UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL UNIJUÍ. DCEEng - Departamento de Ciências Exatas e Engenharias

UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL UNIJUÍ DCEEng - Departamento de Ciências Exatas e Engenharias Curso de Engenharia Mecânica Câmpus Panambi DJONATAN RITTER ADAPTAÇÕES CONSTRUTIVAS DE UM ROBÔ PNEUMÁTICO DE DOIS GRAUS DE LIBERDADE PARA FINS DE ENSINO E PESQUISA Panambi Rio Grande do Sul 2016

DJONATAN RITTER ADAPTAÇÕES CONSTRUTIVAS DE UM ROBÔ PNEUMÁTICO DE DOIS GRAUS DE LIBERDADE PARA FINS DE ENSINO E PESQUISA Trabalho de Conclusão de curso apresentado como requisito da graduação do curso de Engenharia Mecânica na Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul. Orientador: Cristiano Rafael Lopes Co-orientador: Antonio Carlos Valdiero Panambi Rio grande do Sul 2016

AGRADECIMENTOS Aos meus pais, Carlos e Marlene por nunca medirem esforços para me manter estudando e pela educação que me proporcionaram. Aos meus irmãos Carla e Douglas, pelo apoio incondicional em todos os momentos em que mais precisei. Ao Professor Antônio Carlos Valdiero, pela sua paciência e sabedoria na orientação das atividades durante o realizar deste trabalho e ao longo da graduação. Ao meu orientador, Professor Ms. Cristiano Rafael Lopes pelo suporte e orientação deste trabalho. Aos bolsistas de iniciação cientifica e tecnológica do Núcleo de Inovação em Máquinas Automáticas e Servo Sistemas (NIMASS), pela ajuda durante a realização deste trabalho. A Unijuí pela infraestrutura laboratorial do Núcleo de Inovação em Máquinas Automáticas e Servo Sistemas (NIMASS), do departamento de Ciências Exatas e Engenharias (DCEEng) da Universidade Regional do Noroeste do Rio Grande do Sul, instalado a partir do apoio financeiro do FINEP, SEBRAE, CNPq, CAPES, FAPERGS e de empresas parceiras do Arranjo Produtivo Local (APL) Metal-Mecânica da cidade de Panambi/RS.

"Dez mil dificuldades não constituem uma dúvida." Isaac Newton

RESUMO Apresenta-se neste trabalho as adaptações construtivas realizadas em um robô utilizado para fins de pesquisa e ensino na UNIJUÍ, tanto no mestrado em modelagem matemática como no curso de engenharia mecânica. O robô tem estrutura cinemática do tipo Scara, acionamento pneumático e possui grande potencial de aplicação nas indústrias, sendo útil para diversas tarefas que são insalubres para o homem, e que muitas vezes não possuem tecnologia barata e eficaz para sua automação. Dentre os objetivos do trabalho estão o reprojeto da bancada do robô, com uma análise do melhor posicionamento dos componentes da bancada, otimizando o espaço para melhor funcionamento de suas válvulas e atuadores, assim proporcionando uma trajetória livre de obstáculos para seus elos. Como foco principal tem-se a construção do terceiro grau de liberdade do robô e a colocação de uma garra robótica do tipo ventosa na extremidade do mesmo. Como resultados, tem-se uma readequação do projeto e do protótipo do robô pneumático, deixando todo seu sistema organizado com fácil acesso a seus componentes e visualização de resultados e a adaptação do robô para 3 graus de liberdade, com uma ferramenta de trabalho acoplada ao mesmo. Com o desenvolvimento deste trabalho pretende-se contribuir para a pesquisa e o desenvolvimento de inovações na aplicação de robôs de baixo custo na indústria, bem como na utilização do mesmo para fins de pesquisa e ensino no Núcleo de Inovação em Máquinas Automáticas e Servo Sistemas da UNIJUÍ. Esta pesquisa contou com o apoio da FAPERGS e do CNPq. Para o desenvolvimento deste trabalho foram utilizados componentes e equipamentos disponíveis no Núcleo de Inovação em Máquinas Automáticas e Servo Sistemas (NIMASS) da UNIJUÍ campus Panambi Palavras-chave: robô Scara, pick-and-place, inovação.

ABSTRACT It is presented in this paperthe constructive adaptations carried out in a robot used for research and teaching purposes in UNIJUÍ, both in the master's degree in mathematical modeling and in the mechanical engineering course. The robot has a kinematic structure of the type Scara, pneumatic drive and has great potential of application in the industries, being useful for diverse tasks that are unhealthy for the man, and that often do not possess cheap and effective technology for its automation. Among the objectives of the work are the redesign of the robot bench, with an analysis of the best positioning of the bench components, optimizing the space for better operation of its valves and actuators, thus providing a path free of obstacles to its links. As the main focus is the construction of the third degree of freedom of the robot and the placement of a robotic suction cup type at the end of it. As a result, there is a readaptation of the design and prototype of the pneumatic robot, leaving all its system organized with easy access to its components and visualization of results and the adaptation of the robot to 3 degrees of freedom, with a working tool coupled to the same. With the development of this work we intend to contribute to the research and development of innovations in the application of low cost robots in the industry, as well as in the use of the same for research and teaching purposes in the Nucleus of Innovation in Automatic Machines and Servo Systems of UNIJUÍ. This research was supported by FAPERGS and CNPq. For the development of this work were used components and equipment available at the Innovation Center in Automatic Machinery and Servo Systems (NIMASS) of UNIJUÍ campus Panambi Keywords: Scara robot, pick-and-place, innovation.

LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Montagem dos componentes em 2014... 16 Figura 2 - Robô durante a montagem e organização dos componentes... 16 Figura 3 - Principais estruturas mecânicas para robôs... 20 Figura 4 - Robô Scara... 20 Figura 5 - Desenho esquemático do robô pneumático... 23 Figura 6 - Servoválvulas pneumáticas utilizadas na bancada... 24 Figura 7 - Simbologia da servoválvula de acordo com a norma ISO 1219.... 25 Figura 8 - Fonte HP para alimentação da servoválvula.... 26 Figura 9 - Sensores de pressão e da unidade de ar comprimido... 27 Figura 10 - Encolder Incremental... 27 Figura 11 - Placa eletrônica dspace 1104.... 28 Figura 12 - Tela de interface gráfica do software ControlDesk.... 29 Figura 13 - Desenho tridimensional da bancada para aquisição de dados experimentais... 29 Figura 14 - Fotografia da bancada para aquisição de dados experimentais... 30 Figura 15 - Vista superior do mecanismo do manipulador robótico acionado pneumaticamente... 31 Figura 16 - Fotografia mostrando o reposicionamento das válvulas... 31 Figura 17 - Servoválvula utilizada para acionar o atuador 3... 32 Figura 18 - Sensor de posição utilizado... 33 Figura 19 - Terceiro Grau de liberdade Construído... 33 Figura 20 - Vista isométrica do desenho do terceiro grau de liberdade... 34 Figura 21 - Juntas e elos do robô com as adaptações construtivas realizadas. 35 Figura 22 - Ventosa Utilizada... 36 Figura 23 - Extensor adicionado no final do terceiro elo... 37 Figura 24 - Adaptação construída para ventosa... 37 Figura 25 - Válvula geradora de vácuo utilizada no robô... 38 Figura 26 - Fotografia da adaptação para a ferramenta de trabalho... 38 Figura 27 - Vista isométrica do protótipo do robô desenhada no software SolidWorks.... 39 Figura 28 - Robô pronto para testes... 39 Figura 29 - Fotografia da bancada pronta para os testes... 40 Figura 30 - Estratégia de controle independente de cada junta do robô... 41 Figura 31 - Trajetória dos atuadores e tempo de acionamento da Ventosa... 42 Figura 32 - Interface do programa controldesk para capturar os dados de trajetória e tensões das válvulas... 42

LISTA DE TABELAS Tabela 1 Especificações Técnicas dos atuadores 1 e 2... 23 Tabela 2 - Especificações técnicas da válvula.... 25 Tabela 3 - Especificaçoes técnicas do atuador 3... 32 Tabela 4 - Componentes do Terceiro Grau de liberdade construído... 34 Tabela 5 - Especificações Técnicas da ventosa... 36 Tabela 6 - Componentes da bancada experimental com as adaptações... 40 Tabela 7 - Dados do teste experimental 1... 44 Tabela 8 - Dados do teste experimental 2... 45 Tabela 9 - Dados do teste experimental 3... 46 Tabela 10 - Dados do teste experimental 4... 47

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 14 1.1 JUSTIFICATIVA... 15 1.2 OBJETIVOS... 17 1.3 METODOLOGIA ESCOLHIDA... 17 1.4 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO... 18 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA... 19 2.1 PNEUMÁTICA NA ROBÓTICA... 19 2.2 ROBÓTICA INDUSTRIAL... 19 2.3 ANTECEDENTES DA ROBÓTICA NA UNIJUI... 21 2.4 DESCRIÇÃO DO ROBÔ PNEUMÁTICO DE DOIS GRAUS DE LIBERDADE 22 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES... 31 3.1 POSICIONAMENTO DOS COMPONENTES DA BANCADA... 31 3.2 CONSTRUÇÃO DO TERCEIRO GRAU DE LIBERDADE... 32 3.3 ADAPTAÇÃO DE UMA VENTOSA COMO FERRAMENTA DE TRABALHO.. 35 3.4 DESCRIÇÃO DO ROBÔ APÓS AS ADAPTAÇÕES... 38 3.5 TESTES DO PROTÓTIPO... 41 3.6 ANÁLISE DOS RESULTADOS... 43 4 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS FUTURAS... 49 ANEXO A CATALOGO DO FABRICANTE DOS CILINDROS PNEUMATICOS UTILIZADOS... 54 ANEXO B CATÁLOGO DO FABRICANTE DAS VÁLVULAS UTILIZADAS PARA ACIONAMENTO DOS CILINDROS... 55 ANEXO C CATÁLOGO DO FABRICANTE DO CILINDRO UTILIZADO PARA CONSTRUÇÃO DO TERCEIRO GDL... 56 ANEXO D CATÁLOGO DO FABRICANTE DA VENTOSA UTILIZADA... 57 ANEXO E CATÁLOGO DO FABRICANTE DO SENSOR DE POSIÇÃO... 58 ANEXO F CATÁLOGO DO FABRICANTE DA VÁLVULA GERADORA DE VÁCUO... 59

14 1 INTRODUÇÃO O trabalho apresenta as adaptações construtivas em uma bancada para testes experimentais de um robô Scara de dois graus de liberdade com acionamento pneumático. O tema delimitou-se no estudo da robótica e pneumática a fim de melhor entender o funcionamento de robôs e sistemas pneumáticos, para posteriormente direcionar os estudos na bancada de testes experimentais. O problema investigado neste trabalho é as adaptações construtivas realizadas em um robô utilizado para fins de pesquisa e ensino na UNIJUÍ, no programa de mestrado em modelagem matemática (DCEEng), e no curso de engenharia mecânica. As atividades estão sendo desenvolvidas no Núcleo de Inovação em Máquinas Automáticas e Servo Sistemas (NIMASS) da UNIJUÍ/Campus Panambi. Como a automação industrial esta cada vez mais presente no dia a dia do profissional que escolhe a área de projetos, estudar o funcionamento de robôs é de fundamental importância para melhorar a produtividade nas empresas. Além de aumentar a produtividade, robôs têm a capacidade de repetitividade nas operações e diminuem os custos de produção para as empresas depois de implantadas na planta fabril. O robô a ser estudado tem estrutura cinemática do tipo scara, possuindo grande potencial de aplicação nas indústrias, sendo útil para diversas tarefas que são insalubres para o homem, e que muitas vezes não possuem tecnologia barata e eficaz para sua automação. Dentre as tarefas podem ser citadas a manipulação de peças, montagem de componentes e a sua utilização na soldagem. O tema delimitou-se no estudo da robótica e pneumática a fim de melhor entender o funcionamento de robôs e sistemas pneumáticos, para posteriormente direcionar os estudos na bancada de testes experimentais, primeiramente construindo-a e testando, para posteriormente analisar os resultados.

15 1.1 Justificativa O trabalho é a continuação das pesquisas em robótica no curso de Engenharia Mecânica no qual o autor participou, sendo uma continuidade dos trabalhos já desenvolvidos, tais como: Como Bolsista de iniciação cientifica, no do Salão do Conhecimento (evento ocorrido em setembro de 2013) como autor do trabalho Estudo de uma Bancada para Ensaio de Pórticos. E com o trabalho em grupo como co-autor dos seguintes trabalhos: Construção, modelagem e controle de um robô acionado pneumaticamente para aplicação industrial ; Desenvolvimento de uma talha móvel para auxílio na construção de protótipos de máquinas para agricultura familiar ; Modelagem matemática de uma bancada com atuador pneumático de ensaio de estruturas ; Estudo de recomendações para uso e aplicação de atuadores pneumáticos em bancadas experimentais ; Desenvolvimento de um robô pneumático de dois graus de liberdade para aplicação industrial. Também como co-autor de trabalhos aprovados no CONEM 2014, evento realizado em agosto de 2014 em Uberlândia/MG, e no Salão do Conhecimento da UNIJUÍ, evento realizado em setembro de 2014, como autor do trabalho Estudo e projeto de um robô acionado pneumaticamente para aplicação industrial e com o trabalho em grupo como co-autor nos seguintes trabalhos: Projeto assistido por computador de um manipulador robótico acionado por atuadores pneumáticos, Projeto assistido por computador de um equipamento para transporte pneumático de grãos, Desenvolvimento de soluções mecanizadas para pequenas propriedades na agricultura familiar. Os trabalhos citados contribuíram para criar um referencial teórico e prático, como mostra a Figura 1, onde tem-se a montagem dos componentes em 2014.

