Upload
phamkhanh
View
215
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
i
ANLISE E DOCUMENTAO DE UM MANIPULADOR COM CINCO GRAUS
DE LIBERDADE
Rodrigo de Souza e Silva Picana
Projeto de Graduao apresentado ao Curso
de Engenharia Mecnica da Escola
Politcnica, Universidade Federal do Rio de
Janeiro, como parte dos requisitos
necessrios obteno do ttulo de
Engenheiro.
Orientador: Prof. Vitor Ferreira Romano;
Dott. Ric.
Rio de Janeiro
Maro de 2014
ii
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Departamento de Engenharia Mecnica
DEM/POLI/UFRJ
ANLISE E DOCUMENTAO DE UM MANIPULADOR COM CINCO GRAUS
DE LIBERDADE
Rodrigo de Souza e Silva Picana
PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO
DE ENGENHARIA MECNICA DA ESCOLA POLITCNICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE
ENGENHEIRO MECNICO.
Aprovado por:
________________________________________________
Prof. Vitor Ferreira Romano; Dott. Ric. (orientador)
________________________________________________
Prof. Thiago Gamboa Ritto; DSc
________________________________________________
Prof. Fernando Pereira Duda; DSc
________________________________________________
Prof. Armando Carlos de Pina Filho; DSc
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
MARO DE 2014
i
Picana, Rodrigo de Souza e Silva.
Anlise e documentao de um manipulador com cinco graus de
liberdade/ Rodrigo de Souza e Silva Picana- Rio de Janeiro - UFRJ/
Escola Politcnica, 2014.
VIII, 58 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Prof. Vitor Ferreira Romano.
Projeto de Graduao UFRJ/ Escola Politcnica/ Curso de
Engenharia Mecnica, 2014.
Referncias Bibliogrficas: p. 59-60.
1. Robtica. 2. CAD. 3. Parmetros DH. 4. Modelagem. 5.
Documentao. 6. Dimensionamento. 7. Desenho Tcnico. I. Romano,
Vitor Ferreira. II Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola
Politcnica, Curso de Engenharia Mecnica. III. Ttulo.
ii
DEDICATRIA
Dedico este trabalho minha famlia e amigos que sempre me apoiaram.
Durante esse tempo de graduao pude adquirir uma vasta gama de conhecimentos
tericos e prticos que certamente me tornaro um profissional mais completo. Assim,
quero dedicar instituio UFRJ e a todo seu corpo docente.
iii
AGRADECIMENTO
A Deus, por estar sempre ao meu lado, me dando foras quando preciso. Aos
meus pais Joo Pinheiro Picana e Elma coelho de Souza e Silva, pelo apoio e amor
incondicional e pelos ensinamentos fundamentais da vida que me tornaram o homem
que sou hoje. Ao meu irmo Marcio Renato Picana e a minha namorada Mait Lopes
de Almeida, por serem uma fonte de afeto e carinho mesmo nos momentos mais
difceis.
Agradecimento aos meus amigos e futuros Engenheiros Mecnicos: Filippe
Guedes, Mauricio Iglesias e Marcelo Martinez.
Agradeo ao meu orientador Vitor Ferreira Romano pela presena marcante na
minha formao, pelo tema sugerido, pela orientao e pela confiana depositada em
mim.
iv
Resumo da Monografia apresentada Escola Politcnica / UFRJ como parte dos
requisitos necessrios para a obteno do grau de Engenheiro Mecnico
ANLISE E DOCUMENTAO DE UM MANIPULADOR COM CINCO GRAUS
DE LIBERDADE
Rodrigo de Souza e Silva Picana
Maro/2014
Orientador: Vitor Ferreira Romano
Curso: Engenharia Mecnica
O presente trabalho consiste da anlise de um manipulador robtico de cinco graus
de liberdade, projetado e construdo no Laboratrio de Robtica da Universidade
Federal do Rio de Janeiro em 1989, cuja documentao foi perdida ao longo dos anos.O
trabalho visa o estudo do manipulador atual para a sua futura recuperao do para fins
didticos. O Projeto de Graduao foi dividido nas seguintes etapas: documentao
tcnica (desenhos de peas e montagens), anlise cinemtica, anlise esttica, anlise do
sistema de transmisso e sugestes de modificaes de componentes em relao ao
projeto original. Durante o desenvolvimento do trabalho foram utilizados recursos
computacionais como a modelagem slida em CAD3D (programas TopSolid e
Solidworks) e simulao numrica com o aplicativo Robotics Tool Box do programa
MatLab. Como resultado obteve-se a documentao completa dos componentes com as
sequncias de montagens, a montagem fsica do manipulador, alm da verificao da
viabilidade de utilizao de novos atuadores e sistemas de transmisso para uso futuro
do equipamento.
Palavras-chave: Robotica, Modelagem, CAD, Parmetros DH, Montagem e Desenho
Tcnico.
v
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial
fulfillment of the requirements for the degree of Engineer.
DOCUMENTATION AND ANALYSIS OF A ROBOTIC HANDLER WITH FIVE
DEGREES OF FREEDOM
Rodrigo de Souza e Silva Picana
March/2014
Advisor: Vitor Ferreira Romano, DSc.
Course: Mechanical Engineering
This work consists of analyzing a robotic manipulator with five degrees of
freedom , designed and built in the Robotics Laboratory of the Federal University of
Rio de Janeiro in 1989 , whose documentation has been lost over the years .The work
aims to study the current handler for future recovery for didactic purposes. The
Graduation Project has been divided into the following steps: technical documentation
(drawings of parts and assemblies), kinematic analysis, static analysis, analysis of the
transmission system and suggestions for modifications of components to the original
design. During the development of the work computational resources work as solid
modeling CAD3D (TopSolid and Solidworks programs) and numerical simulation with
the Robotics Tool Box application from MatLab program were used. As a result we
obtained the full documentation of the components with the sequences of assemblies,
the physical assembly of the manipulator, besides verifying the feasibility for using new
actuators and drive systems for future use of the equipment.
Keywords: Robotics, modeling, CAD, DH parameters, assembling and technical
drawings.
vi
SUMRIO
DEDICATRIA ............................................................................................................... ii
AGRADECIMENTO ...................................................................................................... iii
NDICE DE FIGURAS ................................................................................................. viii
NDICE DE TABELAS ................................................................................................... x
1. INTRODUO ................................................................................................... 11
1.1. Motivao ........................................................................................................ 11
1.2. Objetivos Gerais .............................................................................................. 11
1.3. Organizao do Texto ....................................................................................... 11
2. UMA VISO GERAL DOS MANIPULADORES ROBTICOS....................... 13
2.1. Robtica ........................................................................................................... 13
2.1.1 reas de Aplicao da Robtica ...................................................................... 13
2.2. Robtica Industrial .............................................................................................. 15
2.2.1. Componentes do Rob Industrial ..................................................................... 16
2.2.2. Principais aplicaes industriais ....................................................................... 18
2.2.3. Efetuadores Mecnicos (end-effectors) ............................................................ 19
2.2.4. Principais configuraes e caractersticas de manipuladores mecnicos ......... 22
2. MODELAGEM E DOCUMENTAO............................................................ 23
3.1. Funes do Software ........................................................................................ 23
3.2. Documentao de Projeto ................................................................................ 23
3.2.1. Desenho Tcnico ...................................................................................... 23
3.2.2. Lista de Material ....................................................................................... 24
3.2.3. Manual de Montagem ............................................................................... 25
4. HISTRICO DO MANIPULADOR DE CINCO GRAUS DE LIBERDADE 27
5. DOCUMENTAO ........................................................................................... 29
5.1. Processo de registro ........................................................................................ 29
5.2. Modelagem ...................................................................................................... 31
vii
5.3. Documentao tcnica ..................................................................................... 33
5.4. Materiais utilizados .......................................................................................... 35
5.5. Itens .................................................................................................................. 37
5.6. Manual de montagem ....................................................................................... 37
6. MODELAGEM DA POSIO .......................................................................... 38
6.1. Parmetros de Denavit- Hartenberg: ................................................................ 38
6.2. Transformao Homognea Direta .................................................................. 38
6.3. Volume de trabalho .......................................................................................... 43
7. ANLISE ESTTICA ........................................................................................ 45
7.1. Propriedades dos Conjuntos ............................................................................. 45
7.2. Calculo das Foras e Momentos ...................................................................... 45
8. SISTEMA DE TRANSMISSO ........................................................................ 47
8.1. Anlise do sistema de transmisso ................................................................... 47
8.2. Dimensionamento das Engrenagens ................................................................ 49
8.3. Dimensionamento de Polias ............................................................................. 51
9. ANLISE DE SUGESTES DE MODIFICAES DE COMPONENTES. ... 52
10. CONCLUSO ..................................................................................................... 57
10.1. Resultados e Concluses; ............................................................................. 57
10.2. Sugestes Para Trabalhos Futuros ............................................................... 57
10.2.1. Modificaes no Manipulador; ................................................................. 57
10.2.2. Sistema de Comando Eletrnico............................................................... 57
APNDICE A TABELA DE MATERIAIS ................................................................ 61
APNDICE B ANALISE CINEMTICO E D-H ...................................................... 62
APNDICE C DESENHOS TCNICOS ................................................................... 63
APNDICE D MANUAL DE MONTAGEM ............................................................ 64
viii
NDICE DE FIGURAS
Figura 1 Rob Industrial UNIMATE [27] ...................................................................... 15
Figura 2 Exemplo de um rob industrial [27] ................................................................ 16
Figura 3 Detalhe do pulso de manipuladores [27] .......................................................... 19
Figura 4 Tipos bsicos de preenso de uma mo humana. [27] ..................................... 20
Figura 5 Esquemas de diversos tipos de garras.[27] ...................................................... 20
Figura 6 Exemplo de garras robticas sem dedo, pesquisa da Universidade de Chicago.
