Sistemas Robotizados

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1 PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL FACULDADE DE ENGENHARIA ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO Sistemas Robotizados Aula 2 Tópicos em Robótica Industrial Prof. Felipe Kühne Bibliografia: Spong, cap. 1 (pag. 1 ~ 20) Groover, cap. 8 (pag. 172 ~ 182) Slides de Aula 2 1

2 Definição Robótica: Estudo de máquinas capazes de substituir seres humanos na execução de certa tarefa, com relação a atividades físicas e tomadas de decisão. (SCIAVICCO, L. Modelling and control of robot manipulators) 3 Definição ISO 8373 An industrial robot manipulator is: An automatically controlled, reprogrammable, multipurpose manipulator programmable in three or more axes, which may be either fixed in place or mobile for use in industrial automation applications. Reprogrammable: whose programmed motions or auxiliary functions may be changed without physical alterations; Multipurpose: capable of being adapted to a different application without physical alterations. 4 2

3 Histórico Primeiros desenvolvimentos: Mecanismos tele-operados (conceito mestre-escravo) Máquinas CNC (necessidade de elevada precisão na fabricação de componentes para a aviação) Autonomia, programabilidade e precisão dos movimentos 5 Histórico Linha do tempo: [Séc. IV a.c.] Aristóteles; [Séc. XVIII] Revolução Industrial; [1921] Primeiro uso da palavra robota em uma peça de teatro checa, por Karol Capek; [1947] Primeiro teleoperador controlador por servomotores; [1954] UK: Cyril Kenward: manipulador cartesiano; EUA: George Devol: primeiro robô programável; 6 3

4 Histórico Linha do tempo: [1961] Unimation, Inc.: Primeira aplicação industrial: máquina de fundição na General Motors, New Jersey; 7 Histórico Linha do tempo: [1971] Stanford Arm: produção comercial de robôs controlados por computador 8 4

5 Histórico Linha do tempo: [1970 s] Desenvolvimento da micro-eletrônica, computação e linguagens de programação. Consolidação dos principais modelos: Cincinatti Milacron T3 (esférico) PUMA (Unimation + GM) (articulado); SCARA [1980] GM investe US$ 40bi em robótica 9 : 10 5

6 : Um manipulador é basicamente composto de um conjunto de membros conectados por juntas Base Membros Juntas Órgão terminal Atuadores Sensores 11 Membro: modelado como um corpo rígido, sem deformações conectados uns aos outros por juntas 12 6

7 Junta: Junta rotacional (movimento angular): junta prismática (movimento linear): 13 Órgão terminal: é a ferramenta que efetivamente vai realizar a tarefa. 14 7

8 Órgão terminal: é a ferramenta que efetivamente vai realizar a tarefa. 15 Órgão terminal: é a ferramenta que efetivamente vai realizar a tarefa. depende de qual tarefa será realizada: solda transporte de peças corte pintura (exemplo) inspeção visual ou do tipo de peça a ser manipulada (garra/ventosa): exemplo: manipulação de peças de grandes dimensões 16 8

9 Atuadores: Dependendo do porte do robô, pode ser: Elétrico (mais comum) Pneumático Hidráulico (grandes dimensões) Acionamento Precisão Capacidade de carga Velocidade Custo de carga Elétrico alta 200kg alta alto Hidráulico média 1000kg ou + média-alta médio-alto Pneumático baixa 10kg alta baixo 17 Atuadores: Acionamento elétrico: motor DC com caixa de redução 18 9

10 Atuadores: Controle de velocidade e sentido de rotação: Ponte H. 19 Sensores: Leitura das informações sobre o próprio comportamento e sobre seu ambiente de atuação. A maior parte dos robôs utiliza apenas sensores internos na forma de codificadores ópticos (encoders) 20 10

11 Encoder: Outros sensores: tacômetro, acelerômetro, sensor de fim de curso, célula de carga, Termos e definições Graus de liberdade Volume de trabalho Resolução de controle Precisão Repetibilidade 22 11

12 Termos e definições Graus de liberdade: O número de graus de liberdade de um manipulador é equivalente ao número de juntas do mesmo, considerando que estas são dos tipos rotacional ou prismática; 23 Termos e definições Volume de trabalho: É um sólido tridimensional formado pelo conjunto de todos os pontos alcançáveis pelo órgão terminal do robô; determinado pela geometria e anatomia do robô e também pelos limites individuais de cada junta; 24 12

13 Termos e definições Resolução de controle: Refere-se à capacidade do sistema de posicionamento do robô de dividir o curso da articulação em pontos igualmente espaçados, chamados de pontos endereçáveis, para os quais a articulação pode ser movida pelo controlador; Dois fatores: (1) componentes eletromecânicos (CR 1 ) (2) número de bits do controlador (CR 2 ) CR 2 = R 2 B 1 CR = Max{ CR 1,CR 2 } Desejável: CR2 CR 1 25 Termos e definições Repetibilidade: Cada vez que o robô volta para um ponto previamente gravado, ele volta para uma posição ligeiramente diferente; Repetibili dade = ± 3σ Precisão: Capacidade de posicionar a extremidade de seu punho em uma localização desejada no volume de trabalho; CR Precisão = + 3σ (pior caso!)

14 Termos e definições 27 : Manipulador típico: 3GDL para para posicionar o OT 3GDL para orientar o OT 28 14

15 Articulado ou antropomórfico: três juntas rotativas (TRR) 29 Articulado ou antropomórfico: três juntas rotativas (TRR) 30 15

16 SCARA: Selective Compliant Articulated Robot for Assembly duas juntas rotativas e uma prismática (VRO) 31 SCARA: Selective Compliant Articulated Robot for Assembly duas juntas rotativas e uma prismática (VRO) 32 16

17 Cartesiano (ASRS): três juntas prismáticas (LOO) 33 Cartesiano (ASRS): três juntas prismáticas (LOO) 34 17

18 Esférico: duas juntas rotativas e uma prismática (TRL) 35 Esférico: duas juntas rotativas e uma prismática (TRL) 36 18

19 Cilíndrico: uma junta rotativa e duas prismáticas (TLO) 37 Cilíndrico: uma junta rotativa e duas prismáticas (TLO) 38 19

20 Punho esférico Punho esférico: - Colocado entre o braço e o órgão terminal - 3GDL para orientar o órgão terminal 39 Punho esférico Centro do punho: - Ponto de intersecção dos eixos das 3 últimas juntas 40 20

21 Robôs paralelos (cadeia cinemática fechada): Delta (ABB Flexpicker); SCARA Duplo (Dextar); 41 Robôs cooperativos: ABB Frida; GM Robonaut; Baxter; 42 21

22 Histórico Principais fabricantes: ABB ( Kuka ( Motoman ( Fanuc ( Kawasaki ( 43 Exemplos Exemplos: ABB IRB140 (datasheet) KUKA KR1000 (datasheet) Volume de trabalho ABB IRB140 horiz: 1,5m vert: 1m KUKA KR1000 horiz: 3,6m vert: 4m Capacidade de carga 6 kg 1000 kg Velocidade 250 º/s 50 º/s Precisão ±0,03 mm ±0,2 mm 44 22

23 Exemplos 45 DÚVIDAS? 46 23