Sistemas Mecatrônicos 1

Transcrição

1 Sistemas Mecatrônicos 1 Módulo 2 Introdução aos Sistemas Mecatrônicos Prof. Leonardo Marquez Pedro

2 O que é um sistema mecatrônico?

3 Termo Mecatrônica Criado em 1969 por Ko Kikuchi, presidente da Yaskawa Eletric Cooporation Significado: Integração de funcionalidades elétricas e eletrônicas a sistemas mecânicos Ainda não existe uma definição totalmente abrangente

4 O que é um Sistema Mecatrônico? Mecânica Eletrônica Sistemas mecatrônicos Computação

5 Mecânica Elementos mecânicos Elementos especiais Rolamentos Polias Reduções Materiais Modelagem Controle Sistemas mecatrônicos Eletrônica Atuadores Sensores Potência Processadores Computadores Computação Controle digital Algoritmos Gerenciamento TI Inteligência Processamento de sinais Sistemas operacionais Engenharia de software

6 Sistema mecatrônico Um sistema mecatrônico interage com o meio ambiente por meio de movimentos e forças. Com base em dados obtidos por meio de sensores, um sistema de tomada de decisão (sistema de controle).

7 O que é um Sistema Mecatrônico? Sensores Ações Ambiente

8 Sistemas mecatrônicos e robôs Sistema mecatrônico: sistema eletro-mecânico capaz de realizar diferentes tipos de tarefas e trabalhos, independente da sua ordem ou sequência com a capacidade de se adapatar a diferentes condições de operação a partir de tomada de decisão sem a ação e controle direta do homem. Palavra robô por Karel Cepek em Rossum s Universal Robots Dicionário: Mecânismo automático que realiza tarefas e movimentos humanos Realização de tarefa: pintura, soldagem, montagem, posicionamento, etc.

9 Sistemas mecatrônicos e máquinas automáticas Uma máquina automática é também definida como um sistema elétro-mecânico capaz de realizar determinadas tarefas ou sequência de tarefas sem a ação direta do ser humano. Primeiras máquinas automáticas: máquinas CN e CNC (década de 70). Hidráulica e Pneumática: automação de processos de montagem, inspeção, transporte, armazenamento, etc

10 Aplicações de sistemas mecatrônicos Robótica Industrial Móvel Aviônica De serviço Exploração espacial e aquática Entretenimento Robôs agrícolas

11 Aplicações de sistemas mecatrônicos Automação Industrial (de processos e discreta) Sistemas hidráulicos e pneumáticos Sisteas flexível de manufatura Montagem Inspeção Transporte

12 Aplicações de sistemas mecatrônicos Produtos inteligente Carros inteligentes Ar condicionado Alarmes Painéis solares inteligentes Máquinas de lavar Desenvolvimento de novos produtos Princípios de funcionamento Etapas do desenvolvimento

13 Robótica industrial 1954 Registro da primeira patente americana sobre robôs George Devol Controle digital de um robô

14 Primeira fábrica de robôs do mundo Unimation criada por George Devol e Joseph Engelberger Baseada na patente registrada por George 5 milhões de dólares foram gastos no desenvolvimento dos primeiros robôs

15 1961 Primeiro robô Unimate da Unimation instalado Peso 4000 pounds = 1815 kg Introduzido na General motors para carregar peças aquecidas A primeira instalação não foi publicada na época por tratar-se de um produto experimental, com possível resistência a aceitação.

16 1970s PUMA (Programmable Universal Manipulation Arm) Mais de 1500 unidades instaladas principalmente no Japão e EUA (décadas de 80 e 70)

17 Robótica industrial Aplicações Fonte: Craig, J.J. Introduction to Robotics:Mechanics and Controls. Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc. Boston, MA, USA,1989.

18 Fabricantes de robôs industriais FANUC ABB KUKA

19 Aplicações mais recentes Os avanços na área permitiram a utilização de robôs na realização de novas tarefas. Rebarbação Troca de Ferramenta Polimento Fluxo de Material Célula Robótica

20 Rebarbação Sistema automático Passo1 Sistema CAD Passo2 Geração do programa de execvução Passo3 - Usinagem Video Fonte: FANUC

21 Troca de Ferramentas Carga do robô 165kg Alcance 3m Ferramentas 700mm por 400mm de diâmetro -25kg Sistemas mais rápido e preciso que os sistemas automáticos/manuais convencionais Fonte: KUKA

22 Operação de polimento Polimento de peças de granito e mármore Fonte: FANUC

23 Célula Robótica - Combinação de dispositivos robóticos e de usinagem em um único sistema. Robô Carregador Máquina CNC Robô Manipulador Video1 Video2 Video3 Fonte: FANUC Mini Robô Auxiliar