........................................................................................................................................ 21
Figura 7 Trocador de ferramenta rpida (Tool Changer)[25]......................................... 21
Figura 8 Tipos de juntas em manipuladores[27] ............................................................ 22
Figura 9 Exemplo de representao de desenho tcnico de um meio-corte em uma
engrenagem [25] ............................................................................................................. 24
Figura 10 Exemplo de vista explodida com materiais, referente disciplina [25] ........ 25
Figura 11 Exemplo de vista com manual de montagem ................................................. 26
Figura 12 Imagem de poca do manipulador ................................................................. 27
Figura 13 Imagem antes da restaurao ......................................................................... 28
Figura 14 Vista desmontada da junta ............................................................................. 29
Figura 15 Vista desmontada do antebrao ...................................................................... 29
Figura 16 Vista desmontada dos atuadores .................................................................... 30
Figura 17 Vista montada da junta ................................................................................... 30
Figura 18 Vista das peas que compoem da garra.......................................................... 30
Figura 19 Vista montada da garra .................................................................................. 31
Figura 20 Interface grfica do software de modelagem ................................................. 32
Figura 21 Vista isomtrica do conjunto .......................................................................... 32
Figura 22 Padro de legenda .......................................................................................... 33
Figura 23 Tabela de Rugosidade segundo a NBR 8404 [22] ......................................... 34
Figura 24 BA-04 Valor da massa obtido na balana ...................................................... 36
Figura 25 BA-05 Valor da massa obtido na balana ...................................................... 36
Figura 26 (a) Adesivo usado para fixao do rolamento, (b) Adesivo para juno de um
componente eletrnico. ................................................................................................... 37
Figura 27 Esquema simplificado do manipulador mecnico.......................................... 39
Figura 28 Representao do manipulador mecnico. ..................................................... 39
ix
Figura 29 Manipulador na posio de origem. ............................................................... 42
Figura 30 Manipulador numa posio A de captura....................................................... 42
Figura 31 Volume de trabalho do manipulador ZY ....................................................... 44
Figura 32 Volume de trabalho do manipulador XY ....................................................... 44
Figura 33 Foras e momentos do Manipulador .............................................................. 46
Figura 34 Posio do cabo de ao, em amarelo, para rotao da primeira junta ............ 47
Figura 35 Variao angular da junta 2............................................................................ 48
Figura 36 ngulos mximos obtidos na terceira junta ................................................... 48
Figura 37 Posio do cabo de ao na Junta3 .................................................................. 49
Figura 38 variao angular da garra. .............................................................................. 49
Figura 39 Conjunto Coroa Pinho .................................................................................. 50
Figura 40 Manipulador com suas polias expostas .......................................................... 51
Figura 41 Polia da Junta principal com seu canal largo ................................................. 51
Figura 42 Vista modelada e perpendicular ao conjunto coroa pinho ........................... 52
Figura 43 Vista real e perpendicular ao conjunto coroa pinho ..................................... 53
Figura 44 Um batente improvisado para fim de curso da junta principal ...................... 53
Figura 45 Duas Placas Maiores sendo utilizada entre o Anel e Chapa Lateral .............. 54
Figura 46 Chapinha compensando o espaamento entre o Apoio e a Carenagem ......... 54
Figura 47 Furo do Cilindro central ................................................................................. 55
Figura 48 Borracha para espaar apoio .......................................................................... 55
Figura 49 (a) Atuadores fixados na Chapa, (b) A chapa e todos seus detalhes cortados.
........................................................................................................................................ 56
Figura 50 Modelo de sistema de controle de um rob utilizando processamento de
imagem [28] .................................................................................................................... 58
x
NDICE DE TABELAS
Tabela 1 Resumo dos cdigos usados na montagem do conjunto. ................................. 35
Tabela 2 Relao massa da balana com massa terica. ................................................ 36
Tabela 3 Parmetros D-H ............................................................................................... 39
Tabela 4 Dimenses gerais de cada elo para calculo estrutural ..................................... 45
Tabela 5 Tabela com as medidas do par de engrenagens coroa - pinho ....................... 50
Tabela 6 Tabela com os ndices de cada coluna ............................................................. 61
11
1. INTRODUO
1.1.Motivao
Manipuladores so os braos do homem moderno. A robtica tem possibilitado ao
ser humano alcanar lugares que antes nunca foram possveis e em condies que o
homem no conseguiria atuar.
fato que, com novas tecnologias de fabricao, a automao se tornou o principal
expoente em desenvolvimento. Com isso, projetos mais desafiadores e precisos tm
surgido. Atualmente, muitos estudos na rea de simulao robtica esto voltados para o
desenvolvimento de sistemas que ofeream ao usurio maiores facilidades de criao,
modelagem e de simulao de manipuladores.
Na rea da robtica industrial, diversos sistemas de simulao e modelagem tm
sido desenvolvidos, aprimorados e atualizados por pesquisadores acadmicos, empresas
especializadas e, principalmente, pelos fabricantes de robs.
1.2.Objetivos Gerais
O objetivo principal desta monografia analisar e documentar o manipulador de cinco
graus de liberdade fabricado no Laboratrio de Robtica da Universidade Federal do Rio
de Janeiro. Esse processo ser composto pela documentao de todas as peas do
manipulador, interpretao dos seus movimentos, analise cinemtica, analise esttica, e
modificaes para uma otimizao do projeto.
1.3. Organizao do Texto
O contedo desta monografia apresentado em dez captulos, incluindo esta
introduo. No captulo 2, apresenta-se uma breve descrio histrica da robtica e de sua
introduo na indstria, descrevem-se tambm os principais componentes, caractersticas,
aplicaes e configuraes dos robs industriais. Ao abordar o captulo 3, encontram-se
informaes importantes sobre modelagem em Solidworks e organizao de documentao
tcnica. No capitulo 4, abordado todo o histrico do manipulador estudado para este
trabalho.
No captulo 5, descrito todo o processo de documentao do manipulador em
questo: processo de registro, modelagem, documentao tcnica, materiais utilizados e o
seu manual de montagem. Apresentam-se tpicos explicando todos os critrios utilizados
no layout da documentao tcnica e em consideraes utilizadas. Ao abordar o captulo 6,
12
feito o estudo terico da cinemtica atravs dos parmetros de Denavit-Hartenberg e das
matrizes de transformao, concluindo com a modelagem paramtrica de um rob
industrial real. Tambm a descrio da cinemtica direita e inversa, que se pode notar o
uso da ferramenta Robotics Toolbox para Matlab para estudar as posies do manipulador.
No captulo 7, foi feito o clculo da anlise esttica e seus momentos, que podero ser
usados para definir os atuadores. Ao abordar o captulo 8, ser estudado o sistema de
transmisso do rob e definido todos os elementos de transmisso. Ainda neste captulo,
sero estudados os tipos de engrenagem, correia e polia utilizada. No Captulo 9, sero
verificados erros e excessos cometidos no rob ao longo de sua fabricao, erros devido
m fabricao e a dimensionamentos de m qualidade.
Por ltimo, na concluso, sero expostos os resultados finais obtidos ao longo dos
estudos realizados e as modificaes futuras para uma otimizao do projeto do
manipulador. Neste captulo, tambm ser abordada uma introduo a um sistema de
controle para o manipulador robtico.
13
2. UMA VISO GERAL DOS MANIPULADORES ROBTICOS
Ao longo da histria, o homem sonhou com seres capazes de realizar movimentos e
terem comportamentos semelhantes aos dos animais e at mesmo com os do prprio
homem. Mas, no fundo, buscava livrar-se de tarefas indesejveis, perigosas ou cansativas, o
que permitiu a construo de mecanismos engenhosos que resultaram na robtica atual.
2.1.Robtica
O termo rob foi originalmente utilizado em 1921 pelo dramaturgo Tcheco Karen
Capek, na pea teatral Os Robs Universais de Russum - R.U.R., como referncia a
um autmato que acaba rebelando-se contra o ser humano. Rob deriva-se da palavra
"robota",de origem eslava, que significa "trabalho forado".
A palavra robtica foi usada pela primeira vez em Runaround, uma pequena fico
publicada em 1942 por Isaac Asimov (1920-1992), autor de Eu, Rob em 1950. Uma
aplicao cientfica do mesmo termo foi desenvolvida pelo Prof. Joseph Weizenbaum em
1966, no MIT, ao realizar um estudo de comunicao homem-mquina por meio de um
programa de computador que simulava um psicoterapeuta respondendo perguntas com
perguntas.
Uma definio realizada em [1] fornece uma ideia do contexto atual da Robtica:
"Robtica um grande campo de trabalho para pesquisa e desenvolvimento em uma srie
de reas interdisciplinares que incluem a cinemtica, a dinmica, o planejamento de
sistemas, o controle, os sensores, as linguagens de programao e a inteligncia artificial".
2.1.1 reas de Aplicao da Robtica
Teoricamente, o uso de sistemas robotizados poderia estender-se a quase todas as
reas imaginveis onde fosse necessrio executar tarefas manuais, tarefas hoje efetuadas
pelo homem ou que este no consiga realizar como, por exemplo, explorar a superfcie
de Marte. A seguir so relacionados alguns dos principais setores de aplicao da
robtica:
Entretenimento Favorecida pelo uso de robs para recriar situaes que at
pouco tempo atrs pareciam fictcias, o caso das mascotes-rob, humanides,
entre outros.
Medicina Setor com grande expectativa de expanso, basicamente utilizado
em sistemas de diagnsticos, sistemas de reabilitao, assistncia em cirurgias
etc.
14
Inspeo Usado na inspeo de tubulaes, reservatrio, barragens, esgotos,
estruturas, entre outros.
Explorao Submarina Principalmente usado como veculo de operao
remota ou autnoma, muito usado na indstria offshore e na explorao
cientfica dos oceanos.
Limpeza domstica e profissional Uma das principais realizaes dos
cientistas, o to sonhado ajudante de casa, j comercializado em alguns pases,
usado principalmente na limpeza de pisos, janelas, paredes, piscinas, entre
outros.
Defesa, resgate e aplicaes de segurana Usado na desativao de minas
terrestre e explosiva, robs de combate com armas de fogo e explosivos, robs-
vigias, sistemas areos autnomos de vigilncia etc.
Construo e demolio Indstria em que robs executam tarefas de
dimensionamento, transporte, montagem, etc.
Pesquisa e Explorao onde os robs apresentam vantagem em relao aos
seres humanos, por resistirem em ambientes hostis como na explorao espacial.
Automao Industrial Corresponde ao uso de robs na indstria a fim de
melhorar, agilizar e aumentar a produo nos diferentes processos.
Principalmente, na indstria automobilstica, alimentcia, agrcola, minerao,
madeireira. o mais relevante e de maior interesse nesta monografia.
Na atualidade, a robtica est engajada em atividades ambiciosas, como na articulao
de expresses faciais e corporais, que programaro futuras verses de robs-serventes.
Como, o enon, siglas para "exciting nova on network, uma expresso de difcil
traduo que procura ressaltar a sensao causada pelas habilidades do rob. O rob
ASIMO tambm um expoente desse novo desenvolvimento.
Esse rob tem um sistema de comunicao que lhe confere a capacidade de trabalhar
em equipe, partilhar informaes e coordenar tarefa. Por causa do sistema de ligao
desenvolvido, os robots partilham informaes, como a sua localizao ou a tarefa que
desempenham. Alm disso, na nova verso, o Asimo ganhou mais sensores, que do
sensibilidade aos dedos para que ele seja capaz, por exemplo, de abrir uma garrafa
trmica [2].
