Robótica - Aula 1-1 UNIP

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ROBÓTICA AMT
Introdução
 A designação robótica industrial surge do estudo 
dos manipuladores robóticos que são usualmente 
conhecidos por robôs industriais. A disciplina tem 
como principal objetivo o de dar formação sobre 
os princípios da manipulação robótica e sua 
fundamentação matemática
Maiores aplicações Industriais
 Industria Automobilística 
 Industria Química 
 Industria de Mineração 
 Industria de Papel e celulose 
 Embalagens 
Origem
 Manufatura 
 Mecanização 
 Motorização 
 Automação
Introdução
Origem do termo 'robô'
 Em português há o termo alternativo "robô". O termo eslavo 
Robota significa trabalhos forçados ou escravos, e teve a sua 
primeira divulgação numa peça de 1921 do escritor theco
Karel Capek.
 Numa evolução do mito passando pelo sonho de Čapek (entre 
outros) até à ficção dos tempos correntes, o conceito de robô 
ou servo do homem tem ocupado a mentalidade do ser 
humano. 
 Um exemplo contemporâneo dessa realidade foi dado pela 
contribuição do grande escritor de ficção Isaac Asimov, 
que chegou a definir as Leis da Robótica por volta de 1950:
Leis da robótica
 1ª Lei: Um robô não pode maltratar um ser humano, 
ou pela sua passividade deixar que um ser humano 
seja maltratado.
 2ª Lei: Um robô deve obedecer às ordens dadas 
por um ser humano, exceto se entrarem em 
conflito com a 1ª lei.
 3ª Lei: Um robô deve proteger a sua própria 
existência desde que essa proteção não entre em 
conflito com a 1ª ou 2ª lei.
Definições de Robô
 Texto da FAQ comp.robotics
"Dispositivos eletromecânicos pré-
programáveis para execução de uma 
variedade de funções."
 Dicionário Webster:
"Dispositivo automático que executa funções 
normalmente atribuídas a humanos ou uma 
máquina com a forma de um humano.“
Definições de Robô
 Em 1986, P. McKerrow propôs para robô a seguinte definição:
 "Um robo é uma máquina que pode ser programada para 
fazer uma variedade de tarefas, do mesmo modo que um 
computador é um circuito eletrônico que pode ser 
programado para fazer uma variedade de tarefas."
 The Robot Institute of America
 “Um robo é manipulador multi-funcional, programável, 
projetado para mover materiais, componentes, ferramentas 
ou dispositivos especiais através de movimentos 
programáveis variáveis para a execução de uma variedade 
de tarefas
Definições de Robô
 Dicionário Aurélio
 Associação das Industrias de Robótica (RIA – EUA) um 
robô industrial é um manipulador programável, 
multifuncional, projetado para mover materiais, peças, 
ferramentas ou dispositivos especiais em movimentos 
variáveis programados para a realização de uma 
variedade de tarefas.
Classificação da Automação Industrial
 Automação Rígida (ou Fixa) 
 Automação Flexível 
 Automação Programável 
Automação Rígida
 São máquinas especificas para o produto a ser 
produzido, produzem grande quantidade um único 
produto, ou produtos com pequenas variações 
entre eles. 
 O volume de produção e elevado, e o custo da 
máquina e elevado, pois e projetada para um 
produto especifico. 
 Embora o volume de produção e alto, o custo do 
produto em geral é baixo. 
Automação Rígida
 Tais maquinas são encontradas em linhas transfer de 
motores, produção de lâmpadas, fabricação de 
papel e de garrafas. 
 Sendo assim, deve-se ter cuidado com o preço final 
do produto, pois, como o investimento de aquisição 
da máquina é alto, a amortização só acontece com 
vendas elevadas. 
 Além disso, se o produto sair do mercado por 
obsolescência, perde-se o investimento. 
Automação Flexível
 Na automação flexível o volume de produção e 
médio e geralmente a máquina pode ser 
programada para produzir um outro produto, 
ainda que semelhante. 
 Esta automação possui características da 
automação fixa e da programável. 
