Robótica – Professora Luiza Zamarian Baise

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1 Robótica – Professora Luiza Zamarian Baise
Arquitetura de Robôs e Sensores Robótica – Professora Luiza Zamarian Baise

2 Há, sensores para muitas grandezas.
Os robôs têm vários sensores. Os robôs usam sensores para obter informações do seu mundo em volta, para desempenhar as suas tarefas, e em especial no manuseio dos produtos.

3 As bases da teoria de controle.
Controle de robôs Controle de robôs refere-se a forma em que percepção e ação do robô são coordenadas. As bases da teoria de controle. Feedback: monitoramente contínuo dos sensores e reação à suas mudanças.

4 Feedback control = auto-regulagem.
Positivo Negativo Age para amplificar o estado/saída do sistema. Exemplos: quanto mais há, mais é adicionado. Age para regular o estado/saída do sistema. Exemplos: se muito alto, vire para baixo, se muito baixo, vire pra cima. (termostatos, corpos, robôs...).

5 Arquitetura Estratégias de Controle
Controle Reativo Não pensa, (re)age. Controle Deliberativo – Hierárquico Pensa primeiro, age depois. Controle Híbrido Pensa e age independentemente, em paralelo.

6 Controle Reativo Ciclos percepção-ação (estímulos-respostas).
Inerentemente paralelo. Sem memória. Muito rápido. Incapaz de planejar adiante. Incapaz de aprender.

7 Controle Deliberativo - Hierárquico
Baseado em ciclos Percepção – planejamento - ação. Inerentemente sequencial. Planejamento requer busca, que é lenta. Busca requer um modelo do mundo. O mundo torna-se desatualizado. Tarefas de busca e planejamento tomam muito tempo.

8 Controle Híbrido Combina os dois extremos: sistemas reativos na base,
sistemas deliberativos no topo, conectados por alguma camada Intermediária Camadas devem operar concorrentemente.

9 Sensor Sensor – um dispositivo elétrico/mecânico/químico que mapeia um atributo do ambiente para uma medida quantitativa. Um sensor é geralmente definido como um dispositivo que recebe e responde a um estímulo ou um sinal. Em geral um sensor mede uma característica do ambiente ou espaço em que ele está e proporciona sinais elétricos. Estes dispositivos simulam os sentidos humanos, principalmente a visão, o tacto, a audição e o olfato. Mas os robôs têm a vantagem de poder detectar características físicas que nós humanos não conseguimos detectar com os nossos sentidos, como por exemplo: os campos magnéticos, ondas ultra-sônicas etc.

10 Percepção As dificuldades que os sensores por vezes têm são relacionadas com a interferência nas medidas que fazem, ou em outras. Ora o sensor pode sofrer a interferência, ora ele pode interferir em algumas grandezas do sistema. Por exemplo, os medidores de esforço ou pressão podem ser sensíveis à temperatura. Em geral um sensor dá a sua medida como um sinal elétrico. Se desejamos a medida em outra grandezas é necessário usar um transdutor (são dispositivos que transformam um determinado tipo de energia (ou grandeza física) num outro tipo diferente). Os sensores são largamente usados na “medicina”, na “indústria” e na “robótica”, além de outras aplicações.

11 Características dos Sensores Parte 1
Sensibilidade: taxa de mudança da saída para mudar a entrada. Linearidade: medida da constância da taxa de saída com relação à taxa de entrada. Faixa de medida: diferença entre máximos e mínimos valores possíveis de medida. Tempo de resposta: tempo necessário para uma mudança na entrada ser observada na saída.

12 Características dos Sensores Parte 2
Precisão: a diferença entre valores reais e medidos. Repetibilidade: a diferença entre medidas sucessivas da mesma entidade. Resolução: menor incremento observável na entrada. Tipo de saída (movimento mecânico, tensão, corrente, pressão, intensidade luminosa, etc.).

13 Classificação de Sensores Em relação ao tipo de informação:
Sensores proprioceptivos (INTERNOS): medem valores internos do sistema (robô), Exemplo: velocidade do motor, direção do robô, carga da bateria. Sensores exteroceptivos (EXTERNOS): adquirem informação sobre o ambiente do robô. Interferem ou não no ambiente. Exemplo: distância de objetos, intensidade da luz do ambiente.

14 Classificação de Sensores
Em relação a energia utilizada: Sensores PASSIVOS: Energia vinda do ambiente. Sensores ATIVOS: Emitem sua própria energia e medem a reação. Melhor desempenho. Sensor entrada saída Energia Auxiliar

15 Funções dos Sensores Cinemáticos Imagens Dinâmicos Outros posição
orientação velocidade aceleração Proximidade Dinâmicos conjugado força tato Imagens - ccd - analógico - ccd - digital Outros presença som luz temperatura tensão e corrente

16 Há sensores: de posição, de distância, de visão, acústicos,
e muitos outros. E quanto a natureza destes sensores também há muitos tipos: ópticos, fotoelétricos, infravermelhos, ultrasônicos, etc. Os sensores de infra-vermelho são usados para comportamentos simples dos robô, como por exemplo, evitar obstáculos ou mesmo para os robôs se deslocarem. O robô emite um raio para um obstáculo e e de a distância de maneira similar a um radar (em aviões) ou sonar (em navios).

