0 MA Elemento Textual - Robótica industrial e colaborativa

Prévia do material em texto

ROBÓTICA INDUSTRIAL E 
COLABORATIVA 
Rafael Bruno Bertoncini 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 ROBÓTICA INDUSTRIAL ............................................................................ 3 
2 CARACTERÍSTICAS DOS ROBÔS INDUSTRIAIS ......................................... 15 
3 MODELAGEM DE ROBÔS ....................................................................... 33 
4 SISTEMAS AUTOMÁTICOS E AUTÔNOMOS ............................................ 48 
5 PROJETO DE SISTEMAS ROBÓTICOS ...................................................... 56 
6 PROGRAMAÇÃO E SIMULAÇÃO DE ROBÔS ............................................ 71 
 
 
 
 
3 
 
 
 
1 ROBÓTICA INDUSTRIAL 
 
Apresentação 
A robótica é a ciência responsável pelo desenvolvimento e uso de robôs, originalmente 
dispositivos mecânicos criados para auxiliar o homem em tarefas predefinidas. 
Contudo, a robótica evolui a cada dia ao passo que novas tecnologias vêm sendo 
desenvolvidas e aplicadas, permitindo a construção de robôs mais complexos, ágeis e 
produtivos, até a criação dos robôs autônomos. 
Serão apresentados neste bloco os conceitos de robô e robótica, entenderemos as 
suas histórias e a origem desses termos. Na sequência, será apresentado o conceito da 
robótica colaborativa e as principais diferenças para a robótica industrial. Por fim, 
iremos conhecer os diversos tipos de robôs disponíveis e as suas aplicações. 
 
1.1 Conceito e história 
A robótica se originou na integração de duas disciplinas distintas, a engenharia e a 
ciência da computação, e envolve o projeto, a construção, a programação e a operação 
de robôs. Para isso, ela integra atualmente diversas disciplinas como a matemática 
(modelagem), as engenharias mecânica, elétrica, eletrônica, mecatrônica, de 
informação, da computação, de controle, de software, a bioengenharia etc. 
A robótica tem por objetivo desenvolver máquinas que possam auxiliar os humanos 
em diversas tarefas e aplicações, os robôs, sendo eles aplicados em ambientes 
perigosos, onde os humanos poderiam se machucar e até morrer, e em processos 
produtivos, aumentando a produtividade. 
 
 
 
4 
 
Entretanto, como podemos definir um robô? A RIA (Robot Institute of America – 
Instituto de Robôs da América) define o robô como “um manipulador reprogramável, 
multifuncional, projetado para mover materiais, peças, ferramentas ou dispositivos 
específicos, através de vários movimentos programados para realizar uma variedade 
de tarefas”. Já a ISO 10218 define o robô como “um manipulador reprogramável com 
vários graus de liberdade com base fixa ou móvel, capaz de manipular materiais, peças, 
ferramentas, segundo trajetórias variáveis que permitam realizar tarefas diversas”. 
Veja que ambas as definições tratam o robô como um manipulador, porém, 
atualmente, existem diversas outras aplicações e modelos de robôs que já não mais se 
encaixam nessas definições, como os robôs autônomos e sensoriais sem possuir, 
necessariamente, um manipulador. 
Os robôs podem assumir qualquer forma a depender da sua aplicação, porém alguns 
são construídos à semelhança dos humanos de modo a facilitar a sua aceitação quando 
apresentam comportamentos similares aos realizados pelas pessoas. Eles podem 
reproduzir diversas atividades humanas, como o caminhar, sendo atualmente, 
inclusive, inspirados na natureza, contribuindo assim para o campo da robótica 
bioinspirada. Os robôs podem atuar através do controle humano (telecomando), de 
maneira pré-programada ou de maneira autônoma. 
 
 
 
 
5 
 
 
Fonte: IEEE, 2021. 
Figuras 1.1 e 1.2 – Robôs Geminoid DK e Charlie. 
 
1.1.1 Etimologia 
A palavra “robótica” vem da palavra “robô”, apresentada ao público pelo escritor 
tcheco Karel Capek em sua peça R.U.R. (Rossum's Universal Robots), publicada em 
1920. A palavra “robô”, por sua vez, vem da palavra eslava robota, que significa 
trabalho forçado. Nessa peça, uma fábrica produz pessoas artificiais chamadas robôs, 
criaturas que poderiam ser confundidas com humanos. 
A palavra “robótica” foi utilizada pela primeira vez por Isaac Asimov em seu conto de 
ficção científica Liar!, publicado em 1941. Logo, como a ciência dos dispositivos 
elétricos é chamada “eletrônica”, ele assumiu que a “robótica” se referia à ciência dos 
 
 
 
6 
 
robôs. Um ano mais tarde, em 1942, ele publicou o conto Runaround, em que 
introduziu seu conceito das Três Leis da Robótica, também conhecidas como as Leis de 
Asimov: 
1. Primeira Lei: um robô não pode ferir um ser humano ou, por inação, permitir 
que um ser humano sofra algum dano; 
2. Segunda Lei: um robô deve obedecer às ordens dadas por seres humanos, 
exceto quando tais ordens entrarem em conflito com a Primeira Lei; 
3. Terceira Lei: um robô deve proteger sua própria existência, desde que tal 
proteção não entre em conflito com a Primeira ou a Segunda Lei. 
 
1.1.2 História 
O primeiro registro histórico que descreve um robô foi encontrado na China em torno 
de 1000 a.C. Alguns séculos mais tarde, foram documentados alguns tipos de robôs 
primitivos na Grécia. Em 1206 d.C., foi criada na Arábia uma banda de autômatos 
humanoides que podiam tocar ritmos diferentes a partir da troca de seus mecanismos 
internos, sendo considerados o primeiro robô programável. Em 1495, Leonardo da 
Vinci apresentou um design de um robô humanoide, o Cavaleiro Mecânico, e alguns 
anos mais tarde, em torno de 1560, ele apresentou um robô que imitava o andar 
humano além de outros movimentos similares ao de uma pessoa: o Monge Mecânico. 
Em 1738, um inventor francês criou um pato robô que era capaz de bater as asas, 
comer e excretar. Finalmente em 1898, Nikola Tesla demonstrou uma embarcação 
controlada por rádio. 
Os principais marcos de desenvolvimento dos robôs modernos são apresentados a 
seguir: 
▪ 1939 e 1940: um robô humanoide da Westinghouse Electric Corporation foi 
apresentado na Feira Mundial de Nova Iorque; 
▪ 1948: dois robôs em forma de tartaruga foram criados para “pensar” e se 
comportar de maneira biológica; 
▪ 1956: foi apresentado o primeiro robô industrial da empresa Unimation; 
 
 
 
7 
 
▪ 1959: foi apresentado o primeiro robô comercial da empresa Planet 
Corporation, controlado por chaves de fim de curso e por excêntricos; 
▪ 1961: instalação do primeiro robô industrial da empresa Unimation para 
levantar pedaços quentes de metal de uma máquina de fundição e empilhá-los; 
 
 
Fonte: IEEE, 2021. 
Figura 1.3 – 1961 Unimate. 
▪ 1967: o primeiro robô humanoide inteligente em escala real (androide) foi 
apresentado no Japão. Possuía um sistema de controle que permitia a ele 
caminhar com os membros inferiores, segurar e transportar objetos com as 
mãos, por meio de sensores táteis. Seu sistema de visão permitiu medir 
distâncias e direções para objetos, usando receptores externos, olhos e ouvidos 
artificiais, e seu sistema de conversação permitia que ele se comunicasse com 
uma pessoa em japonês através de uma boca artificial; 
▪ 1968: foi desenvolvido um robô móvel com câmera de visão e sensores de 
contato pela Stanford Research Institute; 
▪ 1970: foi enviado para a Lua o primeiro robô espacial, o Lunokhod 1 da União 
Soviética; 
▪ 1971: foi desenvolvido um braço robótico de atuação elétrica pela Universidade 
de Stanford; 
 
 
 
