DESENVOLVIMENTO DE UM TROCADOR DE GARRAS

PARA O ROBÔ PUMA 560 G. B. D. Daibert (IC), L. G. Trabasso (PQ)

Departamento de Projetos - Divisão de Engenharia Mecânica-Aeronáutica (IEM) Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA)

Pça. Mal. Eduardo Gomes, 50 – CTA, São José dos Campos, São Paulo, Brasil – 12.228-900 e-mail: gusdaibert@bol.com.br, gonzaga@mec.ita.br

RESUMO

O trocador de garras é uma peça de grande importância dentro da robótica, pois através dele, pode-se agilizar diversos processos, possibilitando o uso mais diversificado e eficiente do robô.Através do trocador de garras, o robô fica menos dependente das trabalhosas trocas mecânicas realizadas manualmente que despendem tempo excessivo. Com a redução no tempo de troca, o robô pode realizar tarefas antes não cogitadas por necessitarem de grande esforço por parte do operador.O robô utilizado no trabalho é o PUMA 560 que se encontra operacional no Centro de Competência em Manufatura do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (CCM / ITA).O trocador apresentado no projeto é o “Rabo de Andorinha” que utiliza um encaixe mecânico relativamente simples e se adequa muito bem ao robô PUMA 560.

ABSTRACT

A robot tool changer is a very important component for robotic systems as it allows for speeding up processes and rendering viable a number of robotic tasks. This is due the avoidance of lengthy manual tool changes, which are time consuming, and puts extra work on the robot operator.This work presents a robot tool changer configuration that is based solely on mechanical principles. Its is named “Dove Tail” as it resembles this kind of assembly principle in its main operation (attach and detach). The “dove tail’ tool changer has been design to be used by a Puma 560 robot which is presently operational at the Center of Competence in Manufacturing located a the Technological Institute of Aeronautics (CCM / ITA).

1. INTRODUÇÃO O Departamento de Projetos da Divisão de Engenharia Mecânica-Aeronáutica (IEM) do ITA

desenvolve, além de atuar em outras áreas, diversos trabalhos na área da Mecatrônica, onde se inserem as atividades de ensino e pesquisa em robótica para alunos de graduação e pós-graduação. Com a aquisição do robô PUMA 560 (Figura 1), pode-se dar início a uma série de projetos que devem ser executados para prover uma integração do robô com o seu ambiente de trabalho. O trocador de garras é um componente imprescindível para este fim.

A meta principal deste trabalho foi desenvolver um trocador de garras compatível com o robô PUMA 560, aumentando a facilidade de operação do mesmo.

O trocador de garras amplia as possibilidades de aplicação, podendo proporcionar um aperfeiçoamento de diversas outras funções relativas ao uso do robô [1].

2. TROCADOR DE GARRAS TIPO “RABO DE ANDORINHA” Como objetivos principais do trabalho pode-se citar o desenvolvimento e implementação de

um sistema de trocador de garras, complementando as funções do robô Puma 560 e possibilitando que o mesmo realize a troca de garras com maior facilidade e rapidez.

Depois de algumas comparações, resolveu-se confeccionar como primeiro trocador o “Rabo de Andorinha” com a finalidade de realização de testes preliminares à confecção de outros trocadores de garras para o PUMA 560. Esse trocador foi totalmente confeccionado na oficina mecânica da divisão de engenharia mecânica aeronáutica.São mostradas a seguir, algumas fotos do trocador construído, bem como uma esquematização de seu encaixe mecânico.

A parte superior do trocador de garras (vide Figura 2) encontra-se fixada ao robô enquanto a parte inferior é fixada na garra a ser adaptada. A garra inicialmente encontra-se em um magazine de

Figura 2 – Desenho Ilustrativo do Encaixe do Tipo Rabo de Andorinha

Figura 1 – Robô Puma 560

ferramentas e através de movimento programado pelo operador, o braço do robô dirige-se a esse magazine, executando o encaixe da peça [2]. A figura 2 ilustra bem este encaixe e podemos observar pela foto abaixo as diversas peças que compõem o trocador de garras:

A figura 4 representa a parte superior da montagem do trocador de garras e é exatamente a parte que encontra-se fixada ao robô. Por ter sido confeccionada em alumínio, não apresenta um excesso de peso que cause alguma alteração no funcionamento do robô.