17 Sensores de distância (sem contato) Uma série de tecnologias podem ser aplicadas para captar as distâncias.... Como o sinal é uma forma de energia, os sensores/ transdutores podem ser classificados de acordo com o tipo de energia que detectam. Por exemplo:

18 sensores de (resistência, corrente, tensão e potência) elétrica
sensores de partículas subatômicas: cintilômetro, câmara de nuvens, câmara de bolhas. sensores de (resistência, corrente, tensão e potência) elétrica sensores magnéticos: bússola magnética, bússola de fluxo de porta, magnetômetro, dispositivo de efeito Hall. sensores de pressão: barômetro, barôgrafo, pressure gauge, indicados da velocidade do ar, variômetro (indicador de velocidade vertical). sensores de fluxo de gás e líquido: sensor de fluxo, anemômetro, medidor de fluxo, gasômetro, aquômetro, sensor de fluxo de massa. sensores químicos: elétrodo seletivo, elétrodo de vidro para medição de pH

19 sensores de movimento: arma radar (radar gun), velocímetro, tacômetro, hodómetro, coordenador de giro sensores de orientação: giroscópio(Sensores de direção, que mantêm a orientação em relação a uma referência fixa: mecânicos e ópticos), horizonte artificial, giroscópio de anel de laser (ring laser gyroscope) sensores mecânicos: sensor de posição sensores de proximidade: Um tipo de sensor de distância porém menos sofisticado, apenas detecta uma proximidade específica. Uma combinação de uma fotocélula e um LED ou laser. Suas aplicações são nos telefones celulares, detecção de papel nas fotocopiadoras entre outras. Elemento chave para localização e modelagem do ambiente.

20 sensores de luz: células solares, fotodíodos, fototransístores, tubos fotoeléctricos, CCDs (charge-coupled device, ou dispositivo de carga acoplado, sensor para a gravação de imagens), radiómetro de Nichols, sensor de imagem. sensores de som: microfones, hidrofone (transdutor eletroacústico que responde a fontes sonoras e as transforma em impulsos elétrico equivalentes), sensores sísmicos. sensores de temperatura: termômetros, termopares, resistências sensíveis a temperatura (termístores), termômetros bi-metálicos e termostatos. sensores de calor: bolómetro (instrumento elétrico p/ a detecção do calor radiante), calorímetro. sensores de radiação: contador Geiger, dosímetro (p/ a medição da exposição diária ao ruído).

21 Captação auto inicializável e livre
Varredura por laser - Um raio de laser é enviado ao alvo por um espelho. Um sensor de luz responde quando o raio é refletido de um objeto ao sensor, então a distância é calculada por triângularização. Acústicos: usam o retorno do eco de ultra sons que se propagam na velocidade do som. Usada nas câmaras polaróide do meio do século XX e também aplicado na robótica. Sistemas mais antigos como Fathometros (e localizadores de peixes) e outros sistemas Sonar (Sound Navigation And Ranging) em aplicações navais utilizavam em sua maiorias freqüências de sons audíveis. Foco. Lentes de grande abertura são focalizadas por um sistema motorizado. A distância de um elemento "em foco" pode ser determinada pela posição das lentes. Binocular. Duas imagens são obtidas em uma base conhecida e colocadas em coincidência por um sistema de espelhos e prismas. O ajuste é utilizado para determinar a distância. Usado em algumas câmaras (chamadas câmara detectores de distância) e em escala maior em detectores de distância em navios de guerra

22 Captação auto inicializável e livre
Tempo-de-voo proximidade Servem para indicar se o robô está próximo de algum objeto do mundo. Sensores ultrasônicos como sensores laser fazem uso da propagação da velocidade do som ou ondas eletromagnéticas, respectivamente. Tempo-de-voo eletromagnético. Gera um impulso eletromagnético, o envia,depois mede o tempo que o pulso leva para retornar. Comumente conhecido como - RADAR (Radio Detection And Ranging) são agora acompanhados pelo análogo LIDAR (Light Detection And Ranging, veja o item a seguir), todos sendo ondas eletromagnéticas. Note que os sensores acústicos (acima) são um caso semelhante em que um transdutor é usado para gerar uma onda a partir da compressão de um fluído médio (ar ou água). Tempo-de-voo por luz. Usado em equipamentos de investigação modernos, um curto pulso de luz é emitido e retornado por um retroreflector. O tempo de 3 retorno do pulso é proporcional à distância e é relacionado à densidade atmosférica em um modo previsível. Roda ou faixas por código Gray - uma certa quantia de foto detectores pode sentir uma imagem, criando um número binário. O código Gray é uma imagem modificada que garante que apenas um bit de informação mude a cada passo medido, desse modo evitando ambigüidades.

23 Sistemas inicializados
Sistemas inicializados. Estes requerem um começo de uma distância conhecida e acumulam mudanças na medida. Laser coerente - a interferência entre uma onda de luz transmitida e refletida é contada e a distância é calculada. Possui uma alta precisão. Roda Quadratura (Quadrature wheel) - método mais comum usado para direção em que um rato, de computador, de esfera está se movimentando. Uma máscara em formato de disco é movida por um conjunto de engrenagens. Duas foto-célula detectando a passagem de luz através da máscara podem determinar o giro da máscara e a direção desta rotação.

24 Global Positioning System (GPS)
Desenvolvido para aplicações militares. Recentemente tornou-se acessível para aplicações comerciais. 24 satélites (incluindo 3 reservas) orbitam a terra a uma altura de km. Posição de qualquer receptor de GPS é determinada através do tempo de vôo da medida.

25 Global Positioning System (GPS)

26 Global Positioning System (GPS)

27 Sensores ópticos se difundiram largamente nos últimos anos e
O robô Caesar II da Universidade de Frankfurt na Alemanha é equipado com habilidades visuais e sensoriais. Ele tem um par de câmaras stéreo, vários sensores ultra-sônicos e infra-vermelhos. Sensores ópticos se difundiram largamente nos últimos anos e hoje são usados até nos mouses.

28 O caudal definido desta forma é chamado caudal volumétrico
Sensores ópticos Hoje sensores ópticos podem medir quase todas as grandezas físicas e um grande número de espécies químicas de interesse prático. Alguns exemplos destas grandezas são: temperatura; pressão; caudal; nível de líquidos; deslocamento; posição; velocidade; aceleração; vibração; rotação; campo magnético; força; esforço; espécies químicas; radiação; ph umidade, campo elétrico; campo acústico; etc. Caudal – Volume de água que passa numa determinada secção do rio, por unidade de tempo. caudal ou fluxo, que é o volume de fluido que atravessa uma dada área por unidade de tempo. O caudal definido desta forma é chamado caudal volumétrico

29 Sensores ópticos e não ópticos:
Estes sensores são chamados de ópticos porque usam técnicas magnético ópticas, ou de laser, ou com fibras ópticas, ou de reflexão de luz ou outras radiações eletromagnéticas. As vantagens dos sensores ópticos (sobre os sensores não ópticos ou convencionais) são: maior sensibilidade; passividade elétrica; livre de interferência magnética; larga amplitude dinâmica; configuração de ponto e distribuída (isto é, podem medir localmente ou uma região grande); capacidade multiplexadora (isto é, podem receber ou enviar vários sinais).

30 A visão robótica: Os sensores fotoelétricos de luz são uma forma de visão para a robótica e têm diferentes formas: Fotoresistências, fotodiodos e fototransistores. Ex. eliminar um produto defeituoso de uma linha de produção. Estes sensores mudam a resistência, do transistor conforme detecta luz. Ou seja, quando um feixe de luz é detectado eles respondem seja criando ou trocando um sinal elétrico que será analisado e o dispositivo tomará uma decisão. Com o uso de filtros um sensor de luz pode criar respostas seletiva com as quais o robô unicamente poderá ver determinadas cores. O uso de sensores de luz permite aos robôs se comunicarem. Para sistemas mais complexos os sensores de luz não são suficientes.

31 Sensores e Inteligência artificial (IA)
Esta é uma tarefa que os humanos fazem com certa facilidade mas porque não usam somente a visão, mas sobretudo o cérebro, na tomada de decisão. Nestes casos os robôs necessitam do auxílio do computador para fazer a seleção com base em informações que os sensores de luz produzem. Para isto o computador muitas vezes tem que usar técnicas de Inteligência Artificial que simulam o funcionamento do nosso cérebro na tomada de decisões. O computador processa e envia uma informação de volta para o dispositivo robótico com uma ordem (de aceitar ou rejeitar o produto).

32 Inteligência Artificial (IA)
A robótica móvel tem exigido cada vez mais que os robôs possuam a capacidade de tomar decisões. Estes robôs pertencem a categoria dos robôs inteligentes cujas características são: Possuírem sensores que irão fornecer dados para seus sistemas de controle e desta forma permitir que tomem decisões. Primórdios da IA tiveram forte impacto nos primórdios da robótica. Foco no conhecimento, modelos internos, e raciocínio / planejamento. 1980s robótica desenvolveu técnicas mais apropriadas => controle comportamental e híbrido. Mas, mesmo antes disso, primeiros robôs usaram controle deliberativo.

33 Robôs que se deslocam automaticamente dependem da visão robótica
Robôs que se deslocam automaticamente dependem da visão robótica. Estes robôs são chamados AGV (Automated Guided Vehicles) e LGV (Laser Guided Vehicle), freqüentemente usados para fazer o transporte de materiais na indústria (caso das fotos acima).

34 A visão robótica: pura e simples é ainda muito imperfeita e portanto, um dos grandes desafio para a engenharia de hoje. Para poder gerar imagens tridimensionais a partir de 2 imagens muito semelhantes em um tempo curto se requer uma grande quantidade de memória e de um processador muito poderoso. É difícil programar um robô para que ele saiba o que deve ignorar e que não deve ignorar das imagens que ele “vê”. Além disso, para poder ter percepção da profundidade é necessário que tenham visão estereoscópica, como nós humanos que temos dois olhos. Outro dos grandes inconvenientes é ter que interpretar imagens tridimensionais.

