Introdução a Robótica (Robos SCARA e Capitulo 1 pg 1 a 24 do livro do Niku), Resumos de Mecatrônica

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Engenharia Elétrica

ROBÓTICA

2016

Trabalho Elaborado para o Curso de Engenharia Elétrica da matéria; Projetos de engenharia Elétrica da instituição Anhanguera Educacional ministrada pelo professor; Jorge Almassinha

Heros Scaylier Hassan Eloy Lima Dutra

Ra: 4997011037

Wenes Cley Mendonça

Ra: 4204783275

Wallace Farah Lopes de Oliveira

Ra:

Osmar Pereira Lopes Filho

Ra: 3724686643

Eli Antônio Bonfim Barros

Ra: 1299930981

mostra o sistema de coordenadas global, representado pelos eixos X0, Y0 e Z0.

F.1 – Estrutura padrão da configuração Scara

O elo (link) representado na cor laranja é a base do robô e é fixada ao local de trabalho. O elo roxo, que será chamado de Teta1, é ligado à base por uma junta rotacional centrada no eixo Z0. O elo vermelho, denominado de Teta2, é ligado ao elo roxo por outra junta rotacional. Estas duas primeiras juntas permitem o posicionamento do punho no plano XY. Na figura 1 temos Teta1 e Teta2 em suas posições iniciais. O último elo possui em sua parte inferior o punho, e está representado em amarelo. A junta entre os elos vermelho e amarelo é, na realidade, dupla. O elo amarelo desliza verticalmente em relação ao elo vermelho, permitindo o posicionamento do punho no eixo Z, e também gira em seu próprio eixo possibilitando a orientação do dispositivo que será fixado ao punho (esse movimento será denominado de Roll). A configuração descrita é a mais usual, mas há variantes. Há modelos onde o movimento vertical (eixo Z) é realizado pelo primeiro elo e não pelo último.

Volume de Trabalho

O volume de trabalho de um robô é o conjunto de todos os pontos do espaço que o seu punho pode alcançar e cada configuração possui uma forma característica. A figura 2 mostra como o volume de trabalho de um robô Scara é formado por quatro arcos de circunferência.

F.2 – Formação do volume de trabalho da configuração Scara.

A análise da figura 2 inicia-se com o punho no limite superior e com Teta e Teta2 nas posições iniciais. Em A tem-se o limite imposto pela movimentação apenas de Teta2, que saiu de sua posição inicial (2=0º) e atingiu seu ângulo máximo. Em B Teta2 é mantido na posição final e apenas Teta1 move-se desde seu ângulo inicial (1=0º) até a posição final. Em C o movimento é realizado apenas por Teta2 que sai da sua posição final e retorna para a posição inicial. Em D é mostrado o retorno de Teta1 para a posição inicial, mas ainda na metade do trajeto, que é completado em E. Portanto, em E pode-se observar o plano superior do volume de trabalho. Com o punho na posição inferior obtém-se a mesma forma geométrica, que representa o plano de trabalho inferior. Sendo assim, em F tem-se a representação do volume de trabalho típico de um robô Scara.

Há robôs onde o eixo Z é comandado pneumaticamente e, dessa forma,

F.3 – Dimensões variáveis e invariáveis da configuração Scara.

O quadro 1 apresenta as equações da cinemática direta, ou seja, dados os valores de 1, 2 e d (variáveis das juntas) é possível calcular as coordenadas cartesianas do punho.

Quadro 1 – Equações da cinemática direta.

Mas, em um programa de controle do robô há também outra necessidade de cálculo geométrico. É quando o usuário define as coordenadas cartesianas (X, Y e Z) onde deseja posicionar o punho. Nesta situação devem- se calcular os valores de 1, 2 e d necessários para atingir a posição meta. As equações que permitem esse cálculo são conhecidas como cinemática inversa, e estão apresentadas no quadro 2.

Resumo Livro Introdução a Robótica NIKU páginas 1 á 24.·.

• INTRODUÇÃO

Classe 4: O dispositivo, no caso o robô repete o mesmo movimento de acordo com as informações programadas;

Classe 5: Ocorre um controle numérico do robô, ao invés de ser manualmente;

Classe 6: Robô inteligente, que consegue tomar suas próprias decisões, analisa o ambiente, sendo flexíveis a possíveis mudanças.

Na norma RIA, considera apenas as classes 3, 4, 5 e 6.

Já na norma AFR temos:

Tipo A : Dispositivos de manipulação com controle manual;

Tipo B : Dispositivos de manuseamento automático com ciclos pré- determinados. Tipo C : Programável, servo robôs controlados com contínua ou ponto – á ponto; Tipo D : Igual a do tipo C, mas com capacidade de adquirir a partir do seu ambiente.