16 Figura 1 - Montagem dos componentes em 2014 Fonte: Ritter (2014) A Figura 2 mostra o robô sendo reorganizado, ainda sem o terceiro grau de liberdade e a ferramenta de trabalho, realizados no ano de 2016. Figura 2 - Robô durante a montagem e organização dos componentes Fonte: O autor, 2016.

17 1.2 OBJETIVOS O objetivo deste trabalho é o reprojeto da bancada do robô, com uma análise do melhor posicionamento dos componentes da bancada, otimizando o espaço para melhor funcionamento de suas válvulas e atuadores, assim proporcionando uma trajetória livre de obstáculos para seus elos. Pretende-se ainda a construção do terceiro grau de liberdade e a adaptação de uma ferramenta de trabalho no final do mesmo, está sendo uma garra robótica do tipo ventosa. O foco da pesquisa concentra-se em melhorias do protótipo do robô (adaptação de novos atuadores pneumáticos, organização das mangueiras e cabos, reforma da estrutura mecânica da bancada) e no desenvolvimento da modelagem matemática das principais dinâmicas do robô, essas sendo o foco de uma aluna de mestrado e outra de doutorado. Abaixo pode-se ter uma ideia das adaptações e inovações que estão sendo feitas no robô. Redesenho e reprojeto da bancada de testes experimentais. Posicionar os componentes da bancada adequadamente; Construir o terceiro grau de liberdade do robô; Desenvolver uma garra robótica no robô para a sua aplicação em tarefas de pega-e-posiciona (pickand-place) na indústria metalmecânica; Solucionar problemas de controle e posição. 1.3 Metodologia escolhida O desenvolvimento da pesquisa consiste em uma metodologia que o grupo de pesquisa utiliza para o desenvolver robôs se constituindo de uma revisão bibliográfica de estudos sobre o tema, considerando os diversos aspectos mencionados em modelos anteriores e que são antecedentes a este trabalho. As principais atividades a serem realizadas para que se alcance os resultados são: Realização de pesquisas bibliográficas em livros, apostilas e artigos, com a finalidade de constituir o referencial teórico da pesquisa; Fabricação e a montagem de peças para o protótipo do robô pneumático;

18 Realização do estudo e aprendizagem de ferramentas computacionais a serem utilizadas no decorrer do projeto, tais como o software de experimentação de controladores (ControlDesk/dSPACE), serão largamente utilizados os já conhecidos softwares de simulação computacional Matlab/Simulink, e ainda o software CAD de auxílio ao projeto (neste caso, o SOLIDWORKS), que possui grande importância nesta área devido à possibilidade de construir de construir a maquete eletrônica da bancada de testes experimentais do atuador pneumático, possibilitando ainda a reparação de possíveis erros antes da fabricação do modelo em escala real; Com a metodologia escrita acima será possível realizar o problema proposto, começando pela fundamentação teórica, fazendo as mudanças necessárias no protótipo a fim detestar se o que foi desenvolvido está de acordo com os resultados esperados. 1.4 Organização do trabalho Esta seção é um breve resumo do conteúdo disposto em cada capítulo do trabalho, a fim de expor ao leitor a forma como o trabalho está organizado e o que cada capítulo detalha. No primeiro capítulo o leitor é introduzido ao assunto, justifica-se através dos objetivos a importância do estudo de robôs e a importância da Robótica na indústria, além de descrever a metodologia para a realização deste trabalho. No segundo capítulo apresenta-se a fundamentação teórica do trabalho, onde é apresentado à pneumática e a robótica industrial, além de descrever o estado da arte do robô com a apresentação dos estudos antecedentes de robótica e pneumática na Unijuí, além de descrever o robô objeto de estudo neste trabalho. No terceiro capítulo é apresentado os resultados obtidos no trabalho desde o melhor posicionamento dos componentes do robô, a construção do terceiro grau de liberdade, a adaptação de uma ventosa como ferramenta de trabalho e por fim os testes e analises do protótipo. No quarto e último capítulo é apresentadas e feitas as considerações finais bem como as perspectivas futuras do andamento das pesquisas em robótica na Unijuí, em especial, no curso de Engenharia Mecânica.

19 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 Pneumática na robótica A utilização da pneumática no acionamento de robôs é algo inovador lembrando que a maioria dos robôs utilizados nas indústrias tem seus acionamentos elétricos ou hidráulicos (SANTOS, 2014). Barbieri et al (2007) explicam que o uso da pneumática torna-se vantajoso devido à maioria de seus componentes serem leves, versáteis e utilizam-se do ar comprimido disponível na maioria das instalações industriais, porém possuem características dinâmicas não lineares que requerem o estudo do comportamento e a aplicação de estratégias de controle. A escolha nesse caso, de se utilizar a pneumática tem como propósito mostrar que esta é uma alternativa viável, pois apresenta algumas vantagens que serão citadas seguir: disponibilidade nas indústrias, tem boa reação entre peso/potência, fácil montagem, e ainda o fato e não oferecer risco aos operadores e ao meio ambiente por não ser poluentes. Porém existem algumas características que acabam dificultando o uso de sistemas pneumáticos, onde se pode elencar dentre esses a compressibilidade do ar, as vedações nos orifícios e nas válvulas produzido alguns vazamentos e também a presença forte das forças de atrito. Todos esses aspectos fazem com que o movimento apresente dificuldades de precisão, mas com os avanços tecnológicos, principalmente, na microeletrônica esta se conseguindo desenvolver mecanismos que minimizem estes efeitos negativos possibilitando assim um controle mais preciso (SANTOS, 2014). 2.2 Robótica industrial Um robô industrial consiste de um braço mecânico motorizado programado para realizar tarefas de manipulação de peças e/ou ferramentas no espaço instruído por um controlador e informado por sensores (ROSÁRIO, 2005). De acordo com ROMANO (2012), Os robôs são classificados quanto à estrutura mecânica, quanto à sua geração tecnológica e quanto à participação do operador humano em seu funcionamento.

