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Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Capítulo 5: Robôs Industriais.

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1 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Capítulo 5: Robôs Industriais

2 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira DEFINIÇÃO antropomórfico Manipulador emulação mecânica da mão ou braço humano um dispositivo antropomórfico. teleoperação Primeiros robôs funcionavam através dateleoperação manipulador é acoplado firmemente ao braço de um operador humano, possibilitando ao operador efetuar tarefas em ambientes inadequados para o homem (p.ex. uma atmosfera radioativa). computador Robôs modernos operador humano é substituído por um dispositivo programável (p.ex. um computador), que controla os movimentos do equivalente mecânico do manipulador na teleoperação.

3 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira DEFINIÇÃO ambientes industriais marinhos Robôs normalmente desempenham tarefas em vários ambientes, dentre os quais incluem-se ambientes industriais e marinhos. mover materiais peçasferramentas automação flexível CIM Robô industrial manipulador programável, multifuncional, projetado para mover materiais, peças ou ferramentas por meio de movimentos programados para o desempenho de uma variedade de tarefas representa uma automação flexível encaixa-se seguramente na implementação do CIM.

4 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS Existem 2 métodos de classificação de robôs: seus atributos físicos ou geométricos, modo no qual eles são controlados. Classificação Geométrica 3 graus de liberdade 3 GDL adicionais Em princípio, um robô deve possuir 3 graus de liberdade (GDL) para alcançar qualquer ponto no espaço entretanto deve ter 3 GDL adicionais para manusear um objeto no espaço.

5 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS Existem 5 classes geométricas de robôs: Cartesiano (ou retangular) - geometria ( x, y, z ) Cilíndrico (ou tipo poste) - geometria ( r,, z ) Esférico (ou tipo polar) - geometria ( r,, ) Articulado (ou antropomórfico) - geometria ( 1, 2, 3 ) SCARA ( Selective Compliance Assembly Robot Arm ) - geometria ( 1, 2, 3 ) primeiros 3 GDL Cada uma dessas classes descrita de acordo com os primeiros 3 GDL cada um pode ser descrito em suas próprias coordenadas, que podem ser mapeadas para o sistema de coordenadas Cartesiano.

6 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS Geometria cartesiana: robô cartesiano possui juntas que movem-se nas direções ortogonais retangulares. Robô cartesiano - 3 eixos lineares

7 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS Geometria cilíndrica: robô possui 1 junta rotacional e 2 juntas translacionais primeiras 3 juntas correspondem às 3 variáveis principais do sistema de coordenadas cilíndrico. Robô cilíndrico - 2 eixos lineares e 1 eixo rotacional

8 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS ponto de referência Se a posição do ponto de referência da mão for especificado em (, h, r ) a posição será facilmente conhecida todas as vezes, transformação Mas se a posição for especificada em ( x, y, z ), que é o caso comum será necessária uma transformação para relacionar as duas coordenadas. Abordagem não rigorosa eixo z = eixo vertical do robô: z = h Plano xy eixo z plano no qual gira (em torno do eixo z ) & plano no qual r estende-se. Transformações cinemáticas: x = r cos (1) e y = r sen (2)

9 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS Geometria esférica: robô possui 1 junta translacional e duas juntas rotacionais. Robô esférico - 2 eixos rotacionais e 1 eixo linear

10 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS rotação = rotação paralela ao plano de (rotação em torno do eixo z) = alcance ou raio = r Para conhecer-se a posição da mão devem ser informadas as coordenadas (,, r ). Se a mão for especificada na posição ( x, y, z ), então deve efetuar a seguinte transformação cinemática: r = r sen (3) z = r cos (4) x = r cos (5) y = r sen (6)

11 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS Modo não rigoroso determina-se as coordenadas das juntas ( r,, ) que devem estar na posição num certo ponto cartesiano. A partir das equações 3 a 6, obtém-se:

12 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS mais complexa do que os casos anteriores Geometria articulada: robô possui 3 juntas rotacionais transformação da geometria articulada para o sistema cartesiano é muito mais complexa do que os casos anteriores. versátilprecisão é menor Este robô é muito versátil, entretanto sua precisão é menor do que a dos robôs anteriores. Robô articulado - 3 eixos rotacionais

13 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS montagem natureza plana ombro cotovelo SCARA: projeto desenvolvido em 1979 na universidade Yamanashi operações de montagem movimentos das juntas principais possuem natureza plana robô possui juntas de ombro e cotovelo que giram em torno dos eixos verticais rigidez significativa na direção vertical & permite uma resposta rápida no plano horizontal. rotacionais matemática não é trivial Movimentos de todas as juntas principais são rotacionais matemática não é trivial. Robô SCARA - 3 eixos rotacionais

14 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS Classificação de Controle malha aberta realimentação Existem 2 métodos de controlar-se um robô técnicas com malha aberta e com realimentação. fins-de-curso mecânicos obsoleta Malha aberta usa fins-de-curso mecânicos para fornecer os limites de movimentação quando o comando de movimento é enviado, a junta é acionada até que o fim-de- curso é alcançado técnica obsoleta. Com realimentação uso de uma arquitetura de realimentação para responder às mudanças de posição das juntas.

15 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS Existem 2 tipos de técnicas de controle com realimentação: trajetória ponto-a-ponto: ponto inicialponto final especificação do ponto inicial e do ponto final (e freqüentemente pontos intermediários) do movimento do robô exigindo-se alguma realimentação desses pontos. soldagem por resistênciapega-e- põe usada para operações como soldagem por resistência, pega-e- põe. contínua: efetuador efetuador ( end effector ) do robô segue uma trajetória estabelecida desde o ponto inicial até o ponto final. soldagem a arco pintura aplicada em soldagem a arco e pintura. série de pontos espaçados robôs seguem uma série de pontos espaçados na trajetória definidos pela unidade de controle em vez do programador.

16 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS componentes mecânicoselétricos pneumáticoshidráulicosmicroeletrônicos Robô equipamento muito complexo pode conter componentes mecânicos, elétricos, pneumáticos, hidráulicos e microeletrônicos. Principais componentes de um robô: sistema de acionamento; sistema de controle; sistema de medição; sensores.

17 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Sistema de Acionamento Responsável pela conversão e transmissão da potência necessária para todos os eixos de movimentação. hidráulicopneumático elétrico 3 tipos principais: hidráulico, pneumático e elétrico. tipo de tarefas ambiente Escolha de um tipo de acionamento depende do tipo de tarefas e do ambiente no qual o robô vai trabalhar. P.ex: cargas pesadas vazamentos limpeza acionamento hidráulico excelente para cargas pesadas, porém poderão ocorrer vazamentos não podem ser usados em ambientes onde a limpeza é uma necessidade fundamental. limpo cargas pesadas vazamentos de ar acionamento pneumático limpo e pode ser usado para cargas pesadas, mas não é confiável devido a possíveis vazamentos de ar. controle analógico e digital ambiente explosivo acionamento elétrico excelente para controle analógico e digital mas poderá não ser adequado em ambiente explosivo.

18 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Sistema de Controle seqüência lógica Fornece uma seqüência lógica para o programa de operação; Fornece os valores teóricos requeridos para cada passo do programa; Mede continuamente a posição real durante o movimento; Processa a diferença entre a medida teórica e a real.

19 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS O controlador : É normalmente um microprocessador ou um computador e possui as seguintes funções: Realimentação: Dada a posição real e/ou velocidade do atuador determina o sinal de acionamento apropriado para mover o atuador para a posição desejada. Cinemática: Dado o estado real dos atuadores (posição e velocidade) determina o estado real do efetuador. Dinâmica: Dadas as cargas no braço (inércia, atrito, gravidade, aceleração) ajusta a operação de realimentação para atingir um melhor desempenho. Análise das atividades através de sensores: Dado o conhecimento das tarefas a serem executadas (p.ex. o aperto de uma porca) determina os comandos apropriados de movimento do robô (p.ex. com técnicas de visão e de tato).