• HISTÓRIA DA ROBÓTICA

Observa-se uma relação de forma abrangente envolvendo a historia da robótica e a indústria, começando no cenário de 1922 onde Karel Capek introduziu a palavra “rabota” que significa trabalhador, logo após em 1946 George Devol desenvolveu um tratamento magnético, onde eckert e Mauchley a partir disso construiu o computador ENIAC que possibilitou mais tarde em 1954 George desenvolver o primeiro robô programável. Em 1962 GM instala o primeiro robô industrial Unimation. Já em 1968 construído o robô inteligente Shakey. Em 1972 IBM desenvolveu um robô de coordenadas retângulares para uso interno e possivelmente vendas. O modelo T3 da Cincinnati Milacron tornou-se popular no ambiente industrial isso em 1973. Sendo que em 1978 o primeiro robô PUMA foi enviado para GM, que em 1982 tanto a GM e a Fanuc assinaram um acordo para construção de robôs GMFanuc. Westinghouse comprou Unimation, que posteriormente foi vendido para Staubli da Suíça. E

partir de então o tema robótica tornou-se bem popular e cada dia mais vem evoluindo e sua fronteiras sendo alargadas.

• (^) VANTAGENS E DESVANTAGENS

As vantagens que os robôs trazem são amplas como qualidade, produtividade, segurança, flexibilidade, eficiência entre outras, a questão aqui retratada é a comparação com o ser humano que tem limitações e necessidades que um robô não apresenta. Um ponto forte do robô é o grau de precisão que possui. ``robôs faltam a capacidade para responder em situações de emergência, a menos que a situação é prevista (NIKU,2001).

As limitações do robô se encaixam segundo Niku, 2001 em graus de liberdade, destreza, sensores e tempo real de resposta. Umas das desvantagens é o custo inicial tanto de equipamentos e instalação, necessidades em programação.

• COMPONENTES ROBÓTICOS

Um robô é construído por um manipulador - articulações, ligações e outros elementos estruturais, efetuador final – é a ultima junta do manipulador que conecta em outros dispositivos, atuadores – são dispositivo que faz a ação, podendo ser motores, cilindros pneumáticos ou hidráulicos, sensores – que é a comunicação do robô para o ambiente, controlador – que controla movimentos, os sensores e atuadores, processador - Controla todo o sistema, funciona como um cerebro software - os três grupos existentes são sistema operacional que opera o computador, software de robótica que faz cálculos de articulações e o conjunto de rotinas, programas de realização de tarefas especificas.

Os graus de liberdade de um robô define quantas posições poderá se mover no espaço, no plano cartesiano x,y e z determina a localização de um ponto, sendo necessária para movimentação. Existe diferentes tipos de conjuntos de robôs, tais como lineares, rotativos e esféricos, a determinação

que a mesma posição pode ser alcançada se o movimento for repetido muitas vezes” (NIKU, 2001).

O espaço de trabalho de um robô está diretamente associado ás suas características, ditas anteriormente. Ao conhecer suas limitações, articulações e ligações definem de forma matematicamente o espaço de trabalho, para assim garantir maior precisão, receptibilidade, alcance e carga útil para cada aplicação do robô.

• LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO

Antes de especificar o tipo de linguagem de programação de um robô é interessante mencionar os modos de programação que depende exclusivamente do grau de sofisticação do robô. Ao se falar em instalação física, neste modo o operador configura chaves de difícil controle, normalmente é usado outros dispositivos acoplados como, por exemplo, o CLP (Controlador Lógico Programável). No modo de ensinar as articulações do robô são movidas por instruções a localização e orientação é inserido no controlador, que segue exatamente as instruções, percebe-se que neste modo a sequência de operação é de ponto a ponto. Outro modo de programação é o modo continuo, onde todas as articulações são movidas ao mesmo tempo sendo isso amostrado e registrado continuamente pelo o controlador, os movimentos são gravados e executa-o no tempo exato. Esses movimentos são ensinados aos operadores através de modelos, por exemplo, robôs de pintura são programados por pintores qualificados através de módulos. E o ultimo modo é o modo de software o controlador, controla os movimentos e o programa é feito em off-line ou on-line, seria o mais sofisticado e versátil de todos os modos tratados anteriormente, além de ter informações adicionais de sensoriamento e instruções condicionais.

