Sistemas Mecatrônicos 1

Módulo 2 – Introdução aos Sistemas Mecatrônicos

Prof. Leonardo Marquez Pedro

O que é um sistema mecatrônico ?

Termo “Mecatrônica”

• Criado em 1969 por Ko Kikuchi, presidente da Yaskawa Eletric Cooporation

• Significado: Integração de funcionalidades elétricas e eletrônicas a sistemas mecânicoselétricas e eletrônicas a sistemas mecânicos

• Ainda não existe uma definição totalmente abrangente

O que é um Sistema Mecatrônico ?

Mecânica Eletrônica

Sistemas mecatrônicos

Computação

Sistemas mecatrônicos

Mecânica•Elementos mecânicos•Elementos especiais

•Rolamentos•Polias•Reduções

•Materiais•Modelagem•Controle

Eletrônica•Atuadores•Sensores•Potência•Processadores•Computadores

Computação•Controle digital•Algoritmos•Gerenciamento•TI•Inteligência•Processamento de sinais•Sistemas operacionais•Engenharia de software

Sistema mecatrônico

• Um sistema mecatrônico interage com o meio ambiente por meio de movimentos e forças. Com base em dados obtidos por meio de sensores, um sistema de tomada de decisão (sistema de controle) . sistema de tomada de decisão (sistema de controle) .

O que é um Sistema Mecatrônico ?

Sensores

Ações

Ambiente

Sistemas mecatrônicos e robôs

• Sistema mecatrônico: sistema eletro-mecânico capaz de realizar diferentes tipos de tarefas e trabalhos, independente da sua ordem ou sequência com a capacidade de se adapatar a diferentes condições de operação a partir de tomada de decisão sem a ação e controle direta do homem.

• Palavra robô - 1921 por Karel Cepek em “Rossum’s Universal Robots”

• Dicionário: “Mecânismo automático que realiza tarefas e movimentos humanos”

• Realização de tarefa: pintura, soldagem, montagem, posicionamento, etc.

Sistemas mecatrônicos e máquinas automáticas

• Uma máquina automática é também definida como um sistema elétro-mecânico capaz de realizar determinadas tarefas ou sequência de tarefas sem a ação direta do ser humano. ação direta do ser humano.

• Primeiras máquinas automáticas: máquinas CN e CNC (década de 70).

• Hidráulica e Pneumática: automação de processos de montagem, inspeção, transporte, armazenamento, etc

Aplicações de sistemas mecatrônicos

• Robótica– Industrial– Móvel– Aviônica– Aviônica– De serviço– Exploração espacial e aquática– Entretenimento– Robôs agrícolas

Aplicações de sistemas mecatrônicos

• Automação Industrial (de processos e discreta)– Sistemas hidráulicos e pneumáticos– Sisteas flexível de manufatura– Montagem– Montagem– Inspeção– Transporte

Aplicações de sistemas mecatrônicos• Produtos inteligente

– Carros inteligentes– Ar condicionado– Alarmes– Painéis solares inteligentes– Painéis solares inteligentes– Máquinas de lavar

• Desenvolvimento de novos produtos– Princípios de funcionamento

• Etapas do desenvolvimento

• 1954 – Registro da primeira patente americana sobre robôs– George Devol– Controle digital de um robô

Robótica industrial

– Controle digital de um robô

• 1956 - Primeira fábrica de robôs do mundo– Unimation criada por George Devol e Joseph

Engelberger – Baseada na patente registrada por George– Baseada na patente registrada por George– 5 milhões de dólares foram gastos no

desenvolvimento dos primeiros robôs

• 1961 – Primeiro robô Unimate da Unimation instalado

Peso 4000 pounds = 1815 kg

Introduzido na General motors para carregar peças aquecidas

A primeira instalação não foi publicada na época por tratar-se de um produto experimental, com possível resistência a aceitação.

• 1970s – PUMA (Programmable Universal Manipulation Arm)– Mais de 1500 unidades instaladas principalmente

no Japão e EUA (décadas de 80 e 70)

Robótica industrial – Aplicações

Fonte: Craig, J.J. Introduction to Robotics:Mechanics and Controls. Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc. Boston, MA, USA,1989.

Fabricantes de robôs industriais

• FANUC• ABB• KUKA• …

Aplicações mais recentes

• Os avanços na área permitiram a utilização de robôs na realização de novas tarefas.– Rebarbação– Troca de Ferramenta– Troca de Ferramenta– Polimento– Fluxo de Material– Célula Robótica

Rebarbação

• Sistema automático– Passo1 – Sistema CAD– Passo2 – Geração do programa de execvução– Passo3 - Usinagem

• VideoFonte: FANUC – www.fanuc.com

Troca de Ferramentas

Fonte: KUKA – www.kuka.com

Carga do robô – 165kgAlcance – 3mFerramentas – 700mm por 400mm de diâmetro -25kgSistemas mais rápido e preciso que os sistemas automáticos/manuais convencionais

Operação de polimento

• Polimento de peças de granito e mármore

Fonte: FANUC – www.fanuc.com

Célula Robótica

Robô Carregador Máquina CNC

- Combinação de dispositivos robóticos e de usinagem em um único sistema.