15
2.2. Robtica Industrial
O termo robtica industrial frequentemente usado para referir-se a um
equipamento capaz de executar uma tarefa especfica de modo automtico. A princpio,
todo equipamento automatizado projetado para realizar uma determinada tarefa,
assim, este poderia tambm ser considerado como um rob; no entanto, a diferena de
um rob para um equipamento automatizado reside no fato de que um rob, em
particular aqueles destinados a aplicaes industriais, podem realizar diversas tarefas,
modificando-as apenas de acordo com o tipo de servio, o software e o efetuador, no
sendo necessria a troca completa do equipamento.
Robs industriais so constitudos por vrios corpos rgidos, ligados em srie por
juntas, tendo uma das extremidades fixa base, e a outra livre para movimentar o
efetuador [3].
Os robs industriais foram desenvolvidos a partir de pesquisas realizadas
durante a Segunda Guerra Mundial, quando foi concebida uma estrutura mecnica
articulada do tipo mecanismo pantogrfico, capaz de realizar tarefas atravs de
movimentos comandados diretamente por um operador humano de curta distncia. Este
dispositivo foi denominado de sistema tele operado, empregado em atividades de
manipulao de materiais radioativos. Posteriormente, foram desenvolvidos outros
sistemas tele operados providos de servomotores com controle de posio (1947) e com
sensores de fora (1948) [1].
A UNIMATION Inc. instalou o primeiro rob industrial, denominado
UNIMATE,figura 1, no cho de fbrica de uma empresa em 1961. O projeto deste rob
resultou da combinao entre os mecanismos articulados e garras usadas no tele operador
master-slave" e a tecnologia de controle desenvolvida em mquinas operatrizes com
comando numrico [4].
Figura 1 Rob Industrial UNIMATE [27]
16
Assim, o Instituto Americano de Robtica (RIA), define rob industrial como um
dispositivo de manipulao reprogramvel e multifuncional, projetado para movimentar
materiais, partes, ferramentas ou equipamentos especializados, atravs de diversos
movimentos programados, a fim de realizar uma variedade de tarefas.
As configuraes de robs utilizadas mais comumente na automao
industrial incluem os robs articulados, o tipo mais comum, os robs SCARA, e os
robs conhecidos como robs x-y-z. No contexto da robtica geral, a maior parte dos
robs industriais seria categorizada como braos robticos [5].
Os robs industriais sempre realizam tarefas especficas, porm possuem uma srie
de caractersticas sobre os quais devem ser estritamente projetados. Por exemplo,
volume de trabalho, velocidade de movimento, capacidade de carga, preciso de
movimento, tempo de resposta, entre outros.
2.2.1. Componentes do Rob Industrial
Um rob industrial (Figura 2) basicamente pode ser formado pela integrao dos
seguintes componentes [1,3]:
Figura 2 Exemplo de um rob industrial [27]
I. Manipulador mecnico: refere-se principalmente ao aspecto construtivo do rob.
Consiste na combinao de elementos estruturais rgidos (elos ou corpos)
conectados entre si atravs de articulaes (juntas), formando, assim, o brao
manipulador que incorpora na prpria estrutura os atuadores, sensores e o efetuador.
a. Elo ou corpo: So estruturas rgidas que definem a relao entre dois eixos
de juntas adjacentes do manipulador. Sendo encarregados de transmitir os
movimentos gerados nos atuadores e direcion-los extremidade do
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Robo_SCARA&action=edit&redlink=1
17
manipulador, paralelamente e em sentido inverso, tambm responsvel
pela transmisso dos esforos atuantes no efetuador e por direcion-los em
direo base fixa.
b. Juntas: So as articulaes do manipulador que permitem a interligao
entre elos adjacentes para formar a cadeia cinemtica. Com o auxlio dos
atuadores e mecanismos de transmisso, permite de forma restrita o
posicionamento e/ou orientao consecutiva dos elos, de modo que o
manipulador atinja determinada pose.
c. Atuadores: So componentes que convertem energia eltrica, hidrulica ou
pneumtica em potncia mecnica. No rob, possibilitam a movimentao dos
corpos atravs da transmisso de foras e/ou torques nas juntas. Dessa forma,
ocorrem os deslocamentos relativos dos corpos.
d. Sensores: Fornecem parmetros sobre o comportamento do manipulador
unidade de controle, geralmente em termos de posio e velocidade dos corpos
em funo do tempo e do modo de interao entre o rob e o ambiente
operativo (fora, torque, sistema de viso).
e. Efetuador: o elo entre o rob e o meio que o cerca. Pode ser do tipo garra ou
ferramenta. A principal funo de uma garra pegar um determinado objeto,
transport-lo a uma posio pr-estabelecida e, aps alcanar tal posio, solt-
lo. A ferramenta tem como finalidade realizar uma ao ou trabalho sobre uma
pea, sem necessariamente manipul-la.
II. Unidade de controle: responsvel pelo gerenciamento e monitorao dos parmetros
operacionais requeridos para a realizao das tarefas designadas ao rob. Os comandos
de movimentao enviados aos atuadores so originados nos controladores de
movimento (computadores, CLPs, placas controladoras de passo) baseados em
informaes obtidas atravs de diversos sensores.
III. Unidade de potncia: responsvel pelo fornecimento da potncia necessria para a
movimentao dos atuadores. A bomba hidrulica, o compressor e a fonte eltrica so
as unidades de potncia associadas aos atuadores hidrulico, pneumtico e
eletromagntico, respectivamente.
18
2.2.2. Principais aplicaes industriais
O setor que mais usa robs o automobilstico. A razo mais provvel porque os
robs trabalham rapidamente, com mais exatido, por perodos de tempo mais longos e sem
intervalos.
Em uma linha de montagem simples onde o julgamento humano no seja
requerido, o rob tm mostrado bom desempenho, principalmente quando o servio
requer movimentos repetitivos e por longos perodos. A flexibilidade dos robs permite
sua aplicao em diversos setores de produo, como numa linha de montagem
automotiva, de equipamentos, no setor farmacutico, na movimentao de cargas, etc.
Qualquer que seja o tipo de indstria requer um cuidadoso planejamento na execuo do
projeto de automao robotizada, um planejamento mal elaborado pode resultar em
perdas de tempo e dinheiro. A utilizao de Robs Industriais est estruturada
basicamente nos seguintes setores [6]:
1. Movimentao:
Movimentao de peas entre posies definidas;
Transporte de peas entre esteira transportadora e mquinas operatrizes;
Carregamento e descarregamento de peas em mquinas operatrizes;
Paletizao.
2. Processamento:
Soldagem por resistncia eltrica (pontos) ou a arco (contnua);
Fixao de circuitos integrados em placas;
Pintura e envernizamento de superfcies;
Montagem de peas;
Acabamento superficial;
Limpeza atravs de jato de gua e abrasivos;
Corte atravs de processos por plasma, laser, oxi-corte ou jato de gua;
Fixao de partes com parafusos, deposio de cola, rebites;
Empacotamento.
3. Controle de qualidade:
Inspeo por viso;
Verificao dimensional de peas atravs de sensores.
19
Existem no mercado diversas empresas dedicadas fabricao de robs industriais e
uma ampla gama de modelos que normalmente recebem cdigos para identificar
famlias de robs de acordo com a configurao, modo de fixao, capacidade de carga,
nmero e tipo de juntas.
2.2.3. Efetuadores Mecnicos (end-effectors)
Para que uma determinada tarefa seja realizada, necessrio que haja uma
interao entre o rob e seu entorno, o efetuador o componente que permite esta
interao [1].
Os efetuadores podem ser divididos em dois grandes tipos: ferramentas especiais e
garras mecnicas. Geralmente, as ferramentas especiais realizam trabalho sobre uma
determinada pea, modificando sua posio e/ou orientao, assim como sua geometria.
J as garras mecnicas, normalmente, procuram posicionar e orientar a pea.
Em ambos os casos, a manipulao do objeto se d por meio da combinao atrito
e presso de contato (entre a garra e o objeto) buscando restringir a ao da gravidade,
acelerao e qualquer outra fora que possa surgir durante a realizao de determinada
tarefa.
Alguns fabricantes de robs industriais fornecem o manipulador sem o efetuador
como ilustra a figura 3 [7], contudo, a configurao conjunta destes dois equipamentos
deve prever o cumprimento dos requisitos necessrios do projeto da clula de produo.
Figura 3 Detalhe do pulso de manipuladores [27]
A mo humana apresenta extrema destreza quanto capacidade de agarramento
de peas. De acordo com Schlesinger, citado por ROMANO [4], existem seis tipos
bsicos de preenso, q podem ser vistos na figura 4.
20
Figura 4 Tipos bsicos de preenso de uma mo humana. [27]
Diversos fatores devem ser considerados tanto na especificao e seleo quanto
no projeto de garras mecnicas ou das ferramentas especficas. Dentre estes fatores,
pode-se citar: forma, peso, material, rigidez do objeto a ser manipulado, velocidade e
acelerao do manipulador durante a realizao do trabalho, estabilidade do
agarramento, ambiente de trabalho entre outros.
Na figura 5mostram-se alguns desenhos esquemticos de diversos tipos de garras
baseados nos fatores citados acima.
Figura 5 Esquemas de diversos tipos de garras.[27]
Enquanto nos centros de pesquisas de todo o mundo procuram-se desenvolver
garras mecnicas com funes to complexas quanto s realizadas pelas mos humanas,
nas indstrias, as garras so, na grande maioria, compostas de apenas dois ou trs dedos,
dependendo da sua finalidade, na figura 6 a seguir visto uma garra especial, sem
dedos. [8].
21
Figura 6 Exemplo de garras robticas sem dedo, pesquisa da Universidade de
Chicago.
Os efetuadores com ferramentas especiais so geralmente customizados para
atender operaes com um grau de complexidade maior. comum, na indstria, a
utilizao de trocadores rpidos de ferramentas, os quais so fixados entre o pulso do
rob e o efetuador (figura 7). A funo da instalao deste dispositivo, como o prprio
nome sugere, garantir uma rpida troca do efetuador, economizando tempo e perdas
na produo [9].
Figura 7 Trocador de ferramenta rpida (Tool Changer)[25].
As ferramentas especiais utilizam os mesmos atuadores das garras mecnicas,
permitindo economias de tempo e dinheiro no desenvolvimento de novos atuadores.