Figura 3 - Trocador de Garras Rabo de Andorinha desmontado

Figura 4 – Parte Superior da Montagem do Trocador de Garras

Temos na Figura 5 a foto da parte inferior do trocador de garras desenvolvido neste trabalho. Devemos produzir tantas peças deste tipo quanto forem o número de garras diferentes, pois a cada garra acopla-se um dispositivo idêntico ao apresentado abaixo.

2.1- Detalhamento do Encaixe Mecânico do Trocador Rabo de Andorinha:

O encaixe mecânico do trocador de garras “Rabo de Andorinha” possui um mecanismo relativamente simples. Aparte superior do trocador é sempre fixa ao robô. Devemos ter acoplado a cada tipo de garra um modelo idêntico ao da parte inferior do trocador “Rabo de Andorinha”. Quando o robô necessita fazer uma troca de garras com o intuito de realizar outro tipo de função, dirige-se ao magazine de ferramentas (suporte para as garras), coloca a garra que está acoplada ao seu braço em seu local de origem e através de um deslocamento horizontal do braço, desacopla a parte superior do trocador de sua parte inferior. Depois do desacoplamento, o robô dirige-se a outro tipo de garra e realiza o mesmo movimento num sentido contrário. Conecta-se a uma nova garra e encontra-se pronto à execução de novas tarefas. A Figura 6 ilustra bem os passos desse tipo de encaixe. Os passos descritos exigem algum treino por parte do operador e o conhecimento dos comandos básicos do robô para que se execute um encaixe perfeito. O trocador “Rabo de Andorinha” recebe este nome pelo tipo de encaixe que realiza, tendo componentes que possuem forma semelhante ao rabo de uma andorinha.

Figura 5 – Parte Inferior da Montagem do Trocador de Garras

Após o encaixe, o braço do robô pode se movimentar com a garra presa ao mesmo, executando as tarefas que lhe forem requeridas com segurança.

3. CONCLUSÕES O trocador de garras apresenta grandes vantagens em relação às trocas manuais. Uma delas é

a rapidez com que são feitas as trocas de garras. Outra grande vantagem é a “independência” que o robô adquire por não precisar de um operador responsável pela troca manual dos diferentes tipos de garra. Por apresentar um baixíssimo custo, o trocador se apresenta como uma alternativa de grande receptividade entre os usuários do PUMA 560.

O “Rabo de Andorinha" apresentou-se como uma boa solução mecânica para o problema do encaixe entre as partes superior e inferior do trocador. Tendo um mecanismo de simplicidade razoável e compatível com o robô, mostrou-se de grande utilidade para operadores do robô PUMA 560.

Figura 6 – Encaixe Mecânico do Trocador Rabo de Andorinha

AGRADECIMENTOS Ao Prof. Dr. Luís Gonzaga Trabasso, orientador deste trabalho; à Coordenação Local do

PIBIC; e ao CNPq, pelo incentivo e apoio dado aos alunos do ITA participantes de iniciação científica.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1 Stuart Roach, Design of an Automatic Toolchanger for the Puma Robot, Final Year Project Report, Loughborough University of Technology, 1989.

2 Mechatronics, An International Journal, Oxford: Pergaman Press, 1991.

ELABORAÇÃO DE UM PROGRAMA DE AUTO-ESTUDO PARA O SOFTWARE CATIA

Jeferson Cadete Dias 1 IC

Luís Gonzaga Trabasso 2 PQ

13º ano de Engenharia Mecânica-Aeronáutica, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, CTA e-mail: jeffcadete@hotmail.com

jeferson@h8.ita.br

2Departamento de Engenharia Mecânica, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, CTA

e-mail: gonzaga@mec.ita.br

ITA - Instituto Tecnológico de Aeronáutica Praça Marechal Eduardo Gomes, 50 Vila das Acácias - CEP 12228-900 São José dos Campos - SP – Brasil

RESUMO

O objetivo deste trabalho consiste na confecção de um tutorial ou programa de auto-estudo para os principais módulos do aplicativo CATIA, como:Análise de elementos finitos; Compartilhamento e uso do Conhecimento; Equipamento e Engenharia de Sistemas; Desenho mecânico; Infra-estrutura e Comando numérico. O trabalho proposto está inserido na linha de pesquisa de Mecânica Computacional do Departamento de Projetos da Divisão de Mecânica-Aeronáutica do ITA (IEMP). Vários cursos oferecidos pelo IEMP (MPP33, MPP22, MPG02, entre outros ) utilizam recursos de CAD e podem se beneficiar diretamente desse estudo. Com isso, este artigo se divide em três itens, os quais são abordados, em muitas vezes, simultaneamente: Estudo e operacionalização do software CATIA; Confecção de um programa de auto-estudo (tutorial) para os principais módulos e Análise da eficiência do tutorial através do acompanhamento de sua utilização em cursos de CAD.

