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Curso Automação IndustrialAula 1 – Introdução a Robótica

Prof. Giuliano Gozzi

Disciplina: CNC - Robótica


Cronograma Introdução a Robótica

Estrutura e Características Gerais dos Robôs

Robôs e seus Periféricos

Aplicações de Robôs (seminário em grupo)

Programação de Robôs

Laboratório Introdução ao Comando numérico (CN)

Prova (P1) Características Gerais de CNC

CAD/CAM e Funções de Programação

Funções de Programação (continuação)

Programação de CNC

Laboratório Célula de Manufatura

Prova (P2)


Aula 1 – Introdução a Robótica

Conceitos básicos

Histórico

Classificação dos robôs

Vantagens da utilização


Definição de Robôs

A palavra “robot” foi introduzida pelo escritor tcheco Karel Capek

no seu drama satírico R.U.R.

(Rossum’s Universal Robots)

Deriva da palavra tcheca

“robota” que significa trabalho

Máquina automática que

executa funções atribuídas a

seres humanos



Robótica Industrial

Manipuladores multi-aplicação, multi-funcional e

reprogramável

Realização de tarefas repetitivas normalmente

atribuídas a humanos

Normalmente sem capacidade de mobilidade

Robótica Móvel Possui capacidade de mobilidade

Realiza as suas próprias decisões utilizando o

feedback que recebe do seu ambiente



Robótica: termo utilizado para indicar a disciplina associada ao

uso e programação de robôs.

Engenharia Robótica: refere-se à construção de robôs e

dispositivos robóticos.

Nem todos os sistemas automáticos são robôs; os sistemas automáticos de funções fixas, como alguns brinquedos com

mobilidade ou mesmo uma máquina de Comando Numérico não

são consideradas robôs.

Para ser uma robô o dispositivo deverá tem uma capacidade de programação e, mais ainda, de alguma adaptação ao problema prático. Claramente, um robô pressupõe um sistema que

interage fisicamente pelo movimento de certos componentes mecânicos.


Histórico

1921 – ROBOTA: palavra Tcheca que significa “trabalhador forçado”, usada por Karel Capek numa peça teatral satírica, intitulado R.U.R. (Rossum´s Universal Robots).

1926 – Elektro e Sparko no filme alemão Metrópolis.

1940 - Oak Ridge e Argonne National Labs manipuladores

mecânicos remotos para materiais radioativos.

1942 – ROBÓTICA: palavra inventada por Isaac Asimov, para denominar a ciência que lida com robôs.

1950 – Handyman (General Electric) e Minotaur I (General Mills) com atuação elétrica e pneumática.

1954 – George C. Devol: manipulador cuja operação podia ser programada (“programmed articulated transfer device”).


Histórico

1959 – George C. Devol e Joseph F. Engelberger: introdução do primeiro robô industrial, Unimate da Unimation Inc.

1962 – H. A. Ernst: MH 1 mão mecânica com sensores táteis, controlada por computador.

1968 – Shakey: robô móvel desenvolvido no SRI (Stanford

Research Institute).

1973 – WAVE: primeira linguagem de programação para robôs (SRI).

1978 – PUMA (Programmable Universal machine for Assembly).

1987 – Subsumption Architectures – Rodney Brooks (MIT).

2001 – Robô humanóide da Honda: capacidade de locomoção, visão, olfato, tato e voz.


Leis da Robótica (Isaac Asimov, 1940)

1ª Lei: Um robô não pode ferir um humano

ou por negligência das suas ações, permitir que um ser humano venha a ser ferido.2ª Lei: Um robô deve obedecer às ordens

dadas por humanos, exceto quando essas

ordens estiverem em conflito com a primeira

lei.

3ª Lei: Um robô deve proteger a sua própriaexistência, exceto quando contrariar aprimeira ou a segunda leis.


Quando Utilizamos os Robôs?

Os primeiros robôs industriais começaram a ser comercializados e utilizados com o objetivo de se substituir o ser humano em tarefas em

que ele, o ser humano, não poderia realizar, por causa de suas

próprias limitações físicas, ou por envolverem condições desagradáveis ou extremas, tipicamente contendo:

Calor excessivo,

Ruído elevado e constante,

Gases tóxicos e ou poeira,Risco de contaminação química ou radioativa,

Esforço físico extremo e continuado,

Processos sem interrupção, longos e contínuos,

Tarefas que exigem vários movimentos simultâneos,Operações que requerem grande precisão na sua execução,Necessidade de uniformidade na produção,

Trabalhos monótonos, repetitivos, “chatos”,

Risco de morte.