8 
 
▪ 1973: foi apresentado pela KUKA Robot Group o primeiro robô industrial com 
seis eixos acionados eletromecanicamente; 
▪ 1973-1974: foi desenvolvida a primeira linguagem de programação de robôs, a 
WAVE, seguida pela linguagem AL em 1974. Mais tarde, foi desenvolvida a 
linguagem VAL pela Unimation; 
▪ 1974: o primeiro robô industrial elétrico controlado por microcomputador do 
mundo foi instalado pela ABB Robot Group na Suécia com um design 
patenteado em 1972; 
▪ 1975: foi apresentado o braço de manipulação universal programável pela 
Unimation; 
▪ 1977: foi apresentado um sistema robótico móvel,com garras e sistema de 
visão, para a exploração espacial pelo California Institute of Technology, EUA, o 
Mars Rover; 
▪ 1978: foi apresentada a primeira linguagem de programação de robô em nível 
do objeto, permitindo que os robôs manipulem objetos de diferentes formas, 
posições e ruídos; 
▪ 1978: foi apresentado o robô PUMA (Programmable Universal Manipulation 
Arm) pela Unimation para ser utilizado em linhas de montagem da GM; 
▪ 1979: foi desenvolvido na Universidade de Yamanashi, Japão, o robô SCARA 
(Selective Compliance Assembly Robot Arm). Esse robô começou a ser 
comercializado em 1981; 
▪ 1981: foi apresentado o primeiro robô de atuação direta (direct drive) pela 
CMU; 
▪ 1983: foi instalada a primeira linha flexível de montagem com robôs; 
▪ 1997: a Honda apresenta o primeiro robô humanoide que sobe escadas, o 
ASIMO (Advanced Step in Innovative Mobility). 
Atualmente, os robôs industriais são amplamente difundidos e usados para realizar 
trabalhos de forma mais barata, mais precisa e confiável do que a mão de obra 
humana. Eles também são aplicados em alguns trabalhos que são muito sujos, 
perigosos ou enfadonhos aos humanos. Os robôs são largamente utilizados na 
produção e montagem em massa de bens de consumo e industriais, embalagem, 
 
 
 
9 
 
armazenamento, transporte, mineração, exploração da terra e do espaço, medicina, 
pesquisa de laboratório, segurança etc. 
 
1.2 Robótica colaborativa 
O robô colaborativo, ou cobot como é popularmente conhecido (o diminutivo de 
collaborative robot), foi desenvolvido para interagir diretamente com humanos em um 
espaço de trabalho compartilhado ou onde haja proximidade entre humanos e robôs. 
Essas aplicações contrastam com as aplicações tradicionais de robôs industriais, nas 
quais os robôs são isolados do contato humano. Os cobots habitualmente são 
produzidos com materiais de construção leve, com bordas arredondadas e limitação 
de velocidade e força, seja de ordem estrutural ou baseada na atuação de sensores e 
programação que lhes garante um comportamento seguro. 
 
Fonte: IEEE, 2021. 
Figura 1.4 – Cobot e operador em espaço compartilhado. 
 
Os cobots possuem diversas aplicações como a automação de tarefas não 
ergonômicas, o auxílio à movimentação de peças pesadas, a alimentação de máquinas, 
as operações de montagem, como robôs de logística que transportam materiais entre 
a produção e o armazém, e até como robôs de informação em espaços públicos. 
 
 
 
10 
 
1.2.1 História 
O cobot foi inventado por dois professores da Northwestern University dos EUA em 
1996 como o resultado de um trabalho de pesquisa iniciado e conduzido pela General 
Motors dos EUA com o objetivo de encontrar uma forma de tornar seguro o uso de 
robôs e equipamentos semelhantes próximos aos operadores na linha de produção. 
Na patente preenchida em 1997, eles descrevem o cobot como “um aparelho e 
método para interação física direta entre uma pessoa e um manipulador de uso geral 
controlado por um computador”. 
Os cobots começaram a ser produzidos em alta escala na virada do milênio, se 
consagrando no mercado de automação já no início dos anos 2000. 
 