Hoje existem tantas linguagens de programação, assim como existem tantos robôs. É interessante vermos que cada fabricante faz o uso de sua própria linguagem acoplada ao seu equipamento, podemos citar a titulo inicial linguagens como Basic, C e Forthan, que são baseadas em linguagens

comuns. Linguagens de alto nível como Java, Pascal, C entre outras são baseadas em interprete e executa o programa linha por linha, de cada vez, já as linguagens de baixo nível como assembly são baseadas no compilador utilizando linguagem de maquina, criando um código objeto antes de executar o programa. Exemplos:

Microcomputador (Linguagem de máquina): os programas são escritos em linguagem de máquina, é o nível mais básico e eficiente, mas complexo e exige um especialista;

Ponto a ponto de Nível: as coordenadas dos pontos são inseridos sequencialmente, é um tipo muito primitivo e simples mas é fácil de usar, depende exclusivamente das informações sensoriais e instruções condicionais;

Nível Motion Primitive: Desenvolve programas mais sofisticados, tais como sensoriamento, ramificações e instruções condicionais;

Nível de programação estruturada : é uma linguagem mais sofisticada de alto nível, portanto grau de complexibilidade maior, exigindo especialistas;

Tarefa - Nível Orientado: Atualmente, não existem línguas reais deste nível de existência. O que ocorre nesta linguagem é que o usuário fazia menção da tarefa, enquanto o controlador criaria a sequência necessária. Era basicamente dizer ao robô o que fazer em cada tarefa, ou seja, ser reprogramado.

• APLICAÇÕES ROBÓTICAS

A ideia principal da criação de um robô é pela a adaptabilidade que possuem em ambientes agressivos aos seres humanos. Sendo mais precisos e não necessitam de fatores biológicos que nós precisamos, além das características já mencionadas neste artigo. Citaremos algumas aplicações da robótica de forma geral na sociedade e sua importância:

dimensionamento das peças, onde qualquer variação pode danificar todo o conjunto;

Manufatura: Seriam as diversas operações que um robô faz, dentre elas temos: montagem, remoção de materiais, perfuração, inserção de peças, tais componentes eletrônicos em placas de circuito, a instalação de placas em aparelhos eletrônicos e outras operações similares.

Vigilância: a vigilância tem sido largamente utilizada na indústria, um exemplo seria no controle de tráfego, ou câmeras de vigilância para detectar as placas dos carros, com alta velocidade.

Medicina: Um exemplo usado na medicina é o Robodoc que foi projetado para ajudar nas operações de um cirurgião o substituindo. Algumas funções por ele executada é, por exemplo, furação do crânio com a dimensão e precisão exata, além disso, a orientação e a forma do osso pode ser determinada por Tomografia Computadorizada e transferidos para o controlador do robô, que direciona os movimentos para melhor ajuste. “O robô chamado da Vinci Surgi cal Robot, que é aprovado pelos EUA Food and Drug Administration (FDA), foi utilizado para realizar a cirurgia abdominal” (NIKU, 2001).

Pessoas com deficiência: Segundo Saeed Niku, 2001 um estudo foi realizado com um pequeno robô de mesa para se comunicar com pessoas deficientes e executar tarefas como colocar comida no micro ondas e entregar para a pessoa comer, entre outras funções.

Ambientes perigosos: Os robôs são criados e adaptados para sobreviverem em ambientes grosseiros, onde mesmo a vida humana não suportaria. Por exemplo em ambientes com elevados níveis de temperatura, radiação, como os robôs não se tem uma preocupação que se teria com o ser humano;

Localizações, espaço e distância: Robôs são usados para exploração de lugares, planetas e ate explorações Ouvir.

Ler foneticamente

Ouvir

Ler foneticamente

Ouvir

Ler fonética subaquáticas e veículos submergíveis entre outras aplicações, um tele-robô é utilizado na microcirurgia, com o intuito de repetir os movimentos do cirurgião.

Outros tipos de robôs com aplicabilidade diferentes destes comentados anteriormente, podemos citar: robôs que imitam insetos, com aparência humana, robôs utilizados em operações médicas, ou para entretenimento. Outra área que é algo relacionado com a robótica e as suas aplicações está Micro - Electro - Mecânica - System (MEMS). Estes são os dispositivos micro nível que são projetados para desempenhar funções dentro de um sistema, que pode incluir tarefas médicas, mecânica, elétrica e física. Por exemplo, um dispositivo robótico micro nível podem ser enviadas através das veias principais do coração para as funções de exploração ou cirúrgicas.

• IMPACTO SOCIAL

A grande questão da robótica, na sociedade, é que se precisa considerar problemas sociais e econômicos que surgem como cada vez mais trabalhadores desempregados. Segundo Saeed Niku, 2001 umas das negociações dos fabricantes de automóveis e da United Auto Workers (UAW) é a quantidade de postos de trabalho para homens e a taxa de robôs utilizados. Mas esta questão está sendo estudada e analisada. Mas em termos de Brasil, apesar da robótica está avançando, mesmo devagar, este impacto tem se estendido e mais tecnologias tem chegado e melhorando os processos.

• CONSIDERAÇÕES FINAIS