Robótica – Professora Luiza Zamarian Baise

Atuadores Robótica – Professora Luiza Zamarian Baise

Atuadores Os atuadores são usados em automação para entregar ao sistema a excitação necessária para seu funcionamento, na forma do tipo de energia adequado. Se o funcionamento do sistema estiver baseado em algum movimento de uma de suas partes, serão necessários atuadores para fornecer energia mecânica para o movimento. Se o sistema for térmico, será necessário um atuador que forneça energia térmica para atingir uma dada temperatura desejada. O atuador (end effector) é todo um sistema montado na extremidade do vínculo mais distante da base do robô, cuja tarefa é agarrar objetos, ferramentas e\ou transferi-las de um lugar para outro. São exemplos de atuadores a pistola de solda, garras e pulverizadores de tintas. A operação do atuador é o objetivo final na operação de um robô, assim todos os demais sistemas (unidades drives, controles etc.) são projetados para habilitar sua operação.

CLASSIFICAÇÃO DOS ROBÔS PELA FORMA DE ACIONAMENTO DOS SEUS ATUADORES. Hidráulicos; Pneumáticos; Elétricos.

Atuadores Hidráulicos Os atuadores hidráulicos se caracterizam por terem como fonte de energia um líquido que se desloca por um conduto com uma pressão adequada (utiliza como fonte de energia a pressão da água ou óleo). Este líquido é geralmente “óleo” ou “água”. A menor compressibilidade em relação ao ar o torna mais adequado aos movimentos lentos e de maior precisão.

Os atuadores hidráulicos são os mais antigos pois foram os primeiros a serem usados.

Atuadores Hidráulicos VANTAGEM Momento alto e constante sob uma grande faixa de variação de velocidade. Precisão de operação (menor que o elétrico e maior que o pneumático). O óleo não é compressível e não há variação de seu volume quando se varia a pressão. Pode manter um alto momento para um longo período de tempo, quando parado. Geralmente associado a robôs de maior porte Possuem maior força (torque) e velocidade Maior precisão Acionam juntas: rotacionais: acionadores de pás rotatórias lineares: cilindros hidráulicos

Atuadores Hidráulicos DESVANTAGEM Requer uma fonte de energia cara. Requer uma manutenção cara e intensa. Requer válvulas de precisão caras. Está sujeito a vazamento de óleo. Requerem instalações especiais Requerem grandes espaços úteis Mais caros Sujeitos a vazamentos RESUMINDO, O DRIVER HIDRÁULICO TRABALHA MELHOR EM SITUAÇÕES ENVOLVENDO: Transferência de cargas pesadas ; De média para alta precisão na localização e velocidade;

Atuadores Pneumáticos O atuador pneumático tem como fonte de energia um gás pressurizado, geralmente ar comprimido (utiliza como fonte de energia a pressão do ar). Os atuadores pneumáticos funcionam com energia pneumática (ar comprimido) e executam movimentos lineares, rotativos e semi-rotativos ou angulares.

Atuadores Pneumáticos Os atuadores pneumáticos são normalmente empregado em sistemas onde se requer altas velocidades nos movimentos, com pouco controlo sobre o posicionamento final, em aplicações onde o momento exigido é relativamente baixo. Dado que o ar é um fluído altamente compressível, um controle preciso tanto da velocidade como da posição é muito difícil. Este tipo de atuador é bastante resistente aos danos provocados por uma sobrecarga.

As três variáveis básicas para o controlo desses movimentos são o sentido do movimento, a velocidade e a força.

Atuadores Pneumáticos Seu funcionamento. Em processos contínuos, a válvula de controlo é um atuador capaz de regular o caudal de um fluido (líquido, gás ou vapor) que escoa através de uma tubulação, por meio do posicionamento relativo de um obturador que obstrui a área livre de passagem do fluido. Nestas válvulas a atuação é feita, na maioria das vezes, por dispositivos pneumáticos, por isto são chamadas também de válvulas de controlo pneumático.