1.2.2 Principais características 
A International Federation of Robotics (IFR – Federação Internacional de Robótica) 
define diferentes níveis de colaboração entre cobots e humanos: 
▪ Coexistência: humanos e robôs trabalham lado a lado sem separação e sem 
espaço compartilhado; 
▪ Colaboração sequencial: humanos e robôs trabalham em espaço 
compartilhado, porém seus movimentos são sequenciais, ou seja, eles não 
trabalham em uma peça ao mesmo tempo; 
▪ Cooperação: humanos e robôs trabalham em uma peça ao mesmo tempo, com 
os dois em movimento; 
▪ Colaboração responsiva: o robô responde em tempo real aos movimentos do 
humano. 
Atualmente, a maioria das aplicações dos cobots é de coexistência ou de colaboração 
sequencial, sendo os demais níveis de colaboração menos comuns. 
As principais características que permitem a sua colaboração com humanos são os 
sensores incorporados para detectar obstáculos e evitar colisões, e as limitações de 
velocidade, de força e de alcance, privilegiando a segurança. Assim, os cobots podem 
 
 
 
11 
 
ser aplicados em operações perigosas, árduas ou tediosas, liberando o operador para 
tarefas mais específicas e estratégicas que demandem discernimento humano. 
Adicionalmente, os cobots são mais fáceis de serem programados e configurados (set 
up), de serem instalados na linha de produção por demandarem menor espaço, além 
de serem consideravelmente mais baratos do que os robôs industriais tradicionais. 
 
1.2.3 Normas de segurança 
A instalação de qualquer máquina ou equipamento, em uma linha de produção, por 
exemplo, deve estar em conformidade com a legislação vigente de modo a garantir o 
correto funcionamento dessa máquina ou equipamento, bem como a segurança e o 
bem-estar das pessoas que irão trabalhar junto ou próximo a ela/ele. 
A NR 12, Norma Regulamentadora de Segurança no Trabalho em Máquinas e 
Equipamentos, é a norma a ser levada em consideração no Brasil. Recentemente, foi 
estabelecida a Nota Técnica 31 (NT 31) que permite a utilização de sistemas robóticos 
que sigam as normas ISO 10218-1 e 10218-2, a ISO/TS 15066 ou outras normas 
técnicas internacionais oficiais que regulem a aplicação desses sistemas, passando a 
fazer parte da própria NR 12 (item 12.1.12). Essa nota técnica facilita a correlação com 
normas internacionais, trazendo maior segurança jurídica a essas aplicações no Brasil. 
Esse fato abre caminho para uma maior aplicação de cobots em território nacional. 
A especificação técnica ISO/TS 15066 define quatro métodos para a utilização de 
cobots em espaços compartilhados com humanos, como segue: 
▪ Parada de segurança monitorada; 
▪ Modo guiado (operação manual dos cobots); 
▪ Separação e velocidade monitoradas; 
▪ Limitação de potência e força. 
Vale lembrar, no entanto, que qualquer instalação de máquinas e equipamentos, 
robôs colaborativos inclusos, deve ser precedida de uma avaliação de riscos no local da 
aplicação, conforme a norma ISO 12100. 
 
 
 
12 
 
Ainda no tema da segurança, as normas ABNT NBR 14153, ISO 13849-1 e 13849-2 
devem ser levadas em consideração, sendo fundamentais para o controle da força e da 
velocidade desses sistemas. 
1.3 Tipos de robôs e suas aplicações 
Os robôs podem ser classificados em 4 categorias, podendo ser telecomandados, pré-
programados ou autônomos: 
▪ Aéreos; 
▪ Espaciais; 
▪ Subaquáticos; 
▪ Terrestres. 
Evidentemente, como qualquer máquina ou equipamento, um robô é projetado para 
uma atividade ou tarefa específica. Na indústria, é muito fácil encontrar robôs de 
montagem, porém existem robôs soldadores. A uma primeira vista, pode-se imaginar 
que se trata de um braço robótico único adaptado a duas tarefas distintas. Muitas 
vezes pode ser mesmo, principalmente com o objetivo de aumentar a escala de 
produção visando reduzir custos, no entanto, algumas vezes os robôs acabam sendo 
bem específicos, como no caso do robô soldador que, habitualmente, é acompanhado 
de todos os equipamentos e dispositivos necessários para o processo de solda. 
Existe uma ampla gama de robôs disponíveis no mercado, para as mais diversas 
aplicações: 
▪ Indústria: aplicados desde 1960, têm ocupado cada vez mais espaço nas linhas 
produtivas. Podem ser robôs manipuladores para carga pesada, soldadores, 
montadores, transportadores (de uma operação a outra), controladores de 
qualidade etc.; 
▪ Medicina: aplicados em cirurgia a distância, cirurgias não invasivas, cirurgias 
complexas e na recuperação de movimento (reabilitação: exoesqueleto e 
próteses robóticas) etc.; 
 
