Apostila de Robotica Basica

Didatech Comrcio de Equipamentos Didticos Ltda Fone (11) 5574-7000 R. Vergueiro, 1649 - Conjunto 2 E-Mail: [email protected] Paulo - SP CEP: 04101-000 Fax: (11) 5084-3422

m.br

ROBTICA BSICA

ROBTICA BSICA DIDATECH Comrcio de Equipamentos Didticos Ltda. - So Paulo 2005

1 Edio Reviso 0, folhas 03 43

A DIDATECH Comrcio de Equipamentos Didticos Ltda. reserva- se ao direito de impedir ou permitir, mediante consulta formal, a reproduo, parcial ou total, do presente documento, nos termos da legislao vigente sendo, mormente, aplicveis os artigos a seguir reproduzidos. Art. 102 da Lei n 9610 de 19/2/1998 O titular da obra que seja fraudulentamente reproduzida, divulgada ou de qualquer forma indevidamente utilizada, poder requere a apreenso dos exemplares reproduzidos ou a suspenso da divulgao, sem prejuzo da indenizao cabvel. Art. 104 da Lei n 9610 de 19/2/1998 Quem vender, expuser venda, ocultar, adquirir, distribuir, tiver em depsito ou utilizar fonograma, reproduzidos com fraude, com a finalidade de vender, obter ganho, vantagem, proveito, lucro direto ou indireto, para si ou para outrem, ser solidariamente responsvel com o contrafator, nos termos dos artigos precedentas, respondendo como contrafatores o importador e o distribuidor em caso de reproduo no exterior.

Didatech Comrcio de Equipamentos Didticos Ltda Fone (11) 5574-7000 R. Vergueiro, 1649 - Conjunto 2 E-Mail: [email protected] Paulo - SP CEP: 04101-000 Fax: (11) 5084-3422

m.br

CAPTULO 1 INTRODUO ROBTICA.

Dcadas atrs, os robs faziam parte apenas da fico cientfica, fruto da imaginao do homem. No incio dos anos 60, os primeiros robs comearam a ser usados com o objetivo de substituir o homem em tarefas que ele no podia realizar por envolverem condies desagradveis, tipicamente contendo altos nveis de:

calor; rudo; gases txicos; esforo fsico extremo; trabalhos montonos, "entediantes".

Existem duas tendncias, nos ltimos 20 anos, que garantem a evoluo dos robs:

1. O constante aumento dos nveis salariais dos empregados; 2. O extraordinrio avano tecnolgico no ramo de

computadores, que induz reduo dos preos do rob e uma significativa melhoria em seu desempenho.

H alguns anos, foi concebida a idia de que sistemas mecnicos poderiam ser controlados por operaes numrico-aritmticas. As mquinas-ferramenta CNC (Controle Numrico Computadorizado) so mquinas operadas, e suas velocidades so controladas por computadores conectados aos motores das mquinas.

Didatech Comrcio de Equipamentos Didticos Ltda Fone (11) 5574-7000 R. Vergueiro, 1649 - Conjunto 2 E-Mail: [email protected] So Paulo - SP CEP: 04101-000 Fax: (11) 5084-3422

CAPTULO 2

O QUE UM ROB?

Neste captulo vamos estudar algumas definies e conceitos envolvidos com a operao de robs. Os pontos abordados neste captulo so: o brao mecnico, seus tipos de automao, uma classificao de robs, as limitaes de custo e implicaes sociais.

O BRAO MECNICO. O brao mecnico um manipulador projetado para realizar diferentes tarefas e ser capaz de repeti-las. Para realizar determinadas tarefas, o rob move partes, objetos, ferramentas, e dispositivos especiais segundo movimentos e pontos pr-programados. Um rob consiste de um brao mecnico motorizado e um crebro na forma de um computador que controla seus movimentos. O computador guarda em sua memria um programa que detalha o curso que o brao seguir. Quando o programa est rodando, o computador envia sinais ativando motores que movem o brao e a carga no final dele, que mantida sob controle pelo atuador ("end effector").

Dois aspectos importantes do funcionamento de um brao mecnico correspondem ao sensoreamento do ambiente e como se realiza a programao do mesmo.

SENSOREAMENTO.

Para realizar certas tarefas os robs precisam de habilidades sensoriais similares s do homem. Os modelos avanados de robs esto equipados com sensores, mas sua capacidade ainda limitada, assim como sua capacidade de movimentao, j que os robs ficam fixos em um local, ou tem um espao restrito para se mover.

PROGRAMAO.

O computador que controla o rob deve possuir as seguintes caractersticas:

memria para guardar os programas; conexes para os controladores dos motores; conexes para entrada e sada de dados e para

ativar os programas operacionais; unidade de comunicao controlada por um

humano.