 A maquina deve ser adaptável a um numero 
grande de produtos similares e é empregada, por 
exemplo, numa linha de montagem automotiva. 
Comparação entre os tipos
Automação Programável
 Na automação programável o volume de produção e 
baixo, mas a variedade de produtos diferentes e alta. 
 Ela e adaptável por meio de programação. 
 Muito utilizadas em processos por batelada (Batch). 
 Os principais exemplos de automação programável são 
as maquinas CNC e os robôs industriais. 
 A robótica mais se aproxima da automação 
programável. 
 Portanto, os volumes de produção de um robô industrial 
não são grandes, mas ele e extremamente adaptável a 
produtos diferentes. 
Objetivos da Robótica
Abaixo estão enunciados apenas alguns dos principais 
objetivos da robótica:
 Aumento da produtividade através da otimização da 
velocidade de trabalho do robô e a conseqüente redução 
de tempo na produção;
 Otimização do rendimento de outras máquinas e 
ferramentas alimentadas ou auxiliadas por robôs;
 Diminuição dos prazos de entrega de produtos;
 Realização de trabalhos não desejados, tediosos (alimentar 
máquina-ferramenta) ou perigosas e hostis (ambientes com 
temperaturas elevadas e presença de materiais tóxicos, 
inflamáveis e radioativos).
Quando utilizamos os Robôs
Quando utilizamos o Robôs
Limitações de custo
Classificação de Robôs
Gerações (cronologicamente)
➢ 1ª-Robôs executores (playback) - repetem uma seqüência de 
instruções pré-gravada como a pintura ou soldadura.
➢ 2ª-Robôs controlados por sensores - possuem malhas 
fechadas de realimentação sensorial. Tomam decisões com 
base nos sensores.
➢ 3ª-Robôs controlados por visão - a malha fechada de 
controle inclui um sistema de visão (imagem que é processada)
➢ 4ª-Robôs com controle adaptativo - o robô pode 
reprogramar as suas ações com base nos seus sensores.
➢ 5ª-Robôs com inteligência artificial - usa técnicas de 
inteligência artificial para tomar as suas decisões e até 
resolver problemas
Classificação de Robôs
 Gerações (em termos de realizações de tarefas)
 1ª Geração: essas máquinas geralmente não são programáveis. Trata-se 
de um servomecanismo. Um sistema que atua sob o comando do homem. 
Por exemplo um braço de um pequeno submarino de exploração 
oceânica.
 2ª Geração: essa máquinas são programáveis e executam tarefas 
repetitivas, que exigem precisão de movimentos, normalmente com 
ferramentas pesadas, e em ambientes insalubres ao ser humano. Este é o 
tipo de robô mais encontrado na indústria, e um exemplo clássico é o 
robô soldador de carrocerias de veículos.
 3ª Geração: essas unidades são as mais raras, e de aplicação bem 
específica. O robô de terceira geração, alem de possuir um programa 
residente, é equipado com ferramentas de softwares capazes de 
atribuir à máquina um poder de decisão. Um robô de exploração 
espacial, por exemplo deve decidir diante de um obstáculo se o melhor 
caminho e para direita ou para esquerda.
Classificação de Robôs
Nível de inteligência do controlador (pela JIRSA)
➢ Dispositivos manuais - operados por pessoas
➢ Robôs de seqüência fixas
➢ Robôs de seqüência variáveis - onde o operador pode 
mudar a seqüência com facilidade.
➢ Robôs executores (playback) - onde o operador humano 
guia o robô a executar uma tarefa fixa.
➢ Robôs controlados numericamente - o operador fornece 
apenas o programa do movimento, em vez de o ensinar 
manualmente
➢ Robôs inteligentes - percebem e interagem com alterações 
no ambiente.
Classificação de Robôs
Nível de controle dos programas no controlador
➢ Inteligência artificial - instruções de alto nível que serão 
decompostas pelo sistema em funções de mais baixo nível.