 
 
 
13 
 
 
Fonte: ABB/EXSTO, 2020. 
Figura 1.5 – Exemplo de robô aplicado à terapia robótica: fisioterapia e reabilitação. 
 
▪ Agricultura: separação, seleção e classificação de frutos e grãos, eliminadoresde erva-daninha, pulverizadores em geral, colheitadeiras, plantadeiras etc.; 
▪ Cozinha: automação de grandes cozinhas industriais, automação de cozinhas 
para delivery e fast-food; 
▪ Outras aplicações: espacial, militar, socorro/salvamento, construção, limpeza 
(doméstica, industrial, ambientes contaminados etc.), nanorrobôs, 
comunicação etc. 
Como visto anteriormente, os robôs podem assumir as mais diversas formas: 
▪ Humanoides: imitam a forma e a movimentação humana; 
▪ Bioinspirados: imitam a forma e a movimentação de animais (Ex.: 
quadrúpedes, cobras, insetos, peixes etc.); 
▪ Móveis: veículos autônomos de diversas formas, a depender da aplicação; 
▪ Industriais: apresentam diversas formas, a depender da aplicação; 
▪ Reconfiguráveis: podem mudar de forma e/ou se agruparem ou se 
desagruparem, tomando diferentes formas. 
 
 
 
 
14 
 
Conclusão 
A partir deste bloco, passamos a conhecer um pouco mais dos robôs e das suas 
aplicações, bem como da ciência multidisciplinar que é a robótica. Os robôs são 
equipamentos complexos que têm evoluído muito como o passar dos anos e estão, a 
cada dia, mais presentes em nossas vidas. Uma vez estabelecidos esses conceitos, 
podemos começar a detalhar esses equipamentos, seja do ponto de vista estrutural, 
seja do ponto de vista funcional. 
Referências Bibliográficas 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 14153 – Segurança de 
máquinas – Partes de sistemas de comando relacionados à segurança – Princípios 
gerais para projeto. Rio de Janeiro, jul. 1998. 
ISO. International Organization for Standardization. BS EN ISO 13849-1:2015. Safety of 
machinery – Safety-related parts of control systems – General principles for design. 
ISO, 2015. 
ISO. International Organization for Standardization. BS EN ISO 13849-2:2012. Safety of 
machinery – Safety-related parts of control systems – Validation. ISO, 2012. 
IEEE. Robots. IEEE, 2021. Disponível em: https://robots.ieee.org/robots/. Acesso em: 
25 nov. 2021. 
ABB/EXSTO. Implantação da robótica na indústria. Santa Rita do Sapucaí: ABB/Exsto 
Tecnologia, 2020. p. 27. Disponível em: 
https://exsto.com.br/industria40/ebookrobotica.pdf. Acesso em: 14 mar. 2022. 
HUGHES, C.; HUGHES, T. Robot programming: a guide to controlling autonomous 
robots. 1. ed. EUA: Que Publishing, 2016. 
MUNHOZ, I. P. Robótica. 1. ed. Brasil: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2017. 
 
 
https://exsto.com.br/industria40/ebookrobotica.pdf
 
 
 
