AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL PARTE 3

AUTOMAÇÃO ROBOTIZADA

Nestor Agostinisibratec@sibratec.ind.br

Rio do Sul (SC), 12 de março de 2014

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1. DEFINIÇÃO DE ROBÔ

A definição de robôs é, e talvez permanecerá, objeto de controvérsia. Provavelmente a razão é que otermo “Robô” não foi definido por um “homem da arte”, mas é proveniente de um contextoliterário. O termo robô (em inglês “robot”) foi primeiramente utilizado para denominar seresmecânicos antropomórficos em 1923, na peça de teatro “Rossum’s Universal Robot” do escritortchecoeslovaco Karel Capek. Logo o significado do termo “robô” se prende a um conteúdosubjetivo. O mais simples robô imaginado pelos escritores de ficção científica possui característicase capacidades bastante superiores e até mesmo impossíveis de serem conseguidas com as maisavançadas técnicas atuais de construção de robôs industriais.O mais avançado robô industrial existente hoje seria uma enorme decepção para um leigo noassunto, e, depois que lhe fosse dito que aquela máquina totalmente diferente de um homemmecânico é o chamado robô industrial, certamente o acharia medíocre, desajeitado e incapaz.Porém, apesar das limitações atuais dos robôs industriais, eles já desempenham um papel relévantenos processos industriais realizando trabalhos de colagem, soldagem, pintura, montagens, etc.A já mencionada controvérsia existente na definição universal de robôs cria certa imprecisão nacomparação de dados entre os países industrialmente robotizados. Aqui será apresentada umacoletânea de definições de robôs industriais. Segundo a RIA (Robotics Industries Association), “um robô é um manipulador reprogramável,multifuncional, projetado para mover materiais, peças, ferramentas ou dispositivos especializadosatravés de movimentos programáveis variáveis a fim de desempenhar uma variedade de tarefas”.De uma forma ainda mais simples, o presidente da Unimation (uma das empresas mais importantesna produção de robôs) define-os como sendo “manipuladores programáveis com algumasarticulações”. Também de maneira simples, o Departamento de Indústria do Reino Unido define robô como“manipuladores mecânicos reprogramáveis”.A ISO, International Standards Organization, similarmente, afirma que “um robô industrial é ummanipulador multifuncional reprogramável com controle de posição automático, tendo vários eixose capaz de manipular materiais, peças, ferramentas ou dispositivos especializados através deoperações variáveis programadas a fim de desempenhar uma variedade de tarefas”.Entre as definições mais rigorosas e restritivas, está a da Régie Renault, na França: um robô é uma“máquina automática universal” destinada à “manipulação" de objetos (peças e ferramentas) edotada de uma capacidade de aprendizagem de um comportamento típico, da faculdade de observaro ambiente (percepção); da faculdade de analisar a informação assim obtida; e da possibilidade demodificar seu comportamento típico”.Mesmo com a disparidade apresentada nas definições, um ponto é comum universalmente: “Overdadeiro papel a ser desempenhado pelos robôs nas próximas décadas é o de auxiliar o homem,liberando-o de trabalhos que não são próprios para seres humanos, seja devido à periculosidade datarefa ou limitações dos seres humanos para executá-lo (força, temperatura, etc.), seja devido à faltade atributos necessários para torná-lo interessante para a mente humana” (OLIVEIRA, José EraldoLeite de, USAL).

1.1. Benefícios da robótica na automação:

Em muitas indústrias a introdução da robótica revolucionou a forma de realizar tarefas produtivas.Com o robô industrial, um mesmo equipamento pode ter muitas funções e substituir váriosequipamentos distintos.

Trabalhos pesados, desagradáveis, monótonos, repetitivos e com baixos salários deixaram de existirporque foram executados ou substituídos por robôs. Em seu lugar surgiram outros trabalhos como ode supervisão, de programação, ou de manutenção de robôs e todas as outras máquinas robotizadas.

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Os robôs e as máquinas robotizadas não recebem salários, não comem, não bebem, não têmnecessidades fisiológicas como os humanos. Isso os torna muito práticos porque podem executarqualquer tipo de tarefa continuamente. Eles fazem aquele trabalho repetitivo que seriaextremamente maçante para nós. Além disso, quando executam uma tarefa os robôs e as máquinasrobotizadas frequentemente a fazem mais rápido e mais eficaz que os humanos.

