Elementos de Robótica - UFOP

1 Elementos de Rob ticaProf. Jos Alberto Naves Cocota J niorUFOP Escola de MinasEngenharia de Controle e Automa oEngenharia Mec nicaIntrodu oNesta disciplina ser o tratados o conceitos b sicos de Cinem tica, Din micae Controlede manipuladores rob conhecimento desses assuntos essencial para a compreens o e aplica o de outros t picos relacionados rob tica (locomo o, vis o, programa o, sensoriamento, manipula o, , CAD, CAM).Segundo Spong& VidyasagarSegundo Spong& Vidyasagar(1989), o primeiro curso na rea de rob tica deve come ar com estes tr s assuntos:-Cinem tica;-Din mica; o de Rob A origem da palavra: robota (checo) = trabalhoutilizada em 1921 por KarelCapek, escritor checo, na sua pe a (Rossum s Universal Robots) para denominar m quinas criadas para substituir humanos; Defini o do R. I. A. (RobotInstitute Defini o do R. I. A.)

2 (RobotInstituteof America): Um rob (industrial) um manipulador program vel, multi-funcional projetado para manipular material, partes, ferramentas, ou dispositivos espec ficos, atrav s de movimentos programados vari veis para executar uma variedade de tarefas .Vantagens do Uso Aumento de precis o e produtividade; Maior flexibilidade em compara o com m quinas especialistas; Melhores condi es para o trabalho humano, com o emprego dos rob s para a execu o de tarefas repetitivas e em ambientes perigosos;Ambientes perigosos: Nuclear; Nuclear; Metalurgia; Minera o; Altas tens es, ..Ambiente industrial: es m dicas: Terminator em um FEAO rigem dos Rob s (Concep o)CNCT eleoperadoresRob sPrincipais Aplica es Manipula o de materiais; Carga e descarga de materiais; Pintura; Soldagem; e Estrutura dos Rob sRob s manipuladores s o compostos por elosunidos por juntasem uma cadeia cinem tica aberta ou juntass o de rota o/ revolu o (R)ou prism tica/ de transla o (P).

3 Onde:z: o eixo de rota o, ou o eixo no qual a junta prism tica se desloca;l: representam os elos; e d: s o as vari veis das juntas de rota o e de transla o. Componentes e Estrutura dos Rob sBra oPunhoO n mero de juntas, em uma cadeia cinem tica aberta, determina os graus de liberdade(GDL/DOF) do manipulador. Tipicamente um manipulador possui 6 GDL: - 3 GDL para o posicionamento da ferramenta;- 3 GDL para a orienta o da ferramenta. 3 GDL para a orienta o3 GDL para o posicionamentoferramenta. O espa o de trabalho de um manipulador o volume total percorrido pelo efetuador ( rg o terminal ou ferramenta) dadas todas as possibilidades de execu o de movimento do rob . O espa o de trabalho limitado pela geometria do manipulador, bem como pelas restri es f sicas das juntas (limites mec nicos).Para um mesmo espa o de trabalho, os elos com juntas rotacionais ocupam um menor volume de instala oem rela o aos elos com juntas prism ticas (SCARA x Cartesiano).

4 PosicionamentoPrecis o e RepetibilidadePrecis o a medida (erro) de qu o pr ximo o manipulador pode alcan ar um determinado ponto no seu espa o de um termo estat stico que descreve a capacidade do manipulador repetir o posicionamento em um ponto :RepetibilidadeX XXX XX XErroM dioPosi oProgramadaA posi o programada n o alcan ada e o erro a repetibilidade alta e a precis o o e RepetibilidadeA precis opode ser afetada por:- erros de computa o;- imprecis es mec nicas de fabrica o dos rob s;- folgas de engrenagens;- efeitos de flexibilidade das pe as sob cargas gravitacionais e de in rcia (altas velocidades);..A repetibilidade influenciada principalmente pela resolu o do controlador A repetibilidade influenciada principalmente pela resolu o do controlador e/ou o dos Rob sOs rob s podem ser classificados por v rios crit rios: Geometria:- Articulado (RRR);- Esf rico (RRP);- SCARA (RRP);- Cil ndrico (RPP);- Cartesiano (PPP).