15 
 
 
2 CARACTERÍSTICAS DOS ROBÔS INDUSTRIAIS 
 
Apresentação 
Você sabe como são formados os robôs e como eles funcionam? Este bloco irá abordar 
as características básicas dos robôs e os seus principais sistemas e componentes com o 
objetivo de compreender como eles funcionam, se movimentam e sentem o ambiente 
que os rodeia, de modo que eles possam realizar as tarefas para as quais foram 
programados. 
2.1 Estrutura mecânica 
Um robô é formado por diversos sistemas e componentes, cada um com uma função 
específica. É por meio deles que um robô pode se movimentar e se locomover, sentir o 
ambiente e realizar tarefas. 
A figura a seguir apresenta os componentes básicos de um robô e uma analogia com o 
corpo humano: 
 
 
 
 
16 
 
 
Fonte: HUGHES, C.; HUGHES, T., 2016. (editada pelo autor) 
 Figura 2.1 – Componentes básicos de um robô. 
 
Neste momento, iremos nos ater à estrutura e aos componentes mecânicos, porém 
não podemos nos esquecer de que os robôs também possuem componentes elétricos 
que os alimentam e os controlam. Existem atuadores elétricos que demandam 
eletricidade que, por sua vez, é armazenada em uma bateria e distribuída por fios ou 
chicotes elétricos. Outros componentes elétricos são utilizados para detecção, por 
exemplo, os sensores, bem como outros componentes elétricos para movimentação e 
operação, já que o microprocessador utilizado para operar o robô necessita de 
eletricidade. 
Todos os robôs possuem uma estrutura mecânica responsável por dar forma a eles, 
por sustentar o peso deles e dos objetos ou das cargas que eles manipulam, por 
conectar os seus componentes, e por permitir a movimentação e a locomoção deles. A 
sua construção mecânica está diretamente ligada à aplicação do robô, de modo que 
ele possa completar as tarefas que lhe foram atribuídas, lidando com a física do 
ambiente que o rodeia: a função define a forma. 
 
 
 
17 
 
O robô industrial é um robô utilizado em processos produtivos, sendo ele 
automatizado, programável e capaz de se mover em diversos eixos. É tipicamente 
utilizado em processos de solda, pintura, montagem e desmontagem, manuseio de 
materiais, embalagem e rotulagem, paletização, inspeção de produto, teste etc. Os 
robôs industriais são resistentes, velozes e precisos, sendo amplamente utilizados na 
indústria uma vez que aumentam a produtividade e a eficiência das operações, 
principalmente quando se trata de operações repetitivas ou enfadonhas ao ser 
humano. 
2.1.1 Graus de liberdade 
O grau de liberdade (GdL, ou Degree of Freedom – DoF) é definido como o número de 
variáveis independentes requeridas para definir a posição de um corpo rígido no 
espaço, ou seja, o GdL define o número de direções em que um corpo pode se mover. 
O GdL é aplicado à cinemática para calcular a dinâmica de um corpo. Logo, se o GdL > 
0, temos um mecanismo (sistema com “n” graus de liberdade), se o GdL = 0, temos 
uma estrutura (sistema estático), e se o GdL < 0, temos uma estrutura pré-carregada 
(sistema hiperestático). 
A posição e a orientação de um corpo rígido no espaço são definidas por três 
componentes de translação e três componentes de rotação, ou seja, um corpo rígido 
pode possuir até seis graus de liberdade. Ao analisar um automóvel, como na figura a 
seguir, temos os seguintes graus de liberdade (seis no total): 
▪ Translação – definição da posição: 
1. Deslocamento (eixo X): movimento para frente (+X) e para trás (-X); 
2. Direção (eixo Y): movimento para a direita (-Y) e para a esquerda (+Y); 
3. Elevação (eixo Z): movimento para cima (+Z) e para baixo (-Z). 
▪ Rotação – definição da orientação: 
1. Ângulo de rolagem (α): em relação ao eixo X; 
2. Ângulo de arfagem (β): em relação ao eixo Y; 
3. Ângulo de guinada (γ): em relação ao eixo Z. 
 
 
 
 
18 
 
 
 
Fonte: autor. 
Figura 2.2 – Os 6 graus de liberdade de um automóvel. 
O corpo rígido, ou elo ou link, é aquele que não sofre deformações em nenhuma de 
suas direções e que une duas ou mais juntas. As juntas são elementos que conectam 
dois corpos e que permitem a transmissão de força ou torque. Elas atuam como 
restrições geométricas, restringindo o movimento do corpo rígido, ou seja, elas 
reduzem os graus gerais de liberdade. 
 