TIPOS DE AUTOMAO. Automao pesada: mquinas que so projetadas para executar uma funo especfica. Nestes sistemas, qualquer mudana na operao padro demanda uma mudana no hardware da mquina e em sua configurao. Geralmente utilizados para um produto particular e de difcil adaptao a outro produto. Automao flexvel: mquinas de fcil programao onde pode ser mudada fcil e rapidamente uma configurao de manufatura para outra.

CLASSIFICAO DE ROBS. 1 Gerao - so incapazes de obter qualquer informao sobre o meio. Podem realizar apenas movimentos pr-programados e as informaes que eles retornam sobre o ambiente de operao mnima.

2 Gerao - possui todas as caractersticas da 1 Gerao, acrescentando uma detalhada comunicao com seu ambiente. Esta comunicao atingida atravs de sistemas de sensoreamento e identificao. Necessita de computadores mais velozes, com maior memria, e tambm um grande avano na capacidade de sensoreamento.

LIMITAES DE CUSTO. O maior fator que impede a adoo em massa de robs nas indstrias seu alto custo. O tempo que leva para se recuperar o investimento em um rob depende dos custos de compra, instalao e manuteno. Este tempo no fixo, depende da fbrica onde o rob ser instalado e de sua aplicao. Devem-se considerar as seguintes condies:

nmero de empregados substitudos pelo rob; nmero de turnos por dia; produtividade comparada a seu custo; custo de projeto e manuteno; custo dos equipamentos perifricos.

O preo de um rob determinado por:

tamanho; sofisticao ou grau de complexidade; exatido; confiabilidade.


IMPLICAES SOCIAIS. Nos ltimos tempos, atravs da automao, observou-se o decrscimo do nvel de emprego nas atividades industriais. Em curto prazo, a automao levanta problemas como o desemprego, necessria reconverso e treinamento pessoal, conseqncias da reduo de horas de trabalho, questes de aumento de salrios em atividades de maior produtividade.

Alguns aspectos do confronto operacional de homens e robs so:

HOMEM X ROBS

O rob tem claramente algumas vantagens sobre os humanos:

1. no se cansa; 2. no necessita de salrio; 3. pode manter uma qualidade uniforme na produo; 4. no necessitam de condies ambientais especiais, tais como ar

condicionado, luz e silncio.

Em compensao, o rob tem: aprendizado, memria e movimentos limitados se comparado a um homem.


CAPTULO 3

O BRAO MECNICO

INTRODUO. Neste captulo estudaremos o brao mecnico do rob, seus tipos de juntas e graus de liberdade, seus tipos de articulaes, sua rea de trabalho (work envelope), e suas formas de acionamento.

O brao do rob executa movimentos no espao, transferindo objetos e ferramentas de um ponto para outro, instrudo pelo controlador e informado sobre o ambiente por sensores. Na extremidade do brao existe um atuador usado pelo rob na execuo de suas tarefas. Todo brao de rob composto de uma srie de vnculos e juntas, onde a junta conecta dois vnculos permitindo o movimento relativo entre eles, como mostrado na figura 1. Todo rob possui uma base fixa e o primeiro vnculo est preso a esta base. A mobilidade dos robs depende do nmero de vnculos e articulaes que o mesmo possui.

FIGURA 1 - Junta e vnculos em um brao de rob


TIPOS DE JUNTAS. Os braos de robs podem ser formados por trs tipos de juntas:

juntas deslizantes; juntas de rotao; juntas de esfera e encaixe.

A maioria dos braos dos robs formada pelas juntas deslizantes e de revoluo, embora alguns incluam o de bola e encaixe. A seguir ser descrito cada um destes tipos de juntas.

Juntas Deslizantes.

Este tipo de junta permite o movimento linear entre dois vnculos. composto de dois vnculos alinhados um dentro do outro, onde um vnculo interno escorrega pelo externo, dando origem ao movimento linear. Este tipo de junta mostrada na figura 2, como segue.

FIGURA 2 - Junta deslizante


Juntas de Rotao.

Esta conexo permite movimentos de rotao entre dois vnculos. Os dois vnculos so unidos por uma dobradia comum, com uma parte podendo se mover num movimento cadenciado em relao outra parte, como mostrado na figura 3. As juntas de rotao so utilizadas em muitas ferramentas e dispositivos, tal como tesouras, limpadores de pra-brisa e quebra-nozes.

FIGURA 3 - Junta de rotao


Juntas de Esfera e Encaixe.

Esta conexo se comporta como uma combinao de trs juntas de rotao, permitindo movimentos de rotao em torno dos trs eixos, como mostrado na figura 4.

FIGURA 4 - Junta de esfera e encaixe


Trs juntas rotacionais substituindo a junta de esfera e encaixe Estas juntas so usadas em um pequeno nmero de robs, devido dificuldade de ativao. De qualquer maneira, para se ter a desempenho de uma junta esfrica e encaixe, muitos robs incluem trs juntas rotacionais separadas, cujos eixos de movimentao se cruzam em um ponto, como na figura 5.