20 A Figura 3 mostra as várias possibilidades de estruturas mecânicas para robôs sendo as seguintes as principais: Robô de coordenadas cartesianas/pórtico; Robô de coordenadas cilíndricas; Robô de coordenadas esféricas; Robô articulado ou antropomórfico; e o estudado neste trabalho que é o robô Scara. Figura 3 - Principais estruturas mecânicas para robôs Fonte: GROOVER, 2012 O robô Scara apresentado na Figura 4, possui juntas de rotação disposta em paralelos, para se obter movimento num plano, e uma junta prismática perpendicular a esse plano, apresentando, portanto, uma translação e duas rotações. Esse tipo de robô é utilizado em diversas tarefas na indústria como na montagem de componentes, manipulação de peças entre outras. Figura 4 - Robô Scara Fonte: Grassi, 2005

21 2.3 Antecedentes da robótica na Unijui Os estudos em Robótica e Mecatrônica na UNIJUÍ Campus Panambi iniciaram-se no ano de 1996, desde então se constrói uma base de conhecimentos e experiências, além da montagem de uma estrutura laboratorial para suporte ao aprofundamento da pesquisa científica. Em 1997 surgem os primeiros resultados publicados em Tunnermann (1997) e Silva e Valdiero (1997) com estudos de automatização de soldagem a ponto na indústria e com o desenvolvimento de garras robóticas. Em 1998 iniciou-se o desenvolvimento e projeto de manipuladores controlados por computador e a construção do protótipo de garras robóticas de ação uni e bilateral, conforme descrito em Sackser (1998). Em 1999 desenvolveu-se o projeto e a análise cinemática de um punho esférico (OBERDÖRFER, 1999). No mesmo ano de 1999, outros trabalhos de pesquisa foram desenvolvidos em Taborda e Valdiero (1999) e em Vieira e Valdiero (1999). Em 2004 foi realizado o projeto preliminar e detalhado de um manipulador robótico acionado pneumaticamente com estrutura cinemática do tipo antropomórfica (WEIDLE, 2004; CARLOTTO, 2005) que posteriormente foi construído através do trabalho de Härter (2005). Ainda no mesmo ano de 2005, Gehrmann e Valdiero (2005) iniciaram o projeto de um manipulador robótico tipo Gantry para tarefas de corte plasma que resultou na publicação de um relatório em língua inglesa de título: Design and development of a gantry manipulator with electric drives and a plasma torch. No ano seguinte Langner e Valdiero (2006) pesquisaram, desenvolveram e construíram o protótipo de um efetuador final robótico porta-caneta que foi utilizado por Carlotto e Valdiero (2006) em testes experimentais no robô antropomórfico com controlador clássico linear PID no seguimento de trajetórias retilíneas no espaço operacional. A partir de agosto de 2006 o bolsista PIBIC/CNPq, Alexandre Gonçalves, iniciou sua participação com estudos, pesquisas e auxílio nas atividades teóricoexperimentais do grupo de pesquisa. No segundo semestre de 2006 a pesquisa contou com a participação de dois acadêmicos do curso de Mestrado em Modelagem Matemática no desenvolvimento de modelos e controladores para atuadores pneumáticos e hidráulicos para aplicações mecatrônicas. Estes dois mestrandos foram auxiliados por dois bolsistas de iniciação científica, um bolsista PIBIC/CNPq e outro bolsista BIC/FAPERGS. No início de 2007, ocorreu a primeira

22 defesa de dissertação de mestrado (BAVARESCO, 2007) com aplicação em robô pneumático do tipo Gantry. A pesquisa foi aplicada durante dois semestres (ago/2006 a junho/2007) em desafios da indústria regional através da realização de um trabalho de conclusão de curso com apoio da Empresa FOCKINK (SCHNEIDER, 2006) que doou os materiais metálicos para construção de um novo manipulador robótico de estrutura cartesiana. A partir de 2007 até 2012, o Grupo de Pesquisa concentrou-se na realização de pesquisas voltadas para projetos de P&D em máquinas agrícolas (Projeto Kit Colheitadeira, apoio: FINEP-SEBRAE-MCT e empresas do APL de Panambi/RS), muito importante na qualificação da infraestrutura laboratorial do NIMASS Campus Panambi. De 2011 a 2013 o projeto título Desenvolvimento de solução mecanizada para a poda de árvores com incidência sobre componentes energizados de linhas e redes aéreas de distribuição de energia elétrica, apoiado pela CELPE (Companhia Energética de Pernambuco) desenvolvido no âmbito do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico do Setor Energético regulado pela ANEEL (código ANEEL PD- 0043-0311/2011) permitiu modernizar a infraestrutura, inclusive com o desenvolvimento de um equipamento pneumático para poda de árvores. No período de 2012 a 2014 são retomadas as pesquisas em robôs pneumáticos como tema principal da dissertação de Mestrado em Modelagem Matemática defendida e aprovada (SANTOS, 2014) e de bolsistas de graduação. Em 2016 está sendo realizada mais uma etapa de aprimoramento do robô, sendo esta o tema deste trabalho. A equipe para o desenvolvimento do mesmo é formada por bolsistas de iniciação científica e tecnológica, uma mestranda, uma doutoranda, um aluno de TCC e professores ligados ao SIMMER (Grupo de Projeto de Sistemas Mecânicos, Mecatrônica e Robótica). 2.4 Descrição do robô pneumático de dois graus de liberdade O manipulador robótico a ser estudado e readequado tem a forma antropomórfica e a cadeia cinemática do tipo SCARA com dois graus de liberdade, com juntas rotativas acionadas por dois cilindros pneumáticos de dupla ação montados em uma estrutura mecânica. O protótipo de tal robô encontra-se instalado em uma bancada experimental no Núcleo de Inovação em Máquinas Automáticas e

23 Servo Sistemas (NIMASS) no Campus da UNIJUÍ em Panambi. A Figura 5 mostra o desenho esquemático do robô pneumático. Figura 5 - Desenho esquemático do robô pneumático Fonte: Autor. O mecanismo utilizado no robô é o acionamento através de dois cilindros de haste simples e dupla ação. A tabela 1 mostra as especificações técnicas dos atuadores 1 e 2. Demais detalhes dos cilindros podem ser vistos no anexo A. Tabela 1 Especificações Técnicas dos atuadores 1 e 2 Junta 1 2 Modelo/ Fabricante Código do DNC- 80/Fest MPYE-5-1/8-HF- o DNC- 80/Fest MPYE-5-1/8-HF- o Fabricante 010B 010B Curso [mm] 200 160 Haste Com haste Com haste Diâmetro do 80 80 Êmbolo [mm] Pressão de Trabalho [bar] 6 a 12 6 a 12 Modo de operação Dupla ação Dupla ação Fonte: Autor.

