introdução à robótica industrial

IntroduIntroduçãoção à à RobóticaRobótica IndustrialIndustrial

Prof. Dr. Carlo Prof. Dr. Carlo PecePeceTransparênciasTransparências adaptadasadaptadas de material de material fornecidofornecido pelopelo profprof. . WindersonWinderson E. dos SantosE. dos Santos

Introdução à robótica industrialIntrodução à robótica industrial 22

HistóricoHistórico

Revolução Industrial Revolução Industrial → Automação→ Automação Karel Capek (1921) Karel Capek (1921) –– robotarobota Isaac AssimovIsaac Assimov Teleoperador mestreTeleoperador mestre--escravoescravo George Devol & Joe EngelbergerGeorge Devol & Joe Engelberger Unimation Inc. Unimation Inc. → Unimate (1961)→ Unimate (1961)


Avanços tecnológicosAvanços tecnológicos 74: Acionamentos elétricos eficazes74: Acionamentos elétricos eficazes 74: Controle micro74: Controle micro--processadoprocessado 82: Interpolações cartesianas82: Interpolações cartesianas 82: Comunicação via computador82: Comunicação via computador 82: Uso de 82: Uso de JoyJoy--StickStick 82: Programação por menus82: Programação por menus 84: Sistema de visão84: Sistema de visão 86: Controle digital86: Controle digital 86: Acionamentos em CA86: Acionamentos em CA 90: Interconexão em redes90: Interconexão em redes 91: Controle digital de torque91: Controle digital de torque 94: Modelo dinâmico completo94: Modelo dinâmico completo 94: Interface Windows94: Interface Windows 94: Simulação em robôs virtuais94: Simulação em robôs virtuais 94: Uso de 94: Uso de fieldbusfieldbus 96: Cooperação entre robôs96: Cooperação entre robôs 98: Sistemas de detecção de colisões98: Sistemas de detecção de colisões 98: Identificação de objetos98: Identificação de objetos 98: Movimentação em alta velocidade98: Movimentação em alta velocidade


EstadoEstado--dada--artearteRepetibilidade Até 0.003 mm (0.1mm usualmente)

Velocidade Até 5 m/s

Aceleração Até 25 m/s2

Carga admissível A partir de 2 a 3 kg até limites ~ 350kg

Relação Peso/Carga Em torno de 30 a 40

Número de eixos 6

Comunicação Profibus, Ethernet, canais seriais

Capacidades de E/S Similares a um PLC para sinais A/D

* Fonte: Welding 2001, International Workshop on Robotic Welding Systems and Process Monitoring, Portugal

ResoluçãoRepetibilidade

Precisão


Objetivos de uso de um Objetivos de uso de um robô na indústriarobô na indústria Reduzir custosReduzir custos

Diminui de número de pessoasDiminui de número de pessoas Aumento da produtividadeAumento da produtividade Melhor utilização da matéria primaMelhor utilização da matéria prima Economia de energiaEconomia de energia

Melhorar condições de trabalhoMelhorar condições de trabalho Melhorar a qualidade do produtoMelhorar a qualidade do produto Realizar atividades manuais impossíveis Realizar atividades manuais impossíveis

Montagem de peças em miniaturaMontagem de peças em miniatura Coordenação de movimentos complexosCoordenação de movimentos complexos Atividades muito rápidasAtividades muito rápidas


Definição de robô Definição de robô industrialindustrial “Máquina manipuladora , com vários “Máquina manipuladora , com vários

graus de liberdade, controlada graus de liberdade, controlada automaticamente, reprogramável, automaticamente, reprogramável, multifuncional, que pode ter base fixa ou multifuncional, que pode ter base fixa ou móvel para utilização em aplicações de móvel para utilização em aplicações de automação industrial” automação industrial” (Norma ISO 10218)(Norma ISO 10218)


Componentes de um robôComponentes de um robô ManipuladorManipulador AtuadoresAtuadores SensoresSensores Unidade de Unidade de

ControleControle Unidade de Unidade de

PotênciaPotência EfetuadorEfetuador


Tipos de juntas Tipos de juntas

Junta prismáticaJunta prismática Junta de rotaçãoJunta de rotação Junta esféricaJunta esférica

O número de articulações em um braço do robô é também referenciado como grau de liberdade. A maioria dos robôs têm entre 4 e 6 graus de liberdade. Já o homem, do ombro até o pulso, tem sete graus de liberdade!


Classificação de robôs Classificação de robôs pela estrutura mecânicapela estrutura mecânica De cadeia cinemática abertaDe cadeia cinemática aberta Robô CartesianosRobô Cartesianos Robô CilíndricosRobô Cilíndricos Robô EsféricosRobô Esféricos Robô SCARARobô SCARA Robô AntropomórficoRobô Antropomórfico

De cadeia cinemática fechadaDe cadeia cinemática fechada Robô ParaleloRobô Paralelo


Robô CartesianoRobô Cartesiano

Três juntas prismáticas (PPP)Três juntas prismáticas (PPP) Alta rigidezAlta rigidez Pouca habilidade de posicionamentoPouca habilidade de posicionamento Aplicável principalmente em sistemas Aplicável principalmente em sistemas

para manipulação e movimentaçãopara manipulação e movimentação Tipicamente com atuadores eletroTipicamente com atuadores eletro--

magnéticos (em alguns casos também magnéticos (em alguns casos também encontrados com pneumáticosencontrados com pneumáticos))


