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Robótica
Sensores e Atuadores
Prof. Alexandre Tannus
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Sumário
1 Atuadores
2 Sensores
3 Bibliogra�a
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ATUADORES
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Características gerais
Peso
Relação Potência-Peso
Pressão de Operação
Tensão
Temperatura
Rigidez
Uso de engrenagens de redução
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Avaliação
E�ciência
Ambiente
Custo benefício
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Tipos
Hidráulicos
Pneumáticos
Elétricos
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Atuadores Hidráulicos
Características importantesAlta relação potência-pesoBaixa geração de calorBomba hidráulica pode ser dimensionada para carga média
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Robô Hidráulico
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Atuadores pneumáticos
PneumáticaDo grego pneumatikos: sopro, fôlegoRamo da ciência que faz uso de ar ou gás pressurizado
Características positivas do arBaixo custoCompressibilidadeNão gera faísca
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Sistema pneumático
Quatro blocosGeradorQualidade e distribuiçãoManobraAtuador
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Bloco gerador
Armazenamento do ar atmosférico
Filtragem e desumidi�cação do ar
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Bloco de Qualidade e Distribuição
Retirar impurezas e umidade do ar
Regulador de pressão
Lubri�cação
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Bloco de manobra
Válvulas
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Bloco de atuação
Atuadores pneumáticos
Eixo com movimentobidirecional
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Eletropneumática
Controle e detecção de movimentos realizados por válvulas decomando e atuadores pneumáticos por meio de dispositivos e sensoreselétricos
Controladores lógico programáveis (CLP)
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Atuadores elétricos
Mais utilizados na indústriaTipos
Motor CAMotor CCMotor de passoServomotor
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Motores CA x Motores CC
Controle de velocidadeMotores CC permitem controle de velocidade mais simplesVelocidade de um motor CA é dependente da frequência dealimentação.
Presença de escovasMotores sem escovas possuem, em geral, vida útil maior.Motores com escovas exigem mais manutenções
Dissipação de calorCalor gerado pela passagem de corrente nos �osTambém pode haver aquecimento por corrente parasita, atrito, nasescovas, dentre outros.Deve ser observado o caminho que o calor percorre até sair do motor.
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Características dos Atuadores - Vantagens
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Características dos Atuadores - Desvantagens
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SENSORES
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De�nição de Sensores
Sensores são dispositivos que detectam informações sobre o robô e domeio onde ele está imerso e as transmite para o controlador do robô.Sensores produzem um sinal que permite medir uma quantidadecomo:
Força, torque, temperatura, posição, velocidade, . . .
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Sensores ajudam o robô a:Detectar a posição e orientação de suas diversas juntas.Garantir a qualidade de produção.Descobrir variações de forma e dimensão das peças produzidas.Identi�car obstáculos imprevistos.Determinar e analisar defeitos.
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De�nições importantes
AcuráciaConcordância entre o valor real e o valor medido
ResoluçãoMudança na variável medida para a qual o sensor iráresponder
RepetibilidadeVariação das medidas do sensor quando a mesma variável émedida várias vezes
RangeLimite superior e inferior que podem ser medidos da variável
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Alimentação de sensores
Tensão Contínua (DC)
Tensão Alternada (AC)
Tensão Universal
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Saída de sensores
EletrônicaPNP e NPN
Mecânica (Relés)Chaveamento de correntes maiores
Analógica � TransdutoresConvertem grandeza física em grandeza elétrica
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Sinal analógico x digital
Analógico: amplitude pode variar em uma faixa contínua
Digital: amplitude pode assumir M valores dentro de uma faixa deamplitudes
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Terminologia
Face sensoraLado do sensor que detecta o objeto
DistânciaEspaço entre a face sensora e o objeto a ser detectado
Histerese
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Tipos de sensores
Mecânicos
Magnéticos � detectam apenas magnetos
Indutivos � apenas materiais ferromagnéticos
Capacitivos
Ópticos
Ultrassônicos
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Sensores Mecânicos
Chaves de �m de curso
Botoeiras
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Sensores Mecânicos
Usados para medir quantidades como:PosiçãoVelocidadeFormaForça e torquePressãoVibração, estresseMassa
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Sensores indutivos
Variação na indutância gerada por uma bobina
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Princípio de Funcionamento
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Fator de correção
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Blindagem
Direcionamento do campo
Aumento da distância sensora e da precisão
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Embutimento
EmbutidoCampo eletromagnético apenas na
face sensora
Não embutidoCampo eletromagnético na
superfície da face sensora
Semi-embutidoCampo magnético somente na face
sensora, mas é afetado por metais
ao redor
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Sensores Capacitivos
Detectam objetos metálicos e não metálicos
Capacidade de detectar dentro de recipientes
Veri�cação de níveis de �uidos e sólidos em tanques
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Princípio de Funcionamento
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Constante dielétrica
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Sensores óticos
Emissão e recepção de feixes de luz
Maior distância sensora
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Sensores óticos
Background
Zona Morta
Interferências do meio
Fator de correção
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Sensores ultrassônicos
Emissão e recepção de ondas sonoras
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Princípio de funcionamento
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Sensores segundo a função
Sensores podem ser categorizados de acordo com a função querealizam em:
ManipulaçãoQue interagem com o meio ambiente do robô.Ex: sensores de Força.