➢ Modo de controle - os movimentos do sistema são 
modelizados incluindo as interações dinâmicas entre os 
diferentes mecanismos. As trajetórias são planejadas à 
partida, bem como os pontos de contacto com os elementos 
a trabalhar (manipular). Deste modelo é formulada uma 
estratégia e os comandos de controle são enviados para 
próximo nível mais baixo.
➢ Servo-sistema - os atuadores controlam os parâmetros do 
dispositivousando os dados sensoriais nas malhas de 
controle.
HISTÓRICO
 1801 – Tear Jacquard
 1946 - George Devol: Dispositivo controlador
 1959 – Primeiro robô comercial (Planet Corporation). Controlado 
por chaves e cames;
 1960 – Primeiro Robô Unimate. Usava comando numérico 
programável;
 1976 – Robo T3 da Cincinnati Milacron controlado por computador
 1982 – Robô RS-1 da IBM programado em linguagem AML
 1997 – A Honda anuncia o primeiro robô humanóide que sobe 
escadas.
 2000 – Milhares instalados em fábricas e usados para 
entretenimento
Ficção Científica
 1817 – Frankenstein de Mary Shelley;
 Anos 20 – karel Chapek: peça tcheca Robôs 
Universais de Rossum. Introduziu o termo Robota
(tcheco) → Robot(franc.) → Robô (Port.);
 1939 – Isaac Asimov. Introduziu o termo robótica e 
criou várias estórias sobre robôs;
 1968 – 2001: Uma odisséia no espaço – HAL 
computador altamente inteligente;
 1977 – Guerra nas estrelas – robô humanóide 
R2D2 e C3PO
Categoria de Robôs
As três categorias principais de robôs são
 ROBÔ FIXO – Também chamado de Braço Mecânico, é montado 
sobre uma base a qual lhe serve de sustentação física e de 
referência de movimentos. É o tipo mais comum de Robô e o mais 
usado em aplicações industriais;
 ROBÔ MÓVEL – Também chamado de Carro ou AGV (Automatically
Guided Vehicle = Veículo Guiado Automaticamente), pois pode se 
locomover com certa autonomia obedecendo a um controle.
 ROBÔ HUMANÓIDE - Também chamado de andróide por seu 
aspecto humano: anda sobre duas pernas (o que permite subir e 
descer escadas), possui dois braços (o que permite manipular objetos 
da mesma maneira que o ser humano) e tem dois sistemas de 
captação de imagem na parte frontal da cabeça (o que lhe dá 
visão estéreo e o mesmo ponto de vista de um ser humano). Por estas 
características pode substituir um ser humano sem necessidade de 
adaptação do ambiente.
Elementos principais de um manipulador 
robótico(ou robô industrial)
 Braço e punho (arm-wrist)
 O braço é a parte do manipulador que 
está normalmente associada ao 
posicionamento (x, y, z) no espaço físico 
cartesiano, ou operacional. O punho afeta 
essencialmente a orientação (θ,φ,ψ) da 
garra, pinça ou outros end-effector.
 Todavia, é muito comum que haja efeitos 
cruzados – o braço afetar também a 
orientação e o punho, afetar a posição 
cartesiana. Estes componentes de um 
manipulador são constituídos por partes 
rígidas, os elos (links), ligadas entre si 
pelas juntas (joints)
Controlador
 Unidade capaz de gerar informação de ativação 
de um ou mais atuadores com base num algoritmo 
de controle. Os algoritmos mais comuns recorrem ao 
chamado controle PID (proporcional-integral-
diferencial)
Atuadores
 Dispositivos que geram e impõem movimento a uma 
qualquer parte mecânica pelo desenvolvimento de 
forças e binários baseada num princípio físico de 
conversão de energia. Podem ser, por exemplo, 
motores elétricos, cilindros hidráulicos, ou 
pneumáticos, eletro-magnéticos, etc. Têm muitas 
vezes associados elementos adicionais de 
transmissão mecânica.
Sensores
 Elementos destinados à medição do estado interno 
do manipulador bem como à percepção do 
ambiente exterior. Principais tipos de sensores 
usados num manipulador: codificadores, fins-de-
curso, sensores de força, detectores de 
proximidade capacitivos e indutivos, etc. Fazem a 
percepção.
Bibliografia
 Introduction to Robotics – P. McKerrow, Addison-Wesley, 1993.
 Robotics: Control, Sensing, Vision, and Intelligence – K. Fu, R. Gonzalez, C. 
Lee, McGraw-Hill, 1987.
 Modeling and Control of Robot Manipulators – L. Sciavicco, B. Siciliano, 
McGraw-Hill, 1996.
 Robot Manipulators: Mathematics, Programming, and Control – R. Paul, MIT 
Press, 1981.
 Introduction to Robotics: Mechanics and Control – J. Craig, Addison-Wesley, 
1989.
 Fundamentals of Robotics: Analisys & Control – R. J. Schilling, Prentice-Hall, 
1990.
 Industrial Robotics: Technology, Programming, and Applications – M. P. 
Grover et al., McGraw-Hill, 1986.
 Mechanics and Control of Robots – K. Gupta, Springer Verlag, 1997.
 Industrial Robotics Handbook – V. Hunt, Industrial Press Inc., 1983.
EXERCICIOS 
 Defina robô
 Qual é a diferença entre robótica e automação?
 Cite 3 ambientes Industriais onde à necessidade de se 
utilizar Robô.
 Defina com as suas próprias palavras “Robô 
manipulador”.
 O que diz as três leis da robótica?
 Utilizando o gráfico custo x produção explique em qual 
situação a escolha da utilização de robô é vantajoso.
 Defina robô
 São máquinas multifuncionais programáveis, capazes de executar tarefas altamente 
complexas “executadas pelos homens” e realizar múltiplas operações de maneira flexivel
 Qual é a diferença entre robótica e automação?
 R. Automação e a substituição de tarefas repetitivas com baixo grau de programação e 
pouca flexibilização. Robótica é utilização de máquinas para realizar tarefas complexas com 
alto grau de programação e alta flexibilização.
 Cite 3 ambientes Industriais onde à necessidade de se utilizar Robô.
 R. Pintura, Soldagem, Fundição....etc
 Defina com as suas próprias palavras “Robô manipulador”.
 R. São maquinas com vários graus de liberdade possuem juntas elos e efetuadores e são 
projetado para mover materiais, peças, ferramentas ou dispositivos especiais em movimentos 
variáveis programados para a realização de uma variedade de tarefas 
 O que diz as três leis da robótica?
 R.1 ª Preservar a vida humana;
 2 ª Obedecer as ordens dos humanos exceto quando contrariar a 1ª Lei;
 3 ª Preservar a própria existência exceto quando contrariar a 1ª Lei ou 2ª Lei.
	Slide 1: Robótica
	Slide 2: Introdução
	Slide 3: Maiores aplicações Industriais
	Slide 4: Origem
	Slide 5: Introdução
	Slide 6: Leis da robótica
	Slide 7: Definições de Robô
	Slide 8: Definições de Robô
	Slide 9: Definições de Robô
	Slide 10: Classificação da Automação Industrial
	Slide 11: Automação Rígida
	Slide 12: Automação Rígida
	Slide 13: Automação Flexível
	Slide 14: Comparação entre os tipos
	Slide 15: Automação Programável
	Slide 16: Objetivos da Robótica
	Slide 17: Quando utilizamos os Robôs
	Slide 18: Quando utilizamos o Robôs
	Slide 19
	Slide 20: Limitações de custo
	Slide 21: Classificação de Robôs
	Slide 22: Classificação de Robôs
	Slide 23: Classificação de Robôs
	Slide 24: Classificação de Robôs
	Slide 25: HISTÓRICO
	Slide 26: Ficção Científica
	Slide 27: Categoria de Robôs
	Slide 28: Elementos principais de um manipulador robótico(ou robô industrial)
	Slide 29: Controlador
	Slide 30: Atuadores
	Slide 31: Sensores
	Slide 32: Bibliografia
	Slide 33: EXERCICIOS 
	Slide 34