Robô CilíndricoRobô Cilíndrico

Duas juntas prismáticas e uma junta de Duas juntas prismáticas e uma junta de rotação (RPP)rotação (RPP) Menor rigidez radialMenor rigidez radial Bom acesso em cavidades horizontaisBom acesso em cavidades horizontais Apresenta menor resolução de Apresenta menor resolução de

posicionamento na direção horizontalposicionamento na direção horizontal Em geral com atuadores hidráulicosEm geral com atuadores hidráulicos


Robô EsféricoRobô Esférico Uma junta Uma junta prismáticaprismática e e duasduas juntas de juntas de rotaçãorotação

(PRR)(PRR) PoucaPouca rigidezrigidez radialradial Apresentam menor resolução de Apresentam menor resolução de

posicionamento ao longo do eixo radialposicionamento ao longo do eixo radial amplamente usado em operações junto a amplamente usado em operações junto a

centros de usinagem centros de usinagem Normalmente empregamNormalmente empregam--se acionamentos se acionamentos

elétricoselétricos EstruturaEstrutura empregadaempregada no no primeiroprimeiro robôrobô


Robô SCARARobô SCARA Duas juntas de rotação e uma junta prismática Duas juntas de rotação e uma junta prismática

(RRP)(RRP) Selective Compliance Assembly Robot Arm Selective Compliance Assembly Robot Arm

((alta rigidez para cargas verticais enquanto alta rigidez para cargas verticais enquanto para cargas horizontais a rigidez é baixa)para cargas horizontais a rigidez é baixa)

UtilizaUtiliza--se esta estrutura para manipulação de se esta estrutura para manipulação de pequenos objetospequenos objetos

Seus acionamentos são tipicamente de Seus acionamentos são tipicamente de natureza elétricanatureza elétrica


Robô AntropomórficoRobô Antropomórfico

Tres juntas rotacionais (RRR)Tres juntas rotacionais (RRR) Menor rigidez dentre as estruturasMenor rigidez dentre as estruturas Resolução de posicionamento variável no espaço Resolução de posicionamento variável no espaço

de trabalhode trabalho Maior grau de habilidadeMaior grau de habilidade Na grande maioria dos casos são empregados Na grande maioria dos casos são empregados

acionamentos de natureza elétricaacionamentos de natureza elétrica


Robô ParaleloRobô Paralelo

Configuração tipo plataformaConfiguração tipo plataforma Altíssimo grau de rigidezAltíssimo grau de rigidez Volume de trabalho aprox. semiVolume de trabalho aprox. semi--esféricoesférico Muito empregado para operações de usinagemMuito empregado para operações de usinagem


Outras classificaçõesOutras classificações

Geração tecnológicaGeração tecnológica Seqüência fixaSeqüência fixa Atuação em ambientes não estruturadosAtuação em ambientes não estruturados Inteligência artificialInteligência artificial

Participação de operadores humanosParticipação de operadores humanos Ambientes estruturadosAmbientes estruturados Ambientes não estruturadosAmbientes não estruturados

Pelo tipo de acionamento (elétrico, hidráulico Pelo tipo de acionamento (elétrico, hidráulico ou pneumático)ou pneumático)

Pelo tipo de transmissão (direta ou indireta)Pelo tipo de transmissão (direta ou indireta)


EfetuadorEfetuador Ferramentas especiaisFerramentas especiais Porta eletrodosPorta eletrodos Pistola de aspersão ou pinturaPistola de aspersão ou pintura Tocha para soldagemTocha para soldagem Dispositivo de corte/soldagem a plasma/laserDispositivo de corte/soldagem a plasma/laser Pinças p/ soldagem a pontoPinças p/ soldagem a ponto Porta reboloPorta rebolo Maçarico para corte oxiacetilênicoMaçarico para corte oxiacetilênico Pistola para corte/limpeza por jato de águaPistola para corte/limpeza por jato de água

Garras mecânicasGarras mecânicas


GarrasGarras MecânicasMecânicas

AnalogiaAnalogia com a com a mãomão humanahumana SeisSeis modosmodos de de preensãopreensão A A mãomão humanahumana tem 22 tem 22 grausgraus de de liberdadeliberdade

TiposTipos de de garrasgarras industriaisindustriais DoisDois dedosdedos ((rígidosrígidos ouou flexíveisflexíveis)) TresTres dedosdedos Com Com ventosasventosas


Aplicações de robôs na Aplicações de robôs na indústriaindústria

MovimentaçãoMovimentação Transporte, carga(descarga), paletizaçãoTransporte, carga(descarga), paletização

ProcessamentoProcessamento Soldagem, fixação, pintura, montagem, Soldagem, fixação, pintura, montagem,

limpeza, corte, empacotamento, etclimpeza, corte, empacotamento, etc Controle de qualidadeControle de qualidade Inspeção, localização de contornos, Inspeção, localização de contornos,

detecção de falhas,etc.detecção de falhas,etc.


Projeto de robôsProjeto de robôs Conhecimentos envolvidosConhecimentos envolvidos

Eng. mecânicaEng. mecânica Eng. elétricaEng. elétrica Teoria de controleTeoria de controle Ciência da computaçãoCiência da computação

Problemas a serem solucionadosProblemas a serem solucionados Dimensionamentos e cálculos estruturaisDimensionamentos e cálculos estruturais Fabricação e montagem de peças de precisãoFabricação e montagem de peças de precisão Planificação de movimentosPlanificação de movimentos Simulação e modelagemSimulação e modelagem Técnicas de programaçãoTécnicas de programação Testes de desempenhoTestes de desempenho

introdução à robótica industrial

Documents