AquisiçãoQue permitem ao robô perceber seu próprio estado.Ex: encoders.
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Sensores segundo a localização
Sensores podem ser categorizados de acordo com sua localização emInternos
Encoders.
ExternosSwiches, táteis, proximidade e fotoelétricos.
Interlocked
Usados para proteger o robô.Travam o robô até que certa condição se torne válida (pressão de�uido, temperatura alta, etc)
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Sensores segundo a localização
Sensores podem ser categorizados de acordo com sua ativação em:
ContatoExiste um contato físico para a ativaçãoEx.: switches
Sem contatoNão existe um contato físico para a ativaçãoEx.: visão, ultrassom, radiação
Ainda, proximidade x presença
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Classi�cação - Aplicação
Proximidade
Posição / Velocidade
Força / pressão
Vibração / Aceleração
Tato
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Sensores de Proximidade
On / O� � presença ou ausência de objetoTipos
Chave mecânicaÓticoUltrassônicoIndutivoCapacitivo
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Sensores de Proximidade
É necessário, em geral, pelo menos duas funções de segurança:1 Desligar ou poder desabilitar quando uma pessoa entra na área de
perigo.2 Evitar ligar ou habilitação de força quando uma pessoa está na zona de
perigo.
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Cortinas de luz
As cortinas de luz de segurança são sensores depresença fotoelétrico projetados especi�camentepara proteger o pessoal de lesões relacionadascom o movimento da máquina perigosa.Também conhecido como:
AOPDs (dispositivos de proteção individualoptoeletrônicos ativos)ESPE (equipamentos de proteção individualeletrosensiveis)
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Scanners a laser
Os leitores de segurança a laser usam um espelho rotativo que criamum plano de detecção.A localização do objeto é determinado pelo ângulo de rotação doespelho e pelo �tempo de vôo� de um feixe de laser.
Ao tomar a medida da distância e da localização do objeto, o scanner alaser determina a posição exata do objeto.
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Scanners a laser
Os scanners a laser criam duas zonas1 uma zona de alerta: fornece um sinal de que não desliga o perigo e
informa às pessoas que elas estão se aproximando da zona de segurança2 uma zona de segurança: quando um objeto entra, faz o scanner a laser
emitir uma ordem de parada; as saídas dos controladores se desligam.
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Scanners a laser
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Tapetes de segurança sensíveis a pressão
Usados para a vigilância de uma área em torno de uma máquina
Uma matriz de tapetes interligados é de�nido em torno da área derisco e a pressão aplicada ao tapete (por exemplo, passos de umoperador) fará com que a unidade controladora do tapete desligue aalimentação do perigo.
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Tapetes de Segurança
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Tapetes de Segurança
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Sensores de Velocidade / Aceleração
Sensores de velocidadePotenciômetroLVDTEncoder
Sensores de aceleraçãoTacômetro
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Potenciômetro
Resistor variávelVantagens
SimplesBarato
DesvantagensPouco exatoBaixa resolução
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LVDT (Linear Variable Di�erential Transformer)
Um LVDT consiste de um núcleo magnético que move dentro de umcilindro
A luva do cilindro contém uma bobina primária com uma tensãooscilante aplicada
A luva também contém dois secundários que detectam esta tensãocom a magnitude igual ao deslocamento
LVDTs são muito precisos (centésimo de milímetro)
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Encoders
Encoders são sensores digitais usados para dar feedback de posiçãopara atuadores
Consiste de um disco de vidro ou plástico que gira entre uma fonte deluz (LED) e um par de fotodetectores
O disco é marcado com setores ou riscos que bloqueiam a passagemda luz, produzindo pulsos conforme gira
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Codi�cação
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Resolvers
Sensor de posição absolutaUm estator composto por dois enrolamentos, A e B.O enrolamento A está posicionado a 90 graus do enrolamento B.O rotor é composto por um terceiro enrolamento, C, que é energizadocom uma onda senoidal.O sinal em C induz sinais em A e B, que variam com a posição angularde C.A voltagem induzida em A está em quadratura com a de B.Cada posição do rotor produz valores diferentes em A e B.
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Resolvers
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Resolvers
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Tacômetro
Medida de velocidade de rotação utilizando um gerador DC
Essencialmente é um motor girando ao contrário
Normalmente utiliza-se conectados diretamente ao motor para se terfeedback
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Bibliogra�a
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