24 O acionamento do robô é pneumático, mas quando se trata de robôs em geral o acionamento pode ser executado também por energia elétrica ou hidráulica. Todos esses convertem suas energias em potências mecânica gerada por atuadores e enviadas para os elos para realizar assim o movimento. Para este estudo utiliza-se para o acionamento robótico atuadores pneumáticos, que operam geralmente quando utilizados na indústria para o movimento de cargas com posições bem definidas. Estes atuadores apresentam baixa rigidez devido à compressibilidade do fluido no caso o ar comprimido, permitindo operações suaves. Os aspectos positivos deste meio de acionamento são a elevada velocidade de resposta e força ou torque produzido. Também apresenta uma boa relação peso/potência. Como desvantagens, existe a possibilidade de ocorrer vazamentos, e a utilização de válvulas de precisão com custo elevado e dificuldade de controle. A implementação de controle em um robô com acionamento pneumático, aplicado dentro de um espaço de tarefa com trajetórias retilíneas foi proposto por (WEIDLE, 2004), que desenvolveu o projeto preliminar de um manipulador de estrutura cinemática do tipo antropomórfico de dois graus de liberdade e de (HÄRTER, 2005) que construiu e testou o protótipo. O sistema pneumático possui duas servoválvulas que são responsáveis por permitir a passagem do ar comprimido para o cilindro pneumático. O deslocamento do carretel da válvula é provocado por uma tensão aplicada no solenoide ocasionando assim o movimento do atuador pneumático. As válvulas que são mostradas na Figura 6 são os elementos de comando do sistema pneumático são os componentes responsáveis por controlar a direção e o sentido do escoamento do ar comprimido para os cilindros, a fim de promover o seu avanço ou recuo. Figura 6 - Servoválvulas pneumáticas utilizadas na bancada Fonte: Santos 2014

25 Figura 7 - Simbologia da servoválvula de acordo com a norma ISO 1219. Fonte: Catálogo do fabricante, 2016 A Tabela 2 mostra as especificações técnicas das servoválvulas utilizadas na bancada experimental. Tabela 2 - Especificações técnicas das válvulas. Para o acionamento dos cilindros utilizou-se servoválvulas do tipo MPYE-5-1/8, que são alimentadas com uma tensão de 24V. O sistema de controle envia sinais de 0 a 10 volts para as servoválvulas, deslocando o carretel de acordo com a necessidade de avanço ou recuo do cilindro. Estas são ligadas por canos a placa de aquisição de dados Dspace. A Figura 7 mostra o desenho da válvula conforme a simbologia padronizada pela norma ISO1219. Demais detalhes das válvulas utilizadas podem ser vistas no anexo B. Modelo/fabricante MPYE-5- Tipo 5/3 vias Pressão de trabalho[bar] 0 a 10 Vazão [1/min] 700 Temperatura do fluido de trabalho 5 a 40 Temperatura ambiente[ºc] 0 a 10 Sinal de correte[ma] 4 a 20 Sinal de tensão[vdc] 0 a 10 Fonte: Autor. Para o funcionamento da servoválvula que possui acionamento por sistema elétrico é utilizado uma alimentação com corrente contínua, a fim de evitar danos ou variação. Então utilizou-se uma fonte controlador HP com 24VDC, como mostra a Figura 8.

26 Figura 8 - Fonte HP para alimentação da servoválvula. Fonte: Autor O ar comprimido utilizado para alimentação do sistema pneumático provém de um reservatório. Na entrada da servoválvula utilizou-se de um Transdutor de pressão. Esta unidade está composta por um filtro com capacidade de retenção de partículas e grande vazão, tendo boa regulagem e com baixa histerese. A filtragem realizada é essencial, pois eliminam impurezas da tubulação, partículas de óxido e água condensada antes de chegar à servoválvula proporcional, evitando qualquer dano a mesma. Os sensores são os elementos de sinal eletrônicos que transformam grandezas físicas em sinais elétricos através de dispositivos eletrônicos. Os principais tipos de sensores utilizados em sistemas de controle e automação são dos tipos magnéticos, óticos, indutivos e barométricos que mostra a unidade de conservação com dreno. Para a visualização e controle das pressões é utilizado os sensores de pressão, que são os responsáveis por fazer a leitura das pressões iniciais nas câmaras a e b do cilindro, assim como a pressão de suprimento manométrica (bar). A Figura 9 mostra o transdutor de pressão e os sensores de pressão descritos.

27 Figura 9 - Sensores de pressão e da unidade de ar comprimido Fonte: Autor. O sistema ainda possui dois sensores elétricos que geram sinais mediante a rotação do eixo da junta, indicando assim a posição ou ângulo. A partir da rotação do eixo da junta, um disco perfurado gira, interrompendo o feixe de luz que chega até o sensor óptico. Este sensor é ligado a placa eletrônica dspace que converte o sinal do sensor na forma de pulsos para o valor correspondente ao deslocamento angular, ou seja a placa possui um contador de pulsos. O sensor utilizado no braço robótico é mostrado na Figura 10. Figura 10 - Encolder Incremental Fonte: Hohner, 2013

28 A bancada experimental de testes utilizada é composta por um microcomputador responsável pelo processamento dos dados e interface com o operador. A este está interligado uma placa eletrônica dspace 1104 responsável pela obtenção e armazenagem dos dados da bancada de testes conforme ilustra a Figura 11, a qual utiliza a integração dos softwares Matlab/Simulink e ControlDesk permitindo a captura, controle e manipulação dos dados em tempo real através da construção de uma interface gráfica, o que possibilita a análise detalhada dos resultados obtidos. Figura 11 - Placa eletrônica dspace 1104. Fonte: Autor. A Figura 12 mostra a tela do software ControlDesk para gerenciamento dos dados, interligado ao aplicativo MatLab/Simulink, onde são capturados e mostrados dados experimentais que serão processados e analisados.

29 Figura 12 - Tela de interface gráfica do software ControlDesk. Fonte: Autor. Na Figura 13 é mostrado o desenho tridimensional da bancada para aquisição de dados experimentais feita no software SOLIDWORKS, separando os componentes em sistema de acionamento, controle e mecanismo. Figura 13 - Desenho tridimensional da bancada para aquisição de dados experimentais Fonte: Autor.