Algumas características dos robôs manipuladores industriais e das máquinas robotizadas em geralpodem ser resumidos em:- Podem trabalhar 24 horas por dia sem descanso nem pausas;- Não perdem a concentração. A qualidade do seu trabalho é a mesma ao fim do dia como no início;- Libertam-nos do trabalho repetitivo e enfadonho;- São mais seguros que o próprio homem em muitos trabalhos de rotina;- São mais rápidos e mais eficientes que o homem na maior partes dos trabalhos;- Raramente cometem erros;- Podem trabalhar em locais onde: - há risco de contaminação; - há risco para a saúde; - há perigo de vida; - são de difícil acesso; - são impossíveis para o homem.

Alguns dos benefícios gerados, por exemplo, pelos robôs manipuladores industriais e as máquinasrobotizadas na produção são:- Redução de custos;- Ganhos de produtividade;- Aumento de competitividade;- Controle eficaz de processos;- Controle de qualidade mais eficiente.- A robótica também permite uma inspeção dos produtos acabados que em alguns casos chegam a100% da produção. Isso significa um “controle de qualidade” que é feito não em apenas umaamostragem, mas sim com todos os produtos feitos. Ou seja, nestes casos todos os produtosdefeituosos são eliminados, e muitas vezes com uma precisão bem maior que quando feito pelosseres humanos (quando envolve inspeções micrométricas por exemplo).

Tudo isso faz parte dos benefícios da automação robotizada, porém, ao lado dos benefícios hátambém os problemas, tais como:- Desemprego imediato de grande quantidade de pessoas;- Geração de empregos diferentes dos tipos que existiam antes, de modo que as pessoasdesempregadas não conseguem mais se repor no mercado de trabalho;- Grandes custos iniciais na implantação de sistemas de manufatura robotizados;- Necessidade de mão de obra especializada na manutenção dos robôs.

O fato é que a robótica é uma nova área que a cada dia que passa vai tomando mais conta dosprocessos produtivos. Tarefas repetidas, tarefas onde não se necessita de raciocínio tendem a serfeitas por robôs e não mais por seres humanos.

2. CONSTITUIÇÃO BÁSICA DOS ROBÔS

Fundamentalmente todos os robôs possuem a mesma filosofia de montagem. A figura seguinteapresenta as partes constituintes de um robô típico.

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Figura 2.1: Estrutura básica dos robôs

Manipulador com atuador finale acionadores

Uma estrutura mecânica composta de engrenagens,elementos de transmissão e acionadores, possuindograus de liberdades suficientes para a execução dastarefas destinadas ao robô. O atuador final é odispositivo responsável pela execução do trabalho.

Fonte de alimentação Supre a energia necessária ao funcionamento do robôControlador É responsável pela coordenação e execução das

funções a serem desempenhadas pelo robô.

Memória de tarefas É o meio de armazenamento utilizado pelo controladorpara guardar programas de novas tarefas ou, a partir deprogramas anteriormente guardados, executar umatarefa já aprendida.

Dispositivo de programaçãodas tarefas

Uma unidade de entrada e saída com funções tais quefacilitem a programação do robô por um operador.

Dispositivo de sincronização São dispositivos e funções que permitem acoordenação das ações do robô com máquinas e/oueventos externos.

Sistema sensorial Conjunto de sensores que permitem ao robô reconhecermudanças de condições no seu ambiente de trabalho.

2.1. Manipuladores Na prática os robôs são compostos por membros conectados por juntas em uma cadeia cinemáticaaberta. As juntas podem ser rotativas (permitem apenas rotação relativa entre dois membros) ouprismáticas (permitem apenas translação linear relativa entre dois membros). A figura 2.2 mostravárias maneiras de representar tais tipos de juntas.

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Fig. 2.2 Representação simbólica de juntas de robôs

Cada junta interconecta dois membros l1 e l2. O eixo de rotação ou de translação de uma junta ésempre denotado como eixo da junta zi, se a junta i interconectar os membros i e i + 1. As variáveisdas juntas são denotadas por qi, se a junta for rotativa, ou por di, se a junta for prismática. Onúmero de juntas determina a quantidade de graus de liberdade do manipulador. Tipicamente, ummanipulador industrial possui 6 graus de liberdade, 3 para posicionar o órgão terminal (garra,aparelho de soldagem, de pintura, etc.) e 3 para orientar o órgão terminal, conforme ilustra a figura2.3.

Fig. 2.3 Robô industrial típico

Pode-se ter, também, manipuladores com menor ou maior número de graus de liberdade, conformea função a ser executada. Quanto maior a quantidade de graus de liberdade, mais complicadas são acinemática, a dinâmica e o controle do manipulador. O volume espacial varrido pelo órgão terminaldo manipulador é conhecido como volume de trabalho ou espaço de trabalho. O volume de trabalhodepende da configuração geométrica do manipulador e das restrições físicas das juntas (limitesmecânicos). As juntas robóticas são normalmente acionadas por atuadores elétricos, hidráulicos oupneumáticos. Os atuadores elétricos são os mais utilizados industrialmente, principalmente pela

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disponibilidade de energia elétrica e pela facilidade de controle. Já os atuadores hidráulicos sãoindicados quando grandes esforços são necessários. Os atuadores pneumáticos só têm aplicação emoperações de manipulação em que não são obrigatórias grandes precisões, devido àcompressibilidade do ar.A precisão de um manipulador é uma medida de quão próximo o órgão terminal pode atingir umdeterminado ponto programado, dentro do volume de trabalho. Já a repetibilidade diz respeito àcapacidade do manipulador retornar várias vezes ao ponto programado, ou seja, é uma medida dadistribuição desses vários posicionamentos em torno do dito ponto. A precisão e a repetibilidade sãoafetadas por erros de computação, imprecisões mecânicas de fabricação, efeitos de flexibilidade daspeças sob cargas gravitacionais e de inércia (sobretudo em altas velocidades), folgas deengrenagens, etc. Por este motivo, têm sido os manipuladores projetados com grandes rigidezes.Modernamente, entretanto, devido à tendência a manipuladores cada vez mais rápidos e precisos,tem sido dada grande ênfase, para o projeto do controlador, na consideração dos efeitos daflexibilidade.Outro fator que influencia grandemente a precisão e a repetibilidade é a resolução de controle docontrolador. Entende-se por resolução de controle o menor incremento de movimento que ocontrolador pode "sentir". Matematicamente, é dada pela expressão:

onde n é o número de bits do encoder (sensor de posição existente na junta). Obviamente, se a juntafor prismática, o numerador da equação acima é um deslocamento linear, enquanto que se a juntafor rotativa, será um deslocamento angular. Nesse contexto, juntas prismáticas proporcionam maiorresolução que juntas rotativas, pois a distância linear entre dois pontos é menor do que o arco decircunferência que passa pelos mesmos dois pontos.Os manipuladores podem apresentar diferentes configurações geométricas, isto é, diferentesarranjos entre os membros e os tipos de juntas utilizadas. A maioria dos robôs industriais tem 6 oumenos graus de liberdade. No caso de um manipulador com seis graus de liberdade, os trêsprimeiros graus (a contar da base) são usados para posicionar o órgão terminal no espaço 3D,enquanto que os três últimos servem para orientar o órgão terminal no espaço 3D. Com base nostrês primeiros graus de liberdade, pode-se classificar os robôs industriais em cinco configuraçõesgeométricas:· Articulado (RRR)· Esférico (RRP)· SCARA (RRP)· Cilíndrico (RPP)· Cartesiano (PPP)onde R significa junta rotativa e P significa junta prismática.

a) ArticuladosTambém denominado antropomórfico, por ser o que mais se assemelha ao braço humano, é o maisusado industrialmente. A figura 2.4 mostra o esquema básico de um manipulador articulado:

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Figura 2.4: Manipulador articulado

Este tipo de manipulador assegura um volume de trabalho bastante elevado, conforme mostrado nafigura 2.5, o que o torna prático para tarefas com relativa distância entre as várias operações.