35 Sensores de tato e de posição
Os sensores de tato também ajudam aos robôs (que não têm capacidade de visão) a caminhar. Os sensores constatam e enviam um sinal para que o robô saiba que tocou em algum objeto. Os sensores mais comuns para isto são os do tipo pizzoelétrico. Com os sensores de posição tornam possível ensinar a um robô a fazer uma função repetitiva em função dos seus movimentos. Os sensores localizados em certos pontos do próprio robô guardam informações sobre as trocas de posições. Desta forma o robô poderá então recordar a informação e repetir o trabalho na forma exata que foi realizado inicialmente.

36 Com ajuda de sensores de tato e de posição os robôs podem memorizar os movimentos de uma tarefas e depois repeti-la por vezes e vezes sem fim e sempre da mesma forma.

37 Outros tipos de sensores robóticos, ou combinação dos já mencionados acima:
Acelerômetro: Detecta movimentos, vibrações, e ângulos com respeito à gravidade. Bússola digital: Detecta orientação com respeito ao campo magnético terrestre. Não é viável para ambientes internos Encoders: (Linear ou translacional, Rotary ou de rotação e Slot ou de ranhura): Usado para determinar distância translacional, velocidade rotacional e/ou ângulo das partes móveis do robô. Sensor piroelétrico: Detecta fogo e outras fontes de calor (como velas acesas, chamas, etc.). Também é usado para detectar movimento de pessoas e animais, pois irradiam calor do seu corpo. Sensor whisker: Um tipo de sensor de toque e proximidade. Emissor e detector infra-vermelho: Emite e detecta raios infra-vermelho. Pode ser usado para sinalizar, para evitar obstáculos, e para detectar cor. Sensores de carga e de momento (torque): Mede momentos e outras forças do robô. Rangefinder: Detecta limites de obstáculos de poucos centímetros até vários metros. Modulado para estar imune a irradiações de infra-vermelho do ambiente. Sonar ou sensor ultra sónico: Detecta obstáculos e pode determinar a dureza / maciez dos objetos pela eco-locação. Regiões de profundidade constante. Segmentos de um arco. Chaves táteis de choques: Detecta contacto físico do robô quando colide com algo.

38 Fusão Sensorial Fusão sensorial é o processo de utilizar informações fornecidas por vários sensores. Mesmo para tarefas não muito complexas, um sensor apenas, não é suficiente. Precisão limitada. Não confiável - falhas/redundância Ponto de vista do ambiente limitado: retorna uma descrição incompleta do ambiente. A escolha do sensor pode ser cara – pode ser mais barato escolher dois sensores não caros.

39 Fusão Sensorial Combina informações de:
diferentes sensores. diferentes posições. diferentes tempos. Em geral usa uma técnica matemática que considera incertezas na informação (redes neurais, filtro de Kalman). o processo de utilizar informações fornecidas por vários sensores. Mesmo para tarefas não muito complexas, um sensor apenas, não é suficiente. Produz um conjunto de dados fundidos (como se houvesse um ‘sensor virtual’).

40 Um exemplo: o robô Neptune construído na Universidade Carnegie Mellon em New Jersey nos Estados Unidos para fazer exames do interior de tanques e reservatórios de combustíveis. Este robô Neptune usa sensores acústicos para sua navegação e sensores de corrosão para avaliar a deterioração do fundo e das paredes dos tanques e reservatórios que ele examina. Ele também usa sensores de visão (carrega uma câmara) para permitir a inspeção das deteriorações visíveis que ficam registradas em vídeo.

41 Isto porque existem também os sensores naturais ou “biológicos”.
Sensores Biológicos Os sensores acima seriam mais corretamente chamados de “sensores artificiais”. Isto porque existem também os sensores naturais ou “biológicos”. Todos os organismos vivos contêm sensores biológicos com funções similares àquelas dos dispositivos descritos acima. A maioria destes sensores biológicos são células especializadas que são sensíveis a:

42 luz, movimento, temperatura, campos magnéticos, gravidade, humidade, vibração, pressão, campos elétricos, som, e outros aspectos físicos do ambiente; aspectos físicos do ambiente interno, tais como alongamento, movimento do organismo, e a posição dos membros; um enorme grupo de moléculas ambientais, incluindo toxinas, nutrientes etc; muitos aspectos do metabolismo, tais como os níveis de glicose ou oxigênio (concentração de partículas em solução); um número variável de moléculas de sinal internas, tais como os hormônios, neurotransmissores e citocinas; e mesmo as diferenças entre proteínas do próprio organismo e do ambiente ou criaturas estranhas.

43 Enquanto que células especializadas são sensores naturais ou “biológicos”, os sentidos humanos são sensores neuronais especializados e exemplos de instrumentos de medida naturais ou “biológicos”. Sensores artificiais que imitam sensores biológicos usando componentes biológicos, são chamados biosensores.