Atuadores Pneumáticos VANTAGEM Podem operar em velocidades extremamente altas. Custo relativamente pequeno. Fácil manutenção. Podem manter um momento constante em uma grande faixa de velocidade. Pode manter alto o momento por longos períodos de tempo sem danos, quando parado Geralmente associado a robôs de pequeno porte com 2 a 4 juntas Utilizado em operações simples do tipo “pick-and-place” (pega-e-põe) c/ ciclos rápidos. Menor precisão devido à compressibilidade do ar. Em geral não requerem instalações especiais. Não requerem grandes espaços úteis Acionam juntas: rotativas: acionadores de pás rotatórias lineares: cilindros pneumáticos

Atuadores Pneumáticos DESVANTAGEM Não possui alta precisão. Esta sujeito a vibrações quando o motor ou cilindro pneumático é parado. RESUMINDO, O DRIVER PNEUMÁTICO É PREFERÍVEL EM APLICAÇÕES ENVOLVENDO: Baixa precisão; Necessidade de baixo custo; Altas velocidades; Transferências de pequenas e médias cargas.

Atuadores Elétricos Usam energia elétrica. São os atuadores mais comuns e utilizados em robótica móvel. Apresentam ótimas características de controle, precisão e confiabilidade. Os motores para uso em robótica são agrupados em 3 categorias: Motores de corrente alternada (AC). Motores de corrente contínua (DC). Motores de passo.

Regap adquire 400 atuadores da Rotork Por Cassiano Viana Fonte: Redação Data: 06/02/2009 12:02 A Refinaria Gabriel Passos (Regap) em Betim (MG) terá o seu parque de tanques totalmente automatizado. O processo ficará sob o encargo da Fluxo Soluções Integradas, que assinou uma autorização de fornecimento de materiais (AFM) em conjunto com a Regap de 400 atuadores elétricos da Rotork. A entrega do material será realizada no período entre julho de 2008 e julho de 2010, à medida que os atuadores forem solicitados pela refinaria.  Os 400 atuadores elétricos são todos do modelo IQ com protocolo Profibus. A Regap já possui outros atuadores da Rotork em suas instalações, porém em menores quantidades, espalhados pela refinaria.

Atuadores elétricos Rotativos são equipamentos eletromecânicos que substituem com alta confiabilidade a operação manual de válvulas em: Locais de difícil acesso ou periculosidade elevada para o operador; Casos que demandam conjugado de atuação elevado; Condições onde for requerido posicionamento rápido, especialmente em válvulas cujo número total de voltas seja grande; Regime de trabalho com alta-frequência de manobras; Controlo automático de processos onde as válvulas operam em duas posições extremas ou com reposicionamentos intermediários (modulação).

Um motor elétrico simples consiste de uma bobina que gira entre dois ímãs permanentes. (a) Os pólos magnéticos da bobina (representados como ímã) são atraídos pelos pólos opostos dos ímãs fixos. (b) A bobina gira para levar esses pólos magnéticos o mais perto possível um do outro mas, (c) ao chegar nessa posição o sentido da corrente é invertido e (d) agora os pólos que se defrontam se repelem, continuando a impulsionar o rotor.

Motores Elétricos Motores AC: Motor de Corrente Alternada - O motor AC é um dispositivo destinado à conversão de energia elétrica em energia mecânica. - Devido o seu funcionamento não ser tão complexo, ele é utilizado em uma grande gama de aplicações na indústria e em residências; tem-se, por exemplo, o liquidificador, secadores, serras e lixadeiras que são aparelhos que utiliza motor AC, geralmente ele é utilizado como motor de baixa potência. - A grande vantagem do motor AC é poder ser ligado diretamente à rede elétrica residencial, pois ele utiliza apenas o efeito da corrente alternada para funcionar. Motores DC: são motores que utilizam uma fonte de tensão contínua.

