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SENAI - Robtica Industrial

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INFORMAES IMPORTANTES

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Implantao de Robs IndustriaisA maior parte das dificuldades da utilizao de robs industriais advm do pouco conhecimento da terminologia dos computadores e da robtica, que descreve as funes do sistema de controle e dos diversos parmetros operacionais dos equipamentos Atualmente, em nosso pas, a tecnologia da robtica pouco conhecida. O significado do termo "rob" ainda se prende ao da fico cientfica. Esta situao cultural causa alguns obstculos na implantao de robs. Na realidade, o mais simples rob imaginado pelos escritores de fico cientfica possui caractersticas e capacidades bastante superiores e at mesmo impossveis de serem conseguidas com a mais avanada tcnica atual de construo de robs industriais. O mais avanado rob industrial existente hoje seria uma enorme decepo para um leigo no assunto, e depois que lhe fosse explicado que aquela mquina, totalmente diferente da imagem de um homem mecnico, o chamado rob industrial, certamente o acharia medocre, desajeitado e incapaz. Porm, apesar das limitaes atuais dos robs industriais, eles j desempenham um papel relevante nos processos industriais realizando trabalhos de colagem, soldagem, pintura e at mesmo servios de montagem mecnica. A necessidade da adoo de processos e sistemas de automatizao da manufatura pela indstria brasileira considerada essencial, e para que isso ocorra, mantendo-se o bom relacionamento entre administrao e empregados, torna-se importante saber que: O verdadeiro papel a ser desempenhado pelos robs nas prximas dcadas de auxiliar o homem, liberando-o de trabalhos que no so prprios para serem humanos, seja devido periculosidade da tarefa ou limitaes dos seres humanos para execut-lo, seja devido falta de atributos necessrios para torn-lo interessante para a mente humana.

Componentes bsicos do rob industrial Todos os robs industriais tm elementos bsicos que permitem a programabilidade e versatilidade do equipamento. Um rob industrial pode ser representado pelo diagrama de blocos. Apesar de compartilharem de elementos bsicos comuns, os robs industriais, dependendo do universo de aplicao para os quais foram construdos, diferem enormemente uns dos outros segundo sua cinemtica, seus tipos de acionamento, seus sistemas de controle e seus sensores. Grande parte da dificuldade em entender o rob e suas especificaes advm do pouco conhecimento da terminologia, dos computadores e da robtica. Esses termos, em geral, descrevem as funes do sistema de controle e dos diversos parmetros operacionais do rob. Ao se especificar um equipamento convencional como, por exemplo, um torno, os tcnicos conhecem quais caractersticas operacionais exigir do fornecedor; porm, hoje, no nosso pas, ainda so pouco conhecidos os parmetros operacionais dos robs industriais. As principais caractersticas a serem observadas na aquisio de robs industriais esto comentadas a seguir: Espao de trabalho: O conjunto de pontos atingidos pelo rob quando ele passa por todas as suas combinaes geomtricas possveis. Este espao de trabalho funo de grandeza geomtrica do rob e dos graus de liberdade

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que ele possui. Peso do rob: Como o nome diz, quanto o rob pesa, variando desde alguns quilos at algumas toneladas para os vrios tipos de robs encontrados no mercado. Capacidade de carga: a massa mxima que o rob consegue manipular mantendo as suas especificaes. Para os robs atuais esta capacidade de carga varia desde alguns gramas at aproximadamente 500kg, dependendo do rob. Convm salientar que no uso do rob para manipulao de peas na capacidade de carga deve ser considerada a massa da garra mais a massa da pea. Velocidade: Pode ser definida como a velocidade mxima que um rob consegue ao deslocar a sua garra de um ponto para outro. Este parmetro depende muito da estrutura mecnica do rob, de seus acionadores e sistemas de controle e da carga transportada, atingindo valores de at 270 graus por segundo para movimentos rotacionais e de at 3 metros por segundo para movimentos translacionais. Resoluo: o intervalo entre dois pontos adjacentes do volume de trabalho que podem ser distinguidos um do outro pelo sistema de controle do rob. A resoluo normalmente dependente da capacidade de carga do rob, variando desde alguns milmetros at alguns centsimos de milmetros para os mais precisos. Repetibilidade e preciso: Repetibilidade e preciso so dois termos que as especificaes freqentemente empregam de modo incorreto. Repetibilidade o campo dentro do qual o rob ir terminar um movimento; preciso o desvio entre a posio-objetivo e a repetibilidade mdia (conceitos corretos destes termos).

Figura 1

Componentes Este conjunto composto de engrenagens, elementos de transmisso e acionadores, possuindo graus de liberdade suficientes para a execuo das tarefas destinadas ao rob. A garra o dispositivo responsvel

Manipulador com garra e acionadores

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pela execuo do trabalho. Fonte de potncia Fornece a energia na forma adequada para os acionadores do rob. responsvel pela coordenao e execuo das funes a serem desempenhadas pelo rob. o meio de armazenamento utilizado pelo controlador para guardar programas de novas tarefas ou, a partir de programas anteriormente guardados, executar uma tarefa j aprendida. Uma unidade de entrada e sada com funes tais que facilitem a programao do rob por um operador. So dispositivos e funes que permitem a coordenao das aes do rob com mquinas e/ou eventos externos. Conjunto de sensores que permite ao rob reconhecer mudanas de condies no seu ambiente de trabalho.

Controlador

Memria de tarefa

Dispositivo de programao de tarefa

Dispositivos de sincronizao

Sistema sensorial

Se o alvo (Figura 2) o crculo central (C.C.) ento o grfico mostra boa preciso e repetibilidade, uma vez que os posicionamentos esto todos agrupados no alvo. No grfico do meio, o resultado agrupado mostra uma boa repetibilidade, mas o desvio bruto (em relao ao C.C.) revela uma preciso baixa. O grfico da direita apresenta posicionamentos agrupados frouxamente em torno de todo o alvo, o que quer dizer alta preciso mas baixa repetibilidade. As trs ilustraes mostram as curvas de distribuio dos pontos acessados para os trs grficos. Os sistemas de controle dos robs industriais variam desde simples seqenciadores mecnicos at computadores de grande porte, passando por seqenciadores eletromecnicos, eletrnicos, controladores lgicos programveis, microcomputadores, computadores e sistemas distribudos de micro-computadores. As potencialidades de um rob industrial determinam e so determinados pela complexidade do seu sistema de controle. Funes inerentes a todos os sistemas de controle de robs so: Permitir a programao ("memorizao") de uma determinada tarefa. A partir de dados armazenados na memria de tarefa e de sinais vindos de dispositivos de realimentao localizados no rob, controlar a trajetria do manipulador de maneira a que ele realize a tarefa programada. A capacidade de memria, ou capacidade de armazenamento, descrita de tantas maneiras quantos tipos de memria existam. O mais simples, indicar o nmero de passos ou movimentos que o programa para um rob possa ter. Comunicar-se com dispositivos externos (outras mquinas, sensores, etc.) de forma a sincronizar a execuo da tarefa com eventos externos e/ou alterar a execuo da tarefa de forma a adapt-la a modificaes previsveis no ambiente de trabalho do rob. A comunicao com dispositivos externos feita atravs de canais de entrada e sada. Sada: o termo que descreve a emisso de um sinal para outra mquina ou sistema de controle. habitualmente expresso pelo nmero de sadas que implica no nmero de linhas de sinal independentes disponveis para a transmisso dos sinais do rob para um dispositivo externo. Podem ser sadas analgicas ou digitais. Entrada: Esse termo descreve a recepo de um sinal pelo rob de uma outra

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mquina ou controle. usualmente expresso como o nmero de entradas, o que implica no nmero de linhas de sinal independentes disponveis para receber sinais de uma fonte externa. Estas podem ser digitais analgicas para uso de sensores.