ABSTRACT

The objective of this work is to present the program or tutorial of auto-study for the main modules of the applicatory CATIA, as: Finite Element Analisys; Capture and re-use Knowledge; Equipment and Systems Engineering; Mechanical Design; Infrastructure and CNC. The considered work is inserted in the line of The Division of Mechanical Aeronautics at ITA in the Department of Projects and Computational Mechanics (IEMP). Some courses that are offered for the IEMP (MPP33, MPP22, MPG02, among others) use CAD resources and can be benefited directly by this study. With this, the objective is divided in three main items that appear many times simultaneously: Study and operacionalização of CATIA software; Confection of one program of auto-study (tutorial) for the main modules and Analysis of the efficiency of the tutorial one through the accompaniment of its use in CAD courses

1. INTRODUÇÃO

1.1 DESCRIÇÃO TÉCNICA DO APLICATIVO CATIA CATIAâ é o líder mundial em software CAD/CAM/CAE. Este software abrange uma grande quantidade de soluções integradas que cobrem os aspectos de:

- Projeto de produtos e manufatura - Condução de empresas de modo competitivo - Produtividade - Melhoria do processo

CATIAâ proporciona soluções fáceis para pequenas e médias empresas, bem como grandes

corporações industriais nas áreas de: bens de consumo, fabricação e montagem, produtos elétricos e eletrônicos, automotivas, aeroespaciais, construções de embarcações, e processos de fábrica. Mais de 13.000 consumidores em todo o mundo já possuem e aprovam CATIAâ em sua estrutura e em sua vantagem competitiva (dados fornecidos pelo site www.catia.com ).

Este programa representa o estado da arte em tecnologia para "Computer - Aided Design", construção e manufatura, incluindo informações que permitem o alcance do produto em definição digital e em simulações. Pode-se facilmente implementar todas as mudanças necessárias no modelo digital para uma otimização constante de projeto e manufatura. Portanto, pode-se minimizar o risco da realização de modificações caras e tardias, além de reduzir o número de modelos ou testes. CATIA também permite que o usuário inove através de experiências passadas, orientando e dividindo o conhecimento corporativo. Isto permite assegurar o total domínio de seus processos e produtos, dentro dos padrões e das melhores práticas internacionais. Este processo de total integração e otimização, permite o corte de gastos e a diminuição do tempo para a comercialização, melhorando a produtividade e a qualidade.

Usado em conjunto com outros programas como ENOVIA, CATIA é o atual componente principal da engenharia na implementação de soluções comerciais desde a criação e simulação de seus produtos até sua inicial concepção.

2 MÓDULOS BÁSICOS DE DESENVOLVIMENTO NO CATIA

O CATIAâ foi montado segundo uma estrutura de módulos que se dispõem de acordo com as áreas de atuação. Abaixo seguem os seis principais módulos que regem a estrutura do CATIAâV5: 2.1 Análise de Elementos Finitos

Neste módulo podem ser executados testes de tensão estática e análise modal, como também a análise estrutural de peças de formas geométricas quaisquer. A aproximação transparente, integrada e automática oferece um ambiente muito intuitivo para a solução deste tipo análise.

2.2. Compartilhamento e uso do Conhecimento

O CATIAâ V5 permite capturar e codificar as melhores práticas de projeto e compartilhá-las entre todos os usuários. O cliente pode se beneficiar não só do produto mas também da "inteligência" do software, alcançando resultados ótimos, livres de erros e em menos tempo. 2.3. Equipamento e Engenharia de Sistemas

Este módulo permite integrar vários sistemas elétricos, hidráulicos e mecânicos simultaneamente dentro de espaço 3D digital ,aperfeiçoando distribuição espacial. 2.4. Desenho Mecânico

O desenho é a função primária do CATIAâ V5. Ele executa desenhos complexos com muito mais facilidade do que os demais aplicativos de CAD encontrados no mercado. Isso se deve a seu grande número de atalhos e comandos rápidos, eliminando muitas das operações boleanas realizadas em desenhos 3D de outros aplicativos de CAD .Sua estrutura é preparada para realizar qualquer proje to, desde desenhos de circuitos até carros e aviões. Sua precisão e detalhes aumenta a qualidade de seus produtos, tornando-os de grande competitividade no mercado. 2.5. Infra-estrutura