Motores Elétricos Motores de passo: o controle destes motores é feito através de um trem de pulsos que atuam rotativamente sobre uma série de eletroímãs dispostos sobre o estator. Um motor de passo é um tipo de motor elétrico que é usado quando algo tem que ser posicionado muito precisamente ou girado em um ângulo exato. Em um motor de passo, um ímã permanente é controlado por uma série de campos eletromagnéticos que são ativados e desativados eletronicamente. Muitos dispositivos computadorizados (drives, CDRom etc.) usam motores especiais que controlam os ângulos de giro de seus rotores.

Atuadores Elétricos VANTAGEM Eficiência calculada, controle preciso. Envolve uma estrutura simples e fácil manutenção. Não requer uma fonte de energia cara. Custo relativamente pequeno. Melhor precisão e repetibilidade Não requerem grandes espaços úteis Utilizam servomotores de corrente contínua, de corrente alternada ou motores de passo Acionam juntas: rotativas: com ou sem mecanismos de eixos e engrenagens lineares: através de mecanismos translacionais

Atuadores Elétricos DESVANTAGEM Não pode manter um momento constante nas mudanças de velocidade de rotação. Sujeitos a danos para cargas pesadas suficientes para parar o motor. Baixa razão de potência de saída do motor e seu peso, necessitando um motor grande no braço. Menor velocidade e potência do que o hidráulico RESUMINDO, O DRIVER ELÉTRICO É MELHOR EM APLICAÇÕES ENVOLVENDO : Alta precisão de posição; Transferência de carga de tamanho pequeno e médio; Pequenas ambientes para sistemas de compressores de óleo e ar;

Atuadores Como já tem sido mencionado nos capítulos anteriores, os robôs vem sendo aplicados na indústria em uma crescente variedade de funções, as quais se mostram perigosas, entediantes e fisicamente difíceis demais para serem realizadas por seres humanos O atuador é de extrema importância na execução de uma tarefa, portanto é necessário que o mesmo seja adequadamente projetado e adaptado as condições do seu meio e área de trabalho. Existem dois tipos de atuadores: Garras e Ferramentas.

Garra de dois dedos: É o tipo mais comum e com grande variedade. São diferenciados um do outro pelo tamanho e/ou movimento dos dedos, como o movimento paralelo ou de rotação mostrado na figura. A principal desvantagem desta garra é a limitação da abertura dos seus dedos, restringindo, assim a sua operação em objetos cujo tamanho não exceda esta abertura máxima.

Garra de três dedos: São similares aos de dois dedos, porém permitem uma segurar objetos de forma circular, triangular e irregular com maior firmeza. Os dedos são articulados e formado por diversos vínculos.

Garra para objetos cilíndricos: Consiste de dois dedos com vários semicírculos chanfrados, que permitem a garra segurar objetos cilíndricos de vários diâmetros diferentes. As principais desvantagens são: O seu peso que deve ser sustentado pelo robô durante a operação; A limitação de movimentos causada pelo comprimento da garra.

Garra para objetos frágeis: São garras próprias para exercer um certo grau de força durante a operação de segurar algum corpo, sem causar algum tipo de dano ao mesmo. Ele é formado por dois dedos flexíveis, que se curvam para dentro, de forma a agarrar um objeto frágil; seu controle é feito por um compressor de ar.

Garra articulada: São projetados para agarrar objetos de diferentes tamanhos e formas. Os vínculos são movimentados por pares de cabos, onde um cabo flexiona a articulação e o outro a estende. Sua destreza em segurar objetos de formas irregulares e tamanhos diferentes se deve ao grande número de vínculo.

Garras a vácuo e eletromagnéticas: Garras eletromagnéticas são utilizados para segurar objetos que podem ser magnetizados (aço e níquel) através de um campo magnético. Estes objetos devem possuir um lugar específico na qual a garra passa atuar. Ambos os tipos de garras descritos acima são muito eficientes, uma vez que eles podem segurar objetos de vários tamanhos e não necessitam de grande precisão no posicionamento da garra. Garras a vácuo são projetados para prender uma superfície lisa durante a ação do vácuo. Estas garras possuem ventosas de sucção conectadas a bomba de ar comprimido, que prendem superfícies como chapas metálicas e caixas de papelão.

Garras a vácuo e eletromagnéticas: