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UNIGUAÇU – UNIDADE DE ENSINO SUPERIOR VALE DO IGUAÇU

FACULDADES INTEGRADAS DO VALE DO IGUAÇU

PROGRAMAÇÃO PARA ENGENHARIA

PROF. CLEVERSON BÚSSOLO KLETTENBERG

E

PROF RODOLFO KUSKOSKI

União da Vitória

2017

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SUMÁRIO1. ROBÓTICA E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL...............................................................................6

1.1. Conceitos..................................................................................................................................61.2. Robótica....................................................................................................................................7

1.2.1. Objetivos da robótica........................................................................................................71.2.2. Tipos de robôs...................................................................................................................81.2.3. Classificação dos robôs.....................................................................................................81.2.4. Partes de um robô..............................................................................................................8

1.3. Programação de Robôs.............................................................................................................91.4. Robôs Industriais e não Industriais...........................................................................................91.5. Automação Industrial..............................................................................................................15

1.5.1. Características de robôs industriais.................................................................................151.6. Sensores..................................................................................................................................161.7. Atuadores................................................................................................................................17

2. LEGO MINDSTORMS..................................................................................................................18

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PLANO DE ENSINO 1º SEMESTRE

EMENTA

Conceito de algoritmo, partes do algoritmo, atribuição e operações, entrada e saída,estruturas de condição, estruturas de repetição, vetores, matrizes. Sub-algoritmos:Procedimentos e funções. Estudo sobre erros. Zeros de funções. Métodos numéricos deÁlgebra Linear. Interpolação. Derivação e integração numérica. Aproximação de funções,ajustamento de dados. Solução numérica de equações diferenciais ordinárias. Outras aplicações.

OBJETIVO GERAL

Aprendizagem sobre desenvolvimento e construção de algoritmos, programação de computadorese aplicação de métodos numéricos.

CONTEÚDO PROGRAMÁTICO

Conteúdo C.H.

1. INTRODUÇÃO A ROBÓTICA E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Conceitos Robótica Programação de Robôs Automação industrial Sensores e Atuadores

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2. PROGRAMAÇÃO EM BLOCOS COM LEGO MINDSTORMS Conhecendo o EV3 Sensores e Atuares do EV3 Programação em Bloco

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3. LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO DE COMPUTADORES Introdução a Lógica de Programação Introduções Iniciais de Programação Estruturas de Controle

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ATIVIDADES DISCENTES

Aulas expositivas e dialogadas, aulas práticas em laboratório, exercícios de fixação, trabalhoprático da disciplina

PROCEDIMENTOS DE AVALIAÇÃO

Trabalhos somando 3,0 pts e avaliação bimestral somando 7,0 pts

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

ARENALES, S,. DAREZZO A., Cálculo Numérico Aprendizagem com Apoio de Software,Thomson Learning, 2008. FRANCO, N. B., Cálculo Numérico, 1ª.Ed., Pearson Prentice Hall, 2006. MANZANO, J. A. N. G.; OLIVEIRA, J. F. Algoritmos: lógica para desenvolvimento deprogramação de computadores. 23.ed. SÃO PAULO: Érica, 2010. 320p.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR

ASCENCIO, Ana Fernanda Gomes; CAMPOS, Edilene Ap. Veneruchi de. Fundamentos daprogramação de computadores. São Paulo, Pretice-Hall, 2002.MANZANO, J. A. N. G.;YAMATUMI, W. Y. Programando em turbo pascal 7.0 & free pascalcompiler. 9.ed. São Paulo, Érica, 2004.MANZANO, J. A. Algoritmos: lógica para desenvolvimento de programação. São Paulo, Érica,

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2004.OLIVEIRA, Álvaro Borges de. Introdução à programação algoritmos. Florianópolis: Visual Books, 1999. 163p. ZIVIANI, N. Projeto de Algoritmos: com implementações em Pascal e C. São Paulo, Pioneira,2002.

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PLANO DE ENSINO 2º SEMESTRE

EMENTA

OBJETIVO GERAL

CONTEÚDO PROGRAMÁTICO

Conteúdo C.H.

1. LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO C

2. AUTOMAÇÃO COM ARDUINO UNO

ATIVIDADES DISCENTES

Aulas expositivas e dialogadas, aulas práticas em laboratório, exercícios de fixação, trabalhoprático da disciplina

PROCEDIMENTOS DE AVALIAÇÃO

Trabalhos somando 3,0 pts e avaliação bimestral somando 7,0 pts

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR

1. ROBÓTICA E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

A Robótica vista como ciência, deve ser entendida como uma área do saber humano, onde a

aplicação de conhecimentos agregados é fator determinante para sua existência. Dessa forma,

graças à utilização de práticas e teorias oriundas de outros ramos do saber que, devido ao

avanço tecnológico atual, encontram-se em constantes mutações, reforçam, seu carácter científico

e educacional e, afirmam sua multidisciplinaridade.

1.1. Conceitos

Robô: Mecanismo automático, em geral com aspecto semelhante ao de um homem, e que

realiza trabalhos e movimentos humanos. (Dicionário Aurélio)

A palavra Robô é derivada da palavra tcheca robota, que significa trabalhador compulsório,

escravo, servo. Foi usada pela primeira vez pelo escritor tcheco Karel Capek (1890-1938) no conto

R.U.R – Rossum’s Universal Robots, de 1921, para designar dispositivos mecânicos que, tendo

aparência humana, mas sem sentimentos humanos, realizavam tarefas automáticas, repetitivas.

Nesse conto, estes robôs, eventualmente, faziam mais do que isso, destruindo seus criadores. Este

tipo de robô humanoide é muito explorado na ficção científica. Hoje em dia, são as pesquisas

japonesas que buscam desenvolver robôs-andróides, cada vez mais parecidos com os seres

humanos, tanto do ponto de vista estético, quanto do comportamental.

As assim denominadas Três Leis da Robótica são em verdade três princípios idealizados

pelo escritor Isaac Asimov a fim de permitir o controle e limitar os comportamentos dos robôs que

este trazia à existência em seus livros de ficção científica.

As três diretivas que Asimov fez implantarem-se nos "cérebros positrônicos" dos robôs em

seus livros são:

1ª Lei: Um robô não pode ferir um ser humano ou, por inação, permitir que um ser humano

sofra algum mal.

2ª Lei: Um robô deve obedecer as ordens que lhe sejam dadas por seres humanos exceto nos

casos em que tais ordens entrem em conflito com a Primeira Lei.

3ª Lei: Um robô deve proteger sua própria existência desde que tal proteção não entre em

conflito com a Primeira ou Segunda Leis.

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Mais tarde Asimov acrescentou a “Lei Zero”, acima de todas as outras: um robô não pode

causar mal à humanidade ou, por omissão, permitir que a humanidade sofra algum mal.

1.2. Robótica

Atualmente, a maioria dos robôs em uso está muito próxima de um dispositivo chamado

“manipulador”, que consiste em um braço mecânico controlado por uma pessoa ou

automaticamente. Aqui, abordaremos os robôs de uso industrial, utilizados na automação de tarefas

comuns ao chão de fábrica, cujo surgimento e utilização se deveu à integração de dispositivos

eletromecânicos de alta precisão com dispositivos eletrônicos de controle altamente miniaturizados.

Talvez, o primeiro robô digno deste nome tenha sido o modelo experimental SHAKEY do

Instituto de Pesquisas de Stanford produzido em 1960. Ele era capaz de empilhar blocos se valendo

de uma câmera que simulava o sentido da visão.

Desde então, o desenvolvimento dos Robôs se deveu, em primeiro lugar, a uma demanda de

diversos setores industriais por dispositivos que permitissem automatizar processos produtivos e,

em segundo lugar, a um desenvolvimento vertiginoso da microeletrônica e da eletromecânica, áreas

cujas tecnologias eram e são necessárias para a criação e produção de Robôs cada vez melhores.

1.2.1. Objetivos da robótica

• Aumento da produtividade através da otimização da velocidade de trabalho do robô e a

consequente redução de tempo na produção;

• Otimização do rendimento de outras máquinas e ferramentas alimentadas ou auxiliadas por

robôs;

• Diminuição dos prazos de entrega de produtos;

• Realização de trabalhos não desejados, tediosos (alimentar máquina-ferramenta) ou

perigosas e hostis (ambientes com temperaturas elevadas e presença de materiais tóxicos,

inflamáveis e radioativos).