Figura 2

Estas funes variam enormemente quanto complexidade na implementao de cada rob, sendo elas as funes da gama de atividades previstas para aquele rob. A programao, o controle de trajetrias e a comunicao com o ambiente externo, embora podendo ser consideradas funes separadas do sistema de controle, esto ligadas de maneira proporcional complexidade deste sistema, isto , quanto mais complexo o sistema de controle, mais complexa a programao da tarefa, o controle de trajetria e a interao com o ambiente externo (complexa no no sentido de complicada mas sim no de diversidade de funes executveis). A opo pela implantao de robs industriais deve ser adotada aps anlise criteriosa de todo o processo a ser automatizado. Para uma dada tarefa, os robs so mais lentos, tanto em relao a automao rgida quanto aos seres humanos. No final de uma jornada de trabalho, dadas as variaes no desempenho humano, o rob normalmente mais produtivo que estes. O tempo dispendido por um rob para executar uma tarefa funo da extenso do movimento, do nmero de eixos envolvidos e da configurao do rob. Ainda que os robs tenham velocidades mximas definidas, eles tm de ser acelerados at atingirem essas velocidades. Se os movimentos so curtos, ento a velocidade atingida menor que a mxima. Alm disso, uma vez que cada movimento requer que o rob seja acelerado e desacelerado, a velocidade mdia para aquele movimento muito menor que a mxima especificada. Se um movimento envolve mais de um eixo, a velocidade resultante ser, mais uma vez, diferente. A velocidade expressa nas especificaes do rob deve, portanto, ser utilizada como um indicador de que um rob mais rpido do que outro na execuo de uma determinada ao simples. A seleo de um rob, de preferncia a outro, para uma tarefa determinada um procedimento multifacetado, envolvendo muitos fatores inter-relacionados.

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O primeiro passo a ser executado pelo analista a descrio da tarefa a ser automatizada com comentrios sobre as tolerncias envolvidas no processo. Aps a descrio da tarefa, deve-se analisar os perifricos necessrios para a realizao desta, como por exemplo: esteiras transportadoras, sensores, dispositivos de fixao e outros. Apresentamos a seguir os pontos orientativos para a anlise do empregado de robs industriais. Descrio da tarefa a ser executada pelo rob Atravs desta descrio obtm-se algumas caractersticas a serem requeridas ao rob industrial. Dados tcnicos Anlise das caractersticas fsicas das peas (dimenso, peso, forma); produo requerida pelo processo (tamanho do lote); turnos de operao do sistema (determinar a produo requerida por hora). Anlise do "layout" do sistema Esta anlise auxilia a determinao da cinemtica, bem como o espao de trabalho do rob. Perifricos No caso de movimentao da pea, executar pr-estudo da garra (forma, peso, acionamento); descrio do dispositivo de fixao da pea, analisar o sistema de carga/descarga do sistema (automtico ou manual). Sensoreamento do processo O uso de sensores possibilita ao rob adaptar-se a mudanas do ambiente de trabalho. Exemplo, podemos analisar o caso de falha no sistema de alimentao do local de trabalho do rob, caso no haja um sensor da pea o rob executar toda sua operao sem nenhuma pea na garra. Os sensores devem ser implantados nas atividades onde ocorrem variaes da descrio bsica do processo. Anlise sobre o uso do rob industrial X mquina especfica funo (automao rgida) Nos casos onde o nmero de variantes das peas a serem produzidas no mesmo sistema for grande com produo de pequenos e mdios lotes, recomenda-se a implantao de robs industriais face sua flexibilidade. Pontos de influncia na deciso O rob industrial quando conjugado a outros equipamentos de produo permite uma reduo no consumo de matria-prima. A literatura, por exemplo, registra que um rob destinado pintura gasta menos 20% a 30% de tinta que um pintor. Alm da reduo de matria-prima, consegue-se aumento substancial na produo. Outros pontos a serem considerados so melhoria da qualidade, homogeneidade do lote, imagem da empresa, humanizao do trabalho e possibilidade de emprego em outras atividades. A seleo do rob Uma vez que resultou de todas as ponderaes propostas um "SIM" ao emprego de robs, necessrio selecionar o rob mais adequado tarefa. Os tpicos mencionados abaixo podem ajudar a fixar pontos chaves a serem observados na escolha de um rob industrial. O controlador do rob permite coordenar todos os perifricos necessrios ao processo (funo do nmero de entradas/sadas do controlador)? O volume de trabalho, graus de liberdade do rob permitem o acesso deste a todos os pontos exigidos pelo layout? A repetibilidade exigida para o processo analisado alcanada pelo rob? A carga til (pea + garra ou ferramenta) requerida pode ser deslocada pelo rob, mantendo a sua repetibilidade e velocidade mxima? O rob permite ser instalado na posio definida pelo layout, como por exemplo em prticos ou plano inclinados? As condies ambientais do local de instalao so nocivas ao rob? O rob selecionado j foi empregado em tarefas semelhantes? Sendo uma nova tecnologia requer que o fornecedor oferea assistncia na aplicao e na implantao, e est capacitado a entregar um sistema turn-key.

