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Robótica e Automação
Robótica
Ramo da tecnologia que estuda o
“design, construção e uso de máquinas
(robôs)para executar tarefas tradicionalmente
feitas por seres humanos”
Encyclopædia Britannica
Robô
“Máquina formada por um mecanismo,incluindo diversos graus de liberdade,
na maioria das vezes tendo a aparência de um ou diversos braços terminando
num pulso capaz de segurar ferramentas, peças ou dispositivos.”
ISO 9283(1998)
AutômatoMáquina, aparelho ou dispositivo que executa certos trabalhos ou funções,
comumente efetuados por uma pessoa.
Robótica x Automação
Automação é a tecnologia que se preocupa com o uso de sistemas
mecânicos/elétricos/computacionais para controlar um processo de
produção
História· 350 a.C: O matemático grego Arquitas
cria “OPombo”, pássaro de madeira movido a vapor
· Século XVIII: Jacques de Vancanson cria o andróide flautista e “O Pato”, pato mecânico que come e defeca, entre outros organismos mecânicos
Em 1954, George Devol cria a patente de um equipamento chamado “Programmed Article Transfer”(Máquina de Transferência Programada),a qual sua principal função era a transferência de objetos de um ponto a outro.
Em 1956 George Devol e Joseph Engelberger formam a primeira empresa de robôs industriais chamada UNIMATION.
Em 1961 o primeiro produto da UNIMATION chamada “Unimate” foi instalada na planta da GM em Trenton,New Jersey.
Evolução da Robótica
Em 1969 Victor Scheinman inventou na Universidade de Stanford, um robô articulado de 6 eixos,que ficou conhecido como braço de Stanford.
Isto permitiu que o robô fosse capaz de aplicações mais sofisticadas como montagem e soldagem.
Sheinman vendeu seus projetos para a Unimation, a qual o desenvolveu com o auxílio da GM e posteriormente o comercializou como a Máquina Programável Universal para Montagem(PUMA).
Em 1973 a empresa “KUKA Robotics” constroi seu primeiro robô articulado de 6 eixos conhecido como “FAMULUS”
Em 1974 a empresa “Cincinnati Milacron” introduz o primeiro robô industrial controlado por computador que move objetos em uma linha de montagem denominado T3(The Tomorrow Tool).
As três leis da robótica❖ 1ª Lei: Um robô não pode ferir um ser humano ou,
por inação, permitir que um ser humano sofra
algum mal.
❖ 2ª Lei: Um robô deve obedecer as ordens que lhe
sejam dadas por seres humanos exceto nos casos
em que tais ordens entrem em conflito com a
Primeira Lei.
❖ 3ª Lei: Um robô deve proteger sua própria
existência desde que tal proteção não entre em
conflito com a Primeira ou Segunda Leis.
Gerações da Robótica
❖ Primeira Geração
➢ Robôs Manipuladores
❖ Segunda Geração
➢ Robôs Perceptivos
❖ Terceira Geração
➢ Robôs Adaptativos e Inteligentes (IA)
Primeira Geração
Joseph Engelberger cria em 1960 o Unimate(foto) e inaugura a robótica industrial.
Segunda Geração
Hilare – 1977
O Hilare era capaz de andar em ambientes comobstáculos parcialmente conhecidos.
Terceira GeraçãoAIBO, o cão robô criado em 1999 pela Sony, que não só interage com o dono como também aprende com ele.
Robótica Industrial
-Um robô industrial se trata de um braço mecânico motorizado e programável que apresenta características antropomórficas.
-O computador guarda em sua memória um programa que detalha quais movimentos devem ser feitos.
ISO 9283
-É o padrão usado atualmente pela indústria.Visa facilitar o entendimento entre usuários efabricantes.
-Define características de funcionamento de um robô.Recomenda como realizar 14 testes paraverificar se o robô obedece a especificação.
Conceituação da Robótica Industrial
-Classificação de um Sistema Automatizado-Automação Rígida: Máquinas não reprogramáveis.
-Automação Flexível: Máquinas reprogramáveis.
-Funcionalidades e Habilidades de um Robô-Robôs de Primeira Geração: Incapazes de obter qualquer informação sobre o meio.
-Robôs de Segunda Geração: Capazes de se comunicar com o ambiente através sistemas de sensoriamento e identificação.
Vantagens da Robótica Industrial
-Aumento na produtividade e na rentabiliadade.
-Melhoria da qualidade devido a padronização de produtos.
-Evita desperdícios e refugos.
Menor demanda de mão-de-obra especializada.
-Operação em ambientes difíceis e perigosos.
-Operação de tarefas repetitivas e desagradáveis para o ser humano.
Tempos Modernos do cineasta Charles Chaplin
- Capacidade de trabalho por longos períodos sem interrupção.
Vida Útil = 6 Anos Trabalho = 22 Horas/DiaDias = 7 dias da SemanaValor Unico = US$ 17 mil
Vida Útil = 30 Anos Trabalho = 8 Horas/Dia
Dias = 5 dias da SemanaValor Anual = US$ 13 mil
48 Mil Horas de Trabalho
48 Mil Horas de Trabalho
OBS:Estudo conduzido no Japão em 1983 referente ao ano de 1981;
Desvantagens da Robótica Industrial
-Decréscimo do nível de emprego nas atividades industriais.
-Robôs substituem dezenas ou até centenas de homens em uma linha de produção.
-A OIT(Organização Internacional do Trabalho) recomenda que para reduzir as altas taxas de desemprego é necessário a:
-Redução da jornada de trabalho para 30 horas semanais
-Criação de empregos no setor de serviços sociais como saúde e educação.
Mercado da Robótica Industrial-Por muito tempo o único concorrente da Unimation foi a Cincinnati Milacron.
-Durante os anos 70,o Japão se recusou a seguir as leis de patentes internacionais permitindo que um grande número de empresas japonesas copiassem as patentes americanas e iniciassem a produção de robôs industriais similares.
-O interese em robótica industrial cresceu no final dos anos 70 e muitas empresas americanas resolveram entrar nesse campo.
-As grandes General Eletric e General Motors se associaram com a japonesa FANUC Robotics.
-Em 1984, a Unimation foi adiquirida pela Westinghouse Eletric Coorporation por 107 milhões de doláres.
-Em 1988 a Unimation foi vendida para a francesa Staubli Faverges SCA.
-Atualmente, as empresas mais importantes no mercado mundial são: Adept Technology, Staubli-Unimation, ABB Asea Brown Boveri e a KUKA RObotics.
-No mercado brasileiro as principais marcas utilizadas são a FANUC , ABB e a KUKA .
-Multinacional com sede em Oshinono Japão.
-Abreviatura de Fujitsu Automated Numerical Control.
-18% do Mercado Brasileiro.
Principais Marcas Utilizadas no Mercado Brasileiro
-Multinacional com sede em Zurique na Suiça.
-A ABB resulta da fusão em 1988 de duas grandes empresas: a sueca Asea e a suíça Brown Boveri.
-33% do Mercado Brasileiro.
ABB
-Multinacional com sede em Augsburgo na Alemanha.
-Seus fundadores são Keller e Knappich.
-O nome da empresa KUKA é uma abreviatura de Keller und Knappich Augsburg.
-13% do Mercado Brasileiro.
KUKA
Robôs nas Indústrias
-Em 2001-756 mil robôs industriais no mundo360 mil no Japão99 mil na Alemanha
-Em 2005-900 mil robôs industriais373 mil no Japão139 mil na América do Norte297 mil na Europa2,6 MIL UNIDADES NO BRASIL
Dados da Federação Internacional de Robótica
Overview Mundial
❖ Mecatrônica e Automação;❖ Muitas empresas possuem profissionais
de automação;❖ Automação é utilizada para melhorar a
produtividade, reduzir custos de produção, garantir o bom funcionamento dos processos, aumentar o conforto e/ou a segurança etc.
Mercado de Automação
❖ Testar, substituir, reparar e calibrar instrumentos;❖ Fazer integração de protocolos, redes de
comunicação, interfaces e instrumentos digitais;
❖ Sintonizar malhas de controle;❖ Executar e avaliar a manutenção
preventiva e corretiva;❖ Otimizar sistemas elétricos e de
automação e controle de processos;❖ Reparar circuitos de comandos de força em
painéis elétricos de baixa tensão;❖ Aplicar normas de segurança, de meio
ambiente e de saúde no trabalho;
Exemplos de atividades
TSA – automação industrial;
Insaut – automação industrial;
Stanza Tecnologica – automação residencial;
MTS Engenharia – automotiva, agrícola e industrial;
Automatica Tecnologia – desenvolvimento de máquinas para automação;
InTechno – desenvolvimento de kits didáticos e automação industrial;
Imatic – soluções de visão computacional.
Maiores contratadores regionais
O mercado seleciona profissionais por:❖Formação❖Relacionamento: capacidade
de trabalhar em equipe;❖Experiência;❖Indicação: mantenha bom
relacionamento com seus colegas
Como entrar no mercado?
Aplicações
Como eles funcionam
Memória para armazenar os programas
Circuitos integrados
Sensores
Unidade de comunicação controlada por um humano
Sensores
Segurança
Proximidade
Temperatura
Posicionamento
Seleção de material
Circuitos integrados
Redução de custos
Maior velocidade de trabalho
Menor consumo de energia
Redução de erros
Confiabilidade
Simplifica a produção industrial
TIPOS DE ROBÔS INDUSTRIAIS
ROBÔ DE COORDENAS CARTESIANAS
ROBÔ DE COORDENADAS CILINDRICAS
ROBÔ DE COORDENAS POLARES
ROBÔ DE COORDENADAS DE REVOLUÇÃO
ROBÔ SCARA
Inteligência Artificial
Parte das Ciências da Computação que busca simular ou emular o comportamento humano inteligente em termos de processos computacionais. [Schalkoff, 1990]
Classificação [Russel & Norvig 1995]
Classificação dos Sistemas Inteligentes
Computação convencional Inteligência Artificial
numérica simbólica
procedural declarativa
algorítmica heurística
Diferenças da Computação Convencional
46
-Engenharia, robótica, matemática;-Aeroespacial, militar;-Indústria;-Telecomunicações;-Arquitetura, direito, comércio, finanças, bolsa de valores;-Medicina, biologia (biologia molecular - bioinformática);-Educação, jogos/entretenimento, literatura;-Gestão da informação, interface humano/máquina;-Produção agropecuária.