44 Reconhecimento de Padrões
Um sistema completo de reconhecimento de padrões consiste de um sensor que obtém observações a serem classificadas ou descritas; um mecanismo de extração de características que computa informações numéricas ou simbólicas das observações; e um esquema de classificação das observações, que depende das características extraídas. Aplicações típicas do reconhecimento de padrões incluem reconhecimento de fala, classificação de documentos em categorias (por exemplo, mensagens de correio eletrônico que são spam ou não), reconhecimento de escrita e reconhecimento de faces (processamento de imagens).

45 Reconhecimento de Caracteres Alfanuméricos para Identificação de Placas de Veículos
O processo de reconhecimento da placa do veículo é feita de forma manual por pessoas que analisam as imagens. Recentemente, em um ponto da cidade de São Paulo, um desses guardas eletrônicos aplicou multas em quinze dias de funcionamento.

46 Braço Robótico

47 Braço mecânico do robô O braço do robô executa movimentos no espaço, transferindo objetos e ferramentas de um ponto para outro, instruído pelo controlador e informado sobre o ambiente por sensores. Na extremidade do braço existe um atuador usado pelo robô na execução de suas tarefas. Todo braço de robô é composto de uma série de vínculos e juntas, onde a junta conecta dois vínculos permitindo o movimento relativo entre eles. Todo robô possui uma base fixa e o primeiro vínculo está preso a esta base. A mobilidade dos robôs depende do número de vínculos e articulações que o mesmo possui.

48 Anatomia dos Braços Mecânicos Industriais
O braço robótico é composto pelo braço e pulso. O braço consiste de elementos denominados elos unidos por juntas de movimento relativo, onde são acoplados os acionadores para realizarem estes movimentos individualmente, dotados de capacidade sensorial, e instruídos por um sistema de controle. O braço é fixado a base por um lado e ao punho pelo outro. O punho consiste de várias juntas próximas entre si, que permitem a orientação do órgão terminal nas posições que correspondem a tarefa a ser realizada. Na extremidade do punho existe um órgão terminal (garra ou ferramenta) destinada a realizar a tarefa exigida pela aplicação.

49 Elos Numa junta qualquer, o elo que estiver mais próximo da base é denominado elo de entrada. O elo de saída é aquele mais próximo do órgão terminal.

50 Os braços de robôs podem ser formados por três tipos de juntas:
juntas deslizantes; juntas de rotação; juntas de bola e encaixe. A maioria dos braços dos robôs são formadas pelas juntas deslizantes e de revolução, embora alguns incluam o de bola e encaixe. A seguir será descrito cada um destes tipos de juntas.

51 Juntas Deslizantes Este tipo de junta permite o movimento linear entre dois vínculos. É composto de dois vínculos alinhados um dentro do outro, onde um vínculo interno escorrega pelo externo, dando origem ao movimento linear.

52 Juntas de Rotação Esta conexão permite movimentos de rotação entre dois vínculos. Os dois vínculos são unidos por uma dobradiça comum, com uma parte podendo se mover num movimento cadenciado em relação à outra parte. As juntas de rotação são utilizadas em muitas ferramentas e dispositivos, tal como tesouras, limpadores de pára-brisa e quebra-nozes.

53 Juntas de Bola e Encaixe
Esta conexão se comporta como uma combinação de três juntas de rotação, permitindo movimentos de rotação em torno dos três eixos.

54 Já o homem, do ombro até o pulso,
GRAUS DE LIBERDADE O número de articulações em um braço do robô é também referenciada como grau de liberdade. Quando o movimento relativo ocorre em um único eixo, a articulação têm um grau de liberdade. Quando o movimento é por mais de um eixo, a articulação têm dois graus de liberdade. A maioria dos robôs têm entre 4 a 6 graus de liberdade. Já o homem, do ombro até o pulso, têm 7 graus de liberdade.

55 Exemplo Braço mecânico, utilizado  na indústria, de seis graus de liberdade. Este manipulador robótico possui o equivalente a um ombro, um cotovelo e um pulso, no qual tipicamente, o ombro é montado em uma base estacionária.

56 Robôs submarinos ganham sentido do tato Redação do Site Inovação Tecnológica 18/05/2009
Robôs submarinos há anos fazem parte do dia-a-dia das empresas petrolíferas e das companhias de telecomunicações, que precisam fazer manutenção contínua de gasodutos e oleodutos e de grandes cabos submarinos que transmitem sinais de fibras ópticas de de um continente a outro. Tato robótico Agora, pesquisadores do Inst. Fraunhofer, na Alemanha, deram um passo importante na proposta de dar mais inteligência e autonomia aos robôs submarinos: eles estão dotando suas garras de uma espécie de tato, recobrindo-as com sensores capazes de detectar os objetos. Os sensores não são colados, mas impressos, o que significa que eles podem ser aplicados às superfícies curvas dos robôs. O "tato robótico" facilitará muito o trabalho dos operadores dos robôs, que hoje precisam se valer unicamente dos seus faróis para iluminar o local de trabalho. E, no ambiente escuro do fundo do mar, esses faróis geralmente não ajudam muito. Com o auxílio dos novos sensores, o robô poderá informar continuamente ao operador se encontrou um obstáculo, se alcançou a peça ou o cabo a ser consertado e se os está segurando corretamente. Um dos grandes desafios dos operadores dos robôs submarino é mantê-los estacionados no local de trabalho, uma vez que eles são continuamente arrastados pelas correntes marinhas. Com os novos sensores, os robôs poderão guiar-se autonomamente, controlando seus motores para anular os movimentos externos que tendem a afastá-los do seu local de trabalho ou para livrar-se de obstáculos indesejados.