5 Mesma seq ncia de juntas, mas com diferente arranjo entre os elos Estrutura cinem tica:- Manipuladores s ries (elos em s rie)cadeia cinem tica aberta;- Manipuladores paralelos (elos em paralelo)cadeia cinem tica Cinem ticos mais ComunsManipuladores series abertosArticulado - Antropom rfico - Elbow(RRR)GeometriaEspa o de TrabalhoZ1 paralelo a Z2 e s o perpendiculares a Z0 Grande liberdade de movimentoExemplo: PUMA (Unimation);Cincinnati Milacron T3 (Cincinnati Milacron)Arranjos Cinem ticos mais ComunsManipuladores series abertosEsf rico (RRP)GeometriaEspa o de TrabalhoAs coordenadas esf ricas ( 1, 2, d3) definem a posi o do tr s eixos Z0, Z1 e Z2 s o mutuamente : Unimate 2000B (Unimation);StanfordArranjos Cinem ticos mais ComunsManipuladores series abertosSCARA (RRP)GeometriaEspa o de TrabalhoSelectiveCompliantArticulatedRob ot for AssemblyOs tr s eixos Z0, Z1 e Z2 s o paralelos e verticaisExemplo: AdeptOne (Adept Technologies)Arranjos Cinem ticos mais ComunsManipuladores series abertosCil ndrico (RPP)GeometriaEspa o de TrabalhoAs coordenadas cil ndricas ( 1, d2, d3) definem a posi o do efetuador em rela o : GMF M-100 (GMF Robotics)Verstran 600 (Prab)Arranjos Cinem ticos mais ComunsManipuladores series abertosCartesiano (PPP)GeometriaEspa o de TrabalhoAs coordenadas cartesianas(d1 [x], d2 [y], d3 [z]) definem a posi o do efetuador comrela o : RS-1 (IBM)Sigma (Olivetti)Cincinnati Milacron T3 886 Comparando Rob s Rob Cartesiano (PPP)Vantagens.

6 Realizam movimento lineares em 3D, o modelo cinem tico simples e atuadores pneum ticos de baixo custo podem ser : necessitam de grande espa o para operar e o seu espa o de trabalho relativamente pequeno (n o consegue atingir regi es sob objetos). Rob Cil ndrico (RPP)Vantagens : modelo cinem tico simples; f cil visualiza o; bom acesso em cavidades; pode utilizar potentes atuadores hidr : espa o de trabalho : espa o de trabalho restrito. Rob Esf rico (RRP)Vantagens : o espa o de trabalho relativamente grande, podendo-se at inclinar para pegar objetos do ch : modelo cinem tico complexo. Rob Articulado (RRR)Vantagens : emulam as caracter sticas do bra o humano, possuindo grande flexibilidade; alcan a um espa o de trabalho grande; comporta motores el tricos; pode alcan ar posi es sob : cinem tica complexa; controle dif cil de movimentos lineares; estrutura n o r gida quando estendido.

7 Fonte de energia (tipo de acionamento)As juntas rob ticas s o normalmente acionadas por atuadores:-El tricos: s o os mais utilizados (V: s o limpos e silenciosos);-Hidr ulicos: apresentam as caracter sticas de r pida resposta e de produzirem grandes for as (D: apresentam vazamentos, necessitam de equipamentos perif ricos como bombas e tanques que resultam em uma maior manuten o e gera o de ru dos);-Pneum ticos: s o simples e baratos, com aplica o limitada (D: n o podem ser empregados em opera es que necessitam de precis o).Outros M todos de Classifica o de Rob sser empregados em opera es que necessitam de precis o). rea de aplica o:-Rob s montadores: geralmente s o pequenos, acionados por atuadores el tricos e apresentam a configura o do manipulador antropom rfico, SCARA ou cartesiano;-Rob s n o montadores: s o utilizados em opera es de soldagem, pintura, deslocamento, explora o, manipula o, transporte e armazenamento de materiais.

8 M todo de controle:-Malha aberta: o m todo de controle mais antigo, cujos movimentos s o limitados por batentes mec nicos, que podem acionar interruptores para desligar/ligar atuadores em uma seq ncia fixa. -Malha fechada (MF): os rob s que empregam este m todo s o chamados de servo-rob s. Outros M todos de Classifica o de Rob s Rob s de repeti o com controle ponto a ponto: apresentam o m todo Rob s de repeti o com controle ponto a ponto: apresentam o m todo mais simples de controle em MF. Um conjunto de pontos discretos s o ensinados ao rob , por m n o h controle de trajet ria do efetuador entre dois pontos consecutivos. Aplica es limitadas. Rob s de repeti o com controle de trajet ria: a trajet ria do efetuador pode ser controlada. Por exemplo, pode ser ensinado ao rob que o efetuador deve seguir uma linha reta entre dois pontos ou um arco em uma opera o de soldagem (a trajet ria pode ser definida por uma fun o).

9 Pode-se , tamb m, controlar a velocidade/acelera o do Rob ticosPunho o conjunto de juntas entre o antebra o e a geral, as juntas dos punhos s o de rota Geometria GDL Pos. Orienta o Mov. do PunhoAdeptOneRRP-R4 RRPRRollCincinnati Milacron T3 735 RRR-RR5 RRRRRYaw, PitchPUMARRR-RRR6 RRRRRRYaw,Pitch, RollPUMARRR-RRR6 RRRRRRYaw,Pitch, RollS o os movimentos do punhoesf ricoOs punhosmais comuns s o os esf ricos, cujos eixos das juntas (RRR) interceptam-se em um mesmo ponto, simplificando a an lise cinem tica, por permitirem o desacoplamento do posicionamento e a orienta o de um do punho esf rico:- Guiagem (Yaw);- Arfagem (Pitch);- Rolamento (Roll).EfetuadoresOs efetuadores ( rg o terminal ou ferramentas) desempenham o trabalho. O tipo mais simples de efetuadores s o as garras, que possuem o movimento de abrir e movimento paraleloTipo movimento de