Robótica

Sensores e Atuadores

Prof. Alexandre Tannus

1 / 67

Sumário

1 Atuadores

2 Sensores

3 Bibliogra�a

2 / 67

ATUADORES

3 / 67

Características gerais

Peso

Relação Potência-Peso

Pressão de Operação

Tensão

Temperatura

Rigidez

Uso de engrenagens de redução

4 / 67

Avaliação

E�ciência

Ambiente

Custo benefício

5 / 67

Tipos

Hidráulicos

Pneumáticos

Elétricos

6 / 67

Atuadores Hidráulicos

Características importantesAlta relação potência-pesoBaixa geração de calorBomba hidráulica pode ser dimensionada para carga média

7 / 67

Robô Hidráulico

8 / 67

Atuadores pneumáticos

PneumáticaDo grego pneumatikos: sopro, fôlegoRamo da ciência que faz uso de ar ou gás pressurizado

Características positivas do arBaixo custoCompressibilidadeNão gera faísca

9 / 67

Sistema pneumático

Quatro blocosGeradorQualidade e distribuiçãoManobraAtuador

10 / 67

Bloco gerador

Armazenamento do ar atmosférico

Filtragem e desumidi�cação do ar

11 / 67

Bloco de Qualidade e Distribuição

Retirar impurezas e umidade do ar

Regulador de pressão

Lubri�cação

12 / 67

Bloco de manobra

Válvulas

13 / 67

Bloco de atuação

Atuadores pneumáticos

Eixo com movimentobidirecional

14 / 67

Eletropneumática

Controle e detecção de movimentos realizados por válvulas decomando e atuadores pneumáticos por meio de dispositivos e sensoreselétricos

Controladores lógico programáveis (CLP)

15 / 67

Atuadores elétricos

Mais utilizados na indústriaTipos

Motor CAMotor CCMotor de passoServomotor

16 / 67

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.

17 / 67

Características dos Atuadores - Vantagens

18 / 67

Características dos Atuadores - Desvantagens

19 / 67

SENSORES

20 / 67

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, . . .

21 / 67

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.

22 / 67

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

23 / 67

Alimentação de sensores

Tensão Contínua (DC)

Tensão Alternada (AC)

Tensão Universal

24 / 67

Saída de sensores

EletrônicaPNP e NPN

Mecânica (Relés)Chaveamento de correntes maiores

Analógica � TransdutoresConvertem grandeza física em grandeza elétrica

25 / 67

Sinal analógico x digital

Analógico: amplitude pode variar em uma faixa contínua

Digital: amplitude pode assumir M valores dentro de uma faixa deamplitudes

26 / 67

Terminologia

Face sensoraLado do sensor que detecta o objeto

DistânciaEspaço entre a face sensora e o objeto a ser detectado

Histerese

27 / 67

Tipos de sensores

Mecânicos

Magnéticos � detectam apenas magnetos

Indutivos � apenas materiais ferromagnéticos

Capacitivos

Ópticos

Ultrassônicos

28 / 67

Sensores Mecânicos

Chaves de �m de curso

Botoeiras

29 / 67

Sensores Mecânicos

Usados para medir quantidades como:PosiçãoVelocidadeFormaForça e torquePressãoVibração, estresseMassa

30 / 67

Sensores indutivos

Variação na indutância gerada por uma bobina

31 / 67

Princípio de Funcionamento

32 / 67

Fator de correção

33 / 67

Blindagem

Direcionamento do campo

Aumento da distância sensora e da precisão

34 / 67

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

35 / 67

Sensores Capacitivos

Detectam objetos metálicos e não metálicos

Capacidade de detectar dentro de recipientes

Veri�cação de níveis de �uidos e sólidos em tanques

36 / 67

Princípio de Funcionamento

37 / 67

Constante dielétrica

38 / 67

Sensores óticos

Emissão e recepção de feixes de luz

Maior distância sensora

39 / 67

Sensores óticos

Background

Zona Morta

Interferências do meio

Fator de correção

40 / 67

Sensores ultrassônicos

Emissão e recepção de ondas sonoras

41 / 67

Princípio de funcionamento

42 / 67

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.

43 / 67

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)

44 / 67

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

45 / 67

46 / 67

Classi�cação - Aplicação

Proximidade

Posição / Velocidade

Força / pressão

Vibração / Aceleração

Tato

47 / 67

Sensores de Proximidade

On / O� � presença ou ausência de objetoTipos

Chave mecânicaÓticoUltrassônicoIndutivoCapacitivo

48 / 67

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.

49 / 67

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)

50 / 67

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.

51 / 67

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.

52 / 67

Scanners a laser

53 / 67

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.

54 / 67

Tapetes de Segurança

55 / 67

Tapetes de Segurança

56 / 67

Sensores de Velocidade / Aceleração

Sensores de velocidadePotenciômetroLVDTEncoder

Sensores de aceleraçãoTacômetro

57 / 67

Potenciômetro

Resistor variávelVantagens

SimplesBarato

DesvantagensPouco exatoBaixa resolução

58 / 67

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)

59 / 67

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

60 / 67

Codi�cação

61 / 67

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.

62 / 67

Resolvers

63 / 67

Resolvers

64 / 67

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

65 / 67

Bibliogra�a

66 / 67

67 / 67