57 Exemplo Mão articulada de dedos múltiplos do Institute of Robotics and Mechatronics (DLR – Agência espacial Alemã): Utiliza conceitos de músculos artificiais como a tecnologia do atuador uniforme. Esta tecnologia deve substituir atuadores hidráulicos e pneumáticos

58 Exemplo Projetado para exploração de Marte, FIDO usa braço para manipulação.  Tem furadeira para extrair amostras rochosas. Câmeras a bordo coletam imagens por controle remoto. O robô pesa cerda de 70 kg, mede 105X85 cms, move-as a 300 m/h é alimentado por painéis solares e bateria recarregáveis.

59 ASIMO da Honda: Robô caminhante de 26 graus de liberdade: dois graus de liberdade na nuca; seis graus de liberdade em cada perna; e seis graus de liberdade em cada braço. Usa materiais leves como magnésio, seus computadores estão em sua sacola de costas e possui 26 servos-motores para controle dos graus de liberdade.

60 Robótica – Professora Luiza Zamarian Baise
Articulação dos robôs. Robótica – Professora Luiza Zamarian Baise

61 CLASSIFICAÇÃO DOS ROBÔS PELO TIPO DE ARTICULAÇÃO
É usual classificar os robôs de acordo com o tipo de junta, ou mais exatamente, pelas 3 juntas mais próximas da base do robô. Esta divisão em classes fornece informações sobre características dos robôs em várias categorias importantes: Espaço de trabalho. Grau de rigidez. Extensão de controle sobre o curso do movimento. Aplicações adequadas ou inadequadas para cada tipo de robô.

62 Robôs podem ser classificados pelo tipo de juntas em cinco grupos:
Cartesiano ou retangulares (LLL) Cilíndrico (LVL) rpp Polar ou esféricos (TRL) Articulação horizontal SCARA (VRL) Articulação vertical O código usado para estas classificações consiste em três letras, referindo-se ao tipo de junta.

63 a) Robô Cartesiano b) Robô Cilíndrico c) Robô Polar d) Robô Articulado

64 Os robôs trabalham 24 horas por dia, não havendo tempo ocioso na linha de produção. Se a linha tiver operadores humanos, são necessárias paradas para atender as necessidades do operador, tais como troca de turno, horário de almoço, férias, etc José Luiz de Moura

65 A automação possibilita grandes incrementos na produtividade do trabalho, além de aumentar a produção. Os equipamentos automatizados permitem uma melhora na qualidade do produto, uniformizando a produção, eliminando perdas e refugos.  O uso de robôs contribui para a automação em processos de média e pequena escala, sendo que nesta última, basta alterar o programa e a ferramenta do robô para produzir um novo modelo e, desta forma, se consegue grandes incrementos na produtividade e, conseqüentemente, na produção. 

66 O estudo sobre robôs tem sua origem na ficção científica
O estudo sobre robôs tem sua origem na ficção científica. O termo “robótica” refere-se ao estudo e ao uso de robôs e foi popularizado pelo escritor Isaac Asimov. A palavra “robô” está ligada ao dramaturgo checo Karel Capek, sendo obtida da palavra checa “robota” que significa trabalho forçado ou servo, termo introduzido na década de 20 em uma peça de teatro.  De acordo com a ISO 8373, de 1994, que trata sobre manipuladores industriais, robô é um "Manipulador controlado automaticamente, reprogramável, multifunção e programável em 3 ou mais eixos, podendo ser fixo ou móvel, para uso em aplicações industriais automatizadas”. Deve ser um equipamento, cujos movimentos ou funções auxiliares podem ser modificadas sem alterações físicas e capaz de ser adaptado a diferentes aplicações.

67 A capacidade do robô de reconfigurar seu ciclo de trabalho, unida à versatilidade e variedade de seus órgãos terminais (pinça, garras, etc.) lhe permite adaptar-se facilmente à evolução e a troca dos processos de produção, facilitando sua reconversão para executar uma nova tarefa, bastando para isso alteração na sua ferramenta e na programação de seus movimentos. Por exemplo, em uma fábrica de automóveis o robô é usado para aplicar cola nos vidros de um modelo de carro e, se o modelo do carro sofre alguma alteração ou é substituído por outro modelo, basta reprogramar o robô. 

68 Os robôs trabalham 24 horas por dia, não havendo tempo ocioso na linha de produção. Se a linha tiver operadores humanos, são necessárias paradas para atender as necessidades do operador, tais como troca de turno, horário de almoço, férias, etc José Luiz de Moura

69 A automação possibilita grandes incrementos na produtividade do trabalho, além de aumentar a produção. Os equipamentos automatizados permitem uma melhora na qualidade do produto, uniformizando a produção, eliminando perdas e refugos.  O uso de robôs contribui para a automação em processos de média e pequena escala, sendo que nesta última, basta alterar o programa e a ferramenta do robô para produzir um novo modelo e, desta forma, se consegue grandes incrementos na produtividade e, conseqüentemente, na produção. 

70 De acordo com a ISO 8373, de 1994, que trata sobre manipuladores industriais
O robô é um "Manipulador controlado automaticamente, reprogramável, multifunção e programável em 3 ou mais eixos, podendo ser fixo ou móvel, para uso em aplicações industriais automatizadas”. Deve ser um equipamento, cujos movimentos ou funções auxiliares podem ser modificadas sem alterações físicas e capaz de ser adaptado a diferentes aplicações.

71 A capacidade do robô de reconfigurar seu ciclo de trabalho, unida à versatilidade e variedade de seus órgãos terminais (pinça, garras, etc.) lhe permite adaptar-se facilmente à evolução e a troca dos processos de produção, facilitando sua reconversão para executar uma nova tarefa, bastando para isso alteração na sua ferramenta e na programação de seus movimentos. Por exemplo, em uma fábrica de automóveis o robô é usado para aplicar cola nos vidros de um modelo de carro e, se o modelo do carro sofre alguma alteração ou é substituído por outro modelo, basta reprogramar o robô. 

72 Robôs Cartesianos ou retangulares (LLL)
O braço destes robôs têm três juntas lineares (L). Os robôs cartesianos caracterizam pela pequena área de trabalho, mas com um elevado grau de rigidez mecânica e são capazes de grande exatidão na localização do atuador. Seu controle é simples devido ao movimento linear dos vínculos e devido ao momento de inércia da carga ser fixo por toda a área de atuação. Fácil de visualizar, programar e calcular cinemática dos movimentos Estrutura rígida Requer um grande volume para operar e não usa todo Aplicações: pick and place de objetos pesados, sistemas de armazenamentos É o robô de configuração mais simples Deslocamento, alcance e elevação Este robô opera dentro de um envoltório de trabalho cúbico. armazenagem e sistemas de medição

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74 Robôs Cilíndricos Os braços destes robôs consistem de uma junta de revolução e duas juntas deslizantes, sendo codificada como LVL. Alcance, elevação e rotação Este braço apresenta um volume de trabalho cilíndrico A área de trabalho destes robôs são maiores que os robôs cartesianos, mas a rigidez mecânica é ligeiramente inferior. O controle é um pouco mais complicado que o modelo cartesiano, devido a vários momentos de inércia para diferentes pontos na área de trabalho e pela rotação da junta da base. Fácil de visualizar e controlar movimentos Grande força quando dotado de atuadores hidráulicos Bom acesso a cavidades e aberturas de máquinas Aplicações: Movimentação de materiais, pick and place, montagens.

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76 Robôs Esféricos Estes robôs possui duas juntas de revolução e uma deslizante. Estes robôs tem uma área de trabalho maior que os modelos cilíndricos, mas perde na rigidez mecânica. Seu controle é ainda mais complicado devido os movimentos de rotação. Suporta grandes cargas e grande alcance. É bastante utilizado para carga e descarga de máquinas

77 Robôs com Articulação Horizontal (SCARA)
Caracterizam-se por possuir duas juntas de revolução e uma deslizante, sendo codificados RRP. A área de atuação deste tipo de robô é menor que no modelo esférico, sendo apropriados para operações de montagem, devido ao movimento linear vertical do terceiro eixo. Grande habilidade no plano horizontal Alta aceleração Grande rigidez na direção vertical Área de trabalho limitada Frequentemente com apenas 3 DOF, sem orientação Aplicação: Montagem  

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79 Robôs com Articulação Vertical (Antropomórfico)
Estes robôs caracterizam-se por possuir três juntas de revolução, sendo codificados por RRR. Sua área de atuação é maior que qualquer tipo de robô, tendo uma baixa rigidez mecânica. Seu controle é complicado e difícil, devido as três juntas de revolução e devido à variações no momento de carga e momento de inércia. Máxima flexibilidade e cobertura de área de trabalho em relação ao volume do robô Juntas rotacionais fáceis de blindar Alcança objetos acima e abaixo Cinemática complexa, difícil de controlar, difícil de visualizar movimentos e dificil de controlar movimentos lineares Estrutura não muito rígida no alcance máximo Aplicação: pintura, solda, movimentação de matérias e usos Gerais  

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84 ROBOTIC ARM

85 Conclusões Robótica Móvel: No mundo real 2D ou 3D.
Perceber Decidir Atuar No mundo real 2D ou 3D. Há ainda muito o que fazer!