30 Na Figura 14 temos a fotografia da bancada para aquisição de dados experimentais antes da realização este trabalho, em 2014. Na fotografia pode-se notar que ainda não há o terceiro graus de liberdade, e os componentes não estão organizados de forma a ter o melhor desempenho. Figura 14 - Fotografia da bancada para aquisição de dados experimentais Fonte: Santos, 2014

31 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1 POSICIONAMENTO DOS COMPONENTES DA BANCADA A primeira adaptação feita no robô descrito anteriormente foi o reposicionamento das válvulas, pois essas se encontravam longe dos atuadores, gerando assim uma perda de carga considerável no sistema, levando em conta a distância que ficavam da unidade de ar comprimido. A Figura 15, mostra o desenho do reposicionamento das válvulas, perto dos cilindros, a fim de diminuir a perda de carga, melhorando assim sua precisão. Figura 15 - Vista superior do mecanismo do manipulador robótico acionado pneumaticamente Fonte: O autor, 2016. A Figura 16 mostra a fotografia do reposicionamento feito nos atuadores 1 e 2. Foram também padronizados os tamanhos das mangueiras, deixando todas do mesmo tamanho, tornando o sistema mais estável. Figura 16 - Fotografia mostrando o reposicionamento das válvulas Fonte: Autor.

32 3.2 CONSTRUÇÃO DO TERCEIRO GRAU DE LIBERDADE O terceiro grau de liberdade visa adaptar a bancada e será prismático e acionado também com um cilindro pneumático, este com um curso de 100 mm, onde será colocado na ponta dele uma ventosa para agir como a ferramenta de trabalho do robô esta podendo ser utilizada para deslocar objetos em uma trajetória definida. As especificações técnicas do mesmo têm-se na Tabela 3. Demais detalhes do atuador utilizado podem ser vistos no Anexo C. Tabela 3 - Especificações técnicas do atuador 3 Junta 3 Modelo/ DNC-4/ Fabricante Wer Código do schott Ncwe Fabricante t040738 Curso [mm] 10-0100 100 Haste Com haste Diâmetro do 80 Êmbolo [mm] Pressão de 6 a 12 Trabalho [bar] Modo de operação Dupla ação Fonte: Autor. Para o acionamento do mesmo tem-se uma servoválvula do tipo MPYE-5-1/8, igual as que acionam os atuadores 1 e 2 já existentes no robô, conforme mostra a Figura 17. Figura 17 - Servoválvula utilizada para acionar o atuador 3 Fonte: Autor

33 Como sensor de posição no atuador 3 utilizou-se um transdutor linear Micropulse da fabricante Balluf, conforme mostra a Figura 18. O uso destes sensores são ideais para medições de forma extremamente precisa e confiáveis sob condições agressivas, e ainda com seu principio de funcionamento sem contato garante a ausência de desgaste, portanto é uma boa escolha para o robô, pois terá uma boa precisão no elo 3, sendo o que tem a ferramenta de trabalho. Maiores detalhes do sensor de posição podem ser vistos no Anexo E. Figura 18 - Sensor de posição utilizado Fonte: Autor Na figura 19 tem-se o desenho do terceiro grau de liberdade construído, feito no software de CAD SolidWorks. Figura 19 - Terceiro Grau de liberdade Construído Fonte: Autor.

34 A Tabela 4 mostra os principais componentes do terceiro grau de liberdade construído. Tabela 4 - Componentes do Terceiro Grau de liberdade construído 1 Válvula Proporcional 2 Cilindro Pneumático 3 Sensor de posição 4 Guias 5 Extensor Fonte: O autor, 2016. A Figura 20 o terceiro grau de liberdade pronto, com a indicação dos componentes listados na Tabela 4, descrita anteriormente. Figura 20 - Vista isométrica do desenho do terceiro grau de liberdade Fonte: Autor. Para a realização de testes futuros será preciso refazer a modelagem matemática, que não é foco deste trabalho e a cinemática do robô através da nova estrutura do robô, está sendo RRP, conforme mostra a Figura 21.

35 Figura 21 - Juntas e elos do robô com as adaptações construtivas realizadas Fonte: Autor 3.3 ADAPTAÇÃO DE UMA VENTOSA COMO FERRAMENTA DE TRABALHO Langner et al (2006) explicam que o robô pneumático tem a função de realizar tarefas através da movimentação de uma ferramenta de trabalho, montada na extremidade do último elo, que realiza trajetórias previamente planejadas de acordo com a aplicação industrial. No robô em questão, utilizou-se uma ventosa como ferramenta de trabalho, pois é o dispositivo pneumático mais comum, pegando a peça a ser movida através da sucção ou vácuo que são criados por dispositivos do tipo Venturi ou bombas de vácuo. Os robôs industriais vêm sendo cada vez mais utilizados na automação das linhas de produção, em atividades como o pick-and-place. Isso se deve às vantagens que o mesmo oferece em relação a realização de forma manual das operações, gerando um aumento da velocidade, precisão e melhor relação custobenefício (LI et al., 2013). O efetuador final por sua vez é o elemento fundamental na execução da tarefa determinada, por isso ele deve ser projetado e adaptado adequadamente às condições de trabalho. Os efetuadores podem ser garras e até ferramentas para

36 aplicações especificas como, por exemplo, pistolas pulverizadoras, dispositivos de furação ou polidoras. No caso das garras, as principais configurações existentes são as de dois dedos, três dedos, para objetos cilíndricos, para objetos frágeis, articulada, a vácua e eletromagnética (ROSÁRIO, 2005). A ventosa permite a realização de tarefas do tipo pega-e-posiciona (pickand-place), ou seja, de tarefas que consistem em pegar peças em um determinado local e levá-las até outra posição definida. A ventosa é do tipo fole como mostra a Figura 22. Figura 22 - Ventosa Utilizada Fonte: Autor A ventosa utilizada é do modelo VASB da fabricante Festo, as especificações técnicas são mostradas na tabela 5. Maiores detalhes da ventosa utilizada podem ser vistos no Anexo D. Tabela 5 - Especificações Técnicas da ventosa Fabricante Código do Fabricante Festo 35421 vasb 55 ¼ pu Diâmetro da Ventosa [mm] 40 Diametro eficaz de sucção[mm] 32 Conexão de vácuo G¼ Volume da Ventosa [cm3] 11.11 Pressão de Operação [bar] -0.95 0 Força de retenção [N] 56 Fonte: Autor.