FIGURA 5 - Trs juntas rotacionais substituindo a junta de esfera e encaixe


GRAUS DE LIBERDADE. O nmero de articulaes em um brao do rob tambm referenciado como grau de liberdade. Quando o movimento relativo ocorre em um nico eixo, a articulao tem um grau de liberdade. Quando o movimento por mais de um eixo, a articulao tem dois graus de liberdade. A maioria dos robs tem entre 4 a 6 graus de liberdade. J o homem, do ombro at o pulso, tem 7 graus de liberdade.

CLASSIFICAO DOS ROBS PELO TIPO DE ARTICULAO. usual classificar os robs de acordo com o tipo de junta, ou mais exatamente, pelas trs juntas mais prximas da base do rob. Esta diviso em classes fornece informaes sobre caractersticas dos robs em vrias categorias importantes:

1. Espao de trabalho. 2. Grau de rigidez. 3. Extenso de controle sobre o curso do movimento. 4. Aplicaes adequadas ou inadequadas para cada tipo de rob.

Robs podem ser classificados pelo tipo de juntas em cinco grupos:

- Cartesiano. - Cilndrico. - Esfrico. - Articulao horizontal. - Articulao vertical.

O cdigo usado para estas classificaes consiste em trs letras, referindo-se ao tipo de junta (R = revoluo, P = deslizante - do ingls prismatic) na ordem em que ocorrem, comeando de junta mais prxima base.


Robs Cartesianos.

O brao destes robs tem trs articulaes deslizantes sendo codificado como PPP, como na figura 6.

FIGURA 6 - Rob Cartesiano

Os robs cartesianos caracterizam pela pequena rea de trabalho, mas com um elevado grau de rigidez mecnica e so capazes de grande exatido na localizao do atuador. Seu controle simples devido ao movimento linear dos vnculos e devido ao momento de inrcia da carga ser fixo por toda a rea de atuao.


Robs Cilndricos.

Os braos destes robs consistem de uma junta de revoluo e duas juntas deslizantes, sendo codificada como RPP, como segue na figura 7.

FIGURA 7 - Rob Cilndrico

A rea de trabalho destes robs maior que os robs cartesianos, mas a rigidez mecnica ligeiramente inferior. O controle um pouco mais complicado que o modelo cartesiano, devido a vrios momentos de inrcia para diferentes pontos na rea de trabalho e pela rotao da junta da base.


Robs Esfricos.

Estes robs possuem duas juntas de revoluo e uma deslizante, sendo codificado como RRP, como na figura 8.

FIGURA 8 - Rob Esfrico

Estes robs tm uma rea de trabalho maior que os modelos cilndricos, mas perde na rigidez mecnica. Seu controle ainda mais complicado devido os movimentos de rotao.


Robs com Articulao Horizontal.

Caracterizam-se por possuir duas juntas de revoluo e uma deslizante, sendo codificados RRP, como na figura 9.

FIGURA 9 - Rob com Articulao Horizontal

A rea de atuao deste tipo de rob menor que no modelo esfrico, sendo apropriados para operaes de montagem, devido ao movimento linear vertical do terceiro eixo.


Robs com Articulao Vertical.

Estes robs caracterizam-se por possuir trs juntas de revoluo, sendo codificados por RRR, como na figura 10.

FIGURA 10 - Rob com Articulao Vertical

Sua rea de atuao maior que qualquer tipo de rob, tendo uma baixa rigidez mecnica. Seu controle complicado e difcil, devido s trs juntas de revoluo e devido a variaes no momento de carga e momento de inrcia.


COMPARAO DA REA DE TRABALHO DOS ROBS. Nesta seo ser feita uma anlise matemtica elementar para o calculo da capacidade dos robs. As comparaes so ilustradas na figura 11 e o calculo da rea de trabalho segue-se aps a mesma.

Robs Cartesianos - Alcanam qualquer ponto de um cubo de lado L.

V = L * L * L

Robs Cilndricos - alcanam qualquer ponto em um cilindro de altura L e raio 2L, exceto os pontos do cilindro interno de raio L e altura L.

V = 9,42 * L * L * L Robs Esfricos - alcanam qualquer ponto de uma esfera de raio 2L, exceto a esfera interna de raio L.

V = 29,32 * L * L * L Robs de Articulao Horizontal - alcanam qualquer ponto de um cilindro de raio 2L e altura L.

V = 12,56 * L * L * L Robs de Articulao Vertical - Alcanam qualquer ponto de uma esfera de raio 2L.

