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i ANÁLISE E DOCUMENTAÇÃO DE UM MANIPULADOR COM CINCO GRAUS DE LIBERDADE Rodrigo de Souza e Silva Picança Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientador: Prof. Vitor Ferreira Romano; Dott. Ric. Rio de Janeiro Março de 2014

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    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

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    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

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    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.

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    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.

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    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.

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    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.

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    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.

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    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

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

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

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