Disciplina: Robótica Aula 02: Conceitos Básicos

Transcrição

1 Disciplina: Robótica Aula 02: Conceitos Básicos

2 Bibliografia Básica 1) Livro: Princípios de Mecatrônica João Maurício Rosário, Prentice Hall Disponível na: Biblioteca UMC Biblioteca Virtual

3 Agenda 1) Conceitos básicos de um robô: braço mecânico 2) Mecanismos de manipulação: Tipos de juntas (deslizantes, rotativas e esféricas) Graus de liberdade 3) Classificação e volume de trabalho dos robôs: cartesiano; de coordenadas cilíndricas; de coordenadas polares (ou esféricas); de coordenadas de revolução (ou articulado); SCARA.

4 Conceitos Básicos de um Robô Braço mecânico (analogia com o braço humano):

5 Mecanismos de Manipulação 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 efetuador usado na execução de suas tarefas. Todo braço de robô é composto de uma série de vínculos (também chamados de elos) e juntas. Uma junta que conecta dois vínculos e com isso permite o movimento relativo entre eles.

6 Mecanismos de Manipulação Construção dos vínculos: Existem três fatores importantes na construção de vínculos: - carga suportada; - peso do braço; - grau de rigidez do braço. Um braço pesado necessita de um motor maior, o que torna o custo do robô mais elevado. Para aumentar a rigidez mecânica do braço sem aumentar seu peso, com frequência é usada uma estrutura oca.

7 Mecanismos de Manipulação Juntas robóticas: As juntas, também denominadas eixos, são o que permite a um robô se mover para várias posições e, assim, executar várias tarefas. O movimento da junta de um robô pode ser linear ou rotacional. O número de juntas determina os graus de liberdade do robô. Requisitos: possuir baixa inércia, baixo atrito e elevada rigidez.

8 Tipos de Juntas 1) Junta deslizante: Permite o movimento linear entre dois vínculos. Pode ser entendido como dois vínculos alinhados um dentro do outro. O vínculo interno escorrega pelo externo e dá origem ao movimento linear. Símbolo: P (prismático) Também podem ser montados com guias lineares.

9 Tipos de Juntas 1) Junta deslizante (exemplos): (robô cartesiano)

10 Tipos de Juntas 2) Junta rotativa: Permite o movimento de rotação entre dois vínculos unidos por uma dobradiça comum. Um vínculo pode se mover num movimento cadenciado em relação a um outro vínculo. Símbolo: R (rotativa) Ex.: tesouras, limpadores de para-brisa, quebra-nozes.

11 Tipos de Juntas 2) Junta rotativa (exemplo): (robô articulado)

12 Tipos de Juntas 3) Junta esférica: Permite movimentos de rotação em torno de três eixos. junta esférica Pouco empregadas na robótica devido à sua dificuldade de acionamento. Comporta-se como uma combinação de três juntas de rotação (esta sim é bastante utilizada na robótica). 3 juntas rotacionais substituindo a junta esférica

13 Tipos de Juntas 3) Junta esférica (exemplo):

14 Graus de Liberdade O número de articulações em um braço robótico está geralmente associado ao número de graus de liberdade. Quando o movimento relativo ocorre em um único eixo, a articulação tem um grau de liberdade. Quando o movimento se dá em mais de um eixo, a articulação apresenta dois ou mais graus de liberdade. A maioria dos robôs tem entre quatro a seis graus de liberdade. A título comparativo, um ser humano tem sete graus de liberdade do ombro até o pulso.

15 Classificação dos Robôs Industriais É usual classificar os robôs industriais de acordo com o tipo de junta, ou mais exatamente, pelas três juntas mais próximas da base do robô. Assim, podemos classificá-los como: o cartesiano; o de coordenadas cilíndricas; o de coordenadas polares (ou esféricas); o de coordenadas de revolução (ou articulado); o SCARA.

16 Classificação e Volume de Trabalho 1) Robôs cartesianos: Podem se movimentar em linha reta, em deslocamentos horizontais e verticais. As coordenadas cartesianas especificam um ponto do espaço em função de suas coordenadas x, y e z. O controle de movimentos e a programação são relativamente simples. Possuem capacidade de carga e precisão elevada. Possuem três articulações deslizantes e são codificados como PPP. Código: PPP

17 Classificação e Volume de Trabalho 1) Robôs cartesianos: Cartesiano (PPP) Volume de Trabalho

18 Classificação e Volume de Trabalho 2) Robôs de coordenadas cilíndricas: Possuem um movimento rotacional na cintura e movimentos lineares. Descrevem um movimento final em torno de um envelope cilíndrico. O controle de movimentos e a programação são relativamente simples. Os graus de liberdade consistem em uma junta de revolução e duas juntas deslizantes. São codificados como RPP. Código: RPP

19 Classificação e Volume de Trabalho 2) Robôs de coordenadas cilíndricas: Cilíndrico (RPP) Volume de Trabalho

20 Classificação e Volume de Trabalho 3) Robôs de coordenadas polares (ou esféricas): Possuem dois movimentos rotacionais, na cintura e no ombro, e um terceiro movimento linear. Seu volume de trabalho é maior do que a dos modelos cilíndricos; porém, sua rigidez mecânica é menor. O controle é mais complicado devido aos movimentos de rotação. Os graus de liberdade consistem em duas juntas de revolução e uma junta deslizante. São codificados como RRP. Código: RRP

21 Classificação e Volume de Trabalho 3) Robôs de coordenadas polares (ou esféricas): Esférico (RRP) Volume de Trabalho

22 Classificação e Volume de Trabalho 4) Robôs de coordenadas de revolução (ou articulado): Conhecido também como PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly). Seu volume de trabalho é maior do que a de qualquer tipo de robô (semelhante ao braço humano); porém, apresenta baixa rigidez mecânica. Seu controle é complicado e difícil em razão das três juntas de revolução e das variações no momento de carga e no de inércia. Os graus de liberdade consistem em três juntas de revolução (RRR). Código: RRR

23 Classificação e Volume de Trabalho 4) Robôs de coordenadas de revolução (ou articulado): Volume de Trabalho Articulado (RRR)

24 Classificação e Volume de Trabalho 4) Robôs SCARA: São uma configuração recente utilizada para tarefas de montagem. Os graus de liberdade são iguais ao do modelo esférico (duas juntas de rotação e uma deslizante, RRP). Seu volume de trabalho é menor do que a do modelo esférico. (Selective Compliant Articulated Robot for Assembly) São apropriados para operações de montagem devido ao movimento linear vertical do terceiro eixo. Código: RRP

25 Classificação e Volume de Trabalho 4) Robôs SCARA: (Selective Compliant Articulated Robot for Assembly) SCARA (RRP) Volume de Trabalho

26 Comparação do Volume de Trabalho Cartesiano (PPP) Cilíndrico (RPP) Esférico (RRP) Articulado (RRR) SCARA (RRP)

27 Configurações de um Robô Industrial Em SÉRIE:

28 Configurações de um Robô Industrial Em PARALELO: (não estudaremos nesta disciplina)

29 Configurações de um Robô Industrial Plataforma Stewart (conceito): Link:

30 Configurações de um Robô Industrial Plataforma Stewart (exemplo de simulador): Link: