Robótica e Automação

Robótica

Ramo da tecnologia que estuda o

“design, construção e uso de máquinas

(robôs)para executar tarefas tradicionalmente

feitas por seres humanos”

Encyclopædia Britannica

Robô

“Máquina formada por um mecanismo,incluindo diversos graus de liberdade,

na maioria das vezes tendo a aparência de um ou diversos braços terminando

num pulso capaz de segurar ferramentas, peças ou dispositivos.”

ISO 9283(1998)

AutômatoMáquina, aparelho ou dispositivo que executa certos trabalhos ou funções,

comumente efetuados por uma pessoa.

Robótica x Automação

Automação é a tecnologia que se preocupa com o uso de sistemas

mecânicos/elétricos/computacionais para controlar um processo de

produção

História· 350 a.C: O matemático grego Arquitas

cria “OPombo”, pássaro de madeira movido a vapor

· Século XVIII: Jacques de Vancanson cria o andróide flautista e “O Pato”, pato mecânico que come e defeca, entre outros organismos mecânicos

Em 1954, George Devol cria a patente de um equipamento chamado “Programmed Article Transfer”(Máquina de Transferência Programada),a qual sua principal função era a transferência de objetos de um ponto a outro.

Em 1956 George Devol e Joseph Engelberger formam a primeira empresa de robôs industriais chamada UNIMATION.

Em 1961 o primeiro produto da UNIMATION chamada “Unimate” foi instalada na planta da GM em Trenton,New Jersey.

Evolução da Robótica

Em 1969 Victor Scheinman inventou na Universidade de Stanford, um robô articulado de 6 eixos,que ficou conhecido como braço de Stanford.

Isto permitiu que o robô fosse capaz de aplicações mais sofisticadas como montagem e soldagem.

Sheinman vendeu seus projetos para a Unimation, a qual o desenvolveu com o auxílio da GM e posteriormente o comercializou como a Máquina Programável Universal para Montagem(PUMA).

Em 1973 a empresa “KUKA Robotics” constroi seu primeiro robô articulado de 6 eixos conhecido como “FAMULUS”

Em 1974 a empresa “Cincinnati Milacron” introduz o primeiro robô industrial controlado por computador que move objetos em uma linha de montagem denominado T3(The Tomorrow Tool).

As três leis da robótica❖ 1ª Lei: Um robô não pode ferir um ser humano ou,

por inação, permitir que um ser humano sofra

algum mal.

❖ 2ª Lei: Um robô deve obedecer as ordens que lhe

sejam dadas por seres humanos exceto nos casos

em que tais ordens entrem em conflito com a

Primeira Lei.

❖ 3ª Lei: Um robô deve proteger sua própria

existência desde que tal proteção não entre em

conflito com a Primeira ou Segunda Leis.

Gerações da Robótica

❖ Primeira Geração

➢ Robôs Manipuladores

❖ Segunda Geração

➢ Robôs Perceptivos

❖ Terceira Geração

➢ Robôs Adaptativos e Inteligentes (IA)

Primeira Geração

Joseph Engelberger cria em 1960 o Unimate(foto) e inaugura a robótica industrial.

Segunda Geração

Hilare – 1977

O Hilare era capaz de andar em ambientes comobstáculos parcialmente conhecidos.

Terceira GeraçãoAIBO, o cão robô criado em 1999 pela Sony, que não só interage com o dono como também aprende com ele.

Robótica Industrial

-Um robô industrial se trata de um braço mecânico motorizado e programável que apresenta características antropomórficas.

-O computador guarda em sua memória um programa que detalha quais movimentos devem ser feitos.

ISO 9283

-É o padrão usado atualmente pela indústria.Visa facilitar o entendimento entre usuários efabricantes.

-Define características de funcionamento de um robô.Recomenda como realizar 14 testes paraverificar se o robô obedece a especificação.

Conceituação da Robótica Industrial

-Classificação de um Sistema Automatizado-Automação Rígida: Máquinas não reprogramáveis.

-Automação Flexível: Máquinas reprogramáveis.

-Funcionalidades e Habilidades de um Robô-Robôs de Primeira Geração: Incapazes de obter qualquer informação sobre o meio.

-Robôs de Segunda Geração: Capazes de se comunicar com o ambiente através sistemas de sensoriamento e identificação.

Vantagens da Robótica Industrial

-Aumento na produtividade e na rentabiliadade.

-Melhoria da qualidade devido a padronização de produtos.

-Evita desperdícios e refugos.

Menor demanda de mão-de-obra especializada.

-Operação em ambientes difíceis e perigosos.

-Operação de tarefas repetitivas e desagradáveis para o ser humano.

Tempos Modernos do cineasta Charles Chaplin

- Capacidade de trabalho por longos períodos sem interrupção.

Vida Útil = 6 Anos Trabalho = 22 Horas/DiaDias = 7 dias da SemanaValor Unico = US$ 17 mil

Vida Útil = 30 Anos Trabalho = 8 Horas/Dia

Dias = 5 dias da SemanaValor Anual = US$ 13 mil

48 Mil Horas de Trabalho

48 Mil Horas de Trabalho

OBS:Estudo conduzido no Japão em 1983 referente ao ano de 1981;

Desvantagens da Robótica Industrial

-Decréscimo do nível de emprego nas atividades industriais.

-Robôs substituem dezenas ou até centenas de homens em uma linha de produção.

-A OIT(Organização Internacional do Trabalho) recomenda que para reduzir as altas taxas de desemprego é necessário a:

-Redução da jornada de trabalho para 30 horas semanais

-Criação de empregos no setor de serviços sociais como saúde e educação.

Mercado da Robótica Industrial-Por muito tempo o único concorrente da Unimation foi a Cincinnati Milacron.

-Durante os anos 70,o Japão se recusou a seguir as leis de patentes internacionais permitindo que um grande número de empresas japonesas copiassem as patentes americanas e iniciassem a produção de robôs industriais similares.

-O interese em robótica industrial cresceu no final dos anos 70 e muitas empresas americanas resolveram entrar nesse campo.

-As grandes General Eletric e General Motors se associaram com a japonesa FANUC Robotics.

-Em 1984, a Unimation foi adiquirida pela Westinghouse Eletric Coorporation por 107 milhões de doláres.

-Em 1988 a Unimation foi vendida para a francesa Staubli Faverges SCA.

-Atualmente, as empresas mais importantes no mercado mundial são: Adept Technology, Staubli-Unimation, ABB Asea Brown Boveri e a KUKA RObotics.

-No mercado brasileiro as principais marcas utilizadas são a FANUC , ABB e a KUKA .

-Multinacional com sede em Oshinono Japão.

-Abreviatura de Fujitsu Automated Numerical Control.

-18% do Mercado Brasileiro.

Principais Marcas Utilizadas no Mercado Brasileiro

-Multinacional com sede em Zurique na Suiça.

-A ABB resulta da fusão em 1988 de duas grandes empresas: a sueca Asea e a suíça Brown Boveri.

-33% do Mercado Brasileiro.

ABB

-Multinacional com sede em Augsburgo na Alemanha.

-Seus fundadores são Keller e Knappich.

-O nome da empresa KUKA é uma abreviatura de Keller und Knappich Augsburg.

-13% do Mercado Brasileiro.

KUKA

Robôs nas Indústrias

-Em 2001-756 mil robôs industriais no mundo360 mil no Japão99 mil na Alemanha

-Em 2005-900 mil robôs industriais373 mil no Japão139 mil na América do Norte297 mil na Europa2,6 MIL UNIDADES NO BRASIL

Dados da Federação Internacional de Robótica

Overview Mundial

❖ Mecatrônica e Automação;❖ Muitas empresas possuem profissionais

de automação;❖ Automação é utilizada para melhorar a

produtividade, reduzir custos de produção, garantir o bom funcionamento dos processos, aumentar o conforto e/ou a segurança etc.

Mercado de Automação

❖ Testar, substituir, reparar e calibrar instrumentos;❖ Fazer integração de protocolos, redes de

comunicação, interfaces e instrumentos digitais;

❖ Sintonizar malhas de controle;❖ Executar e avaliar a manutenção

preventiva e corretiva;❖ Otimizar sistemas elétricos e de

automação e controle de processos;❖ Reparar circuitos de comandos de força em

painéis elétricos de baixa tensão;❖ Aplicar normas de segurança, de meio

ambiente e de saúde no trabalho;

Exemplos de atividades

TSA – automação industrial;

Insaut – automação industrial;

Stanza Tecnologica – automação residencial;

MTS Engenharia – automotiva, agrícola e industrial;

Automatica Tecnologia – desenvolvimento de máquinas para automação;

InTechno – desenvolvimento de kits didáticos e automação industrial;

Imatic – soluções de visão computacional.

Maiores contratadores regionais

O mercado seleciona profissionais por:❖Formação❖Relacionamento: capacidade

de trabalhar em equipe;❖Experiência;❖Indicação: mantenha bom

relacionamento com seus colegas

Como entrar no mercado?

Aplicações

Como eles funcionam

Memória para armazenar os programas

Circuitos integrados

Sensores

Unidade de comunicação controlada por um humano

Sensores

Segurança

Proximidade

Temperatura

Posicionamento

Seleção de material

Circuitos integrados

Redução de custos

Maior velocidade de trabalho

Menor consumo de energia

Redução de erros

Confiabilidade

Simplifica a produção industrial

TIPOS DE ROBÔS INDUSTRIAIS

ROBÔ DE COORDENAS CARTESIANAS

ROBÔ DE COORDENADAS CILINDRICAS

ROBÔ DE COORDENAS POLARES

ROBÔ DE COORDENADAS DE REVOLUÇÃO

ROBÔ SCARA

Inteligência Artificial

Parte das Ciências da Computação que busca simular ou emular o comportamento humano inteligente em termos de processos computacionais. [Schalkoff, 1990]

Classificação [Russel & Norvig 1995]

Classificação dos Sistemas Inteligentes

Computação convencional Inteligência Artificial

numérica simbólica

procedural declarativa

algorítmica heurística

Diferenças da Computação Convencional

46

-Engenharia, robótica, matemática;-Aeroespacial, militar;-Indústria;-Telecomunicações;-Arquitetura, direito, comércio, finanças, bolsa de valores;-Medicina, biologia (biologia molecular - bioinformática);-Educação, jogos/entretenimento, literatura;-Gestão da informação, interface humano/máquina;-Produção agropecuária.