Limitações de Custo

O maior fator que impede a adoção em massa de robôs nas indústrias é seu alto custo. O tempo que se leva para se recuperar o investimento em um robô, depende dos custos de compra, instalação e manutenção, além do treinamento e

qualificação de funcionário e operários. Este tempo não é fixo, depende da fábrica ou indústria onde o robô será instalado e de sua aplicação. Devemos considerar as seguintes condições:

Número de empregados substituídos pelo robô,

Número de turnos por dia,

Produtividade comparada a seu custo,

Custo de projeto e manutenção,

Custo dos equipamentos periféricos,Enfim: a sua relação custo / benefício.


Robô X Humano

O Robô O ser humano Não se cansa capacidade de aprendizado Não necessita de salário Aprende com a experiência

Não tira férias e nem licença maternidade Tem capacidade de criarPode manter uma qualidade uniforme na produção Pode realizar movimentos complexosNão necessita de condições ambientais especiais Possui uma memória superior a dos robôsNão corre o risco de morrer Realiza simultaneamente diversas tarefasPossui precisão em seus movimentos Seus sensores ainda não foram superados

Toma decisões frente a situações inesperadas



Gerações (cronologicamente)

Robôs executores – repetem uma seqüência de instruções pré-gravada como a pintura ou soldagem.

Robôs controlados por sensores – possuem malhas

fechadas de realimentação sensorial. Tomam decisões

com base nos sensores.

Robôs controlados por visão – a malha fechada de

controle inclui um sistema de visão (imagem que é

processada).

Robôs com controle adaptativo – o robô pode reprogramar as suas ações com base nos seus sensores.Robôs com inteligência artificial – usa técnicas de

inteligência artificial para tomar as suas decisões e até resolver problemas.



Nível de inteligência do controlador (pela JIRA –

Japan Industrial Robot Association)

Dispositivos manuais – operados por pessoas.

Robôs de seqüências fixas.

Robôs de seqüências variáveis – onde o operador pode

mudar a seqüência com facilidade.

Robôs executores – onde o operador humano guia o robô

a executar uma tarefa fixa.

Robôs controlados numericamente – o operador fornece o

programa do movimento, em vez de o ensinar

manualmente

Robôs inteligentes – percebem e interagem com

alterações no ambiente.



Nível de controle dos programas no

controlador Inteligência artificial – instruções de alto nível que

serão decompostas pelo sistema em funções de

mais baixo nível.

Modo de controle – os movimentos do sistema

são modelizados incluindo as interações

dinâmicas entre os diferentes mecanismos.

Servo-sistema – os atuadores controlam os

parâmetros do dispositivo usando os dados

sensoriais nas malhas de controle.



Linguagem de programação

Sistema guiados – o operador indica os

movimentos que o robô deve fazer.

Programação ao nível do robô – o utilizador escreve um programa a especificar as seqüências

de movimentos que o robô terá que executar.

Programação ao nível de tarefa – o programador

especifica apenas as ações a tomar sobre os

objetos que o robô manipulará.


Robótica Fixa Versus Robótica Móvel

As três categorias principais dos robôs são:

Os manipuladores – Robôs industriais

Os veículos auto-guiados (AGV)

Os robôs móveis

As principais diferenças entre estas categorias

incidem nos seguintes pontos:

Conhecimento continuo da posição (verdade nos braços),

Aplicações distintas (manipulação e transporte),

Necessidade de percepção do ambiente (crucial nos

móveis),

Tipo de programação usada (normalmente mais exigentenos robôs móveis).


Robô Autônomo Sojourner

Robô autônomo Sojourner, foi enviado a Marte pela NASA (Agência Aeroespacial dos

Estados Unidos)

para a pesquisa e

exploração do planeta vermelho (1997).


Robô Submarino Scorpio 45

Este robô é equipado com câmeras de vídeo, e um braço

mecânico, foi utilizado em agosto de 2005 em uma operação conjunta de resgate, composta por especialistas da Rússia, Inglaterra e estados Unidos


Definição de Robô Manipulador

Instituto Americano de Robótica

Um robô é um manipulador reprogramável, multi-funcional, projetado para mover materiais, peças, ferramentas ou

dispositivos especiais em movimentos variáveis

programados para a realização de uma variedade de

tarefas. Mikell Grover

Um robô industrial é uma máquina multi-aplicação e

programável possuindo certas características

antropomórficas.

Dicionário Webster

Um robô é um dispositivo automático que efetua a função

normalmente atribuída a homens ou a máquinas na forma

de um homem.


Robô Manipulador Típico

Punho

Junta

Ligação

Base


Componentes Básicos de um Robô

Industrial Manipulador

Estrutura Estrutura mecânica (Ligações, Juntas, base, etc.).

Atuadores Motores, cilindros pneumáticos, etc., que permitem o

movimento das juntas do robô.

Controle

Controla as juntas do robô e é a interface com o utilizador Ferramenta

A ferramenta tem por objetivo a manipulação de objetos e

é concebida de acordo com as necessidades de

manipulação Teach pendant

Console de controle manual e de programação do robô.

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