24 Outras aplicações robôs industriais Montagem, paletização, etc Vídeo1 Vídeo2 Vídeo3 Vídeo4

25 Robôs de serviço e domésticos Robôs desenvolvidos para auxiliar o trabalho humano Autônomos Interface homem máquina avançada Visão Fala Reconhecimento

26 Robôs de serviço e domésticos PackBotEOD irobot Desenvolvido para desarmar bombas Utilizado pela SWAT Ano 2001

27 Robôs de serviço e domésticos Roomba Floorvac - irobot Aplicações domésticas - Limpaze de pisos Evita colisões com móveis, humanos, animais Disponível no mercado desde 2002

28 Robôs de serviço e domésticos Husqvarna Automower Aplicações domésticas Cortador de grama Evita colisões Disponível no mercado desde 2005

29 Robôs sociais Principal objetivo é a iteração social Wakamaru - Mitsubishi Heavy Industries Projetado para acompanhar idosos 1 m de altura 30kg Dois braços A venda desde setembro de 2005 U$ 14000,00 Linux como SO e é capaz de reconhecer comandos de voz

30 Robôs sociais Paro - Intelligent System Research Institute of Japan Sensores de tato, responde a ações movendo o rabo e abrindo e fechando os olhos. É agitado durante o dia e sonolento a noite. Produz sons similares a um filhote de foca. A venda desde 2004 Utilizado para distrair crianças pacientes de hospitais

31 Robôs andróides e humanóides Humanóides: são aqueles que lembram a forma humana Andróides: robôs com aparência humana

32 Breve histórico Leonardo da Vinci

33 1970 Teoria do ponto de momento zero Zero Moment Point modelo sobre locomoção bipede proposto por Miomir Vukobratovic

34 1973 WABOT-1 Waseda University, Japan Primeiro robô antropomórfico em escala construído. Constituído por: um controle de membros (braços e pernas) sistema de visão sistema de conversação

35 Robôs humanóides da Honda Modelos Experimentais E0

36 Robôs humanóides da Honda Modelos Experimentais

37 Robôs humanóides da Honda Modelos Experimentais

38 Robôs humanóides da Honda Protótipos

39 Robôs humanóides da Honda ASIMO

40 Robôs humanóides da Honda ASIMO Vídeo1 Vídeo2 Vídeo3

41 Robôs educativos e entretenimento

42 Roibótica Móvel DARPA Grand Challenge Defense Advanced Research Projects Agency, the central research organization of the United States Department of Defense. Competição de veículos autônomos

43 2004 Grand challenge Percurso de 150 milhas (240km) no deserto Nenhum veículo completou o percurso O time da Universidade de Carnegie Mellon University completou 7,36 milhas (11,78km) do percurso) RedTeam

44 2005 Grand challenge Percurso off road de 212 km 5 carros dentre os 23 finalistas completaram a prova (43 times inscritos) O campeão Stanford racing team Completou a prova em 6h54min Stanley

45 2007 Urban Challenge Percurso urbano de 96km em menos de 6h 03 de novembro de 2007 Obedecer as leis de trânsito e cumprir tarefas específicas Vídeo

46 Campeão Tartan Racing Universidade Carnegie Mellon, Pensilvânia EUA Média de 22,5km/h

47 Fluxo de Material por AGVs Video Fonte:

48 Importância de hardware e software na mecatrônica

49 Bibliografia Recomendada e Exercícios BOLTON, W. Mechatronics: a Multidisciplinary Approach. Bookman, 2010 (Cap. 1); GROOVER, M. P. Automação industrial e sistemas de manufatura. Pearson Prentice Hall, 2011 (Cap. 1 e 4) ROSÁRIO, J.M. Princípios de Mecatrônica. Pearson Prentice Hall, (Cap. 1) CETINKUNT, S. Mecatrônica Editora LTC; (Cap. 1)

50 1966: Apollo Guidance Computer Desenvolver um sistema que possa controlar uma nave espacial de kg orbitando ao redor da Lua, incluindo seu pouso seguro na Lua com precisão de alguns metros e guiá-la nave de volta para a nave de comando em órbita da lua. O sistema precisa funcionar da primeira vez, e gastar pouca energia porque só existe combustível para uma tentativa de pouso.

51 2MHz RAM: 2K ROM: 36K

52 Hardware 98%

53 Software

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56 Software não envelhece Software deteriora

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58 Desenvolvimento

59 Bugs Segurança

60 Marissa Mayer (9 Principles of Innovation) 1. INNOVATION, NOT INSTANT PERFECTION 4. MORPH PROJECTS DON T KILL THEM 8. CREATIVITY LOVES CONSTRAINTS

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