Figura 2.5: Volume de trabalho do manipulador articulado

b) Esférico

Esta configuração é obtida simplesmente substituindo a junta rotativa do cotovelo do manipuladorarticulado por uma junta prismática, conforme ilustra a figura 2.6.

Figura 2.6: Manipulador esférico

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A denominação dessa configuração vem do fato de que as coordenadas que definem a posição doórgão terminal são esféricas (q1, q2, d3). A figura 2.7 mostra o volume de trabalho do manipuladoresférico.

Figura 2.7: Volume de trabalho do manipulador esférico

c) Robô SCARA

O chamado robô SCARA (Selective Compliant Articulated Robot for Assembly) é uma configuraçãorecente que rapidamente se tornou popular, sendo adequada para montagens. Embora tenha umaconfiguração RRP, é bastante diferente da configuração esférica, tanto na aparência como na faixade aplicações. O robô SCARA caracteriza-se por ter os três eixos z0, z1 e z2 todos verticais eparalelos, conforme mostra a figura 2.8.

Figura 2.8: Manipulador SCARA

A figura 2.9 ilustra o seu volume de trabalho.

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Figura 2.9: Volume de trabalho do manipulador SCARA

d) Robô cilíndricoNa configuração cilíndrica, mostrada na figura 2.10, a primeira junta é rotativa enquanto a segundae terceira juntas são prismáticas. Como o próprio nome sugere, as variáveis das juntas são ascoordenadas cilíndricas (q1, d2, d3) do órgão terminal, com relação à base.

Figura 2.10: Manipulador cilíndrico

O volume de trabalho está ilustrado na figura 2.11.

Figura 2.11: Volume de trabalho do manipulador cilíndrico

e) Robô cartesianoTrata-se de um manipulador cujas três primeiras juntas são prismáticas. É o manipulador deconfiguração mais simples, sendo muito empregado para armazenamento de peças. As figuras 2.12e 2.13 ilustram a configuração e o volume de trabalho, respectivamente.

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Figura 2.12: Manipulador cartesiano

Figura 2.13: Volume de trabalho do manipulador cartesiano

2.2. ControleAlém da classificação dos manipuladores conforme os tipos e disposição das juntas utilizadas,pode-se também classificar os robôs de acordo com o método de controle utilizado.Desse modo, pode-se ter robôs com controle em malha aberta, que são os mais antigos, cujosmovimentos são limitados por batentes mecânicos. Assim, por exemplo, quando o braço mecânicoencontra um batente que limita o seu movimento, esse batente pode acionar um interruptor quedesligará o motor da junta e ligará o motor de uma outra junta e assim por diante, até completar ociclo desejado. Já os robôs modernos são robôs com controle em malha fechada, ou servo robôs, os quais usam umcontrole computadorizado com realimentação para monitorar o seu movimento. Os servo robôs, por sua vez, são classificados de acordo com o método que o controlador utilizapara guiar o órgão terminal em robôs ponto a ponto (ou robôs PTP, do inglês "point-to-point") erobôs de trajetória contínua (ou robôs CP, do inglês "continuous path"). Ao robô PTP é ensinado um conjunto de pontos discretos (normalmente através de um TP, o"Teach Pendant"), porém não há controle sobre a trajetória que o órgão terminal deve seguir entredois pontos consecutivos. As coordenadas dos pontos são armazenadas e o órgão terminal passa poreles sem controle sobre a trajetória. Tais robôs são muito limitados em suas aplicações. Já no robôCP toda a trajetória pode ser controlada. Por exemplo, pode ser ensinado ao robô que o seu órgãoterminal deve seguir uma linha reta entre dois pontos ou mesmo uma trajetória mais complicadacomo numa operação de soldagem a arco. Pode-se, também, controlar a velocidade e/ou aaceleração do órgão terminal. Obviamente, os robôs CP requerem controladores e programas maissofisticados do que os robôs PTP.