V = 33,51 * L * L * L Dessa forma, os robs possuem um progressivo aumento na sua rea de atuao, indo do cartesiano at o de articulao vertical. Ento, a razo entre a rea relativa aos casos extremos :

Vav/Vc = 33,51

Isto significa que a rea de trabalho de um rob com articulao vertical com dois vnculos de tamanho L 33,51 vezes maior que a rea de trabalho do rob cartesiano com trs vnculos de tamanho L.


FIGURA 11 - Comparao da rea de Trabalho dos tipos de robs


CONVENINCIA PARA TAREFAS PARTICULARES.

A avaliao dos tipos de articulaes e seu arranjo permitem ao projetista estimar a rea de atuao do rob, rigidez mecnica e facilidade de controle do brao, possibilitando qual tarefa sero mais apropriadas para cada tipo de rob. O movimento das articulaes capacita o rob a mover seu atuador para qualquer ponto na sua rea de atuao, mas no habilitando o controle da orientao do atuador no espao; cuja importncia no se restringe somente ao alcance da pea, mas tambm em conduzir o atuador a certa altitude em relao pea. Essa tarefa pode ser realizada adicionando-se articulaes para o pulso do brao, dando um maior grau de liberdade. A partir disso, o rob fica habilitado a realizar os seguintes movimentos:

Pitch - movimento para cima e para baixo. Roll - movimento de rotao no sentido horrio e anti-horrio. Yaw - movimento para a esquerda e para a direita.

CONSTRUO DOS VNCULOS.

Um importante fator na construo dos vnculos a carga que o mesmo suporta o peso do prprio brao e o grau de rigidez do mesmo. Um brao pesado necessita de um motor maior, tornando o custo do rob mais elevado. Um brao de baixa rigidez reduz a preciso do rob devido s vibraes e resposta tenso. Para aumentar a rigidez mecnica do brao sem aumentar seu peso, freqentemente usa-se uma estrutura oca. A utilizao deste tipo de estrutura tem uma melhor dureza quando comparada com uma construo macia utilizando mesma massa de material. Essa comparao mostrada na figura 12.

FIGURA 12 - Estruturas para a construo de vnculos


DRIVER'S DE ACIONAMENTO DO BRAO DO ROB. Existem vrios tipos de Drivers que so classificados genericamente como:

pela forma de movimento - Drivers de Rotao e de Deslizamento. pela forma de acionamento - Drivers Eltrico, Hidrulico, Pneumtico pela forma de conexo - Drivers Direto e Indireto

Classificao pela forma movimento: Drivers de rotao e de deslizamento

Driver de rotao - consiste em um motor, que quando conectado sua fonte de energia, o eixo do motor responde em um movimento de rotao.

Driver deslizante - consiste em um cilindro hidrulico ou pneumtico. O movimento linear tambm pode ser produzido por um movimento rotativo usando correias ou hastes empurradas pelo motor, fazendo uma converso de movimento rotativo em linear.

Classificao pela forma acionamento: Drivers eltrico, hidrulico e pneumtico

Driver Eltrico

Este tipo de driver utiliza motores eltricos que podem ser: motor de corrente contnua, motor de passo e motor de corrente alternada. Muitos robs novos tm drivers de motor corrente contnua devido ao alto grau de preciso e simplicidade de controle do motor eltrico. As vantagens do driver eltrico:

1. Eficincia calculada, controle preciso. 2. Envolve uma estrutura simples e fcil manuteno. 3. No requer uma fonte de energia cara. 4. Custo relativamente pequeno.

As desvantagens:

1. No pode manter um momento constante nas mudanas de velocidade de rotao.

2. Sujeitos a danos para cargas pesadas suficientes para parar o motor. 3. Baixa razo de potncia de sada do motor e seu peso, necessitando um

motor grande no brao.


Driver hidrulico

Esta unidade composta de: motor de movimento rotativo e cilindro para movimento deslizante. A unidade de acionamento hidrulico provoca movimento em pistes que comprimem o leo, como mostra a figura 13.

FIGURA 13 - Unidade de acionamento hidrulico

O controle feito atravs de vlvulas que regulam a presso do leo nas duas partes do cilindro e que impulsionam o pisto. As vantagens do driver hidrulico:

1. Momento alto e constante sob uma grande faixa de variao de velocidade.

2. Preciso de operao (menor que o eltrico e maior que o pneumtico). O leo no compressvel e no h variao de seu volume quando se varia presso.

3. Pode manter um alto momento para um longo perodo de tempo, quando parado.

As desvantagens so:

1. Requer uma fonte de energia cara. 2. Requer uma manuteno cara e intensa. 3. Requer vlvulas de preciso caras. 4. Est sujeito a vazamento de leo.


Driver pneumtico

Esta unidade similar hidrulica e composto de: motores pneumticos de movimento rotativo e cilindros pneumticos de movimento deslizante. Na figura 13 pode-se considerar a mesma para acionamento pneumtico, utilizando ar ao invs de leo. Possui um alto grau de preciso nas paradas. So utilizados em sistemas automticos simples, mas pouco utilizado em robs devido alta compressibilidade, o que reduz a habilidade de realizar controle preciso. muito utilizado em movimentos de agarramento, tanto para abrir como para fechar as garras. As vantagens do driver pneumtico:

1. Podem operar em velocidades extremamente altas. 2. Custo relativamente pequeno. 3. Fcil manuteno. 4. Podem manter um momento constante em uma grande faixa de

velocidade. 5. Pode manter alto o momento por longos perodos de tempo sem danos,

quando parado.

As desvantagens so:

1. No possui alta preciso. 2. Esta sujeito a vibraes quando o motor ou cilindro pneumtico

parado.

Resumindo, o driver eltrico melhor em aplicaes envolvendo:

Alta preciso de posio; Transferncia de carga de tamanho pequeno e mdio; Pequenas ambientes para sistemas de compressores de leo e ar;

O driver hidrulico trabalha melhor em situaes envolvendo:

Transferncia de cargas pesadas (de 2.000 libras ou mais); De mdia para alta preciso na localizao e velocidade;

O driver pneumtico prefervel em aplicaes envolvendo:

Baixa preciso; Necessidade de baixo custo; Altas velocidades; Transferncias de pequenas e mdias cargas.


Classificao pela forma de conexo: Drivers Direto e Indireto.

No caso do driver direto, o motor montado diretamente na junta que ele ir mover. Se o motor montado longe da junta, prximo da base, o driver indireto; neste caso h elementos de transmisso como correntes, correias, diferenciais e engrenagens. As vantagens do driver indireto sobre o direto:

1. Reduo do peso do brao mecnico; 2. Permite mudanas na velocidade de rotao das juntas.

As desvantagens do driver indireto sobre o direto:

1. Falta de preciso da operao da junta devido liberdade mecnica dos pontos de conexo entre os dispositivos de transferncia;

2. Perdas considerveis de potncia.


CAPTULO 4 O CONTROLADOR DO ROB.

INTRODUO

O Controlador parte do rob que opera o brao mecnico e mantm contato com seu ambiente. O dispositivo em si composto por hardware e software, combinados para possibilitar ao rob executar suas tarefas.

Neste captulo vamos estudar: os nveis de controle do rob, a classificao temporal da programao do controlador e tipos de software para o controlador.

NVEIS DE CONTROLE DO ROB.

O controle do rob pode ser dividido em trs nveis que constituem a hierarquia de controle.

Os nveis so:

Controle do acionador : ou controle de cada eixo do rob separadamente. Nvel mais baixo.

Controle da trajetria : ou controle do brao do rob com coordenao entre os eixos para percorrer a trajetria especificada. Nvel intermedirio.

Controle de coordenao com o ambiente : o controle do brao em coordenao com o ambiente. Nvel mais alto.


Fig 1 - Relao entre os vrios nveis de controle na realizao de uma tarefa.

CONTROLE DO ACIONADOR

Acionadores: unidades que provocam o movimento dos eixos do rob. Cada eixo de movimento inclui, pelo menos, uma articulao, um vnculo e um acionador. Em alguns robs, os eixos incluem dispositivos de transferncia de movimento assim como unidades para identificar a posio relativa dos vnculos. Um eixo que contm tais unidades possui controle de malha fechada.

Os sinais de controle provm de um computador (quando se fala em computador, deve-se ter em mente que pode ser tambm um micro-controlador, ou um microprocessador) digital, ento deve passar por um conversor digital/analgico (uma vez que os Acionadores de rob geralmente trabalham com sinais analgicos).

Mas isso ainda no suficiente, pois a potncia necessria para operar a unidade acionadora relativamente alta, ento se usa um amplificador.


FIG. 2 - Seqncia de acionamento de um motor eltrico com controle de malha fechada

Para se entender o conceito de malha fechada necessrio recordar o de realimentao. Realimentao consiste em se tomar uma medida do estado atual do dispositivo a ser controlado e comparar essa medida com um valor pr-definido. Essa comparao vai resultar em um erro. O controlador vai tomar as providncias necessrias para que esse erro seja reduzido zero.

Um diagrama em blocos desse tipo de controle mostrado na figura 3.

FIG. 3 - Seqncia de acionamento de um motor eltrico.

Em um controle de malha fechada, no se pode medir nem corrigir eventuais erros, ento no se tem certeza se o objetivo foi atingido.

Controle em malha fechada utilizado em praticamente todos os robs industriais existentes.