20 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Sensores interagirem com seus ambientes Permitem os robôs interagirem com seus ambientes numa maneira adaptativa e inteligente. transdutores variáveis físicas de visãotáteisde proximidadeultra-sônicos Existem inúmeros transdutores que medem as variáveis físicas mais importantes da manufatura: de visão, táteis, de proximidade, ultra-sônicos.

21 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Sensores de Visão visualizar a área de trabalho do robô informações sobre o ambiente para o controlador, em tempo real Normalmente usados para visualizar a área de trabalho do robô para fornecer informações sobre o ambiente para o controlador, em tempo real. elementos no espaço de atuação do robô Pode ser usado para confirmar a existência de certos elementos no espaço de atuação do robô (p.ex. peças) normalmente refere-se ao reconhecimento de padrões (i.e. comparação entre novas informações e informações existentes). modelos de objetos do usuário representação de um objeto no sistema CADdesenhos de peças armazenados Sistemas de visão modernos possuem mecanismos que possibilitam adquirir-se modelos de objetos do usuário modelos podem ser uma representação de um objeto no sistema CAD, ou desenhos de peças armazenados.

22 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Visão de máquina dados de visão e sua conseqüente interpretação usando o computador. câmera hardware de digitalizaçãocomputadorsoftwarehardware necessários Sistema típico de visão câmera e hardware de digitalização, um computador, e o software e hardware necessários para processar as informações de visão bem como ligá-las aos vários dispositivos. Uma imagem (p.ex. um desenho) é digitalizada, processada e analisada para o seu refinamento então infere-se as entidades geométricas envolvidas, que são então combinadas com dados existentes.

23 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Funções básicas de um sistema de visão

24 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS reduzir os dados imprecisões na posição e orientação do objeto Processamento e análise das imagens buscam reduzir os dados para interpretação dados imprecisos levam a imprecisões na posição e orientação do objeto. filtrada imagem binária um milésimo do tamanho dos dados originais Imagem normalmente filtrada para gerar uma imagem binária sofre várias medições para reduzir os dados e produzir dados mais precisos pode-se alcançar dados da ordem de um milésimo do tamanho dos dados originais. FeaturesFeatures podem ser inferidas a partir dos elementos geométricos que são obtidos da aproximação da imagem original num padrão.

25 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Dividindo-se a imagem numa matriz de pixels (picture elements), onde cada elemento possui uma intensidade de luz correspondente àquela porção da imagem (a) a cena; (b) matriz 12x12 de pixels superpostos; (c) intensidade dos pixels para a cena, ou preto ou branco.

26 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Processamento de imagens 2-D: Elementos reconhecidos podem possuir as seguintes características: escalas de cinza (máximo, médio, mínimo), área, perímetro, comprimento, diâmetro, mínimo retângulo, etc. Características indiretas incluem: gravidade, número de furos, excentricidade, esbeltez, etc. Processamento de imagens 3-D utiliza-se normalmente modelos de CAD. Visão estéreo tentativa de obter uma imagem 3-D de um objeto tais imagens podem ser obtidas usando-se por exemplo duas câmeras. Habilidade de um sistema de visão de reconhecer objetos com precisão depende de fatores como: Características da câmera, como o campo de visão, comprimento focal, resolução, distorção geométrica, etc. Robustez do software utilizado. Características do computador utilizado.

27 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Sensores Táteis Objetos delicados ou possuem problemas posicionais que não podem ser resolvidos com técnicas de visão sentido de tato para conhecer os atributos da peça. Existem 2 deficiências principais em sistemas de visão: baixa precisão; falta de habilidade para ver objetos escondidos Isto torna o tato atrativo em algumas aplicações. Sensores sofisticados tentam emular o sentido humano do tato. 2 aspectos distintos: cutâneo o sentido cutâneo refere-se à habilidade de perceber padrões encontrados pela superfície da pele; cinestético o sentido cinestético refere-se à habilidade humana de detectar forças e momentos.