Aplicações de Inteligência Artificial
Domótica DIY
Robótica
Domus
Doit Yourself
Soluções DIY-Mais baratas;
-Educativas;
-Não são estáveis;
-Adaptadasaos casos de utilização;
-Limitadas pelo conhecimento de
quemas desenvolve;
-Crescem à medida das necessidades.
Objetivos-Melhorar bem-estar
Temperatura, luz…
-Facilitar processos; -
Alarmística
Materiais comuns
MicrocontroladorSensores eatuadores
RádioUSBPower
Oubaterias
RF24Network
Exemplo
Robótica EducacionalPor ter um caráter multi disciplinar
(eletrônica, mecânica e computação) a robótica é usada como ferramenta de aprendizado
Objetivos
Promover o estudo de conceitos multidisciplinares, como física, matemática, geografia, informática, etc.
Estimular a criatividade, raciocínio lógico e trabalho em equipe.
Noções básicas de programação.
Robótica e a Interdisciplinaridade
Trabalha-se conceitos de muitas outras disciplinas, em prol de um único objetivo.
Pela superação dos problemas e desafios, é que se consegue o objetivo maior: O APRENDIZADO.
Um meio de motivar o aluno, demonstrando na prática alguns conceitos da física, matemática que são de difícil compreensão.
Passagem de Vídeo 01.
Robótica Educativa
Nível de retenção do conhecimento
(Cook, J. nd Cook, L. "How technology enhances the quality of student learning". Quality Progress)
Benefícios
A robótica educativa ajuda o aluno a:
Aplicar conhecimentos de outras disciplinas, como física, matemática, computação, etc;Aprender a estabelecer planos de trabalho;
Utilizar os conceitos aprendidos nas outras áreas para desenvolver os próprios projetos;
Garantir que o próprio aluno seja capaz de avaliar seu desempenho;
Benefícios
Promover atividades que gerem a cooperação em trabalhos de grupo;
Estimular o crescimento individual através da troca de projetos e ideias;Desenvolver o senso de responsabilidade e despertar a
curiosidade deles perante novas ideias;
Desenvolver a confiança e auto-estima;
Desenvolver outras habilidades, ao apresentar situações que desafiem o raciocínio;
Benefícios
Enfrentar situações que exigem tomada de decisões;
Planejar atividades, desenvolvê-las e avaliar o resultado final;
Ter responsabilidade com materiais de uso comum;
Praticar a reciclagem de materiais;
Aprender a trabalhar com diferentes ferramentas (martelo, soldas, etc).
Materiais de ensino
Modelix:
Kit composto de lâminas furadas de diversas formas, que permitem encaixes exatos, mini ferramentas para montar, porcas, parafusos, engrenagens, eixos, polias;
É adequado para trabalhar também com sucata como material complementar à montagem;
Ideal para ser usado com alunos maiores de 10 anos estimulando a coordenação motora, o pensamento e a concentração;
Materiais de ensino
Lego:
Os kits contem além das peças encontradas em qualquer conjunto de Lego, peças que permitem a construção de mecanismos simples tais como engrenagens, eixos, polias, motores, sensores e luzes.
Ideal para introdução de mecanismos com crianças da escola Infantil e Ensino Fundamental;
Não requer experiência em tecnologia;
Desenvolvimento apropriado para a idade crianças a partir de 5 até 8 anos (LEGO-DUPLO) e acima tem kits para construções específicas e o Lego Mindstorm.
Material mais conhecido, porém muito caro.
Materiais de ensino
Fishertechnik:
Kits didáticos composto por peças plásticas flexíveis além de motores, lâmpadas, sensores e placas para trabalho com energia solar.
Devido a seu método de encaixe a sugestão é de que seja utilizado com crianças a partir de 10 anos.
As montagens têm uma resistência maior a quedas;
Materiais de ensino
Tabela comparativa:
Dificuldades
Realidade brasileira
Alto custo
Sensores em torno de 200 reais Jogo completo por 1200 reais Mas existem iniciativas com SL, e uso de sucata eletrônica.
Aprendizado delicado
Capacitação de professores
Casos de uso
Exposição marca 50 anos da Sociesc em Joinville
Robôs feito de sucata
Combate entre robôs
Invenções gerais (energia
gerada pelo movimento de uma bicicleta, kart movido a energia elétrica, projeto de energia solar)