Robô Manipulador

Mini Robô Auxiliar

Video1 Video2 Video3 Fonte: FANUC – www.fanuc.com

Outras aplicações robôs industriais

• Montagem, paletização, etc– Vídeo1 Vídeo2 Vídeo3 Vídeo4

Robôs de serviço e domésticos

• Robôs desenvolvidos para auxiliar o trabalho humano• Autônomos• Interface homem máquina avançada

– Visão– Visão– Fala– Reconhecimento

Robôs de serviço e domésticos

• PackBotEOD iRobot www.irobot.com.br

Desenvolvido para desarmar bombas

Utilizado pela SWAT

Ano 2001

Robôs de serviço e domésticos

• Roomba Floorvac - iRobot www.irobot.com.br

Aplicações domésticas - Limpaze de pisos

Evita colisões com móveis, humanos, animais

Disponível no mercado desde 2002

Robôs de serviço e domésticos

• Husqvarna Automower

Aplicações domésticas – Cortador de grama

Evita colisões

Disponível no mercado desde 2005

Robôs sociais

• Principal objetivo é a iteração social• Wakamaru - Mitsubishi Heavy Industries

Projetado para acompanhar idosos

1 m de altura

30kg30kg

Dois braços

A venda desde setembro de 2005

U$ 14000,00

Linux como SO e é capaz de reconhecer comandos de voz

Robôs sociais

• Paro - Intelligent System Research Institute of Japan

Sensores de tato, responde a ações movendo o rabo e abrindo e fechando os olhos. É agitado durante o dia e sonolento a noite.sonolento a noite.

Produz sons similares a um filhote de foca.

A venda desde 2004

Utilizado para distrair crianças pacientes de hospitais

Robôs andróides e humanóides

• Humanóides: são aqueles que lembram a forma humana

• Andróides: robôs com aparência humana

Breve histórico

• 1495 - Leonardo da Vinci

• 1970– Teoria do ponto de momento zero “Zero Moment

Point” – modelo sobre locomoção bipede proposto por Miomir Vukobratovic por Miomir Vukobratovic

• 1973 – WABOT-1 • Waseda University, Japan

– Primeiro robô antropomórfico em escala construído.

– Constituído por: – um controle de membros– um controle de membros

(braços e pernas)

– sistema de visão– sistema de conversação

Robôs humanóides da Honda• Modelos Experimentais

E0

• Modelos Experimentais http://world.honda.com/ASIMO/history

Robôs humanóides da Honda

Robôs humanóides da Honda• Modelos Experimentais http://world.honda.com/ASIMO/history

Robôs humanóides da Honda• Protótipos http://world.honda.com/ASIMO/history

Robôs humanóides da Honda• ASIMO - 2000

Robôs humanóides da Honda• ASIMO - 2000

Vídeo1 Vídeo2 Vídeo3

Robôs educativos e entretenimento

Roibótica Móvel

• DARPA Grand Challenge– Defense Advanced Research Projects Agency ,

the central research organization of the United States Department of Defense.States Department of Defense.

– Competição de veículos autônomos

2004 Grand challenge

• Percurso de 150 milhas (240km) no deserto• Nenhum veículo completou o percurso

RedTeam

O time da Universidade de Carnegie Mellon University completou 7,36 milhas (11,78km) do percurso)

2005 Grand challenge

• Percurso off road de 212 km• 5 carros dentre os 23 finalistas completaram a

prova (43 times inscritos)

Stanley

O campeão – Stanford racing team

Completou a prova em 6h54min

2007 Urban Challenge

• Percurso urbano de 96km em menos de 6h• 03 de novembro de 2007• Obedecer as leis de trânsito e cumprir tarefas específicas

Vídeo

Campeão – Tartan Racing – Universidade Carnegie Mellon, Pensilvânia – EUA

Média de 22,5km/h

http://www.tartanracing.org/

Fluxo de Material por AGVs

• VideoFonte: www.logobject.ch

Importância de hardware e software na mecatrônica

Bibliografia Recomendada e Exercícios

BOLTON, W. Mechatronics: a Multidisciplinary Approach. Bookman, 2010 (Cap. 1);

GROOVER, M. P. Automação industrial e sistemas de GROOVER, M. P. Automação industrial e sistemas de manufatura. Pearson Prentice Hall, 2011 (Cap. 1 e 4)

ROSÁRIO, J.M. Princípios de Mecatrônica. Pearson Prentice Hall, 2005. (Cap. 1)

CETINKUNT, S. Mecatrônica. 2007. Editora LTC; (Cap. 1)

1966: Apollo Guidance Computer

Desenvolver um sistema que possa controlar uma nave espacial de 13.000 kg orbitando ao redor da Lua, incluindo seu pouso seguro na Lua 13.000 kg orbitando ao redor da Lua, incluindo seu pouso seguro na Lua com precisão de alguns metros e guiá-la nave de volta para a nave de

comando em órbita da lua. O sistema precisa funcionar da primeira vez, e gastar pouca energia porque só existe combustível para uma tentativa

de pouso.

2MHz | RAM: 2K |ROM: 36K

Hardware

98%

Software

Software não envelhece

Software deteriora

Desenvolvimento

Bugs → Segurança

Marissa Mayer(9 Principles of Innovation)

� 1. INNOVATION, NOT

INSTANT

PERFECTION

4. MORPH PROJECTS � 4. MORPH PROJECTS

DON’T KILL THEM

� 8. CREATIVITY LOVES

CONSTRAINTS