Existem ainda outros tipos de efetuadores, como os utilizados para a aplicao de
tintas e solda, em operaes de corte e manipulao, entre outras, cada uma com
caractersticas especficas. Entre os fatores que devem ser considerados, tanto na
especificao, na troca e no projeto de efetuadores relacionados na norma ISO/DIN
14539 [1] tem-se:
I. Geometria dos dedos e da palma;
22
II. Posicionamento dos dedos na palma;
III. Forma dos dedos e o seu movimento durante o agarramento;
IV. Nmero e posicionamento dos atuadores;
V. Nmero e posicionamento dos sensores;
VI. Mecanismos de transmisso da potncia;
VII. Mecanismo de fixao manipulador-efetuador;
VIII. Tipo e fora de agarramento;
IX. Tempo de operao (de agarramento, tempo do ciclo);
X. Tipo de sistema de controle empregado (fora e/ou posio);
XI. Nmero e material dos dedos;
XII. Nmero de graus de liberdade dos dedos;
XIII. Geometria, peso, temperatura mxima e mnima, propriedades magnticas e
caractersticas da superfcie do objeto a ser manipulado.
2.2.4. Principais configuraes e caractersticas de manipuladores mecnicos
Um manipulador mecnico usado para realizar determinadas tarefas em algum
ponto do espao, portanto necessrio que este tenha partes mveis para possibilitar o
alcance dos pontos alvos.
Pode-se fazer ainda uma analogia entre o brao humano e um manipulador. Da
mesma forma que o brao humano ligado ao nosso corpo, o manipulador instalado a
uma base que pode ser fixa, mvel, suspensa ou com qualquer uma destas trs
combinaes. O posicionamento do pulso geralmente alcanado atravs das trs
primeiras juntas do manipulador e a orientao do efetuador realizada pelas juntas do
pulso.
Apesar de existirem diversos tipos de juntas, os manipuladores mecnicos so,
em sua maioria, construdos por dois tipos de juntas: rotativas ou de rotao (R) e de
translao ou prismticas (P). Desta forma, tornam-se mais simples o controle
individual da direo do movimento e da rigidez do mecanismo [1]. Apresentam-se, na
figura 8, os tipos bsicos de juntas.
Figura 8 Tipos de juntas em manipuladores[27]
23
2. MODELAGEM E DOCUMENTAO
Com a evoluo da engenharia, a modelagem computacional se tornou um
importante passo de um projeto. Os softwares de CAD/CAM podem: organizar,
simular, enxergar e prever erros. O software Solidworks e Topsolid so exemplos
neste mercado de engenharia.
3.1. Funes do Software
Esse tipo de software tem a capacidade de simplificar muitas funes utilizadas na
engenharia. O Solidworks, Software desenvolvido pela Dassault Systmes Solid Works
Corp, capaz de otimizar e facilitar a criao de projetos mecnicos avanados. No
software, h diversos recursos:
Modelagem computacional:
Este recurso a origem de tudo, nele, o usurio transporta o elemento real para o
formato 3d. Usando as ferramentas do aplicativo, o modelo 3d desenhado e criado
dentro do software. Aps o elemento modelado, o software capaz de simular, desenhar
tecnicamente e alterar qualquer projeto.
Anlise de elementos finitos:
O software capaz de simular tenses em diversos materiais e escoamentos de diversos
fluidos. H tambm a simulao de movimento e anlise de tolerncia.
Desenho tcnico:
Umas das suas principais finalidades a execuo de desenhos tcnicos. Esse recurso
capaz de gerar: Listas de materiais, vistas explodidas, vistas em detalhes, manual de
montagem e vistas ortogrficas.
3.2. Documentao de Projeto
A organizao documental de um projeto fundamental para sua existncia. Para
a criao ou restaurao de um projeto mecnico, os principais itens so: Desenho
tcnico, Lista de material e Manual de montagem. Esses itens visam fabricao do
conjunto e ao reparo de algum elemento j existente. [26]
3.2.1. Desenho Tcnico
O desenho tcnico um ramo especializado do desenho, caracterizado pela sua
normalizao e pela apropriao que faz dos seguintes contedos:
Sistemas Projetivos: vistas ortogonais, cortes, sees, determinao de
24
distncias, reas e planificao de slidos.
Perspectivas: mtodos ilustrativos de representao do espao e de objetos.
Perspectiva isomtrica: Qualquer linha de faz trs ngulos iguais em relao ao
eixo de coordenada. [26]
Tal forma de representao grfica utilizada como base do projeto na arquitetura,
no design e na engenharia. O desenho tcnico a ferramenta necessria para a
interpretao e representao de um projeto por ser o meio de comunicao entre a
equipe de criao e a de fabricao (ou de construo). Nesse contexto, ele pode ser
interpretado como a linguagem grfica que representa as formas, dimenses e
posicionamento de objetos e suas relaes com o meio. Como representado no meio
corte de engrenagem da figura 9 [25]
Figura 9 Exemplo de representao de desenho tcnico de um meio-corte em uma
engrenagem [25]
3.2.2. Lista de Material
Lista de material o resumo de todos os itens usados em um conjunto ou
subconjunto de um projeto. Normalmente, essa lista representada em um conjunto
montado, explodido ou em corte, assim podendo ter a visibilidade de todas as peas do
conjunto.
Na figura 10, ter um exemplo de vista explodida com lista de materiais de um
guincho manual, desenho referente disciplina e apostila. [25]
25
Figura 10 Exemplo de vista explodida com materiais, referente disciplina [25]
3.2.3. Manual de Montagem
A necessidade de organizao em um projeto faz com que possua um manual de
montagem. Assim, todo trabalho acompanhado por um passo a passo de atividades de
montagem e desmontagem que esto num registro fcil e claro para o usurio poder
utilizar.
Em uma instruo, sempre so utilizadas figuras e indicaes para simplificar as
explicaes. Imagens essas acompanhadas de indicaes numricas de cada elemento
vinculadas com a lista de material. Na figura 11 a seguir h o exemplo de uma lista de
material com manual de montagem.
26
Figura 11 Exemplo de vista com manual de montagem
27
4. HISTRICO DO MANIPULADOR DE CINCO GRAUS DE
LIBERDADE
O manipulador foi desenvolvido em meados de 1989, sob a orientao do Prof.
Jan Leon Scieszko, e tambm do ento funcionrio da Universidade Jos Stockler. Aps
vrios anos de funcionamento, esse rob sofreu um processo de sucateamento. Na
imagem de poca da figura 12 notado o manipulador montado e ativo
academicamente.
Figura 12 Imagem de poca do manipulador
Aps esse perodo, toda a parte eletroeletrnica e de controle ficou inutilizvel,
mas a parte mecnica se manteve intacta. Sua documentao mecnica se perdeu em
uma inundao do Laboratrio de Robtica. Assim, na figura 13 exibido o
manipulador antes da restaurao com seus elementos deteriorados.
28
Figura 13 Imagem antes da restaurao
Ento, em 2011, o prof. Vitor Romano, no intuito de estimular seus alunos com
os fundamentos de projetos de mquinas e automao robtica, fez uma parceira com a
empresa Missler, detentora do software Topsolid. Assim, o professor montou um grupo
de iniciao cientfica que iria comear o processo de desmontagem, documentao,
modelagem e simulao desse manipulador, grupo esse composto pelos alunos Rodrigo
Picana, Filippe Guedes, Marcelo Martinez e Vicente Curi.
Durante o projeto em grupo, foi realizada toda a medio e o registro de todas as
peas do manipulador. Em seguida, foram modelados todos os componentes no
software TOPSOLID. Porm, aps essa primeira etapa do projeto, o grupo de IC foi
dissolvido por diversos fatores.
Nesse projeto final, as peas foram convertidas para o software SolidWorks,
com o objetivo de concluir as etapas de registro e de analise.
29
5. DOCUMENTAO
Durante a desmontagem, o grupo registrou fotos de todas as peas, depois da
modelagem no software, foram feitos os desenhos tcnicos e a remontagem do
manipulador.
5.1. Processo de registro
O primeiro passo foi o registro fotogrfico de cada pea durante sua
desmontagem, no intuito de auxiliar a futura remontagem e de facilitar a sua posterior
documentao.
As figuras de 14 a 19 apresentam o registro fotogrfico de algumas partes e
peas durante a desmontagem:
Figura 14 Vista desmontada da junta
Figura 15 Vista desmontada do antebrao
30
Figura 16 Vista desmontada dos atuadores
Figura 17 Vista montada da junta
Figura 18 Vista das peas que compoem da garra
31
Figura 19 Vista montada da garra
Procurei fotografar imagens de cada elemento e conjunto, em vistas
desmontadas e peas separadas, com isso, as imagens se tornaram uma grande
referencia para o trabalho.
5.2. Modelagem
Aps essa etapa de registro, todos os componentes foram medidos e modelados no
software Topsolid. Para o uso desse projeto foi feito a converso dos componentes para
o software Solidworks.
Foi modelado cada componente de forma separada, e depois foi feito as
montagens de cada conjunto para melhor organizao.
Para critrio de construo, a montagem foi dividida em 5 submontagens, que
esto representadas na vista explodida do manipulador no Apndice C e separadas nas
seguintes categorias :
1. Garra;
2. Brao;
3. Junta;
4. Antebrao;
5. Base.
32
Figura 20 Interface grfica do software de modelagem
Na figura 20, tem a tela de interface do software de modelagem. Na figura 22, a
montagem completa do manipulador.
Figura 21 Vista isomtrica do conjunto
33
5.3. Documentao tcnica
Com o passar dos anos, nenhum registro de desenhos tcnicos restou. Com isso,
foi elaborado um layout com todas as informaes necessrias para fabricao, sendo
condizentes com as normas da NBR 10067 e 10068 [10,11].
Figura 22 Padro de legenda
Na figura 23 todos os itens da legenda foram feitos segundo as normas da NBR.
Foram colocados os seguintes itens:
Desenhista: Rodrigo de Souza e Silva Picana, o prprio autor.
Cotas: em mm. Foram utilizadas cotas em milmetros durante o projeto.
Escalas: Escalas dentro da norma da NBR 8196 [14]. Utilizando sempre 5:1,
2:1, 1:1, 1:2 e 1:5.
Massa: Massa foi indicado em Kg. Clculo feito pelo programa tendo como
base o material utilizado em cada pea.
Formato: Foi utilizado A3 e A4.
Diedro: Usado no 3 diedro. Seguindo a NBR 10067 [10]
Tolerncias dimensionais:
Devido ao projeto j ter sido criado e no ter tido necessidade de uma fabricao
muito precisa, foi usada uma classe de tolerncia grossa seguindo o padro da norma.