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1.2.2. Tipos de robôs

Um Robô Industrial é um dispositivo eletromecânico projetado para realizar diferentes

tarefas, repetidamente, movendo peças, ferramentas e dispositivos especiais entre pontos diversos,

realizando trajetórias de acordo com uma programação prévia, imitando os movimentos de um ser

humano.

Esta definição envolve três tipos de Robôs:

Robô Fixo – Também chamado de Braço Mecânico, é montado sobre uma base a qual lhe

serve de sustentação física e de referência de movimentos. É o tipo mais comum de Robô e o mais

usado em aplicações industriais;

Robô Móvel – Também chamado de Carro ou AGV (Automatically Guided Vehicle =

Veículo Guiado Automaticamente), pois pode se locomover com certa autonomia obedecendo a um

controle.

Robô humanóide - Também chamado de androide por seu aspecto humano: anda sobre duas

pernas (o que permite subir e descer escadas), possui dois braços (o que permite manipular objetos

da mesma maneira que o ser humano) e tem dois sistemas de captação de imagem na parte frontal

da cabeça (o que lhe dá visão estéreo e o mesmo ponto de vista de um ser humano). Por estas

características pode substituir um ser humano sem necessidade de adaptação do ambiente.

1.2.3. Classificação dos robôs

• Robô de 1a geração: robô que não se comunica com outros robôs;

• Robô de 2a geração: robô que se comunica com outros robôs;

• Robô de 3a geração: utiliza inteligência artificial, software que permite a tomada de

decisão (sistema especialista / lógica fuzzy).

1.2.4. Partes de um robô

Idealizar e construir um robô envolve profissionais de diferentes áreas, pois o robô está

dividido nas seguintes partes:

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Parte mecânica: peças hidráulicas, esteiras, rolamentos, motores etc

Parte elétrica: circuitos elétricos, sensores, microcontroladores, etc.

Parte lógica: programação, inteligência artificial.

1.3. Programação de Robôs

Criar inteligência em um robô é o grande desafio atualmente. Equipar máquinas com

atuadores ou mesmo mecanismos que simulem os movimentos humanos é relativamente simples,

no entanto, dotar um robô ou mesmo um computador com graus de inteligência e aprendizagem é

um desafio extremamente complexo.

Programação por demonstração: consiste em ensinar o robô a realizar operações

(movimentos) simples e repetitivas, comuns na indústria, sem alto grau de inteligência. Essa foi a

primeira forma de passar instruções a um robô.

Programação por linguagens: Semelhante a linguagem de programação para

computadores, onde os movimentos são determinados via códigos com a possibilidade de simular

múltiplas inteligências.

1.4. Robôs Industriais e não Industriais

São diversos os exemplos de indústrias que utilizam robôs em suas linhas de produção.

Como exemplo é possível citar as de automóveis, de componentes elétricos, eletrodomésticos,

gêneros alimentícios entre outras.

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Robô manipulador industrial

Robô móvel LGV – Laser Guided Vehicle

Robô móvel AGV – Auto Guided Vehicle

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Como já por dedução descoberto, as indústrias, dos mais diversos gêneros, são as maiores

consumidoras de equipamentos automatizados ou robôs, sejam eles manipuladores ou móveis,

sejam eles simplesmente máquinas de cálculos e controle. No entanto, na história da robótica atual,

um novo cenário emerge, ou seja, a presença de robôs não industriais começa a ganhar enorme

difusão e espaço no mercado mundial. Esses robôs são classificados como robôs de serviços.

Robô aspirador de pó - Roomba

Robôs cortadores de grama

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Esteiras e irrigação

Qrio e o cão Aibo

Asimo da Honda

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Cypher (drones atuais)

Robô utilizado no desarmamento de minas terrestres

GuardRobo da Alsok

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Robô Sojourner – Primeiro enviado a Marte

Robô cirurgião daVinci – Hospital Sírio Libanês São Paulo

VIPeR – robô israelense, do tamanho de uma TV, capaz de invadir e atacar território inimigo

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1.5. Automação Industrial

A automação e a robótica são duas tecnologias intimamente relacionadas. Pode-se definir a

automação como uma tecnologia que utiliza sistemas mecânicos, elétricos e computacionais na

operação e no controle da produção.

Um sistema de automação pode ter robôs trabalhando sozinhos ou junto a seres humanos,

como também pode ser um processo automático, em que não existem robôs.