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O sucesso da implantao de um rob industrial depende da preparao prvia do pessoal tcnico, logo deve-se observar a documentao oferecida bem como o treinamento. Tratando-se de uma tecnologia moderna, devem ser observadas criteriosamente as condies de garantia, e a manuteno. Como na aquisio de qualquer equipamento deste porte, devem-se considerar as condies de pagamento no caso de compra e analisar as condies de leasing. Custos de implantao O rob industrial em qualquer aplicao sempre estar integrado a outros equipamentos, assim sendo, ao se implantar, o rob deve sempre contar com o apoio de uma experiente equipe de aplicaes que dever conhecer o processo a ser executado (solda, pintura, colagem, montagem e outros) e tambm a interligao (interfaceamento) dos equipamentos perifricos. A Tabela 1 apresenta, percentualmente, o desmembramento do custo de diversas aplicaes de rob

Tabela 1 Tipo Soldagem Manipulao Usinagem Carga/Descarga Pintura Montagem Mdia Custo bsico do rob 55 67 45 55 70 40 58 Acessrios 30 22 35 20 24 35 27 Instalao 15 11 20 25 6 25 15 Total 100 100 100 100 100 100 100

Fonte: Sanderson R. et alli, Industrial robots: a sumary and forecast for manufacturing managers. Tech Tran Corp, Illinois, 1982. O preo mdio dos robs considerado na poca era US$ 115,000 Estudo financeiro Na rea da robtica industrial, as polticas financeiras habituais e os critrios convencionais de gesto relativos ao retorno sobre o investimento e s relaes mquina/operador conduzem a resultados aqum do ideal. Isto ocorre porque elas se baseiam numa economia de automao fixa e no na de automao flexvel. Graas flexibilidade do sistema pode-se trocar a pea de trabalho, porm muda tambm o retorno sobre o investimento para o sistema envolvido. A rentabilidade dessa pea de trabalho pode ser mais alta ou mais baixa, ou o tempo de carga sobre a mesma pode variar. Este comentrio baseia-se apenas num dos segmentos da questo custo/retorno sobre o investimento do sistema. Historicamente a primeira linha de robs para carrocerias de automveis foi

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instalada por volta de 1970 pela General Motors em Lordstown (EUA) para o seu modelo VEGA. Desde ento, a aplicao clssica de robs tem sido a soldagem, porm dia a dia aparecem aplicaes mais inovadoras. Podemos citar algumas delas: corte a laser, manipulao em carga/descarga de mquinas-ferramentas a CNC, controle de qualidade e at aplicaes blicas como carga e disparo de canhes antiareos. Apesar dos comentrios inovadores ou futuristas, a Tabela 2 registra as principais aplicaes convencionais de robs

Tabela 2 Aplicaes Exemplos Manipulao de peas Paletizao Manipulao de materiais Transporte Tratamento trmino (fundio e forjaria) Mquinas de moldagem Prensas automticas Carregamento de mquinas Centro de usinagem Centros de torneamento Tratamento de superfcie e vaporizao (spray) Pintura Aplicao de resinas Furao Usinagem Rebarbamento Polimento Encaixe de peas Montagem Aperto Controle de posicionamento Inspeo e controle de qualidade Tolerncia Ponto a ponto Soldagem A arco

Referncias Bibliogrficas Publicao da Computervision Corp. (1983). Autor. Craig Cook. Programao de robs e Sistemas CAD/CAM. Sciences et Techniques no 85 Mars 1982. Autor: Henry Farreny e Roland Rajoux. Le robots de troisime gnration. Revista Mundo Mecnico no 77 dezembro 1982; no 78 janeiro 1983. Garras e ferramentas para versatilizao de robs industriais.

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Revista Mundo Mecnico no 85 agosto 1983; no 86 setembro 1983. Autor: Paulo F. S. Amaral, Benedito G. Miglio Pinto e Geraldo Lima Campos. Conceitos e aplicaes de robs industriais. Revista Mundo Mecnico maio 85; referncias: Hobart Welding Systems, Westinghouse, G. E. United Technologies, Advanced Robotics Corporation. Evoluo e aplicao dos robs de soldagem. Revista Brasileira de Tecnologia set./out. 85. Autor: Jos Ricardo Tauile. Robtica: reflexes sobre um novo limiar. Publicao da Staky Roboflex Sytems (Frana 1995). LIngniere Robotique. Jornal do Rob. Publicao da Mentat Sistemas Lgicos Avanados fev. 86. Exemplos de aplicao de Robs. Voltar para Informaes importantes

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