No layout, foram registrados intervalos menores do que a norma, sendo colocada
a maior tolerncia de cada intervalo selecionado.
34
Figura 24 Tabela de tolerncias lineares da NBR ISO 2768-1[21]
Tolerncias geomtricas:
Foi utilizado um valor dentre uma mecnica corrente. Para as tolerncias de
inclinao, perpendicularidade e concentricidade, foram usadas o valor de 0,1. Seguindo
ao NBR 6409 [20].
Rugosidade:
Foi usada uma indicao de rugosidade exigida.
Figuras:
Foram utilizados os logos do Laboratrio de robtica e da Engenharia mecnica
da Universidade Federal do Rio de Janeiro.
Figura 23 Tabela de Rugosidade segundo a NBR 8404 [22]
Ttulo: nome de cada pea indicada no desenho.
Descrio: descreve cada item, com detalhes de suas dimenses externas e
35
caractersticas.
Conjunto:
Cada item ser indicado com seus respectivos conjuntos. Que so:
1. Garra
2. Brao
3. Junta
4. Antebrao
5. Base
Sendo que nenhum item comercial ter essa indicao.
Cdigo do desenho:
Foi criado um sistema de cdigos para melhor organizao.
Cdigo Conjunto
MA Manipulador
GA Garra
BR Brao
JU Junta
AB Antebrao
BA Base
CO Comercial
Tabela 1 Resumo dos cdigos usados na montagem do conjunto.
Sendo, por exemplo:
I. GA-01
Uma pea fabricada que compem o conjunto garra.
II. CO-10
Um item comercial que pode compor mais de um conjunto.
Anexo no Apndice C, todos os desenhos tcnicos gerados do manipulador e as
vistas explodidas dos conjuntos.
5.4. Materiais utilizados
Devido ausncia de informaes, foi pesquisado um alumnio comumente usado
em projetos de robtica: o alumnio 5052.
Para comprovar seu valor, foram obtidas as massas de duas peas e comparadas
com o valor que o software gerou, atravs da massa especifica do Al 5052.
36
Item Massa da Balana Figura Massa Terica
Perna-BA-04 0.080 0.005 Kg Figura 26 0.079 Kg
Trava Sextavada
BA-05 0.010 0.005 Kg Figura 27 0.008 Kg
Tabela 2 Relao massa da balana com massa terica.
Figura 24 BA-04 Valor da massa obtido na balana
Figura 25 BA-05 Valor da massa obtido na balana
Dessa forma conclui-se que o Alumnio 5052 uma boa suposio de
material utilizado,
Foi tambm informado pelo Prof. Vitor, que foi usado um adesivo epxi para a
37
juno de alguns elementos, representados na figura 29. Mas, com o passar do tempo,
no foi possvel descrever o tipo de adesivo utilizado.
(a) (b)
Figura 26 (a) Adesivo usado para fixao do rolamento, (b) Adesivo para juno
de um componente eletrnico.
5.5. Itens Com a modelagem concluda, foi feito o levantamento de todos os itens. Foram
encontrados:
60 peas fabricadas
19 itens comerciais
5 conjuntos de montagem
Em Anexo, no Apndice A, tabela com todos os componentes do manipulador.
Para elaborao da lista foi usada norma NBR 13272 [23].
5.6. Manual de montagem
Foi elaborado um manual de montagem para conjunto do manipulador. Foram 6
conjuntos: Garra, Brao, Junta, Antebrao, Base e montagem final.
Em Anexo, no Apndice D, Manuais com descrio de montagem de cada
conjunto.
38
6. MODELAGEM DA POSIO
6.1. Parmetros de Denavit- Hartenberg:
Denavit e Hartenberig criaram, em 1955, um mtodo sistemtico representado
por uma matriz de transformao homognea 4 x 4 capaz de descrever as relaes
de translao e rotao entre elos adjacentes.
Nesse mtodo, cada elo associado a um sistema de coordenadas locais, fixo
relativamente ao elo. Desse modo, atravs de transformaes sequenciais, os
deslocamentos locais dos elos adjacentes da cadeia cinemtica, expressos por
coordenadas locais, podem ser transformados em termos de coordenadas de base,
compondo, assim, o sistema de referncia inercial. [27]
Portanto, atravs dessa sequncia de operaes, chega-se matriz de
transformao homognea para o manipulador mecnico aqui abordado. A equao
apresenta, a matriz de transformao homognea para o manipulador mecnico [27].
i-1Ti =
(1)
Sendo :
- Seni - Cos - Sen - Cos - Distncia de zi-1 a zi, medida ao longo de xi - ngulo entre zi-1 e zi ao longo de xi - Distncia entre xi-1e xi, medida ao longo de zi-1 - ngulo entre xi-1 e xi, medido em zi-1
6.2. Transformao Homognea Direta
O manipulador mecnico abordado possui cinco graus de liberdade. Todas as suas
juntas so de rotao e esto representadas no Apndice B. Nas figuras 30 e 31, est
representado esquema simplificado do manipulador mecnico e a sua representao.
39
Figura 27 Esquema simplificado do manipulador mecnico.
No projeto estudado, o sistema 3 e 4 tm o mesmo elo, sendo o elo 5 a garra do
manipulador.
Figura 28 Representao do manipulador mecnico.
lo ai[mm] i di[mm] i imin imax
1 0 /2 112,7 1(varivel) -180 +180
2 279,2 0 0 2(varivel) -23,1 +30,7
3 257,1 0 0 3(varivel) -79,6 +170
4 0 /2 0 4(varivel) -157,5 +156,9
5 0 0 82,2 5(varivel) -180 +180
Tabela 3 Parmetros D-H
40
Os valores de Min e Max esto registrados no Apndice B.
Os valores da tabela 3, foram aplicados na matriz de transformao homognea
para cada elo.
0T1 =
(2)
1T2 =
(3)
2T3 =
(4)
3T4 =
(5)
4T5 =
(6)
Assim, a matriz de transformao homognea composta ficar:
0T5=
0T1
1T2
2T3
3T4
4T5
0T5=
=
Onde:
X0 =
41
Y0 =
Z0 =
=
Foi plotado, no software Robotic toolbox para Matlab, o manipulador na posio
de origem e numa posio de captura. Software esse que tem como sada clculo de
cinemtica direta e inversa para um determinado ponto. Para este projeto, foi
determinado um ponto A onde ser capturado um objeto para uma operao.
Usando os comandos do software, foi possvel determinar a transformao direta
do ponto A. Os passos foram:
Primeiro construir o rob com os parmetros DH.
>> L =
theta=q1, d= 0.113, a= 0, alpha= 1.571 (R,stdDH)
theta=q2, d= 0, a= 0.279, alpha= 0 (R,stdDH)
theta=q3, d= 0, a= 0.257, alpha= 0 (R,stdDH)
theta=q4, d= 0, a= 0, alpha= 1.571 (R,stdDH)
theta=q5, d= 0.082, a= 0, alpha= 0 (R,stdDH)
>> R = seriallink(L)
Aps isso, foi determinado um ponto A, sendo cada coordenada uma rotao ,em
rad em cada junta.
>>qa = [01.1694 -1.3963 0.7589 0]
Aps isso, foi calculado a cinemtica direta .
.>>Tr = fkine(R,qa)
Tr =
0.8618 -0.0000 0.5073 0.4010
0.0000 -1.0000 -0.0000 0.0000
0.5073 0.0000 -0.8618 0.2413
42
0 0 0 1.0000
Sendo essa a Matriz Tr transformada da posio de origem ao ponto A. Nas
figuras 32 e 33, mostrada a posio zero do manipulador e a posio A.
Figura 29 Manipulador na posio de origem.
Figura 30 Manipulador numa posio A de captura
Ao contrrio da Transformao homognea direta existe a transformao
homognea inversa, a cinemtica inversa fornece, a partir da posio, a orientao da
garra 0Tn,o conjunto das variveis de juntas, bem como o ngulo entre os elos e, logo, as
43
suas posies no plano. Isso possvel a partir dos parmetros do manipulador
mecnico DH, sua configuraoe as condies de contorno baseadas no esquema
simplificado do manipulador mecnico[27]. Sendo sua soluo geral abaixo.
(8)
Devido aos 5 graus e a liberdade, a matriz transformao ter muitas possibiliadades
de solues. Com isso, foi encontrado de maneira inversa o ponto A utilizando
ferramenta Robtico Tollbox do Matlab.
Nas figuras anteriores, esto representadas a posio de origem e a posio A.
Agora, utilizando o comando de inversa, ser calculada a sua Matriz
Usando o comando:
>>qo = ikine(R,Tr,qa,M)
qo =
0 1.1694 -1.3963 0.7589 0
Assim, encontrando o qa usado anteriormente.
6.3. Volume de trabalho
o volume de espao gerado pelo somatrio das posies possveis do efetuador
dada uma especfica configurao do manipulador.
O espao de trabalho limite alcanado por um manipulador representado pelo
lugar geomtrico dos pontos Pi obtido, considerando a equao cinemtica direta em
termos de posio.[27]
Esta regio finita, fechada e contnua, sendo definida na fronteira.
Onde:
P - funo escalar que representa o volume (somatrio dos pontos) gerado
por um manipulador. Equivalente ao campo de trabalho limite.
qi - coordenada generalizada de posio do elo i.
qimin- posio de fim de curso mnimo da coordenada qi
44
qimx - posio de fim de curso mximo da coordenada qi
O volume gerado pelo manipulador em questo foi formado pelas posies Max e
Min das juntas e plotado no Solidworks. Documento que est no Apndice B, e na
figuras 31 e 32.
Figura 31 Volume de trabalho do manipulador ZY
Figura 32 Volume de trabalho do manipulador XY
45
7. ANLISE ESTTICA
Neste tpico sero calculados os valores das foras e torques necessrios para a
manipulao de uma determinada carga. Inicialmente, sero apresentadas as
propriedades de cada conjunto e depois os clculos referentes aos torques.
Na concepo da anlise foram levadas em considerao as massas dos elos e das
juntas, em um cenrio de caso crtico, no qual a carga manipulada a mxima
estipulada no projeto, foi arbitrado, 2 kg, e o manipulador se encontra com o elo 2 na
vertical, o elo 3 em posio horizontal e a o elo 4, que o mesmo do 5, em posio
horizontal.
7.1. Propriedades dos Conjuntos
Utilizando as propriedades geradas no software Solidworks, foi montada a tabela
com dimenses gerais e peso. Para esse estudo as dimenses de cada elo sero
simplificadas as trs dimenses gerais.
