i

ANLISE E DOCUMENTAO DE UM MANIPULADOR COM CINCO GRAUS

DE LIBERDADE

Rodrigo de Souza e Silva Picana

Projeto de Graduao apresentado ao Curso

de Engenharia Mecnica da Escola

Politcnica, Universidade Federal do Rio de

Janeiro, como parte dos requisitos

necessrios obteno do ttulo de

Engenheiro.

Orientador: Prof. Vitor Ferreira Romano;

Dott. Ric.

Rio de Janeiro

Maro de 2014

ii

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

Departamento de Engenharia Mecnica

DEM/POLI/UFRJ

ANLISE E DOCUMENTAO DE UM MANIPULADOR COM CINCO GRAUS

DE LIBERDADE

Rodrigo de Souza e Silva Picana

PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO

DE ENGENHARIA MECNICA DA ESCOLA POLITCNICA DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS

REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE

ENGENHEIRO MECNICO.

Aprovado por:

________________________________________________

Prof. Vitor Ferreira Romano; Dott. Ric. (orientador)

________________________________________________

Prof. Thiago Gamboa Ritto; DSc

________________________________________________

Prof. Fernando Pereira Duda; DSc

________________________________________________

Prof. Armando Carlos de Pina Filho; DSc

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

MARO DE 2014

i

Picana, Rodrigo de Souza e Silva.

Anlise e documentao de um manipulador com cinco graus de

liberdade/ Rodrigo de Souza e Silva Picana- Rio de Janeiro - UFRJ/

Escola Politcnica, 2014.

VIII, 58 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Prof. Vitor Ferreira Romano.

Projeto de Graduao UFRJ/ Escola Politcnica/ Curso de

Engenharia Mecnica, 2014.

Referncias Bibliogrficas: p. 59-60.

1. Robtica. 2. CAD. 3. Parmetros DH. 4. Modelagem. 5.

Documentao. 6. Dimensionamento. 7. Desenho Tcnico. I. Romano,

Vitor Ferreira. II Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola

Politcnica, Curso de Engenharia Mecnica. III. Ttulo.

ii

DEDICATRIA

Dedico este trabalho minha famlia e amigos que sempre me apoiaram.

Durante esse tempo de graduao pude adquirir uma vasta gama de conhecimentos

tericos e prticos que certamente me tornaro um profissional mais completo. Assim,

quero dedicar instituio UFRJ e a todo seu corpo docente.

iii

AGRADECIMENTO

A Deus, por estar sempre ao meu lado, me dando foras quando preciso. Aos

meus pais Joo Pinheiro Picana e Elma coelho de Souza e Silva, pelo apoio e amor

incondicional e pelos ensinamentos fundamentais da vida que me tornaram o homem

que sou hoje. Ao meu irmo Marcio Renato Picana e a minha namorada Mait Lopes

de Almeida, por serem uma fonte de afeto e carinho mesmo nos momentos mais

difceis.

Agradecimento aos meus amigos e futuros Engenheiros Mecnicos: Filippe

Guedes, Mauricio Iglesias e Marcelo Martinez.

Agradeo ao meu orientador Vitor Ferreira Romano pela presena marcante na

minha formao, pelo tema sugerido, pela orientao e pela confiana depositada em

mim.

iv

Resumo da Monografia apresentada Escola Politcnica / UFRJ como parte dos

requisitos necessrios para a obteno do grau de Engenheiro Mecnico

ANLISE E DOCUMENTAO DE UM MANIPULADOR COM CINCO GRAUS

DE LIBERDADE

Rodrigo de Souza e Silva Picana

Maro/2014

Orientador: Vitor Ferreira Romano

Curso: Engenharia Mecnica

O presente trabalho consiste da anlise de um manipulador robtico de cinco graus

de liberdade, projetado e construdo no Laboratrio de Robtica da Universidade

Federal do Rio de Janeiro em 1989, cuja documentao foi perdida ao longo dos anos.O