Em um controle de malha fechada de um brao de rob, as unidades que informam sobre a posio atual dos vnculos o encoder. H um encoder presente em cada eixo a ser controlado. Existe um grande nmero de encoders, mas o mais comum o encoder rotacional tico, que composto por:

uma fonte de luz (como um LED). um detector de luz. um disco perfurado que gira entre a fonte e o detector de luz.

Esse disco conectado articulao do rob. Isso faz com que o detector receba pulsos de luz e transforme em pulsos eltricos. O nmero de pulsos gerados proporcional extenso de movimento e/ou ao ngulo de rotao do eixo do rob. A velocidade dos vrios eixos do rob tambm deve ser conhecida, para se prevenir flutuaes no movimento do rob. Um componente utilizado para medir a velocidade o tacmetro.

CONTROLE DE TRAJETRIA

Cada tarefa executada por um rob pode ser considerada como uma srie de operaes, atravs das quais o atuador movido pelo brao do rob entre dados pontos e operado como programado nesses pontos.

O controle de trajetria pode ser dividido em dois mtodos: controle ponto-a-ponto e controle contnuo.

Antes de descrever cada mtodo, devemos definir alguns termos:

Ponto: localizao no espao em direo ou atravs do qual o atuador movido por uma operao do brao do rob.

Passo: uma parte do programa operacional do rob. A cada passo, o rob executa uma atividade.

Srie: uma coleo de passos que combinados formam o programa operacional do rob.

CONTROLE DE TRAJETRIA PONTO-A-PONTO

Neste tipo de controle, primeiramente definimos uma coleo de pontos para o rob. Ento construmos a srie e guardamos na memria do controlador. Quando rodamos a srie, o brao do rob vai se mover pelos vrios pontos, de acordo com a ordem dos passos na srie. Em cada passo o rob sabe para onde ir, mas no conhece a trajetria que traar para chegar a um certo ponto.

Robs com controle ponto-a-ponto so geralmente usados em sries onde o atuador no precisa realizar alguma funo no decorrer do movimento. Uma aplicao tpica solda em ponto. A maioria dos robs do mundo opera em controle ponto-a-ponto.


CONTROLE DE TRAJETRIA CONTNUA

Esse mtodo mais complexo e caro do que o ponto-a-ponto, pois o brao deve se mover por uma trajetria exatamente definida.

Os movimentos dos acionadores so coordenados pelo controlador do brao a cada instante, de tal forma que a trajetria ir se assemelhar o mximo possvel com a programada.

A trajetria do rob pode ser definida por dois mtodos, como veremos:

Mtodo A: Nesta tcnica, o brao do rob movido manualmente pela trajetria desejada, enquanto o controlador grava em sua memria as posies das articulaes a cada instante, atravs das informaes fornecidas pelos encoders. Quando a srie rodada mais tarde, o controlador comanda os acionadores de acordo com a informao em sua memria. O brao ento repete a trajetria precisamente.

Mtodo B: Nesta tcnica, a trajetria definida por um determinado trajeto de movimento, tal como uma linha reta ou um arco passando por dados pontos. O controlador calcula e coordena o movimento a cada instante. O computador controlador deve ser mais rpido e ter mais memria do que o computador de um controle ponto-a-ponto. Robs com controle de trajetria contnua so usados em sries onde o atuador deve realizar algum trabalho enquanto o brao se move. Uma aplicao tpica pintura com spray.

CONTROLE DE COORDENAO COM O AMBIENTE

O movimento de um brao de rob baseado em movimento coordenado de todos seus acionadores. As condies em que esses acionadores trabalham so diferentes. Diferem na carga, no momento de inrcia e na velocidade, por exemplo. Portanto, essas condies variveis podem exigir um diferente planejamento de controle para cada malha de controle.

Em robs modernos, cada malha de controle do acionador controlada por um microcomputador. Se quisermos que o atuador se mova at determinado ponto, podemos ditar as coordenadas daquele ponto para o computador controlador que ir coordenar os movimentos das vrias articulaes. O operador no precisa se preocupar com o controle de cada eixo separadamente nem coordenar o movimento dos vrios eixos, isso funo do computador controlador.


CLASSIFICAO TEMPORAL DE PROGRAMAO

Uma das principais diferenas entre controladores relaciona-se com o momento em que a trajetria de movimento calculada, e com a habilidade de realizar mudanas na trajetria enquanto o brao est em movimento. Existem dois tipos de controle: programao off-line e programao e controle em tempo real.

PROGRAMAO OFF-LINE

Neste modo, o controlador do rob guarda a trajetria de movimento em sua memria como uma srie de pontos e os correspondentes movimentos das vrias articulaes. Enquanto o programa est sendo executado, o controlador no realiza clculos de trajetria. Ao invs disso, o controlador simplesmente l os comandos de movimento da memria que j foram previamente processados. Portanto, neste mtodo no podem ser usadas sries em que ocorrem mudanas durante a execuo do programa, tais como as que envolvem o uso de sensores. Programao off-line no necessita de computadores rpidos e complexos, por isso menos dispendiosa do que controle em tempo real.