37 Utilizou-se ainda, um extensor com a finalidade de aumentar o volume de trabalho do mesmo. O extensor é composto por duas chapas de aço com furação conforme a ISO 9409-1, soldadas em um tubo de perfil redondo conforme mostra a Figura 23. Figura 23 - Extensor adicionado no final do terceiro elo Fonte: Autor. Para a fixação da ventosa utilizou-se a adaptação feita por Fiegenbaum (2016), ela é composta por um tubo de perfil quadrado, com a furação conforme a ISO 9409-1, a mesma utilizada no robô, então foi necessário somente à fixação da mesma na extremidade do extensor acoplando assim a ventosa no flange do robô. A figura 24 mostra a adaptação feita Fiegenbaum (2016), adaptada para ser a ferramenta de trabalho de um robô gantry de três graus de liberdade. Figura 24 - Adaptação construída para ventosa Fonte: Fiegembaum (2016)

38 A figura 25 mostra válvula geradora de vácuo utilizada, da Fabricante Festo. Maiores detalhes da válvula podem ser vistos no Anexo F. Figura 25 - Válvula geradora de vácuo utilizada no robô Fonte: Autor A Figura 26 mostra a fotografia da adaptação já com a ventosa acoplada no extensor descrito anteriormente, pronta para testes. Figura 26 - Fotografia da adaptação para a ferramenta de trabalho Fonte: Autor. 3.4 DESCRIÇÃO DO ROBÔ APÓS AS ADAPTAÇÕES Para a realização de testes no protótipo do robô foi necessário antes de tudo, deixa-lo em plenas condições para seu funcionamento, com a conexão dos atuadores, válvulas e sensores. A figura 27 mostra o desenho tridimensional do robô feita no software SolidWorks.

39 Figura 27 - Vista isométrica do protótipo do robô desenhada no software SolidWorks. Fonte: O autor A figura 28 mostra uma fotografia do robô pronto para testes. Figura 28 - Robô pronto para testes Fonte: Autor.

40 Na tabela 6 temos os componentes da bancada experimental, separando-os em Sistema de acionamento, controle e mecanismo. Tabela 6 - Componentes da bancada experimental em 2016 Fonte: Autor. Na figura 29 tem-se a bancada experimental completa em 2016, com todos os componentes descritos no decorrer do trabalho e organizados na tabela 6 vista anteriormente. Figura 29 - Fotografia da bancada pronta para os testes Fonte: Autor.

41 3.5 TESTES DO PROTÓTIPO A estratégia de controle utilizada foi feita por Santos (2014), que foi feita para o robô, porem somente com dois graus de liberdade. Para programar uma trajetória foi necessário adicionar o terceiro grau de liberdade e o comando da ventosa no controlador. Estes foram adicionados ainda sem suas modelagens adequadas, somente para testes iniciais. A Figura 30 mostra a estratégia de controle feita através de diagramas de bloco. Figura 30 - Estratégia de controle independente de cada junta do robô Fonte: Autor. Para realizar os testes foi feita uma trajetória, conforme mostra a Figura 31 para depois mudar os ganhos Proporcionais, integrais e derivativos. A trajetória foi feita para durar 15 segundos, tendo em cada 3 segundos uma posição definida para cada atuador e a ainda um comando on/off para a válvula geradora de vácuo, sendo que com 0 V a válvula se encontra fechada e com 2 V ela troca de posição, permitindo a passagem do ar para a geradora de vácuo. Assim foi feita uma trajetória dentro de espaço de trabalho do robô a fim de pegar um objeto em um determinado lugar e largar em outro, caracterizando assim uma tarefa pick-andplace, tradicional em indústrias que precisam mover peças com rapidez e precisão.

42 Figura 31 - Trajetória dos atuadores e tempo de acionamento da Ventosa Fonte: Autor. Com os testes realizados, é possível analisa-los através de gráficos, para observar se estão de acordo com os desejados. A Figura 32 mostra a interface do programa controldesk para a captura dos dados de trajetória e tensões das válvulas. Figura 32 - Interface do programa controldesk para capturar os dados de trajetória e tensões das válvulas Fonte: Autor.

43 3.6 ANÁLISE DOS RESULTADOS Feita a trajetória no controlador e rodada é possível mudar alguns parâmetros para analisar como o robô trabalha. Para o robô tem-se um controle Proporcional-Integral-Derivativo (PID), sendo que é o algoritmo de controle mais utilizado na indústria e tem sido utilizado em todo o mundo para sistemas de controle industrial. Nos teste feitos foram utilizados três ganhos Kp (ganho proporcional),ki (ganho integral) e Kd (ganho derivativo), sendo determinados a partir de testes com a trajetória utilizada, sendo analisados neste trabalho apenas as trajetórias de cada atuador e o sinal de tensão das válvulas proporcionais, visto que são testes iniciais. A seguir tem-se os 4 testes que foram feitos no robô após as adaptações, fazendo alterações nos ganhos em cada teste, podendo observar quais são os mais pertos do ideal para o sistema do robô. No teste 1 foram apenas alterados os valores de kp nos atuadores 1, 2 e 3, mostrando que as trajetórias realizadas e desejadas ficam bem longe de serem iguais, tendo um erro elevado. Os valores foram aleatórios gerados a partir da tentativa e erro. Nos testes 2, 3 e 4 foram alterados também os ganhos Ki e Kd nos atuadores 1 e 2, que são os mais críticos em relação a posição da trajetória, já que o atuador 3 é o responsável por levar a ventosa até a posição da peça, não sendo tão critico nos testes iniciais em questão. Nota-se que o teste que teve menos erro e trajetória foi o teste 4, porém é um erro considerado grande para tarefas de pick-and-place, mostrando que para trabalhos futuros ainda é necessário um ajuste dos ganhos para menor erro de posição dos atuadores, melhorando assim a trajetória.

Trajetória (m) Tensão (V) Trajetória (m) Tensão (V) Trajetória (m) Tensão (V) 44 A tabela 7 mostra os resultados das trajetórias e das tensões das válvulas de cada atuador, além dos ganhos modificados para o teste 1. Tabela 7 - Dados do teste experimental 1 Trajetórias dos atuadores Tensões das válvulas Atuador 1: Kp=6, Ki=0, Kd=0 Válvula 1 1.1 1 Realizado Desejado 6 5 4 Tensão Válvula 1 0.9 3 0.8 0.7 0.6 0.5 2 1 0-1 -2-3 0.4 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) -4 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) Atuador 2: Kp=17, Ki=0, Kd=0 Válvula 2 0.8 0.6 Realizado Desejado 6 4 Tensão Válvula 2 0.4 2 0.2 0 0-2 -0.2-4 -0.4 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) -6 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) Atuador 3: Kp=17, Ki=0, Kd=0 Válvula 3 0.1 0.08 0.06 Realizado Desejado 4 3 Tensão Válvula 3 0.04 2 0.02 0 1-0.02 0-0.04-0.06-1 -0.08 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) -2 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) Fonte: Autor.