86 Atuadores Atuadores são dispositivos responsáveis pelo movimento e articulação das partes móveis de um robô. Atuadores são diferentes dos sensores usados para percepção. Um atuador é o mecanismo real que permite que um sensor realize uma ação.

87 Atuadores Os atuadores utilizados em robótica móvel são classificados em função da energia que utilizam para funcionarem. A energia irá determinar as condições de funcionamento e o tipo de controle a ser utilizado. Os três principais tipos de atuadores são: Pneumáticos Hidráulicos. Elétricos.

88 Hardware do robô Sensores e atuadores constituem a ligação do robô com o ambiente. O robô percebe o ambiente através dos seus sensores e, O robô age no ambiente através dos seus atuadores. Assim, estes dispositivos são responsáveis pela interação do robô com o ambiente.

89 Porque a robótica é difícil?
Sensores e atuadores são limitados e incertos. Estado é parcialmente-observável. Ambiente é dinâmico (muda com o tempo). Ambiente está repleto de informações úteis.

90 News – ROBOT Robô mãe simula parto para o pessoal St. Mary's

91 News – ROBOT América precisa de novas estratégias tecnológicas.
... Obama o novo Chefe de Tecnologia deve ser robô-friendly Acelerar o desenvolvimento robótico não necessita apenas de um CTO, mas também um plano de ação para a inovação

92 Robôs Genéricos dedicados para indústria de pequeno e médio porte
Um sistema de automação pode ter robôs trabalhando sozinhos ou junto a humanos. Nos dias atuais a indústria segue grande tendência de flexibilizar os sistemas de manufatura a partir da utilização de ferramentas como os robôs industriais. Quando se fala no assunto leva-se em consideração, entre outros recursos, a precisão e o controle de velocidade de movimento nas atividades executadas, além da considerável capacidade de memória de programa. No entanto, tal tecnologia é de difícil alcance para a maioria das indústrias de pequeno e médio porte. As atividades realizadas por estas indústrias não permitem grandes investimentos tecnológicos, pois a aquisição de robôs acabaria encarecendo o processo produtivo, levando as empresas a problemas financeiros. Assim, se torna necessário fabricar robôs com maior simplicidade nos recursos tecnológicos, isto é robôs dedicados às atividades específicas em determinados pontos da linha de produção, os quais, por terem baixo custo, são mais acessíveis às pequenas e médias empresas. Ressalta-se ainda que a aquisição destes “robôs dedicados” favorece a inserção de automação dentro da linha produtiva, requerendo baixo custo de investimento. A automação de guinchos pode ser uma das formas favoráveis à produção dos “robôs dedicados”.

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94 Pieri, Edson Roberto de. Curso de Robótica Móvel. UFSC. 2002
Fontes: BOZANI, C.A.M. Residências Inteligentes. 1. ed. São Paulo: Editora Livraria da Física, – imagens Material disponível no site – Professor Oswaldo Florio e Professora Flora Ribeiro A Cobra era o embrião de uma indústria a se criar, a primeira empresa brasileira a fabricar computadores Keramas, James G. Robot Technology Fundamentals. Delmar Publisher, Lung-Wen Tsai. Robot Analysis. Wiley, Romano, Vitor Ferreira. Robótica Industrial. Edgard Blücher, 2002 Baseado nos livros de Mobile Robotics do Nehmzow e o do Arkin. 1) - “Introduction to Robotics” Philip John McKerrow, Addison-Wesley, 1991 ISBN: ) “Introduction to Robotics: Mechanics and Control” John J. Craig Addison-Wesley, ISBN: ) - “Robotics for Engineers” Yoram Koren McGraw-Hill, ISBN:  4) - “Modelling and Control of Robot Manipulators” Series: Advanced Textbooks in Control and Signal Processing Sciavicco, Lorenzo, Siciliano, Bruno Springer-Verlag London Berlin Heidelberg 2nd ed, ISBN: 5) “Robot Modeling and Control” Mark W. Spong, Seth Hutchinson, M. Vidyasagar Wiley, John & Sons, Incorporated, 2005 ISBN: 6) “Artificial Intelligence",” Second Edition Elaine Rich & Kevin Knight McGraw-Hill, Inc., 1991. ISBN: 7) “Inteligência Artificial em Controle e Automação” Cairo L. Nascimento Jr. & Takashi Yoneyama Editora Edgard Blücher Ltda., 2000. ISBN: 8) “Artificial Intelligence, A Modern Approach” Stewart Russell & Peter Norvig Pearson Education Inc., 2003. ISBN: 9) “Neural Networks for Modelling and Control of Dynamic Systems” K.F. Man, K.S. Tang & S. Kwong Springer-Verlag, 1999. ISBN: 10) “Redes de Neuronas Artificiales un enfoque practico” Inés Galván León & Pedro Isasi Viñuela Pearson Education Inc., 2004. ISBN: 11) “Genetic Algorithms” Nehmzow, Ulrich. Mobile Robotics: A Pratical Introduction. Springer, 2000. Pieri, Edson Roberto de. Curso de Robótica Móvel. UFSC. 2002