Nome Dimenses gerais Lx
H x C(mm x mm x
mm)
Massa (kg) PESO W
Elo1 49 x 49 x 113 0,309 3,1 Elo2 53,7 x 50,6 x 330 0,143 1,4 Elo3 49 x 33 x 262 0,212 2,1 Elo4 52 x 52 x161 0,127 1,3 Elo5 52 x 52 x161 0,127 1,3
Tabela 4 Dimenses gerais de cada elo para calculo estrutural
7.2. Calculo das Foras e Momentos
Alm da posio crtica, foi adotada outra considerao no clculo de que os centros
de massas de cada elo foram estimados no seu ponto mdio. Assim, tendo um resultado
conservador.
As variveis so:
MJi :
o somatrio de momento em cada Junta i (2,3 ou 4)
WAB, WGA, WBR:
Valores dos pesos registrados na tabela 4 e inserido no centro do seu respectivo corpo.
46
Figura 33 Foras e momentos do Manipulador
Na figura 33 calculado as reaes e momentos das juntas 2, 3 e 4, usando a
simplificao geomtrica o centro da garra ser no mesmo ponto onde esta sua junta.
Isolando os corpos tem se:
Garra (elo 4 e 5)
MJ4 = 20 x 80 = -1600 Nmm
Sendo a reao da junta, R4 = WGA + 20 = 21,3 N
Antebrao (elo3)
MJ3 = 20 x (80+262) + 1,3 x 262 + 2,1 x 262/2 = -7455,7 Nmm
Sendo a reao da junta, R3 = WGA + 20 + WAB = 23,4 N
Brao (elo2)
Para o elo2 foi considerado uma posio esttica, assim seu peso no irar gerar
momento em relao junta 2.
MJ2 = MJ3
Sendo a reao da junta, R2 = WGA + 20 + WAB + WBR = 24,8 N
47
8. SISTEMA DE TRANSMISSO
Neste captulo, so analisados elementos do sistema e seus ngulos limites. Que so
gerados atravs da transmisso de torque dos atuadores para as polias e engrenagens.
Foi informado que o antigo sistema do manipulador todo movido por cabos de ao.
Para este capitulo tambm sero usadas informaes do Apndice B.
8.1.Anlise do sistema de transmisso
O Projeto composto por juntas rotacionais. Foi estudado o manipulador atravs do
Solidworks e definido os ngulos limites de cada junta
A primeira junta rotacionada de + 180 a -180. Sua articulao dada,
provavelmente, por um atuador fixado na base inercial SCR{0}, que assim transmite
movimento para a Base Circular Superior (BA-08), como representado na figura 34.O
elemento que est acoplado na Haste (BA-07). Como descrito anteriormente, esses
movimentos eram transmitidos por cabos de ao.
Figura 34 Posio do cabo de ao, em amarelo, para rotao da primeira junta
48
Na segunda junta,figura 35, foi verificado o movimento angular de +30,7 a -
23,1.
Figura 35 Variao angular da junta 2.
Na Terceira junta, figura 36, foram verificados os ngulos de +105,1 a -79,6.
Na figura
Figura 36 ngulos mximos obtidos na terceira junta
O movimento angular da terceira junta criado atravs de cabos conectados em
polias fixadas na base. Na figura 37 demonstrao da posio de cabo de ao.
49
Figura 37 Posio do cabo de ao na Junta3
A quarta e quinta junta, figura 38, tem a mesma origem. Na junta4 possvel
um angulo de +156,9 e -157,4. Essa angulao devido rotao das engrenagens
pinho, no eixo X que movimentam a garra. Quando acionadas simultaneamente em um
sentindo positivo, a garra se eleva, num sentido negativo a garra se abaixa. Se acionada
em sentidos opostos, a garra ir rotacionar sobre seu prprio eixo. Sendo possvel em Z
uma rotao de +180 e -180
Figura 38 variao angular da garra.
8.2. Dimensionamento das Engrenagens
Para a modelagem da engrenagem, foram coletados os mdulos, nmeros de dentes,
largura dos dentes, ngulos de presso e ngulos de eixos, utilizando a norma da NBR
para engrenagens [15].
50
Com isso, foram reproduzidas as dimenses das engrenagens utilizadas. na tabela
5, h todos os valores necessrios para sua construo.
Denominao Smbolo Coroa Pinho
Elementos Fundamentais
Mdulo M 1
Nmero de dentes Z 28 18
Passo do dente p 3,14 3,14
Espessura do Dente e 1,57 1,57
ngulo de presso 20 20
ngulo entre Eixos 90,00
Elementos complementares
Semingulos do cone
primitivo 57,26 32,74
Diam. Primitivo Dp 28 18
Diam. Externo De 29,08 19,68
Geratriz do cone
Primitivo R 16,64 16,64
ngulo da Cabea a 3,44 3,44
ngulo do p b 4,30 4,30
Altura da Cabea a 1 1
altura do p b 1,25 1,25
Altura do Dente h 2,25 2,25
Raio do P r 0,17 0,17
Tabela 5 Tabela com as medidas do par de engrenagens coroa - pinho
Figura 39 Conjunto Coroa Pinho
51
8.3. Dimensionamento de Polias
O projeto original foi desenvolvido para o uso de cabos de ao. Porem, nas polias
notado uma dimenso maior que a necessria para cabos de ao. Tendo no total 12
polias para transmitir seus movimentos. Na figura 43 exposto as polias do conjunto do
manipulador
Figura 40 Manipulador com suas polias expostas
Nas polias, usadas para cabos de ao foi observado um canal mais largo que o
necessrio e de seo retangular, que poderia ser adaptado para uma correia.(figura 41)
Figura 41 Polia da Junta principal com seu canal largo
52
9. ANLISE DE SUGESTES DE MODIFICAES DE
COMPONENTES.
Ao longo da pesquisa no manipulador, foram verificados erros de projeto e erros que
vieram da fabricao. H tambm o excesso de componentes desnecessrios ou ausncia
de alguns elementos de fixao. Alguns dos seguintes erros foram encontrados:
a) Erro de fabricao da engrenagem cnica (GA-12):
A engrenagem em questo possui: nmero de dentes igual a 28, mdulo 1,
ngulo de presso de 20 e ngulo entre eixos de 90. Com esses dados, foi aplicado o
modelo terico seguindo a teoria do manual DESENHO TCNICO PARA
ENGENHARIA MECNICA [25], modelo esse que gerou os dados que esto na tabela
4 do captulo 8 desse projeto e est representada na figura 42.
Figura 42 Vista modelada e perpendicular ao conjunto coroa pinho
Porm, a engrenagem fabricada possui medidas diferentes da terica. Foi
observado e medido que o dimetro externo igual ao dimetro primitivo, sendo assim,
diferente dos dimetros externo e primitivo tericos. Vide a figura 43:
53
.
Figura 43 Vista real e perpendicular ao conjunto coroa pinho
b) Batente da junta improvisada:
Foi observado um elemento de batente para a junta principal, mas um elemento
improvisado, sendo uma chapa fina de alumnio colada de maneira no ajustada.(figura
44)
Figura 44 Um batente improvisado para fim de curso da junta principal
c) Chapa entre o Anel e a ChapaLateral do brao:
Foi observado um elemento que foi documentado como Placa maior (BR-03), porm
54
no havia necessidade da sua existncia, pois um Anel mais largo supriria o elemento
Placa Maior. a hiptese de que o elemento foi criado devido a um erro de fabricao
do elemento Anel. Sendo assim, a placa maior resolveria o espaamento deixado entre o
Anel e a Chapa Lateral.(figura 45)
Figura 45 Duas Placas Maiores sendo utilizada entre o Anel e Chapa Lateral
d) Chapa entre Apoio Central e Carenagem Lateral no antebrao:
Assim como no item C, um apoio central mais largo supriria a necessidade da
chapinha (AB-01). Abaixo vemos que, um apoio central usou a pea Chapinha, porm o
outro Apoio no.
Figura 46 Chapinha compensando o espaamento entre o Apoio e a Carenagem
55
e) Furao no cilindro central (JU-06):
Foram localizados dois furos na pea analisada. Um desses furos estava muito
prximo aresta do cilindro. Isso ocorreu, provavelmente, por um erro de fabricao.
Sendo assim, partir das anlises, foi constatado que os furos deveriam ter a mesma
distncia ao centro.
Figura 47 Furo do Cilindro central
f) Apoio de borracha para a Chapa de Apoio:
O elemento de borracha BA-10 tem a finalidade de espaar a Chapa de apoio,
porm, devido a um improviso, foi utilizada uma borracha escolar como separador. a
hiptese de que o apoio de borracha tinha como finalidade reduzir a vibrao de
algum atuador. Contudo, a escolha de uma borracha escolar como polmero no a mais
adequada para um projeto mecnico.
Figura 48 Borracha para espaar apoio
56
g) Excesso de furo na Chapa Superior (BA-03):
Aps a retirada de todos os atuadores antigos, foi observado um excesso de furos
na Chapa Superior. Isso ocorreu devido tecnologia da poca em que foi fabricada essa
chapa necessitar de muitos furos para fixar os seus atuadores. Atualmente, atuadores
mais recentes teriam uma fixao mais fcil e sem a necessidade de tantos furos.
(a) (b)
Figura 49 (a) Atuadores fixados na Chapa, (b) A chapa e todos seus detalhes
cortados.
57
10. CONCLUSO
10.1. Resultados e Concluses
Neste trabalho teve como resultado a documentao completa do manipulador, todo
o desenhos, manuais de montagem e vistas explodidas nos Apndices. Tambm Foi
realizada a montagem fsica, aps a desmontagem.
Portanto, o manipulador timo para o uso acadmico, e com os resultados citados
poder acrescentar contedo nas disciplinas referentes ao tema.
10.2. Sugestes Para Trabalhos Futuros
O projeto mecnico do manipulador est vivel, porm h a necessidade de
atualizao de elementos da montagem original e a construo de um sistema de
comando eletrnico.
Foi verificada a viabilidade de utilizao de novos atuadores, sendo necessrio um
novo estudo para calcular os torques dinamicamente e os atuadores.
Para o sistema de transmisso foi comprovado sua funcionalidade, contudo, uma
nova engrenagem e correias aperfeioariam o projeto do manipulador.
10.2.1. Modificaes no Manipulador
Para uma futura otimizao do projeto seria necessria uma alterao e uma
remoo de diversos erros no projeto original. Como, por exemplo, o item b do captulo
anterior em que deveria ser removido o batente improvisado, assim como a borracha
escolar localizada no item f que deveria ser trocada por um elemento polimrico.
Tambm para um prximo trabalho adaptao de correias no lugar de cabos de
ao. Sendo que, o manipulador tem polias com dimenses compatveis com as correias
usuais no mercado e em relao aos cabos de ao so mais silenciosas e maior
capacidade de amortecimento, que reduzem a transmisso de choques mecnicos e
vibraes em relao aos cabos de aos, isso em funo da sua flexibilidade.
10.2.2. Sistema de Comando Eletrnico
Para um trabalho futuro a criao de uma unidade de controle, para gerenciar e
monitorar as operaes do manipulador estudado. Tambm, a instalao de sensores
para medio das velocidades e acelerao da juntas.
58
A unidade tem como modelo um sistema de controle que consiste de
subsistemas e processos reunidos com o propsito de controlar as sadas dos processos,
onde uma entrada de referncia comparada com a sada do sistema, gerando um sinal
de erro. O elemento controlador trata estes sinais que posteriormente so amplificados e
enviados aos atuadores do sistema. [28].
Figura 50 Modelo de sistema de controle de um rob utilizando processamento de
imagem [28]
59
BIBLIOGRAFIA
[1] FU, K.S., GONZALES, R.C. LEE, C.S.G., Robotics: Control, Sensing, Vision and
Intelligence, New York: McGraw-Hill, 1987.
[2] ASIMO HONDA, Pgina consultada em 14 de fevereiro de 2014
.
[3] PIRES, J.N., Os desafios da Robtica Industrial, Jornal Pblico, caderno de
Computadores, DEM - Universidade de Coimbra, 28 Abr. 2003, Pgina consultada em
15 de maro de
2014
[4] ROMANO, V.F., Robtica Industrial - Aplicao na Indstria de Manufatura e de
Processos. Editora Edgard Blcher Ltda., 2002.
[5] ROB INDUSTRIAL, Novembro de 2012 , Pgina consultada em 15 de maro de
2014, .
[6] ROMANO, V.F., VENTURA, R.B., Programao de Robs, Minicurso INCOM 2004,
Salvador, Bahia.
[7] REIS GmbH&Co. Pgina consultada em 15 de Fevereiro de 2014,
.
[8] MO ROBOTICA SEM DEDO, Inovao tecnolgica, . Pgina consultada em 15 de
Fevereiro de
2014,.
[9] TOOL CHANGERS, RoboticsAccessoriesDivision, Pgina consultada em 15 de abril
de 2008, .
[10] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 10067 - Princpios gerais de
representao em desenho tcnico. [S.l.: s.n.], 1995
[11] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 10068 - Folha de desenho -
Leiaute e dimenses. [S.l.: s.n.], 1987
[12] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 10126 - Cotagem em desenho
tcnico. [S.l.: s.n.], 1987
[13] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 12298 - Representao de corte
http://robotics.dem.uc.pt/norberto/publico/robotica_industrial_desafios.pdfhttp://www.reisrobotics.de/http://www.robotic-accessories.com/files/Pro_Too.pdf
60
em desenho tcnico. [S.l.: s.n.], 1995
[14] Associao Brasileira de Normas Tcnicas. NBR 8196: Desenho Tcnico:
emprego de escalas. [S.l.: s.n.], 1999.
[15] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 11534 - Representao de
engrenagem em desenho tcnico. [S.l.: s.n.], 1991
[16] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 6389 - Polias de transmisso.
[S.l.: s.n.], 1971
[17] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR ISO 261 - Seleo de dimetros
para parafusos e porcas. [S.l.: s.n.], 2004
[18] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 8993 - Representao
convencional de partes roscadas em desenhos tcnicos. [S.l.: s.n.], 1985
[19] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 6158 - Sistema de tolerncias e
ajustes. . [S.l.: s.n.], 1995
[20] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 6409 - Tolerncias geomtricas.
[S.l.: s.n.], 1997
[21] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR ISO 2768-1 e 2768-2 -
Tolerncias gerais. [S.l.: s.n.], 2001
[22] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR 8404 - Indicao do estado de
superfcies em desenhos tcnicos. [S.l.: s.n.], 1984
[23] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR13272 - Elaborao das listas de
itens. [S.l.: s.n.], 1999
[24] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR13273 - Referncia a itens . [S.l.:
s.n.], 1999
[25] PINA FILHO, A.C., Desenho tcnico para engenharia mecnica. Universidade
federal do Rio de Janeiro, 2011.
[26] Associao Brasileira de Normas Tcnicas NBR ISO 10209-2 Termos relativos
aos mtodos de projeo [S.l.: s.n.], 2005
[27] ROMANO, V.F. , Apostila de Robtica, UFRJ-Poli / Engenharia Mecnica,
2011.
[28] OGATA, Katsuhiko. Engenharia de Controle Moderno. Traduo de Prof.
Bernardo Severo. Rio de Janeiro: LTC Editora, 1998.
61
APNDICE A TABELA DE MATERIAIS
Neste apndice, foi elaborada uma tabela com a descrio de todos os itens do
projeto.
A tabela est composta pelas seguintes colunas:
Tabela 6 Tabela com os ndices de cada coluna
Titulo. Nome do item em questo.
Cdigo. Para melhor organizao,os itens foram separados em cdigos.Vide a Tabela 1.
Descrio. Uma breve descrio do elemento com seu tipo e medida gerais
Material. Nome do material do respectivo elemento.
Conjunto. Cada elemento est enquadrado em um dos 6 itens possveis.
Massa. Massa calculada pelo software, a partir da massa especifica e volume do item modelado.
Foram usadas trs casas decimais em Quilograma.
QTD. Quantidade de itens de cada elemento na montagem completa.
TTULO CODIGO DESCRIO MATERIAL CONJUNTO MASSA QTD.
TTULO CODIGO DESCRIO MATERIAL CONJUNTO MASSA QTD.
Chapinha AB-01 Chapa 0.9mm Furada Alumnio 5052 Antebrao 0,630 4
Apoio Central AB-02 41.8 x 29.4mm Alumnio 5052 Antebrao 0,012 2
Carenagem frontal AB-03 Chapa 1.5mm Dobrada Alumnio 5052 Antebrao 0,044 1
Carenagem Traseira AB-04 Chapa 1.5mm Dobrada Alumnio 5052 Antebrao 0,039 1
Cruz AB-05 52 x 23.2 mm Alumnio 5052 Antebrao 0,009 1
Polia com Guia AB-06 C=13.7 e= 26.1 Polia com Guia Alumnio 5052 Antebrao 0,003 2
Engrenagem Cnica Pinho AB-07 Z=18 M=1 =20 =90 Pinho Nilon 101 Antebrao 0,001 2
Carenagem Lateral AB-08 Chapa 1.6mm Dobrada Alumnio 5052 Antebrao 0,034 2
Chapu AB-09 21 x 3mm Alumnio 5052 Antebrao 0,001 2
Capa da carenagem lateral AB-10 Chapa 1.5mm Dobrada Alumnio 5053 Antebrao 0,001 2
Base Circular Inferior BA-01 Chapa 11mm Usinada Alumnio 5052 Base 2,125 1
Apoio Central da Base BA-02 80 x 22.8mm Alumnio 5052 Base 0,231 1
Chapa Superior BA-03 Chapa 3.1mm Usinada Alumnio 5052 Base 0,333 1
Perna BA-04 HEX R=10.9mm C=96mm Alumnio 5052 Base 0,079 4
Trava Sextavada BA-05 HEX R=14.5mm C=8.2mm Alumnio 5052 Base 0,008 4
Pino BA-06 12.6 x 136.8mm Alumnio 5052 Base 0,046 1
Haste BA-07 C=105.2mm Alumnio 5052 Base 0,178 1
Base Circular Superior BA-08 Polia com Guia e=210mm Alumnio 5052 Base 0,475 1
Chapa de Apoio BA-09 Chapa 2mm Cortada Alumnio 5052 Base 0,104 1
Apoio de Borracha BA-10 14 x 32.5 x 9mm Borracha natural Base 0,004 2
Barra Retangular BA-11 16 x 128.5 x 9.4mm Alumnio 5052 Base 0,048 1
Pino de ligao BA-12 C=55.9mm Alumnio 5052 Base 0,010 1
Polia Dupla BA-13 Polia Guia Dupla Escalonada Alumnio 5052 Base 0,017 2
Polia Simples BA-14 Polia com Guia e=49.7mm Alumnio 5052 Base 0,013 1
Anel interno BA-15 26 x 11.9mm Alumnio 5052 Base 0,010 1
N de marinheiro BA-16 Chapa 2.9mm Usinada Alumnio 5052 Base 0,034 1
Anel BR-01 46.6 x 46.8mm Alumnio 5052 Brao 0,016 2
Placa Menor BR-02 12 x 21.3 x 2mm Alumnio 5052 Brao 0,001 4
Placa Maior BR-03 Chapa 2mm Furada Alumnio 5052 Brao 0,002 4
Pino Redondo BR-04 6.4 x 7.8mm Alumnio 5052 Brao 0,000 1
Cabea Simples BR-05 Chapa 3mm Usinada Alumnio 5052 Brao 0,035 1
Pino Retangular BR-06 4.2 x 9mm Alumnio 5052 Brao 0,001 1
Chapa Inferior BR-07 Chapa 1.5mm Dobrada Alumnio 5052 Brao 0,062 1
Chapa Lateral Brao BR-08 Chapa 1.5 Usinada Alumnio 5052 Brao 0,062 2
Capa Externa do Menor Rolamento BR-09 16.7 x 6.1mm Alumnio 5052 Brao 0,001 2
Capa Externa do Maior Rolamento BR-10 40 x 4.3mm Alumnio 5052 Brao 0,008 2
Capa Interna do Maior Rolamento BR-11 25.2 x 6mm Alumnio 5052 Brao 0,003 2
Capa Interna do Menor Rolamento BR-12 23 x 2mm Alumnio 5052 Brao 0,002 2
Parafuso Phillips - M3 6 CO-01 Comercial - Comercial 0,680 6
Parafuso Phillips - M1.6 3 CO-02 Comercial - Comercial 0,000 18
Parafuso Phillips - M3 8 CO-03 Comercial - Comercial 0,001 12
Parafuso Allen - M5 25 CO-04 Comercial - Comercial 0,006 6
Porca Sextavada - M4 CO-05 Comercial - Comercial 0,580 6
Arruela - M4 CO-06 Comercial - Comercial 0,770 6
Arruela da Garra M3 CO-07 Comercial - Comercial 0,180 1
Parafuso Allen - M4 35 CO-08 Comercial - Comercial 0,004 4
Parafuso Allen - M3 10 CO-09 Comercial - Comercial 1,030 1
Parafuso Allen - M4 16 CO-10 Comercial - Comercial 0,003 2
Parafuso Allen - M4 20 CO-11 Comercial - Comercial 0,003 2
Parafuso Phillips - M3 12 CO-12 Comercial - Comercial 0,001 4
Parafuso Phillips - M2.5 6 CO-13 Comercial - Comercial 0,280 6
Rolamento- 3 10 4 CO-14 Modelo NSK 6023 - Comercial 0,460 2
Rolamento - 4 13 5 CO-15 Modelo NSK 6024 - Comercial 0,330 2
Rolamento - 7 19 6 CO-16 Modelo NSK 6007 - Comercial 0,440 2
Rolamento - 4 12 4 CO-17 Modelo NSK 6004 - Comercial 0,390 2
Rolamento - 8 16 4 CO-18 Modelo NSK 6188 - Comercial 0,300 4
Porca Sextavada M2 CO-19 Comercial - Comercial 0,400 1
Base da Garra GA-01 Chapa 1.1mm Dobrada Alumnio 5052 Garra 0,007 1
Triangulo GA-02 Chapa 1.1 mm Dobrada Alumnio 5052 Garra 0,003 2
Triangulo do Polimero GA-03 Chapa 1.1mm Dobrada Alumnio 5052 Garra 0,003 2
Polimero de Contato GA-04 27.5 x 9.8mm NEOPRENE Garra 0,000 2
Batente Eixo GA-05 13 x 4.5mm + Rosca M2 Interna Ao carbono simples Garra 0,001 1
Pino do Triangulo GA-06 1.5 x 7mm Alumnio 5052 Garra 0,000 2
Barra GA-07 Chapa 1.2mm Usinada Alumnio 5052 Garra 0,460 4
Bucha GA-08 C=11.5 Rosca M2 Interna Bronze Alumnio Garra 0,000 8
Base do Atuador GA-09 33.3 x 14.3mm Alumnio 5052 Garra 0,016 1
Tampa do Atuador GA-10 31.4 x 9mm PET Garra 0,003 1
Base da Engrenagem da Garra GA-11 C=32.5 Ao carbono simples Garra 0,024 1
Engrenagem Conica Coroa GA-12 Z=28 M=1 =20 =90 Coroa Nilon 101 Garra 0,002 1
Cilindro Perfurado GA-13 31.4 x 45.5mm Alumnio 5052 Garra 0,015 1
Eixo GA-14 C=58.7mm + Rosca M2.5 Ao carbono simples Garra 0,006 1
Polia Menor JU-01 Polia com Guia e=28.10mm Alumnio 5052 Junta 0,005 2
Chapa da Junta JU-02 Chapa 3mm Usinada Alumnio 5052 Junta 0,034 2
Polia Maior JU-03 Polia com Guia e=29mm Alumnio 5052 Junta 0,004 2
Polia do Cilindro JU-04 Polia com Guia e=50.2 Alumnio 5052 Junta 0,023 1
Bucha de Juno JU-05 6.4 x 4.3 Alumnio 5052 Junta 0,270 4
Cilindro Central JU-06 50.1 x 22mm Alumnio 5052 Junta 0,023 1
Eixo Cilindro JU-07 C=56.4mm Alumnio 5052 Junta 0,005 1
Eixo Polia Menor JU-08 C=31.5 Rosca M2.5 Interna Alumnio 5052 Junta 0,001 1
62
APNDICE B ANALISE CINEMTICO E D-H
A seguir, sero apresentados os desenhos para anlise cinemtica nos parmetros
DH calculados no capitulo 6.
Neste anexo consta:
Analise DH;
Volume de trabalho;
Cinco desenhos com as anlises angulares dcada junta;
APPROVEDP.E. CHECKBYDATEDESCRIPTIONECO NO.REV
165
137
,7 2
52
257,1
82,2
112
,7
531
,2
279
,2
XYZ
X1
Y1Z1
X2
Y2
Z2
X3
Y3
Z3
X4Y4
Z4
Z5
Y5X5
SCR{0}
Junta ai [mm] i di [mm] i imin imax
1 0 /2 112,7 1(varivel) -180 +1802 279,2 0 0 2(varivel) -23,1 +30,73 257,1 0 0 3(varivel) -79,6 +105,14 0 /2 0 4(varivel) -157,5 +156,95 0 0 82,2 5(varivel) -180 +180
11
6
5
4
3
2
1
B C D E
10
9
8
7
F G H J K L M N P QA
DATA:
69 / 81
CONJUNTO:Manipulador Robotico
FOLHAS
TTULO:
CDIGO DESENHO:
MA-00
Rodrigo de Souza e S Picana 28/02/2014DESENHISTA: DESCRIO:
MASSA: 4.858 Kg
ESCALA:
0.10.5mm-6mm : 0.3mm
1:5
6mm-120mm : 0.8mm
120mm-1000mm : 2mm1000mm-4000mm : 4mm
:0.1 Eixo:0.1 Eixo
N.B.RRUGOSIDADE :
MATERIAL:
ANGULAR:
TOLERANCIAS GEOMTRICAS N.B.RTOLERANCIAS LINEARES & N.B.R
COTAS : mm
FORMATO: A3
Montagem Manipulador
Parametro DH para analise cinemtica
1.6
-
APPROVEDP.E. CHECKBYDATEDESCRIPTIONECO NO.REV APPROVEDP.E. CHECKBYDATEDESCRIPTIONECO NO.REV
330
138
,10
R617,36
R341,05
R80,21
872
,18
866,60
VOLUME DE TRABALHO NO PLANO ZY
Z
Y
11
6
5
4
3
2
1
B C D E
10
9
8
7
F G H J K L M N P QA
DATA:
70 / 81
CONJUNTO:
Manipulador Robotico
3 DIEDRO
FOLHAS
TTULO:
CDIGO DESENHO:
MA-00
Rodrigo de Souza e S Picana 28/02/2014DESENHISTA: DESCRIO:
MASSA : 4.858 Kg
ESCALA:
0.10.5mm-6mm : 0.3mm
1:4
6mm-120mm : 0.8mm
120mm-1000mm : 2mm1000mm-4000mm : 4mm
:0.1 Eixo:0.1 Eixo
N.B.RRUGOSIDADE :
MATERIAL:
ANGULAR:
TOLERANCIAS GEOMTRICAS N.B.RTOLERANCIAS LINEARES & N.B.R
COTAS : mm
FORMATO: A3
Volume de trabalho
Volume de trabalho gerado pelo manipulador
1.6
-
JUNTA 1
Junta 1 tem uma variao angular de +180 e -180
y
Z
y
x
DATA:
71 / 81
CONJUNTO:
Manipulador Robotico
3 DIEDRO
FOLHAS
TTULO
CDIGO DO DESENHO:
MA-00
Rodrigo de Souza e S Picana 28/02/2014DESENHISTA: DESCRIO:
MASSA : 4.858Kg
ESCALA :
0.10.5mm-6mm : 0.3mm
1:5
6mm-120mm : 0.8mm
120mm-1000mm : 2mm1000mm-4000mm : 4mm
1.6
:0.1 Eixo:0.1 Eixo
N.B.RRUGOSIDADE :
MATERIAL: -
ANGULAR:
TOLERANCIAS GEOMTRICAS N.B.RTOLERANCIAS LINEARES & N.B.R
COTAS : mm
FORMATO: A4
Variao angular da Junta 1
Junta 1
23,1
30,7
JUNTA2
X
Z
Y
DETALHE JUNTA2 ESCALA 2 : 5
BatenteJunta
A junta 2 tem um angulo variavel de +30,7 a -23,1.Isso deivo aos seus batentes acoplados no Antebrao
que limita seu movimento.
DATA:Variao angular da Junta 2
72 / 81
CONJUNTO:
-
3 DIEDRO
FOLHAS
TTULO
CDIGO DO DESENHO:
MA-00
Rodrigo de Souza e S Picana 28/02/2014DESENHISTA: DESCRIO:
MASSA : 4.858Kg
ESCALA :
0.10.5mm-6mm : 0.3mm
1:5
6mm-120mm : 0.8mm
120mm-1000mm : 2mm1000mm-4000mm : 4mm
1.6
:0.1 Eixo:0.1 Eixo
N.B.RRUGOSIDADE :
MATERIAL: -
ANGULAR:
TOLERANCIAS GEOMTRICAS N.B.RTOLERANCIAS LINEARES & N.B.R
COTAS : mm
FORMATO: A4
Junta 2
105,1
79,6
JUNTA 3
Y
X
Z
Junta 3 tem uma variao angular de +105,1 a -79,6.Seus movimentos so limitados pela garra e pela junta principal
DATA:
73 / 81
CONJUNTO:
Manipulador Robotico
3 DIEDRO
FOLHAS
TTULO
CDIGO DO DESENHO:
MA-00
Rodrigo de Souza e S Picana 28/02/2014DESENHISTA: DESCRIO:
MASSA : 4.858Kg
ESCALA :
0.10.5mm-6mm : 0.3mm
1:5
6mm-120mm : 0.8mm
120mm-1000mm : 2mm1000mm-4000mm : 4mm
1.6
:0.1 Eixo:0.1 Eixo
N.B.RRUGOSIDADE :
MATERIAL: -
ANGULAR:
TOLERANCIAS GEOMTRICAS N.B.RTOLERANCIAS LINEARES & N.B.R
COTAS : mm
FORMATO: A4
Junta 3
Variao angular da Junta 3
-
MA-00-
156,9
0
157,40
Y
Z
CONJUNTO COROA PINHO
X
Z
Na junta4 possivel um angulo de +156,9 e -157,4.Essa angulao devido a rotao da engrenagens pinho, no eixo Xque movimentam a garra .
Quando acionadas simultaneamentes em um sentindo positivo, a garra se eleva, num sentido negativo a garra se abaixa.Se acioanda em sentidos opostos, a garra ir rotacionar sobre seu prprio eixo. Sendo possivel em Z uma rotao de +180 e -180
DATA:Variao angular da Junta 4
74 / 81
CONJUNTO:
3 DIEDRO
FOLHAS
TTULO
CDIGO DO DESENHO:
Rodrigo de Souza e S Picana 01/03/2014DESENHISTA: DESCRIO:
MASSA : Kg
ESCALA :
0.10.5mm-6mm : 0.3mm
1:2
6mm-120mm : 0.8mm
120mm-1000mm : 2mm1000mm-4000mm : 4mm
1.6
:0.1 Eixo:0.1 Eixo
N.B.RRUGOSIDADE :
MATERIAL:
ANGULAR:
TOLERANCIAS GEOMTRICAS N.B.RTOLERANCIAS LINEARES & N.B.R