2.3. Punhos e órgãos terminaisPor punho de um manipulador entende-se o conjunto de juntas que são colocadas entre o antebraçoe o órgão terminal, de modo a prover este último com uma dada orientação. Em geral, os punhosrobóticos são dotados de 2 ou 3 juntas rotativas. A maioria dos robôs são projetados com punhoesférico, isto é, punhos cujos eixos das juntas (todas rotativas) interceptam-se em um mesmo ponto.Tal punho simplifica bastante a cinemática de orientação. Um punho esférico com três graus deliberdade aparece ilustrado na figura 2.14. Os movimentos de rotação do punho esférico sãodenominados, respectivamente, guiagem, arfagem e rolamento, porém estão consagrados naliteratura os correspondentes termos em inglês: Yaw, Pitch e Roll.

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Figura 2.14: Punho esférico com 3 graus de liberdade

É comum encontrar-se manipuladores industriais com 2 ou três graus de liberdade no punho, demodo que o robô, no total, tenha 5 ou 6 graus de liberdade. Assim, um robô denotado como RRR-RRR é um robô articulado com um punho esférico com 3 juntas rotativas RPY (de Roll, Pitch eYaw), com um total de 6 graus de liberdade. Já um robô RPP-RR é um robô cilíndrico com umpunho com 2 juntas rotativas RP (de Roll e Pitch), com um total de 5 graus de liberdade.A garra, que é o órgão terminal mais comum, possui um movimento de abre (open) e fecha (close).Tal grau de liberdade, no entanto, não é computado quando se especifica a quantidade total de grausde liberdade do robô.

2.4. Programação das tarefasO problema fundamental de um robô é encontrar as formas de obter-se os movimentos necessáriosà realização de determinada tarefa. Como esses movimentos são tridimensionais, em geral, asequações são complexas.Por exemplo, considere-se um robô articulado com seis graus de liberdade (6 GDL), portando umrebolo para uma operação de retífica plana, conforme mostra a figura 2.15:

Figura 2.15: Manipulador articulado com 6 graus de liberdade

Note-se que são os seguintes os 6 GDL do manipulador robótico:1) rotação do tronco2) rotação do ombro3) rotação do cotovelo4) rotação do punho (“pitch” = arfagem)5) rotação do punho (“yaw” = guiagem)6) rotação do punho (“roll” = rolamento)

Os três primeiros GDL posicionam o órgão terminal do manipulador, ao passo que os três últimosorientam o mesmo. Tal tipo de manipulador é muito utilizado em robótica industrial e é bastantecomplexo. Assim, a fim de apresentar o problema fundamental da robótica de uma maneira maissimplificada, considere-se um manipulador planar com apenas dois membros (Figura 2.16):

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Figura 2.16: Manipulador planar com 3 membros

Suponha-se que se queira mover o manipulador de sua posição de espera A (“Home”) para aposição B, a partir da qual o robô deverá seguir o contorno da superfície S até a posição C, comvelocidade constante e mantendo uma certa força prescrita F, normal à superfície. Surgem,naturalmente, os seguintes problemas:

Problema 1: Cinemática DiretaO primeiro problema que aparece consiste na descrição das posições da ferramenta (rebolo), dospontos A e B e da superfície S, todas em relação a um mesmo sistema de coordenadas inercial(fixo). Mais tarde, serão estudados em detalhes os sistemas de coordenadas fixos e móveis e astransformações entre os mesmos. O robô deve estar apto a “sentir” sua posição em cada instante,por meio de sensores internos (codificadores óticos, potenciômetros, etc.) localizados nas juntas, osquais podem medir os ângulos θ1 e θ2. Portanto, é necessário expressar as posições da ferramentaem termos desses ângulos, isto é, expressar x e y em função de θ1 e θ2. Isso constitui o problema dacinemática direta, ou seja, dadas as coordenadas das juntas θ1 e θ2, determinar x e y, as coordenadasdo órgão terminal.Considere-se um sistema fixo de coordenadas O0x0y0 com origem na base do robô: é o chamadosistema da base, ilustrado na figura 2.17:

Figura 2.17: Sistema de coordenadas fixo na base do robô

Ao sistema da base serão referidos todos os objetos, inclusive o manipulador. Nesse exemplosimples, a posição (x, y) da ferramenta (também conhecida como “Tool Center Point” = TCP), emrelação ao sistema da base, pode ser obtida através de conhecimentos simples de Trigonometria:

x = a1cosθ1 + a2cos(θ1 + θ2)y = a1senθ1 + a2sen(θ1 + θ2) Eq. 2.1

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Considere-se, também, o sistema da ferramenta O0x0y0 , com origem no TCP e com o eixo x2

colocado no prolongamento do membro anterior (o “antebraço”), apontando para fora. A orientaçãoda ferramenta com relação ao sistema da base é dada pelos cossenos diretores dos eixosx2 e y2 com respeito aos eixos x0 e y0:

Eq. 2.2ou, sob forma matricial:

Eq. 2.3

onde a matriz do membro direito é denominada matriz de orientação ou matriz de rotação.As equações apresentadas, que fornecem a posição do TCP a orientação da garra, são denominadasequações da cinemática direta de posição. Obviamente, para um robô com 6 GDL não é tão simplesescrever essas como o foi para um robô com apenas 2 GDL.

Problema 2: Cinemática InversaVê-se, pelas eqs. 2.1 e 2.2, que é possível determinar as coordenadas x e y do TCP, assim como suaorientação, uma vez conhecidas as coordenadas das juntas θ1 e θ2. Entretanto, para comandar orobô, é necessário o inverso: dadas x e y, que ângulos θ1 e θ2 devem ser adotados pelas juntas, demodo a posicionar o TCP na posição (x, y)? Esse é o chamado problema da cinemática inversa.Tendo em vista que as eq. 2.1 e 2.2 são não-lineares, a solução pode não ser simples. Além disso,pode não haver solução (posição (x,y) fora do volume de trabalho), como pode também não haveruma solução única para o problema, conforme mostra a figura 2.18, onde se verifica que existem aschamadas configurações cotovelo acima e cotovelo abaixo:

Figura 2.18: Duas soluções para a cinemática inversa: cotovelo acima e cotovelo abaixo

Considere-se, agora, o diagrama da figura 2.19:

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Figura 2.19: Solução do problema da cinemática inversa do manipulador planar

Usando a lei dos cossenos, o ângulo θ2 é dado por

Eq. 2.4

Por outro lado, da trigonometria:

Eq. 2.5

Dividindo 2.5 por 2.4:

Eq. 2.6

A eq. 2.6 fornece ambas as soluções, conforme o sinal usado:+ ⇒ cotovelo acima- ⇒ cotovelo abaixo

Usando relações trigonométricas simples, pode-se mostrar que o ângulo θ1 é dado por

Eq. 2.7

Portanto, para esse robô muito simples, as eqs. 2.4, 2.6 e 2.7 permitem calcular as coordenadas dasjuntas θ1 e θ2, uma vez conhecida a posição (x, y) do TCP.

Problema 3: Cinemática da VelocidadePara seguir o contorno S com uma velocidade especificada, é preciso conhecer a relação entre avelocidade do TCP e as velocidades das juntas. Isso pode ser obtido derivando as eqs. 2.1 emrelação ao tempo, obtendo-se a cinemática direta de velocidade:

Eq. 2.8

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Usando notação vetorial,

pode-se escrever as eq. 9.8 como

Eq. 2.9

onde a matriz J, definida na eq. 2.9, é denominada Jacobiano do manipulador, o qual é umparâmetro importante que deve sempre ser determinado para um manipulador em estudo. Paradeterminar as velocidades das juntas a partir das velocidades do TCP, usa-se a operação inversa,obtendo-se a cinemática inversa de velocidade:

Eq. 2.10

ou

Eq. 2.11

O determinante do Jacobiano dado vale a1.a2.sinθ2, logo, quando θ2 = 0 ou quando θ2 = π, oJacobiano J não tem inversa, o que caracteriza uma configuração singular, tal como a ilustrada nafigura 2.20:

Figura 2.20: Uma configuração singular

A determinação de configurações singulares é importante, por duas razões:1) nessas configurações o TCP não pode mover-se em certas direções, como, no caso da figuraacima na direção paralela a a1;2) essas configurações separam as duas soluções possíveis para o problema inverso; em muitasaplicações é importante planejar movimentos que evitem passar por configurações singulares.