O CATIAâV5 oferece produtos revisados dentro dos padrões de qualidade exigidos pelas indústrias.Os produtos do CATIAâ V5 gozam de alta qualidade tecnológica e possuem fácil visualização espacial, se aproximando do real. Este trabalho pode ser feito em qualquer modelo de produto, de qualquer tamanho, para qualquer indústria. 2.6. Comando Numérico

Este módulo dispõe de tecnologia de alta qualidade e consiste na utilização do CATIAâV5 para execução de projetos híbridos dimensionados dentro dos padrões de qualidade do mercado, segundo a tecnologia CNC. Isso é feito utilizando o CATIAâV5 como fonte de dados para máquinas de usinagem, sendo assim por princípios controles programáveis pode-se fazer uma estreita ligação entre o projeto e as linhas de produção. Desse modo é possível fornecer um projeto e a completa programação suficiente para sua produção em máquinas CNC. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Devido à extensão e à complexidade do software CATIAâ V5, determinou-se a construção de três tutoriais. O primeiro mostra os métodos iniciais de construção de peças utilizando comandos fundamentais do CATIAâ. A grande quantidade de exercícios propostos indica a necessidade de ter o completo domínio das atividades básicas, para que se possa trabalhar com funcionalidades mais elaboradas.

O segundo tutorial mostra a construção de peças compostas e um pouco mais complexas. Os exercícios existentes neste tutorial utilizam diversos comandos do software, dos quais podem ser citados o Assembly Design (comando que une peças feitas separadamente) e o Wireframe and Surface Design (comando que auxilia a construção de peças de superfície mais arredondadas e elaboradas). Os objetos já confeccionados são apresentados sob forma de vistas, semelhante às antigas análises de Desenho Geométrico. O comando utilizado é o Drafting.

O terceiro e último tutorial, por sua vez, mostra a análise extraída do software CATIAâ de uma estrutura extremamente complexa, com base no módulo de Análise de Elementos Finitos (ELFINI). Os passos para esta análise são apresentados por meios de tópicos, em conjunto com uma breve explicação sobre Elementos Finitos, Tensões de Von Mises e a Análise de Deslocamentos. Segue-se abaixo a síntese de um exercício apresentado no terceiro tutorial. 3.1. Exemplo Este exercício consiste na análise de tensões e dos deslocamentos dos elementos da ponta de uma chave de fenda

Figura 1 – Chave de fenda construída no CATIA

Figura 2 – Início da análise da ponta da chave de fenda com as construções de restições.

Este software apresenta as seguintes análises dos Deslocamentos e das Tensões de Von Mises .

Figura 3 – Análise dos deslocamentos da ponta da chave de fenda

Figura 4 - Análise das tensões da ponta da chave de fenda

4. CONCLUSÃO

O projeto encontrou dificuldades inicialmente devido à grande quantidade de informações necessárias para a operação do software CATIA. A melhor solução encontrada para a apresentação do programa de auto-estudo foi a confecção de três tutoriais, tendo um gradativo grau de dificuldade, que possuíssem imagens auxiliares e textos explicativos. Além dos tutoriais, existe um acompanhamento no aprendizado dos alunos do 1º ano fundamental do Instituto Tecnológico de Aeronáutica para a solução de pequenas dúvidas a respeito do tutorial e do próprio software. Este acompanhamento é feito em aulas previamente marcadas por professores da Divisão de Mecânica-Aeronáutica.

AGRADECIMENTOS

. Ao meu professor orientador Sr. Luis Gonzaga Trabasso pela liberdade na confecção do tutorial e na confiança sobre a qualidade do trabalho. . Ao estagiário da Divisão de Aeronáutica - ITA e do Centro de Competência e Manufatura – ITA Alex Akio Hayama Katuragui pelas dúvidas solucionadas a respeito do software CATIA. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. www.catia.com ; Página sobre o software CATIA que permite o contato com outros usuários; Atualizado quinta-feira, 25 de junho de 2002. 2. www.cecalc.ula.ve ; Página do Centro Nacional de Cálculo Científico – Universidad de Los Andes ; Atualizado quarta-feira, 17 de abril de 2002.