Por exemplo:

1.5.1. Características de robôs industriais

Velocidade de movimento: Depende muito da estrutura mecânica do robô, de seu sistema de

acionamento e sistema de controle e da carga controlada.

Capacidade de carga ou “Payload”: É o peso máximo que um robô consegue manipular

mantendo as suas especificações.

Precisão de movimento: A precisão de movimento é definida em função de três

características:

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a. Resolução espacial: É o menor incremento de movimento em que o robô pode dividir seu

volume de trabalho. É normalmente dependente da capacidade de carga do robô, e varia desde

alguns milímetros até alguns centésimos de milímetro nos mais precisos.

b. Precisão: Refere-se à capacidade de um robô de posicionar a extremidade de seu punho

em um ponto meta desejado dentro de seu volume de trabalho.

Repetibilidade: É a capacidade do robô de posicionar seu punho ou órgão terminal ligado ao

seu punho num ponto meta no espaço previamente indicado.

1.6. Sensores

Sensores são transdutores, ou seja, conversores de grandezas físicas em sinais elétricos

correspondentes. Um robô é equipado com sensores para monitorar a velocidade com que se move,

a posição em que se encontra, a localização de uma peça a ser manipulada, as dimensões da peça, a

aproximação de um ser humano, e o impacto com um obstáculo (MORAES, 2003)

Os sensores podem ser classificados como:

Sensores externos que lidam a observação de aspectos do mundo exterior ao robô.

Exemplos: sensores de contato, de proximidade, de força, de distância, de laser, de ultra-som, de

infravermelho e químicos.

Sensores internos que fornecem informação sobre os parâmetros do próprio robô.

Exemplos: sensores de velocidade ou sentido de rotação, sensor de ângulo de uma junta.

Potenciômetros, codificadores e os sensores inerciais (acelerômetros, giroscópios, inclinômetros e

bússolas).

Também podem ser classificados de acordo com o modo como gerem a energia envolvida no

processo de sensoriamento:

Sensores ativos medem através da emissão de energia para o ambiente ou por modificarem

o ambiente, como por exemplo sensores laser, sensores de ultra-som e os sensores de contato.

Sensores passivos não emitem energia, mas pelo contrario, recebem energia do ambiente.

Um exemplo de sensor passivo são os sensores ópticos que recebem do ambiente a luminosidade

necessária para o acionamento dos mesmos.

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1.7. Atuadores

Atuadores são componentes que realizam a conversão de energia elétrica, hidráulica,

pneumática em energia mecânica. A potência mecânica gerada pelos atuadores é enviada aos elos

através dos sistemas de transmissão para que os mesmos se movimentem.

É possível classificar os atuadores de acordo com o tipo de energia que utiliza. A escolha do

tipo de atuador mais indicado está relacionada com a esta classificação.

Atuadores Hidráulicos: utilizam um fluido à pressão para movimentar o braço. São

utilizados em robô que operam grandes cargas, onde é necessária grande potência e velocidade, mas

oferecem baixa precisão.

Atuadores Pneumáticos: utilizam um gás à pressão para movimentar o braço. São mais

baratos que os hidráulicos, sendo usados em robôs de pequeno porte. Oferecem baixa precisão,

ficando limitados a operações do tipo pega-e-coloca (do inglês, pick and place).

Atuadores Eletromagnéticos: são motores elétricos (de passo, servos, Corrente Continua

ou Corrente Alternada) ou músculos artificiais, usados em robôs de pequeno e médio porte.

Os motores de corrente contínua (CC) são compactos e geralmente o valor de torque

mantém-se numa faixa constante para grandes variações de velocidade, porém necessitam de

sensores de posição angular (encoder) ou de velocidade (tacômetro) para controle de posição ou

velocidade em malha fechada (servocontrole).

Uma alternativa mais simples consiste em usar motores de passo. Os mesmo podem

funcionar em controle de malha aberta (posição e velocidade), e são facilmente interligados a

unidades de comando de baixo custo, porém a curva de torque decresce com o aumento da

velocidade e, em baixas velocidades, podem gerar vibrações mecânicas. São mais empregados na

movimentação de garras (FELIZARDO; BRACARENSE, 2005).

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2. LEGO MINDSTORMS

Veja na pasta outras apostilas/EV3 Guia do Usuário.pdf

Links

https://education.lego.com/en-us/support/mindstorms-ev3

http://ev3lessons.com/