Problema 4: DinâmicaPara controlar a posição do manipulador é preciso conhecer as suas propriedades dinâmicas, demodo a saber a quantidade de força (ou torque) que deve ser aplicada às juntas para que ele semova. Pouca força, por exemplo, fará com que o manipulador reaja vagarosamente, enquanto que

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força demais pode fazer com que o manipulador esbarre em objetos ou vibre em torno da posiçãodesejada.A dedução das equações dinâmicas de movimento não é uma tarefa fácil, devido à grandequantidade de graus de liberdade e também às não-linearidades presentes. Em geral, são usadastécnicas baseadas na Dinâmica Lagrangiana ou na Dinâmica Newtoniana, para a deduçãosistemática de tais equações. Além da dinâmica das peças (membros) que compõem o manipulador,a descrição completa deve também envolver a dinâmica dos atuadores e da transmissão, os quaisproduzem e transmitem as forças e torques necessários ao movimento.

Problema 5: Controle da PosiçãoO problema do controle da posição consiste em determinar as excitações necessárias a serem dadasaos atuadores das juntas para que o Órgão Terminal siga uma determinada trajetória e,simultaneamente, rejeitar distúrbios originários de efeitos dinâmicos não modelados, tais comoatrito e ruídos. O enfoque padrão utiliza estratégias de controle baseadas no domínio da freqüência.Outras estratégias, tais como o controle avante, o torque calculado, a dinâmica inversa, o controlerobusto e o controle não-linear, são também utilizadas no controle de posição do manipulador.

Problema 6: Controle da Força de retíficaUma vez alcançada a posição B, o manipulador deve seguir o contorno S, mantendo uma certa forçanormal constante contra a superfície a ser retificada. O valor dessa força não pode ser muitopequeno, de modo a tornar a operação de retífica ineficiente, nem muito grande, pois poderiadanificar tanto a obra como a ferramenta. Daí, então, a necessidade de se exercer um controlepreciso sobre a força. Os enfoques mais comuns são o controle híbrido e o controle de impedância.

2.3. EXERCÍCIOS SOBRE ROBÔS

1. Para o manipulador planar da figura 2.16, achar as coordenadas x e y do rebolo, quando θ1 = π/6e θ2 = π/2, para a1 = a2 = 1 m.

2. Para o manipulador planar da figura 2.16, achar os ângulos das juntas θ1 e θ2, quando o reboloestiver localizado na posição (0,5 0,5).

3. MAQUINAS CNC

CNC são as iniciais de “Computer Numeric Control” ou, em português, “Controle Numérico

Computorizado”.Uma máquina CNC faz uso de técnicas de comando numérico e são consideradas parte da Robóticae da Automação Industrial.

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A máquina CNC foi desenvolvida na década de 1940 e é um controlador numérico que permite ocontrolE de máquinas.Com as máquinas CNC pode-se fazer o controle simultâneo de vários eixos. Ou seja, torno e fresacomandados pelo computador.

Fig. 3.1 – Esquema de uma máquina CNC típica e exemplo de máquina

A utilização de máquinas CNC permite a produção de peças complexas com grande precisão,especialmente quando associado a programas de CAD/CAM. A introdução de máquinas CNC naindústria mudou radicalmente os processos industriais.Com as máquinas CNC curvas são facilmente cortadas, complexas estruturas com 3 dimensõestornam-se relativamente fáceis de produzir e o número de passos no processo com intervenção deoperadores humanos é drasticamente reduzido.A máquina CNC reduziu também o número de erros humanos (o que aumenta a qualidade dosprodutos e diminui o desperdício).A máquina CNC agilizou as linhas de montagens e tornou-as mais flexíveis, pois a mesma linha demontagens pode agora ser adaptada para produzir outro produto num tempo muito mais curto doque com os processos tradicionais de produção.

A ideia básica de funcionamento de uma máquina CNC é:− Desenvolver o produto no computador;− Fazer todas as simulações na tela do computador;− Fazer protótipos funcionais a partir das informações da tela do computador;− Carregar os dados do computador em uma máquina CNC;− Iniciar a produção em série.

3. BIBLIOGRAFIA:

Os textos apresentados neste trabalho são notas de aula do Curso de Engenharia de Produção daUNIDAVI (Universidade para o Desenvolvimento do Alto Vale do Itajaí – Rio do Sul (SC) ecomplementados com textos retirados da internet.Pedimos desculpas por não poder citar todos os autores.

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