo da sua aplicaccedilatildeo

Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos

em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano

permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z

Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou

manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente

satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)

Fonte SENAI-RS

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos

lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento

rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua

maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo

Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho

(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza

sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos

deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS

Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui

geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm

(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem

com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que

combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc

articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente

sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos

de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA

Fonte SENAI-RS

7232019 25 - Roboacutetica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12

Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria

a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera

Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente

com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem

e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que

possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como

demonstra a Figura 9

Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS

Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso

tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo

eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais

Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem

sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura

manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10

Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado

Fonte SENAI-RS

26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO

Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho

dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com

suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir

Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de

motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de

acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo

independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas

e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor

possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores

Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees

Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas

e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores

inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o

aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica

Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento

hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o

motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos

7232019 25 - Roboacutetica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

7232019 25 - Roboacutetica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

7232019 25 - Roboacutetica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

7232019 25 - Roboacutetica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 8: 2.5 - Robótica

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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria

2

Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo

Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua

obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as

premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e

posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis

AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA

1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir

que um ser humano sofra algum mal

2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por

seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em

conflito com a primeira lei

3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal

proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis

Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004

Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml

SAIBAMAIS

Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos

automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior

repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados

nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais

recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais

complexos mais especiacuteficos e de menor custo

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8

A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de

equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem

pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito

programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e

repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais

Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa

quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em

pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo

de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas

maiores (FIGURA 1)

a)

b)

Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS

Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto

ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de

acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9

CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO

Quanto ao sistema de controle Remotamente operados

Autocircmatos

Quanto ao tipo de mobilidade Fixos

Moacuteveis

Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas

Robocirc de coordenadas esfeacutericas

Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem

Soldagem

Manipulaccedilatildeo

Inspeccedilatildeo

Pintura

Usinagem

Transporte

Quanto ao princiacutepio de

acionamento

Eleacutetricos

Pneumaacuteticos

Hidraacuteulicos

Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS

22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS

Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado

controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador

Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos

satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de

forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)

Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS

Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS

Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma

independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito

utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10

a)

b)

Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato

Fonte SENAI-RS

23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS

A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos

geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc

Opportunity que estaacute em Marte desde 2004

O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas

VOCEcircSABIA

Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em

montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por

meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria

como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou

espaccedilos confinados

24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA

A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas

o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute

composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute

nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo

permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se

torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses

dois tipos de estrutura

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11

base base

Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

a) b)

Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS

25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS

O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo

Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares

dependendo da sua aplicaccedilatildeo

Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos

em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano

permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z

Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou

manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente

satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)

Fonte SENAI-RS

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos

lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento

rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua

maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo

Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho

(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza

sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos

deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS

Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui

geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm

(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem

com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que

combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc

articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente

sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos

de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA

Fonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12

Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria

a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera

Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente

com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem

e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que

possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como

demonstra a Figura 9

Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS

Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso

tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo

eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais

Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem

sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura

manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10

Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado

Fonte SENAI-RS

26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO

Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho

dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com

suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir

Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de

motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de

acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo

independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas

e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor

possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores

Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees

Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas

e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores

inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o

aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica

Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento

hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o

motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

7232019 25 - Roboacutetica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 9: 2.5 - Robótica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8

A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de

equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem

pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito

programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e

repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais

Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa

quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em

pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo

de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas

maiores (FIGURA 1)

a)

b)

Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS

Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto

ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de

acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9

CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO

Quanto ao sistema de controle Remotamente operados

Autocircmatos

Quanto ao tipo de mobilidade Fixos

Moacuteveis

Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas

Robocirc de coordenadas esfeacutericas

Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem

Soldagem

Manipulaccedilatildeo

Inspeccedilatildeo

Pintura

Usinagem

Transporte

Quanto ao princiacutepio de

acionamento

Eleacutetricos

Pneumaacuteticos

Hidraacuteulicos

Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS

22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS

Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado

controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador

Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos

satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de

forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)

Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS

Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS

Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma

independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito

utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10

a)

b)

Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato

Fonte SENAI-RS

23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS

A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos

geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc

Opportunity que estaacute em Marte desde 2004

O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas

VOCEcircSABIA

Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em

montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por

meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria

como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou

espaccedilos confinados

24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA

A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas

o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute

composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute

nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo

permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se

torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses

dois tipos de estrutura

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11

base base

Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

a) b)

Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS

25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS

O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo

Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares

dependendo da sua aplicaccedilatildeo

Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos

em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano

permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z

Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou

manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente

satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)