28 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Sensor tátil possui a capacidade de detectar: presença de objetos; forma, localização e orientação de peças; área de contato, pressão e distribuição da pressão; magnitude, localização e direção da força; magnitude, plano e direção do momento. Sensores táteis típicos possuem a seguinte estrutura: matriz de pinos de pressão piezoelétricosresistorescapacitores variáveisdispositivos óticos Uma superfície tátil matriz de pinos de pressão (piezoelétricos), resistores, capacitores variáveis ou dispositivos óticos. transdutor Um transdutor converte forças ou momentos locais em impulsos elétricos. multiplexador mediçãoamplificação Um multiplexador conecta os elementos da matriz com um circuito de medição e amplificação. interface de controle Uma interface de controle traz os dados medidos para o computador para avaliação.

29 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS toque força 2 tipos de sensores táteis de toque e de força. presença ou ausência de um objeto Sensores de toque usados geralmente para detectar a presença ou ausência de um objeto sem levar em conta a força de contato. medem forças Sensores de força medem forças localizadas. célula de carga Exemplo 1 robô com célula de carga especial montada entre o efetuador e o pulso. torque Exemplo 2 medir o torque exercido em cada junta, e isto pode ser feito medindo-se a corrente em cada um dos motores em cada junta.

30 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Sensores de Proximidade Usados para: Detectar propriedades da superfície de um objeto sem tocá-lo. Detectar colisões. Estratégia típica detectar a presença ou ausência de uma superfície. Tipos de sensores de proximidade: Faixa ótica fotodiodos Faixa ótica projetam um feixe de luz plana sobre as superfícies do objeto, e a intensidade da luz que passa pelo objeto é medida por detectores, que podem ser por exemplo fotodiodos; Triangulação Triangulação projetam luz num certo ângulo com o objeto então, usando o triângulo criado pela projeção da luz, o objeto e os detetores, detecta a distância do objeto.

31 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Dispositivo ótico de identificação por faixa de luz plana

32 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Princípio de triangulação usado na identificação de uma peça

33 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Faixa Ultrasônica Transdutor ultra-sônico também usado para determinar a distância de um objeto. pulso de som de alta freqüência eco Emite um pulso de som de alta freqüência e então ouve-se o eco velocidade do som é conhecida, o tempo entre a emissão e a audição pode ser medido para fornecer a distância.

34 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS Infravermelho dedos da garra Pode ser usado para medir a presença ou ausência de um objeto entre os dedos da garra (ver figura). Objeto localizado entre os sensores luz infravermelha emitida pelo transmissor será refletida para os receptores do arranjo dos transmissores. Se a superfície do objeto for paralela ao arranjo transmissor ambos os receptores detectarão uma quantidade igual de luz refletida. Se o objeto desvia do alinhamento paralelo sinais da superfície de diferente intensidade serão recebidos torna-se possível para o robô reposicionar sua mão para acomodar essa inclinação. Sensor infravermelho também usado para determinar a proximidade de um objeto, avaliando-se a intensidade de dois sinais refletidos.

35 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PRINCIPAIS COMPONENTES DE ROBÔS (a) Arranjo para o sensor infravermelho; (b) Detecção da presença de um objeto com um sensor infravermelho

36 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira EFETUADOR (END EFFECTOR) conexão com a peça Parte do robô que faz a conexão com a peça. 2 tipos de efetuadores: os que seguram objetos (garras); os que têm ferramentas especiais acopladas ao pulso do robô Garras: efetuam carregamento e descarregamento de máquinas, pegam objetos de um lugar e move-os para outro, coloca-os em pallets. Ferramentas: soldagem, pintura, usinagem, etc.

37 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira EFETUADOR (END EFFECTOR) Diferentes Tipos de Sistemas de Efetuadores ímãscopos de sucçãoadesivosganchos Efetuadores podem ser dispositivos puramente de sujeição mecânica ou que seguram objetos ligando-os a ímãs, copos de sucção, adesivos, ganchos, etc. Efetuador normalmente possui um mecanismo de atuação que não é considerado parte do robô, pois ele não altera a posição do sistema robótico. dedos Garras normalmente operam através de dedos que abrem e fecham dedos podem ser substituídos por dedos novos ou diferentes, introduzindo-se flexibilidade quanto mais dedos, torna-se mais difícil o controle dos dedos e normalmente mais hábeis serão as garras.

38 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira EFETUADOR (END EFFECTOR) Uma garra com dois dedos

39 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira EFETUADOR (END EFFECTOR) Atuadores na Garra força Mecanismo da garra efetua alguma forma de força na ação de segurar a peça pelos dedos. hidráulicopneumático elétrico Acionamento da garra pode ser hidráulico, pneumático ou elétrico escolha de um método depende dos atributos do sistema robótico. Se o robô pode transmitir pressão de ar atuador pneumático poderá ser ideal. Realimentação Realimentação por meio de sensores normalmente necessária para indicar o valor da força sendo aplicada ao objeto segurado pela garra.

40 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira EFETUADOR (END EFFECTOR) abrir fechar Acionamento pneumático limita-se a operações de abrir e fechar. abertura fechamento Acionamento hidráulico menos freqüente devido aos seus inerentes vazamentos entretanto pode atingir forças também limitado a abertura e fechamento da garra. controle realimentado Acionamento elétrico permite a garra operar muitos dedos sob forças controladas e exercer controle realimentado útil na manipulação de objetos não rígidos que requerem uma manipulação cuidadosa.

41 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira EFETUADOR (END EFFECTOR) Projetos de Garras Muitas abordagens para o projeto de garras. Normalmente projetos baseiam-se na estrutura cinemática pretendida para o dispositivo. engrenagem-cremalheira haste-pivô Exemplos: engrenagem-cremalheira e haste-pivô. Geralmente cada abordagem efetua a atuação de sujeição através de movimento pivotal ou prismático. F a representa a força aplicada que é transformada em força de sujeição F g aplicada nos dedos.

42 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira EFETUADOR (END EFFECTOR) Garra com atuação do tipo engrenagem-cremalheira

43 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira EFETUADOR (END EFFECTOR) Algumas garras com mecanismos possíveis

44 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS seqüência dos movimentos atividades do robô conjunto de tarefas Programação de robôs descrever a seqüência dos movimentos e atividades do robô de forma a efetuar um conjunto de tarefas. Atividades incluem: interpretação de dados de sensores, envio e recebimento de sinais e dados de outros dispositivos, atuação das juntas e garra. Ensino das trajetórias e atividades: lead-through técnicas de lead-through (ou ensinar mostrando); linguagens técnicas baseadas em linguagens.

45 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS acionadosnão-acionados Métodos lead-through efetuados em modos acionados ou não-acionados. não-acionado Modo não-acionado robô é movido manualmente até a posição desejada, acionado teach pendant Método acionado permite que o robô seja guiado até o seu destino usando-se um teach pendant para controlar os vários atuadores das juntas.

46 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS Teach pendant típico

47 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS Técnicas baseadas em linguagem linguagembaixo ou alto nível Programas de robôs normalmente especificados em algum tipo de linguagem, que pode ser de baixo ou alto nível. Necessária experiência em programação de computadores habilidade que trabalhadores no chão de fábrica geralmente não possuem. MOVE garra TO POSITION (x, y, z) Programador deve fornecer comandos no nível do robô, isto é, ele tem que especificar movimentos particulares do robô p.ex. MOVE garra TO POSITION (x, y, z). Isto pode ser feito através de: linguagens textuais especiais; técnicas gráficas usando um sistema de simulação gráfica.

48 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS linguagem textual interpretadorcompilador A linguagem textual traduzida por um sistema, que pode ser um interpretador ou um compilador. instruções de movimento Instruções devem ser especificadas como uma série de instruções de movimento que efetuarão a tarefa desejada. Sistema de tradução = interpretador programa pode ser decodificado instrução por instrução, e o controle do robô executá-lo-á passo a passo. Sistema de tradução = compilador código intermediário é gerado, o qual é executado por um programa interpretador.

49 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS Método com um compilador: mais poderoso, freqüentemente requer software e hardware mais poderosos método com um interpretador é mais popular. onlineoffline Pode-se programar robôs online ou offline. Programação offline especifica-se as trajetórias e as chamadas aos sensores que devem ser feitas no modo textual. mais de 100 linguagens de programação de robôs VAL IIPascalBasic Existem atualmente mais de 100 linguagens de programação de robôs, tanto quanto há variedades de robôs. Algumas das linguagens incluem VAL II, ou Pascal ou Basic estendido.

50 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS Programação de robôs usando a linguagem VAL II (robôs PUMA): Definição de posições: Por exemplo: HERE P1 HERE P1 : variável P1 localização atual do robô. WHERE WHERE : requisita sistema robótico a mostrar a localização atual do robô. TEACH TEACH : levar o robô através da trajetória e registra uma série de posições usando o teach pendant. POINT PX = P1 POINT PX = P1 : valor de PX (variável de localização) = P1. Exemplo de valores que poderão estar na variável P1: posições das juntas para um robô com 6 juntas (3 para o corpo e o braço, e 3 para o pulso).

51 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS Edição e controle de programas: EDIT PICKUP1...E EDIT Comando EDIT abre um programa chamado PICKUP1; E EXIT programaçãomonitoração Comando E (significa EXIT) possibilita a mudança do modo de programação para o modo de monitoração.

52 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS SPEED Velocidade do robô normalmente uma porcentagem de uma certa velocidade comando SPEED. Por exemplo: SPEED 70 velocidade do manipulador em 70 unidades numa escala que pode variar de 0,39 (muito lento) até 1,28 (muito rápido), com 1,00 como sendo uma velocidade normal. SPEED 50 IPS Velocidade real usada nos programas = velocidade especificada no modo de monitoração (tal como os 70 acima) * velocidade especificada dentro do texto do programa (comando SPEED 50 IPS): neste caso: velocidade real = (0,7 x 50 = 35) 35 unidades para a velocidade normal.

53 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS Execução de um programa: EXECUTE PICKUP1 Execução em várias iterações: EXECUTE PICKUP1, n EXECUTE PICKUP1, n n = número de iterações. STORE, COPY, LOAD, RENAME, DELETE Outros comandos no modo de monitoração STORE, COPY, LOAD, RENAME, DELETE, etc.

54 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS Comandos de movimento: MOVE PX1 MOVE PX1 robô move-se através da interpolação das juntas até o ponto PX1. MOVES PX1 MOVES PX1 robô move-se ao longo de uma linha reta desde a sua posição atual até o ponto PX1. APPRO PX1 70 MOVE PX1 DEPART 70 PX1 efetuador deve mover-se da posição e orientação especificada por PX1, porém a uma distância de 70mm do ponto ao longo do eixo z da ferramenta. DEPART Comando DEPART retorna a ferramenta à sua posição original movendo-a a uma distância de 70mm do novo ponto PX1 ao longo do eixo z.

55 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS DRIVEALIGN Outros comandos de movimento: DRIVE e ALIGN. DRIVE DRIVE pode ser usado para mudar uma única junta de sua localização atual para outra. P.ex. para uma junta rotacional: DRIVE 5, 55, 60 DRIVE 5, 55, 60 ângulo da junta 5 deve ser alterado acionando-se a junta de 55º na direção positiva numa velocidade de 60% da velocidade do modo de monitoração.

56 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS Controle da mão: OPEN CLOSE 60 OPEN OPEN garra do robô abre até 60mm, CLOSE CLOSE garra do robô fecha em 60mm, GRASP GRASP garra do robô fecha imediatamente. GRASP 10.5, 100 GRASP 10.5, 100 garra fecha imediatamente & verifica se a abertura final é menor do que 10,5 depois de fechar, o programa deveria ir para a linha 100 no programa.

57 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS Comandos de configuração de controle e intertravamento: configuração Comandos de configuração asseguram que o manipulador é configurado no espaço para efetuar a sua tarefa como o braço, ombro, cotovelo ou pulso humanos. RIGHTYLEFTY Comandos RIGHTY ou LEFTY cotovelo aponta para a direita ou esquerda (em relação ao braço superior) respectivamente. ABOVE, BELOW Outros comandos semelhantes incluem ABOVE, BELOW, etc.

58 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS intertravamento sinais de entrada e saída Comandos de intertravamento usados para comunicar sobre sinais de entrada e saída. RESET Comando RESET desliga todos os sinais externos de saída; usado tipicamente para inicialização. SIGNAL Comando SIGNAL liga ou desliga sinais de saída. P.ex.: SIGNAL 10, ON SIGNAL 10, ON liga o sinal na porta de saída 10, talvez para iniciar um ciclo automático de usinagem. SIGNAL 10, 6.0 SIGNAL 10, 6.0 enviar um sinal de tensão de 6,0V ao dispositivo conectado à porta de saída 10. WAIT 20, ON ON WAIT 20, ON executa programa e pára até que um sinal de entrada advindo do controlador do robô na porta 20 esteja na condição ON pode corresponder ao término de um ciclo de máquina automática numa aplicação de carregamento e descarregamento. REACT VAR2, SUBR5 VAR2 SUBR5 SAFESTOP REACT VAR2, SUBR5 monitoração contínua do sinal binário externo especificado com variável VAR2 quando o sinal esperado ocorre, dependendo do sinal, o controle é transferido para a subrotina SUBR5 (tal subrotina poderia corresponder a uma parada do robô - comando SAFESTOP).

59 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS INPUT/OUTPUT, IF... THEN... ELSE... END; WHILE... DO; DO... UNTIL Outros comandos na linguagem VALII INPUT/OUTPUT, IF... THEN... ELSE... END; WHILE... DO; DO... UNTIL; etc.

60 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS Técnicas baseadas em gráficos e simulação Sistema de programação gráfica modelos de objetos reais e o próprio robô no modelo do mundo para ilustrar o processo de programação e execução. Sensores controladores Sensores e controladores devem também ser modelados com suas características para descrever os processos. tempos de execução Possível predizer os tempos de execução para tarefas programadas. wireframe linhas escondidas Modelos wireframe, com linhas escondidas

61 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS Simulador gráfico wireframe de um robô

62 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira APLICAÇÕES DE ROBÔS Manuseio de materiais e Carregamento de máquina pegar-colocar Tipo mais básico operações pegar-colocar. Carregamentodescarregamento Carregamento e descarregamento de máquinas. Localização é fixa X em movimento numa esteira empilhá-las padrão Operações de paletização robô deve pegar peças e empilhá-las sobre a pallet num certo padrão. Operações enfadonhas.

63 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira APLICAÇÕES DE ROBÔS Carregamento e descarregamento de máquina usinagem, injeção de plásticos, fundição sob pressão, forjamento, estampagem, etc. repetitivas, sujas, desagradáveis ou perigosas Tarefas repetitivas, sujas, desagradáveis ou perigosas.

64 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira APLICAÇÕES DE ROBÔS Operações de Processamento O próprio robô efetua o trabalho sobre a peça. Efetuador não é convencional uma ferramenta que executa a tarefa. Soldagem por resistência Equipamento de soldagem pode ser volumoso e pesado (algumas vezes acima de 45kg). Difícil de manipular. Tocha é montada como uma garra ao pulso do robô, e o mesmo é programado para desempenhar uma seqüência de soldas no produto.

65 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira APLICAÇÕES DE ROBÔS Soldagem a arco Correntes variam entre 100A e 300A, e tensões de 10V a 30V. perigoso Processo perigoso para o trabalhador humano arco da solda normalmente produz radiação ultravioleta danoso para o olho humano uso de uma máscara escura, que filtra a radiação ambiente de trabalho escuro, até que ele efetue o processo de soldagem. Robô adequado para esta operação. Problemas: áreas de difícil acesso, variações dimensionais e nas formas das peças a serem soldadas robô normalmente não tem como compensar tais variações.

66 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira APLICAÇÕES DE ROBÔS Célula de soldagem a arco com robô

67 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira APLICAÇÕES DE ROBÔS Pintura spray imersão spray 2 tipos de abordagem de pintura: imersão ou spray. Imersão tanque com tinta Imersão mergulho da peça pelo robô num tanque com tinta então peça é removida e um tempo é dado para que a pintura em excesso respingue de volta para o tanque. Outro método de imersão robô segura peça sob um tanque, e tinta é deixada cair sobre a peça. Estes métodos são ineficientes no caso de elevado acabamento & tinta é desperdiçada.

68 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira APLICAÇÕES DE ROBÔS Spray Spray uso de pistolas spray pelo robô para aplicar a tinta ou outra cobertura à peça. Tipos: spray de ar, spray eletrostático. Spray de ar combina ar e a tinta para atomizar o spray num feixe de alta velocidade com o auxílio de um bocal para direcionar o feixe à peça. Spray sem ar usa tinta que flui sob alta pressão através do bocal queda brusca de pressão causa o líquido a subdividir-se em pequenas gotas. Spray eletrostático usa a técnica com ar ou sem ar, exceto que a peça é eletricamente aterrada enquanto as gotas de spray são carregadas negativamente, causando a tinta a aderir melhor à peça. saúde humana Pintura perigosa para a saúde humana. Vapores, o ruído do bocal, perigos de incêndio e potencial câncer são alguns dos perigos deste tipo de tarefa para o operador. Robôs são adequados para pintura (controle contínuo da trajetória & acionamento hidráulico)

69 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira APLICAÇÕES DE ROBÔS furação, retificação, polimento, rebarbação, rebitagem, corte com jato dágua, corte a laser Outros processos onde robôs têm sido usados furação, retificação, polimento, rebarbação, rebitagem, corte com jato dágua, corte a laser, etc.

70 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira APLICAÇÕES DE ROBÔS parafusosmontagem prensada (p ress fits ) montagem por encaixe ( snap-fits )adesivocostura. Montagem parafusos, montagem prensada (p ress fits ), montagem por encaixe ( snap-fits ), adesivo, costura. Uma garra com três dedos usada na montagem de peças

71 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira LAYOUT DE CÉLULAS COM ROBÔS 3 tipos de layout com robôs: célula com robô no centro; célula com robôs em linha; e célula com robô móvel.

72 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira LAYOUT DE CÉLULAS COM ROBÔS célula com robôs em linha

73 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira LAYOUT DE CÉLULAS COM ROBÔS célula com robô móvel

74 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Cyclops

75 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Mobot

76 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Mobie I

77 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Arm

78 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações MadCar

79 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações La Garra

80 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Quaky Ant

81 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Quaky Ant

82 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Tiny Ant

83 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Sunny Ant

84 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Bender (B21)

85 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações MadFork

86 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações SatAnt

87 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações P2-DXe

88 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações PeopleBot

89 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações AmigoBot

90 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações OWI Moon Walker II – US$ 39.95

91 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Marella

92 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Palm Pilot Robô

93 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Um Robô Móvel Miniatura

94 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Nomad XR-4000

95 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Hexapod

96 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Soldagem

97 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Workspace Software

98 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Workspace Software

99 Capítulo 5 – Robôs Industriais Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira Exemplos de Robôs e Aplicações Make Robot


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