Trajetória (m) Tensão (V) Trajetória (m) Tensão (V) Trajetória (m) Tensão (V) 45 A tabela 8 mostra os resultados das trajetórias e das tensões das válvulas de cada atuador, além dos ganhos modificados para o teste 2. Tabela 8 - Dados do teste experimental 2 Trajetórias dos atuadores Tensões das válvulas Atuador 1: Kp=4, Ki=1, Kd=1 Válvula 1 1.1 1 Realizado Desejado 6 5 Tensão Válvula 1 4 0.9 3 0.8 2 0.7 1 0 0.6-1 0.5-2 -3 0.4 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) -4 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) Atuador 2: Kp=12, Ki=1, Kd=1 Válvula 2 0.8 Realizado Desejado 6 Tensão Válvula 2 0.6 4 0.4 2 0.2 0 0-2 -0.2-4 -0.4 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) -6 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) Atuador 3: Kp=50, Ki=0, Kd=0 Válvula 3 0.1 0.08 0.06 Realizado Desejado 4 3 Tensão Válvula 3 0.04 2 0.02 0-0.02 1 0-0.04-0.06-0.08 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) -1-2 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) Fonte: Autor.

Trajetória (m) Tensão (V) Trajetória (m) Tensão (V) Trajetória (m) Tensão (V) 46 A tabela 9 mostra os resultados das trajetórias e das tensões das válvulas de cada atuador, além dos ganhos modificados para o teste 3. Tabela 9 - Dados do teste experimental 3 Trajetórias dos atuadores Tensões das válvulas Atuador 1: Kp=6, Ki=2, Kd=2 Válvula 1 1.1 1 Realizado Desejado 6 5 4 Tensão Válvula 1 0.9 3 0.8 2 1 0.7 0 0.6-1 0.5-2 -3 0.4 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) -4 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) Atuador 2: Kp=17, Ki=2, Kd=2 Válvula 2 0.8 0.6 Realizado Desejado 6 4 Tensão Válvula 2 0.4 2 0.2 0 0-2 -0.2-4 -0.4 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) -6 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) Atuador 3: Kp=70, Ki=0, Kd=0 Válvula 3 0.1 0.08 0.06 Realizado Desejado 4 3 Tensão Válvula 3 0.04 2 0.02 0 1-0.02 0-0.04-0.06-1 -0.08 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) -2 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) Fonte: Autor.

Trajetória (m) Tensão (V) Trajetória (m) Tensão (V) Trajetória (m) Tensão (V) 47 A tabela 10 mostra os resultados das trajetórias e das tensões das válvulas de cada atuador, além dos ganhos modificados para o teste 4. Tabela 10 - Dados do teste experimental 4 Trajetórias dos atuadores Tensões das válvulas Atuador 1: Kp=6, Ki=1, Kd=1 Válvula 1 1.1 1 Realizado Desejado 6 5 4 Tensão Válvula 1 0.9 3 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) 2 1 0-1 -2-3 -4 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) Atuador 2: Kp=17, Ki=1, Kd=1 Válvula 2 0.8 Realizado Desejado 6 Tensão Válvula 2 0.6 4 0.4 2 0.2 0 0-2 -0.2-4 -0.4 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) -6 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) Atuador 3: Kp=70, Ki=0, Kd=0 Válvula 3 0.1 0.08 0.06 Realizado Desejado 4 3 Tensão Válvula 3 0.04 2 0.02 0 1-0.02-0.04-0.06 0-1 -0.08 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) -2 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) Fonte: Autor.

48 Com os quatro testes realizados percebesse que o robô ainda não tem uma boa precisão, mas percebesse que é possível a melhora com os ajustes dos ganhos Proporcionais, integrativos e derivativos, e com a implementação da modelagem cinemática e matemática completa implementada no controle do robô. Em relação aos testes iniciais feitos percebesse que é possível melhorar a trajetória dos atuadores com os ganhos, porém percebesse que ainda tem folgas mecânicas na estrutura da bancada que podem ser corrigidas em trabalhos futuros, pois com a implementação do terceiro grau de liberdade, notou-se uma pequena mudança nos primeiros graus de liberdade, pois adicionou-se um peso extra na extremidade do grau 2. Considerando a realização de tarefas do tipo pick-and-place, nota-se que com uma melhor estratégia de controle implementando a modelagem cinemática e matemática, o robô tem grande potencial e se faz satisfatório neste quesito.

49 4 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS FUTURAS Apresentou-se a descrição e adaptações construtivas de um robô pneumático com dois graus de liberdade com acionamento pneumático. Com o desenvolvimento deste trabalho pode-se perceber a importância que ajustes muitas vezes desconsiderados, podem ter grande influência no resultado final de protótipos. A construção do terceiro grau de liberdade foi satisfatória, pois melhorou o robô tornando-o mais versátil, gerando outras possibilidades para seu uso. Nos 4 testes realizados nota-se que a ainda há muito o que se fazer em relação ao controle do robô, pois o erro em todos os testes são elevados, porem percebe-se que com a alteração dos ganhos é possível ir melhorando a trajetória de modo significativo. Como perspectivas futuras propõem-se a intensificação dos ajustes do controle do robô, do planejamento de trajetórias e a modelagem matemática e cinemática do robô.

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54 ANEXO A CATALOGO DO FABRICANTE DOS CILINDROS PNEUMATICOS UTILIZADOS FESTO - Disponivel em: https://www.festo.com.cn/net/supportportal/files/13752/info_153_cs.pdf Acesso em: 25/10/2016

55 ANEXO B CATÁLOGO DO FABRICANTE DAS VÁLVULAS UTILIZADAS PARA ACIONAMENTO DOS CILINDROS FESTO Disponivel em: https://www.festo.com/cat/pt-br_br/data/doc_ptbr/pdf/pt/mpye_pt.pdf Acesso em: 25/10/2016

56 ANEXO C CATÁLOGO DO FABRICANTE DO CILINDRO UTILIZADO PARA CONSTRUÇÃO DO TERCEIRO GDL WERK-SCHOTT- Disponivel em: http://www.werkschott.com.br/catalogo/cilindros0102-16br_web03.pdf Acesso em: 25/10/2016

57 ANEXO D CATÁLOGO DO FABRICANTE DA VENTOSA UTILIZADA FESTO - Disponivel em: https://www.festo.com/cat/engb_gb/data/doc_engb/pdf/en/vas_en.pdf Acesso em: 25/10/2016

58 ANEXO E CATÁLOGO DO FABRICANTE DO SENSOR DE POSIÇÃO ELECTRO COMPONENTS- Disponivel em: http://docsasia.electrocomponents.com/webdocs/133d/0900766b8133d71b.pdf Acesso em: 25/10/2016

59 ANEXO F CATÁLOGO DO FABRICANTE DA VÁLVULA GERADORA DE VÁCUO FESTO - Disponivel em: https://www.festo.com/net/supportportal/files/32018 02_332852D2.pdf Acesso em: 25/10/2016 3/VAD_1992-