Introdução à Robótica Industrial. Aula 2

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1 Introdução à Robótica Industrial Aula 2

2 Programa 1) Introdução 1.1. Tipos de Robôs 1.2. Aplicações 2) O Robô Manipulador 2.1. Estrutura de Robôs Manipuladores 2.2. Sensores 2.3. Atuadores 2.4. Efetuadores 2.5. Classificação de Robôs Manipuladores 2.6. Sistema de Controle de um Robô Industrial 2.7. Programação de um Robô Industrial 3) Cinemática 3.1. Descrições Espaciais e Transformações 3.2. Cinemática Direta do Manipulador 3.3. Orientação do Efetuador 3.4. Velocidade e Matriz Jacobiana 3.5. Cinemática Inversa 4) Dinâmica 4.1. Métodos 4.2. Equações de Euler-Lagrange 4.3. Modelagem Dinâmica de Manipuladores Planares 5) Planejamento de Trajetórias 5.1. Formulação do Problema de Planejamento de Trajetórias 5.2. Trajetórias Lineares 5.3. Trajetórias Polinomiais 6) Prinçipios de controle de manipuladores 6.1. Controle PID 6.2. Linearização por Realimentação 6.3. Método do Torque Calculado

3 Bibliografia Craig, J.J. (1989) "Introduction to Robotics: Mechanics and Control" - Addison- Wesley Pub. Co. 2nd ed.. Sciavicco, L. and Siciliano, B. (1996). Modeling and control of robot manipulators, McGraw-Hill. Koivo, A. J. (1989). Fundamentals for control of robotic manipulators, John Wiley & Sons, Inc. Lewis, F. L.; Abdallah, C. T. and Dawson, D. M. (1993). Control of robot manipulators, Macmillan. Spong, M. W. and Vidyasagar, M. (1989). Robot Dynamics and Control, John Wiley & Sons.

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5 Japão: 1 robô para cada 32 trabalhadores Alemanha: 1 robô para cada 74 trabalhadores EUA: 1 robô para cada 167 trabalhadores Brasil: 1 robô para cada 500 trabalhadores (estimativa)

6 Japão: 1 robô para cada 6 trabalhadores

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9 Estrutura de Manipuladores Braços (elos e juntas) Atuadores Acoplamento Juntas/Atuadores Sensores Efetuadores Controlador Conversores A/D e D/A Amplificadores

10 Tipos de Juntas Prismática Rotacional Esférica

11 Atuadores Classificação: Movimento Rotação Deslizamento Acionamento Elétrico Hidráulico Pneumático Conexão Direta Indireta

12 Sensores Encoder: existem dois tipos de encoders. O encoder absoluto, é constituído por um disco com círculos concêntricos, vistos nas figuras (a) e (b), nos quais existem sequências de setores transparentes e não transparentes. Já nos encoders incrementais, que são os mais usados já que são mais simples e baratos, apenas dois círculos com igual número de setores transparentes e não transparentes são impressos no disco do encoder.

13 Sensores Resolvers: são dispositivos que geram dois sinais de saída, um do seno da posição angular do eixo e outro do coseno. O ângulo do eixo é determinado pela magnitude relativa entre os dois sinais. Potenciômetro: conectados em configuração de ponte, eles produzem uma voltagem proporcional à posição do seu eixo. É mais limitado devido às não-linearidades, baixa resolução e alto nível de ruído. Tacômetros: fornecem tensão proporcional à velocidade, são muitas vezes utilizados para determinar a velocidade da junta. Na falta dos mesmos a velocidade pode ser calculada de diferenciação numérica das posições, o que pode introduzir ruídos no sistema, assim como atraso de tempo. Sensores de Força/Torque: fornecem informação sobre as forças e torques aplicados pelo efetuador no ambiente. Podem ser do tipo liga/desliga ou fornecer o valor da força ou torque aplicado.

14 Efetuadores É um termo geral para designar todos os dispositivos montados na extremidade do braço. Garra: tem como objetivo executar tarefas que são características da mão humana. Garra de dois dedos: é a mais comum. Pode ser de movimento paralelo ou de movimento rotacional (como um alicate). Garra de 3 dedos: possibilita agarrar objetos triangulares ou esféricos. Garras articuladas: se estendem e retraem através de cabos. Efetuador a vácuo: muito usado para transportar objetos com superfícies lisas Efetuador eletromagnético: usado para o transporte de objetos metálicos. Ferramentas diversas: pistola de spray utilizada na pintura de peças, os eletrodos utilizados para solda, a pistola utilizada na solda ponto-a-ponto, o maçarico utilizado na solda em arco, as brocas e as outras ferramentas de debastagem utilizadas no processo de usinagem, a parafusadeira, entre outras.

15 Classificação de Robôs Manipuladores Configuração articulada: chamada também de RRR.

16 Classificação de Robôs Manipuladores Configuração esférica: ou RRP.

17 Classificação de Robôs Manipuladores Configuração cilíndrica: ou RPP.

18 Classificação de Robôs Manipuladores Configuração cartesiana: ou PPP.

19 Classificação de Robôs Manipuladores Configuração SCARA: Selective Compliant Articulated Robot for Assembly.

20 O Robô Manipulador (x 2 ;y 2 ) (x 2 ;y 2 ) l 2 (x 1 ;y 1 ) l 2 (x 1 ;y 1 ) l 1 q 2 l 1 q 2 (0;0) q 1 (0;0) q 1

21 Sistema de Controle de Robôs Industriais Controlador é o dispositivo responsável por receber informações dos sensores, analisá-las em relação à sua tarefa e enviar comandos para os atuadores. Composto por hardware e software: Níveis de controle: - Controle do atuador - Controle de trajetória (ponto a ponto ou contínua) - Coordenação com o ambiente

22 Programação de um Robô Industrial Métodos de Ensino: quando, durante a programação, existe um movimento físico no braço do robô. Pode ser feito de duas maneiras: Teach-in: o robô é movimentado por controle remoto ou manualmente, e quando se atinge uma posição a mesma é salva. Robô Escravo: semelhante ao anterior, só que com um outro robô movendo aquele que está sendo programado Programação Off-line: o treinamento não envolve movimento físico do robô. A mais utilizada é a por coordenadas definidas pelo computador, na qual um conjunto de pontos é fornecido via conjunto de instruções. Programação Avançada: com um software avançado e computadores de alto desempenho, é possível realizar a modelagem do ambiente, na qual o sistema de controle tem capacidade suficiente para interpretar comandos e sensores, e executar pedidos do usuário como pegue a peça A e traga para local X.