PROGRAMAO E CONTROLE EM TEMPO REAL

Neste modo, o controlador recebe instrues gerais sobre a trajetria de movimento. Enquanto o brao est se movendo, o controlador deve calcular a extenso do movimento das vrias articulaes a fim de se mover pela trajetria desejada. As informaes recebidas dos sensores sobre mudanas no ambiente do rob enquanto o brao se move so processadas pelo controlador em tempo real.

Controle em tempo real prefervel programao off-line, por ser mais flexvel na sua habilidade de mudar o curso de ao enquanto uma tarefa est sendo executada. Esta flexibilidade exige um controlador mais complexo, incluindo um computador rpido o suficiente para processar a informao sem diminuir a velocidade de operao do rob.

TIPOS DE SOFTWARE PARA O CONTROLADOR

Como j foi dito, o controlador do rob composto de hardware e software. Este software pode ser dividido basicamente em dois componentes: software de usurio e software de controlador.


SOFTWARE DE USURIO

escrito pelo operador do rob para cada srie executada pelo rob. Consiste numa coleo de pontos ao longo da trajetria e das operaes executadas nesses pontos pelo atuador. So escritos em linguagens de alto nvel.

Escrever um programa de usurio tarefa simples, qualquer um pode faz-lo com algum treino.

SOFTWARE DE CONTROLADOR

o software do rob que escrito pelo fabricante. o responsvel pelo processamento dos comandos do programa do usurio e pela sua converso em comandos para o rob.

O grau de sofisticao do rob fortemente determinado pelo software do controlador. Esse software em robs avanados complexo. Inclui centenas de clculos que devem ser realizados rapidamente enquanto o rob est em movimento. Torna-se mais complexo medida que os graus de liberdade aumentam.


CAPTULO 5 ATUADORES

INTRODUO O atuador (end effector) todo um sistema montado na extremidade do vnculo mais distante da base do rob, cuja tarefa agarrar objetos, ferramentas e\ou transferi-las de um lugar para outro. So exemplos de atuadores a pistola de solda, garras e pulverizadores de tintas. A operao do atuador o objetivo final na operao de um rob, assim todos os demais sistemas (unidades drives, controles, etc.) so projetados para habilitar sua operao.

O atuador de extrema importncia na execuo de uma tarefa, portanto necessrio que o mesmo seja adequadamente projetado e adaptado s condies do seu meio e rea de trabalho. Existem dois tipos de atuadores: Garras e Ferramentas.

Neste captulo vamos apenas estudar as garras, sendo que os diferentes tipos de ferramentas vo ser vistos mais frente, no captulo de aplicaes, j que as ferramentas so especficas para cada tipo de aplicao.

ATUADORES TIPO GARRA A garra comparvel mo humana. No entanto, ela no capaz de simular seus movimentos, resultando na limitao dos movimentos a uma faixa de operaes. A grande demanda tem levado ao desenvolvimento de garras que podem manusear objetos de diferentes tamanhos, formas e materiais. Estas garras so divididas em vrios tipos de classe:

Garra de dois dedos;


Garra de dois dedos:

o tipo mais comum e com grande variedade. So diferenciados um do outro pelo tamanho e/ou movimento dos dedos, como o movimento paralelo mostrado na figura 1 ou o movimento de rotao mostrado na figura 2. A principal desvantagem desta garra a limitao da abertura dos seus dedos, restringindo, assim a sua operao em objetos cujo tamanho no exceda esta abertura mxima.

Fig. 1 - Garra de movimento paralelo


fig. 2 - Garra com movimento de rotao


SCORBOT ER 5plus Rob para treinamento e ensino dos fundamentos de robtica, com controlador multitarefa e brao mecnico, com as seguintes caractersticas:

Nr. Eixos - Brao mecnico: 5 mais a garra

Construo: Brao articulado verticalmente

Capacidade de carga: 1 Kg (2.2 libras)

Repetibilidade: 0.5 mm

Velocidade: Programveis em qualquer valor percentual

dentro do limite do controlador

Velocidade mxima: 600 mm / segundo

Atuadores: 6 servo motores DC com controle em malha fechada

Feedback: Codificadores ticos em todos os eixos


Envelope de Trabalho: Junta do corpo 310 Junta do ombro +130/ - 35 Junta do cotovelo +/- 130 Junta do punho +/- 130 Junta da munheca ilimitada Raio mximo de operao 610mm

Abertura da garra: 75mm sem almofada de borracha 65mm com almofada de borracha

Sensores: A garra pode medir o tamanho de objetos

Transmisso: Engrenagens, correias sincronizadoras e fuso

Peso: 10.8 Kg

Caractersticas de segurana:

Motores param automaticamente se o brao atingir algum obstculo, sem que ocorra perda de dados da memria do controlador Freio imediato - o usurio pode abortar a qualquer instante o movimento do rob Encoders e partes que se movimentam esto totalmente fechadas

Conexes pneumticas: Previsto conexes pneumticas para garra


Controlador

Tipo: Stand-alone, PID, tempo real multitarefa, PWM

Peso: 19 Kg

CPU: Motorola 68010

Comunicao: RS 232C

Nr. Servo eixos: 11 (a configurao standard inclui 8 eixos)

Entradas/Sadas: 16 entradas (TTL, 12 V, ou 24 V, lgico)

16 sadas (4 reles, 12 coletores abertos)

Linguagem de Programao: ACL, do tipo industrial

Fonte de Alimentao para o usurio:

12 V, 2 A

EPROM: 384 KB

User RAM: 64 KB

Sistema de coordenadas: XYZ ou juntas de rob com definies absolutas e relativas


Teach Pendant

Tela de cristal lquido (LCD) com duas linhas de 32 caracteres Permite a movimentao de todos os 11 eixos do controlador Permite a movimentao do rob ao longo de linhas retas X+ - X- eixo X, direo + e - (para frente e para trs) Y + - Y- eixo Y, direo + e - (esquerda para direita) Z + - Z- eixo Z, direo + e - (para cima e para baixo) P+ - P- pitch, direo + e - (para cima e para baixo) R+ - R- roll, direo + e - (esquerda e direita) Dois modos de movimentar o pitch: O brao no se move, enquanto a ponta da garra se move para cima e

para baixo; A ponta da garra permanece fixa em seu ponto e apenas altera a orientao

enquanto os outros eixos do rob executam movimentos. Alterar o controlador para "ready" e "not ready". Possibilitar a alterao do ngulo do pitch enquanto mantm constante o

ponto X, Y, Z da ponta do brao. Velocidade de programao (1 a 100). Rodar simultaneamente os programas do usurio armazenados na memria

RAM. Abortar programas em execuo. Gravar posies.



ROBTICA BSICAROBTICA BSICA DIDATECH Comrcio de Equipamentos DidticoCAPTULO 1INTRODUO ROBTICA.CAPTULO 2O QUE UM ROB?O BRAO MECNICO.SENSOREAMENTO.PROGRAMAO.

TIPOS DE AUTOMAO.CLASSIFICAO DE ROBS.LIMITAES DE CUSTO.IMPLICAES SOCIAIS.HOMEM X ROBS

CAPTULO 3O BRAO MECNICOINTRODUO.FIGURA 1 - Junta e vnculos em um brao de rob

TIPOS DE JUNTAS.Juntas Deslizantes.FIGURA 2 - Junta deslizante

Juntas de Rotao.FIGURA 3 - Junta de rotao

Juntas de Esfera e Encaixe.FIGURA 4 - Junta de esfera e encaixeFIGURA 5 - Trs juntas rotacionais substituindo a junta de e

GRAUS DE LIBERDADE.CLASSIFICAO DOS ROBS PELO TIPO DE ARTICULAO.Robs Cartesianos.FIGURA 6 - Rob Cartesiano

Robs Cilndricos.FIGURA 7 - Rob Cilndrico

Robs Esfricos.FIGURA 8 - Rob Esfrico

Robs com Articulao Horizontal.FIGURA 9 - Rob com Articulao Horizontal

Robs com Articulao Vertical.FIGURA 10 - Rob com Articulao Vertical

COMPARAO DA REA DE TRABALHO DOS ROBS.FIGURA 11 - Comparao da rea de Trabalho dos tipos de robCONVENINCIA PARA TAREFAS PARTICULARES.CONSTRUO DOS VNCULOS.FIGURA 12 - Estruturas para a construo de vnculos

DRIVER'S DE ACIONAMENTO DO BRAO DO ROB.FIGURA 13 - Unidade de acionamento hidrulico

CAPTULO 4O CONTROLADOR DO ROB.INTRODUONVEIS DE CONTROLE DO ROB.CONTROLE DO ACIONADORCONTROLE DE TRAJETRIACONTROLE DE TRAJETRIA PONTO-A-PONTOCONTROLE DE TRAJETRIA CONTNUA

CONTROLE DE COORDENAO COM O AMBIENTE

CLASSIFICAO TEMPORAL DE PROGRAMAOPROGRAMAO OFF-LINEPROGRAMAO E CONTROLE EM TEMPO REAL

TIPOS DE SOFTWARE PARA O CONTROLADORSOFTWARE DE USURIOSOFTWARE DE CONTROLADOR

CAPTULO 5ATUADORESINTRODUOATUADORES TIPO GARRAGarra de dois dedos:

Documents

Apostila de Robotica Basica