Fonte SENAI-RS

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos

lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento

rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua

maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo

Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho

(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza

sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos

deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS

Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui

geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm

(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem

com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que

combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc

articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente

sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos

de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA

Fonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12

Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria

a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera

Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente

com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem

e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que

possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como

demonstra a Figura 9

Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS

Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso

tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo

eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais

Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem

sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura

manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10

Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado

Fonte SENAI-RS

26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO

Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho

dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com

suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir

Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de

motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de

acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo

independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas

e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor

possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores

Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees

Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas

e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores

inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o

aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica

Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento

hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o

motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 10: 2.5 - Robótica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9

CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO

Quanto ao sistema de controle Remotamente operados

Autocircmatos

Quanto ao tipo de mobilidade Fixos

Moacuteveis

Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas

Robocirc de coordenadas esfeacutericas

Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem

Soldagem

Manipulaccedilatildeo

Inspeccedilatildeo

Pintura

Usinagem

Transporte

Quanto ao princiacutepio de

acionamento

Eleacutetricos

Pneumaacuteticos

Hidraacuteulicos

Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS

22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS

Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado

controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador

Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos

satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de

forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)

Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS

Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS

Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma

independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito

utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10

a)

b)

Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato

Fonte SENAI-RS

23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS

A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos

geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc

Opportunity que estaacute em Marte desde 2004

O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas

VOCEcircSABIA

Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em

montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por

meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria

como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou

espaccedilos confinados

24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA

A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas

o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute

composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute

nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo

permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se

torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses

dois tipos de estrutura

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11

base base

Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

a) b)

Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS

25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS

O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo

Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares

dependendo da sua aplicaccedilatildeo

Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos

em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano

permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z

Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou

manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente

satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)

Fonte SENAI-RS

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos

lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento

rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua

maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo

Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho

(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza

sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos

deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS

Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui

geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm

(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem

com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que

combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc

articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente

sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos

de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA

Fonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12

Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria

a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera

Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente

com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem

e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que

possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como

demonstra a Figura 9

Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS

Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso

tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo

eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais

Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem

sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura

manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10

Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado

Fonte SENAI-RS

26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO

Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho

dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com

suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir

Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de

motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de

acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo

independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas

e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor

possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores

Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees

Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas

e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores

inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o

aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica

Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento

hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o

motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

7232019 25 - Roboacutetica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 11: 2.5 - Robótica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10

a)

b)

Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato

Fonte SENAI-RS

23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS

A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos

geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc

Opportunity que estaacute em Marte desde 2004

O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas

VOCEcircSABIA

Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em

montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por

meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria

como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou

espaccedilos confinados

24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA

A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas

o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute

composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute

nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo

permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se

torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses

dois tipos de estrutura

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11

base base

Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

a) b)

Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS

25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS

O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo

Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares

dependendo da sua aplicaccedilatildeo

Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos

em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano

permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z

Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou

manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente

satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)

Fonte SENAI-RS

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos

lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento

rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua

maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo

Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho

(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza

sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos

deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS

Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui

geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm

(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem

com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que

combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc

articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente

sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos

de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA

Fonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12

Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria

a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera

Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente

com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem

e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que

possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como

demonstra a Figura 9

Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS

Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso

tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo

eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais

Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem

sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura

manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10

Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado

Fonte SENAI-RS

26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO

Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho

dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com

suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir

Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de

motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de

acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo

independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas

e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor

possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores

Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees

Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas

e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores

inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o

aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica

Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento

hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o

motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

7232019 25 - Roboacutetica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

7232019 25 - Roboacutetica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

7232019 25 - Roboacutetica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 12: 2.5 - Robótica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11

base base

Eixos em seacuterie

Eixos em paralelo

a) b)

Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS

25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS

O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo

Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares

dependendo da sua aplicaccedilatildeo

Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos

em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano

permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z

Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou

manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente

satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)

Fonte SENAI-RS

Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos

lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento

rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua

maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo

Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho

(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza

sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos

deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS

Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui

geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm

(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem

com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que

combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc

articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente

sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos

de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA

Fonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12

Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria

a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera

Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente

com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem

e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que

possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como

demonstra a Figura 9

Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS

Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso

tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo

eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais

Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem

sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura

manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10

Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado

Fonte SENAI-RS

26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO

Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho

dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com

suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir

Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de

motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de

acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo

independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas

e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor

possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores

Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees

Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas

e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores

inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o

aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica

Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento

hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o

motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 13: 2.5 - Robótica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12

Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria

a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera

Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente

com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem

e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que

possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como

demonstra a Figura 9

Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS

Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso

tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo

eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais

Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem

sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura

manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10

Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado

Fonte SENAI-RS

26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO

Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho

dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com

suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir

Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de

motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de

acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo

independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas

e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor

possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores

Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees

Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas

e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores

inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o

aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica

Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento

hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o

motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

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adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

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ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

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MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 14: 2.5 - Robótica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13

robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se

como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento

do braccedilo exigir um grande esforccedilo

No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da

repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo

CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO

Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado

Repetitividade Alta Baixa Alta

Velocidade Alta Alta Baixa

Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia

Forccedila Meacutedia Baixa Alta

Custo Meacutedio Baixo Alto

Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS

27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS

Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar

uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se

comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos

a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de

produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte

Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril

VOCEcircSABIA

Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute

frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente

satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses

robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em

alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa

aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

7232019 25 - Roboacutetica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

7232019 25 - Roboacutetica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

7232019 25 - Roboacutetica

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 15: 2.5 - Robótica

7232019 25 - Roboacutetica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14

Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS

Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da

matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a

garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo

Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir

movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem

que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento

Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente

empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima

em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em

operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em

ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo

da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada

Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas

construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de

elementos estranhos ou a falta de algum componente

Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com

caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada

necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo

de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo

adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar

informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado

produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria

automobiliacutestica (FIGURA 12)

Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS

Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam

de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns

desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando

que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

7232019 25 - Roboacutetica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 16: 2.5 - Robótica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15

Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de

usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo

de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em

aacuterea de trabalho

Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem

a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea

Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados

Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados

em centros de armazenamento automatizados

CASOS E RELATOS

Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva

Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito

inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de

precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos

hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por

incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas

e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior

5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em

qualquer processo de montagem

A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir

um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as

medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela

carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais

Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas

inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses

robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser

estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma

forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das

portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por

sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor

montagem entre os componentes

Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos

a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs

dos automoacuteveis

Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer

automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo

veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 17: 2.5 - Robótica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas

premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos

Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas

caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees

Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo

pintura e inspeccedilatildeo

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

7232019 25 - Roboacutetica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 18: 2.5 - Robótica

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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais

3

Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a

que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho

e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou

parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13

PUNHO

ANTEBRACcedilO

COTOVELO

BRACcedilO

OMBRO

BASE

Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013

Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica

mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees

geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas

entre elas destacamos

bull nuacutemero de eixos

bull graus de liberdade

bull interpolaccedilatildeo

bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)

bull velocidade

bull aceleraccedilatildeo

bull acuraacutecia

bull repetibilidadebull conectividade

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 19: 2.5 - Robótica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18

31 NUacuteMERO DE EIXOS

O nuacutemero de eixos eacute designado pela

quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir

seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser

apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da

base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea

maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer

movimento mesmo sendo linear e havendo controle

desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira

o exemplo na Figura 14

+ J1

J4

J3

+

J 7

J 5

+

+-

J2+

Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS

32 GRAUS DE LIBERDADE

Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas

divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus

de liberdade do espaccedilo de trabalho

Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de

graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a

garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade

do espaccedilo de trabalho

33 INTERPOLACcedilAtildeO

A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do

sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como

resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou

circular conforme ilustra a Figura 15

P1 - Movj

Tcp da tange

P3 - MovC

P2 - MovC

P4 - MovC

P5 - MovL

Tcp da

ferramenta

Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

7232019 25 - Roboacutetica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 20: 2.5 - Robótica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19

34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO

Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo

na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance

do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada

J2

J3

+ 1 3 5 deg

1 0 0 deg

+

R 2 1 9

7 4

R 3

0 8 4 2

7 3 4

6

57842 375295

108

115 57568

Point P

R15879

R 5 7 8 4 2

2 0 3

3 9 0 9

5

3 3 5

2 7 0

9 0

1 6 4 3

4

75

76

2 0 9 deg

R 3 0 8 4 2

80

1 2 0 deg

1 2 0 deg

J5

+

6 5

1 0 5

Workable space

defined by point P

Side Dimensions and Work Envelope

Point P

+

-

R 6 5 3

4 2

17 0 deg

170deg

R 2 3 3 7 9

1877

J1

+ +

5 9

5 1

J6 J4

360deg

6 7

7 9

+ +

190deg

Top Dimensions and Work Envelope

Workable space

defined by point P

Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014

35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA

Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de

suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo

que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado

sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada

e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)

dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de

aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga

suportada por um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Payload

Kg

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+ -

J2+

Kg

Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 21: 2.5 - Robótica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20