Aplicações de Inteligência Artificial

Domótica DIY

Robótica

Domus

Doit Yourself

Soluções DIY-Mais baratas;

-Educativas;

-Não são estáveis;

-Adaptadasaos casos de utilização;

-Limitadas pelo conhecimento de

quemas desenvolve;

-Crescem à medida das necessidades.

Objetivos-Melhorar bem-estar

Temperatura, luz…

-Facilitar processos; -

Alarmística

Materiais comuns

MicrocontroladorSensores eatuadores

RádioUSBPower

Oubaterias

RF24Network

Exemplo

Robótica EducacionalPor ter um caráter multi disciplinar

(eletrônica, mecânica e computação) a robótica é usada como ferramenta de aprendizado

Objetivos

Promover o estudo de conceitos multidisciplinares, como física, matemática, geografia, informática, etc.

Estimular a criatividade, raciocínio lógico e trabalho em equipe.

Noções básicas de programação.

Robótica e a Interdisciplinaridade

Trabalha-se conceitos de muitas outras disciplinas, em prol de um único objetivo.

Pela superação dos problemas e desafios, é que se consegue o objetivo maior: O APRENDIZADO.

Um meio de motivar o aluno, demonstrando na prática alguns conceitos da física, matemática que são de difícil compreensão.

Passagem de Vídeo 01.

Robótica Educativa

Nível de retenção do conhecimento

(Cook, J. nd Cook, L. "How technology enhances the quality of student learning". Quality Progress)

Benefícios

A robótica educativa ajuda o aluno a:

Aplicar conhecimentos de outras disciplinas, como física, matemática, computação, etc;Aprender a estabelecer planos de trabalho;

Utilizar os conceitos aprendidos nas outras áreas para desenvolver os próprios projetos;

Garantir que o próprio aluno seja capaz de avaliar seu desempenho;

Benefícios

Promover atividades que gerem a cooperação em trabalhos de grupo;

Estimular o crescimento individual através da troca de projetos e ideias;Desenvolver o senso de responsabilidade e despertar a

curiosidade deles perante novas ideias;

Desenvolver a confiança e auto-estima;

Desenvolver outras habilidades, ao apresentar situações que desafiem o raciocínio;

Benefícios

Enfrentar situações que exigem tomada de decisões;

Planejar atividades, desenvolvê-las e avaliar o resultado final;

Ter responsabilidade com materiais de uso comum;

Praticar a reciclagem de materiais;

Aprender a trabalhar com diferentes ferramentas (martelo, soldas, etc).

Materiais de ensino

Modelix:

Kit composto de lâminas furadas de diversas formas, que permitem encaixes exatos, mini ferramentas para montar, porcas, parafusos, engrenagens, eixos, polias;

É adequado para trabalhar também com sucata como material complementar à montagem;

Ideal para ser usado com alunos maiores de 10 anos estimulando a coordenação motora, o pensamento e a concentração;

Materiais de ensino

Lego:

Os kits contem além das peças encontradas em qualquer conjunto de Lego, peças que permitem a construção de mecanismos simples tais como engrenagens, eixos, polias, motores, sensores e luzes.

Ideal para introdução de mecanismos com crianças da escola Infantil e Ensino Fundamental;

Não requer experiência em tecnologia;

Desenvolvimento apropriado para a idade crianças a partir de 5 até 8 anos (LEGO-DUPLO) e acima tem kits para construções específicas e o Lego Mindstorm.

Material mais conhecido, porém muito caro.

Materiais de ensino

Fishertechnik:

Kits didáticos composto por peças plásticas flexíveis além de motores, lâmpadas, sensores e placas para trabalho com energia solar.

Devido a seu método de encaixe a sugestão é de que seja utilizado com crianças a partir de 10 anos.

As montagens têm uma resistência maior a quedas;

Materiais de ensino

Tabela comparativa:

Dificuldades

Realidade brasileira

Alto custo

Sensores em torno de 200 reais Jogo completo por 1200 reais Mas existem iniciativas com SL, e uso de sucata eletrônica.

Aprendizado delicado

Capacitação de professores

Casos de uso

Exposição marca 50 anos da Sociesc em Joinville

Robôs feito de sucata

Combate entre robôs

Invenções gerais (energia

gerada pelo movimento de uma bicicleta, kart movido a energia elétrica, projeto de energia solar)