trabalho visa o estudo do manipulador atual para a sua futura recuperao do para fins

didticos. O Projeto de Graduao foi dividido nas seguintes etapas: documentao

tcnica (desenhos de peas e montagens), anlise cinemtica, anlise esttica, anlise do

sistema de transmisso e sugestes de modificaes de componentes em relao ao

projeto original. Durante o desenvolvimento do trabalho foram utilizados recursos

computacionais como a modelagem slida em CAD3D (programas TopSolid e

Solidworks) e simulao numrica com o aplicativo Robotics Tool Box do programa

MatLab. Como resultado obteve-se a documentao completa dos componentes com as

sequncias de montagens, a montagem fsica do manipulador, alm da verificao da

viabilidade de utilizao de novos atuadores e sistemas de transmisso para uso futuro

do equipamento.

Palavras-chave: Robotica, Modelagem, CAD, Parmetros DH, Montagem e Desenho

Tcnico.

v

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial

fulfillment of the requirements for the degree of Engineer.

DOCUMENTATION AND ANALYSIS OF A ROBOTIC HANDLER WITH FIVE

DEGREES OF FREEDOM

Rodrigo de Souza e Silva Picana

March/2014

Advisor: Vitor Ferreira Romano, DSc.

Course: Mechanical Engineering

This work consists of analyzing a robotic manipulator with five degrees of

freedom , designed and built in the Robotics Laboratory of the Federal University of

Rio de Janeiro in 1989 , whose documentation has been lost over the years .The work

aims to study the current handler for future recovery for didactic purposes. The

Graduation Project has been divided into the following steps: technical documentation

(drawings of parts and assemblies), kinematic analysis, static analysis, analysis of the

transmission system and suggestions for modifications of components to the original

design. During the development of the work computational resources work as solid

modeling CAD3D (TopSolid and Solidworks programs) and numerical simulation with

the Robotics Tool Box application from MatLab program were used. As a result we

obtained the full documentation of the components with the sequences of assemblies,

the physical assembly of the manipulator, besides verifying the feasibility for using new

actuators and drive systems for future use of the equipment.

Keywords: Robotics, modeling, CAD, DH parameters, assembling and technical

drawings.

vi

SUMRIO

DEDICATRIA ............................................................................................................... ii

AGRADECIMENTO ...................................................................................................... iii

NDICE DE FIGURAS ................................................................................................. viii

NDICE DE TABELAS ................................................................................................... x

1. INTRODUO ................................................................................................... 11

1.1. Motivao ........................................................................................................ 11

1.2. Objetivos Gerais .............................................................................................. 11

1.3. Organizao do Texto ....................................................................................... 11

2. UMA VISO GERAL DOS MANIPULADORES ROBTICOS....................... 13

2.1. Robtica ........................................................................................................... 13

2.1.1 reas de Aplicao da Robtica ...................................................................... 13

2.2. Robtica Industrial .............................................................................................. 15

2.2.1. Componentes do Rob Industrial ..................................................................... 16

2.2.2. Principais aplicaes industriais ....................................................................... 18

2.2.3. Efetuadores Mecnicos (end-effectors) ............................................................ 19

2.2.4. Principais configuraes e caractersticas de manipuladores mecnicos ......... 22

2. MODELAGEM E DOCUMENTAO............................................................ 23

3.1. Funes do Software ........................................................................................ 23

3.2. Documentao de Projeto ................................................................................ 23

3.2.1. Desenho Tcnico ...................................................................................... 23

3.2.2. Lista de Material ....................................................................................... 24

3.2.3. Manual de Montagem ............................................................................... 25

4. HISTRICO DO MANIPULADOR DE CINCO GRAUS DE LIBERDADE 27

5. DOCUMENTAO ........................................................................................... 29

5.1. Processo de registro ........................................................................................ 29

5.2. Modelagem ...................................................................................................... 31

vii

5.3. Documentao tcnica ..................................................................................... 33

5.4. Materiais utilizados .......................................................................................... 35

5.5. Itens .....................