FIQUEALERTA

A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado

36 CONECTIVIDADE

Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo

de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura

de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais

recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que

dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa

Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional

para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326

SAIBA

MAIS

37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO

Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a

acuraacutecia e a repetitividade

A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue

desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc

consegue acelerar a ferramenta

A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar

em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de

reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor

Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo

de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos

atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

BAIXA

Acuraacutecia

BAIXA

Precisatildeo

ALTA

Acuraacutecia

ALTA

Precisatildeo

ALTA

Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 22: 2.5 - Robótica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21

Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda

com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de

controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs

cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos

erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior

repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave

precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto

por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros

38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS

Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade

como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim

como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam

o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia

Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em

que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de

um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute

uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees

estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem

desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja

executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias

que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo

liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo

se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem

ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo

externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia

A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc

J3

+

J2+

+ J1

J4

J3

+

J 5+

-

J2+

REDUTOR

MOTOR

FREIO

ENCODER

Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

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Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 23: 2.5 - Robótica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22

39 PARAcircMETROS DE COMANDO

Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por

um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir

bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo

ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de

comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se

programar um robocirc industrial

Figura 20 - Teach pendant

Fonte SENAI-RS

bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os

controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa

principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado

bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do

botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e

grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de

proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento

bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente

desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar

ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca

bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila

antipacircnico localizada geralmente na parte posterior

do teach pendant permitindo que o sistema seja

desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada

Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou

se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute

interrompido Por exemplo em um momento de

pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar

mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila

durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc

conforme ilustrado na Figura 21

Deadman switch

Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 24: 2.5 - Robótica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23

bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um

terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do

programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado

310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais

na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)

MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA

Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha

reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar

uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva

MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma

trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos

MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma

trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem

passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino

SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS

Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada

ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido

Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS

Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais

bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que

podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis

A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc

P2

P1

P3

P4

P5

Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 25: 2.5 - Robótica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24

Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar

o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo

Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na

Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo

ponto no espaccedilo

Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS

Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de

posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)

Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo

sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta

Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as

movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra

na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que

identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-

J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando

um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio

Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que

produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos

paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc

deve ser a referecircncia

Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os

movimentos sendo eles

bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-

bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-

Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia

do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta

Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+

pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de

ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute

para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc

conforme apresenta a Figura 24

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 26: 2.5 - Robótica

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25

J J

J

J

J

J J

J1+ 1-

J J J J3+

J J5+

3-

5-

2+ 2-

4+ 4-

JUNTAS

COORDENADAS

X+ X- x+ x-

Y+ Y- Y Y+ -

-Z + Z - z z+

Yf

Yf

f

f

X

f X

Z

f Z

+

+

+

+z

-Y

+ x + Y

- x

-Z+

Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS

Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual

o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a

velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo

Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma

trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria

dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza

curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas

construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos

lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7

movimentos

P1

0

P2

P3 P5P4

P7 P6

ORIGEM

programa

move_linear P1

move_joint P2

move_joint P3

move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7

Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27

RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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REFEREcircNCIAS

ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP

Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

Lidiane Marques Gomes

Normatizaccedilatildeo

Duploklick

Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical

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Page 27: 2.5 - Robótica

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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26

CASOS E RELATOS

Novo carro nova linha novo desafio

A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo

ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para

acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade

com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais

No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de

desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado

no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca

em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por

estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir

conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas

tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de

mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em

duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial

Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um

novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso

com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de

pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os

novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha

existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam

Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-

montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens

para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo

para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande

problema das montadoras mundiais

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RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

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Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

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Apoio agrave Normatizaccedilatildeo

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RECAPITULANDO

Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um

braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano

Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de

liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade

e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para

executar a programaccedilatildeo desses robocircs

Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica

em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais

utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial

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ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

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Fernando R G Schirmbeck

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Marcelo Luiz de Quadros

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Patricia C da S Rodrigues

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ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww

adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014

ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004

ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts

Adelaide University of Adelaide 2014

CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel

em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014

DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-

geologygt Acesso em 08 dez 2014

MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004

SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww

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Felipe Esteves Pinto Morgado

Gerente Executivo

Nathaacutelia Falcatildeo Mendes

Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente

SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

Claiton Oliveira da Costa

Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional

Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

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Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

Roberta Triaca

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Felipe Esteves Pinto Morgado

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SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL

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Fernando R G Schirmbeck

Coordenaccedilatildeo Teacutecnica

Marcelo Luiz de Quadros

Elaboraccedilatildeo

Joatildeo Charles dos Santos

Revisatildeo Teacutecnica

Enrique S Blanco

Patricia C da S Rodrigues

Design Educacional

Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte

Baacuterbara Polidori Backes

Editoraccedilatildeo

Camila J S Machado

Ilustraccedilotildees

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Lidiane Marques Gomes

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