Fonte: HUGHES, C.; HUGHES, T., 2016. (editada pelo autor). 
 Figura 2.3 – Braços robóticos com 2 e 6 graus de liberdade. 
 
Desse modo, uma junta pode permitir que um corpo rígido se mova em relação a 
outro, assim como restringe os movimentos possíveis dos dois corpos que conecta. Por 
 
 
 
19 
 
exemplo, uma junta de rotação pode ser vista permitindo liberdade de movimento 
entre dois corpos rígidos no espaço, ou pode ser vista fornecendo cinco restrições ao 
movimento desses corpos. De forma geral, o número de graus de liberdade de um 
corpo rígido, três para corpos planos e seis para corpos espaciais, menos o número de 
restrições fornecidas por uma junta deve ser igual ao número de liberdades fornecidas 
por essa junta, como segue: 
 
Fonte: LYNCH, K.; PARK, F., 2017. (editada pelo autor) 
Figura 2.4 – Juntas robóticas típicas. 
 
Como pode ser observado na Figura 2.4, cada junta conecta apenas dois corpos: juntas 
que conectem simultaneamente três ou mais corpos não são permitidas. As juntas a 
seguir apresentam apenas um grau de liberdade: 
▪ Rotação, torção ou giratória (R): permite o movimento de rotação, seja em 
torno do eixo da junta, no mesmo eixo do corpo rígidoou ortogonal a ele; 
▪ Prismática, deslizante ou linear (P): permite o movimento translacional (ou 
retilíneo) ao longo da direção do eixo da junta, podendo ser colinear ou 
ortogonal; 
▪ Helicoidal ou parafuso (H): permite a rotação e a translação simultânea em 
torno de um fuso. 
Existem juntas com mais de um grau de liberdade, como segue: 
▪ Cilíndrica (C): possui dois graus de liberdade, permitindo translações e rotações 
independentes em torno de um único eixo de junta; 
 
 
 
20 
 
▪ Universal (U): possui dois graus de liberdade, sendo constituída por um par de 
juntas de rotação dispostas de forma que seus eixos sejam ortogonais; 
▪ Esférica (S): possui três graus de liberdade, funcionando de maneira similar à 
articulação do ombro humano. 
Dadas as diferentes configurações das juntas de articulação, os robôs podem ser 
classificados da seguinte forma: 
▪ Articulado ou antropomórfico (RRR): é o robô mais comum do mercado; é 
muito versátil, com uma estrutura similar ao braço humano, sendo também 
chamado de braço robótico ou braço manipulador. As suas juntas rotacionais 
lhe conferem diversos GdL, boa manobrabilidade, alta velocidade, grande 
volume de trabalho, porém possuem menor precisão do que em um robô 
cartesiano e demandam uma programação mais complexa; 
▪ Cartesiano (PPP): também conhecido por retilíneo ou x-y-z devido aos seus 
movimentos lineares em sistema de eixos cartesianos, possui volume de 
trabalho reduzido dadas as suas três ligações prismáticas perpendiculares. 
Apresenta controle e programação simplificados, estrutura inerentemente 
rígida, alta capacidade de carga e alta precisão. 
▪ Cilíndrico (PRP): possui uma junta rotacional que lhe confere um volume de 
trabalho maior do que o cartesiano. Apresenta controle e programação 
simplificados, estrutura simples, elevada velocidade e boa precisão; 
▪ Esférico ou polar (RRP): foi o primeiro robô industrial a ser utilizado, com um 
grande volume de trabalho em formato esférico. Apresenta controle e 
programação simplificados, elevada velocidade e capacidade de carga, porém 
apresenta baixa precisão, o que limita a sua aplicação atualmente; 
▪ SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) (RPR ou RRP): a sua 
construção com duas juntas rotacionais paralelas lhe confere movimentos 
laterais precisos no plano X-Y, sendo aplicado em operações de montagem de 
componentes pequenos. Apresenta alta precisão, alta repetibilidade, alta 
manobrabilidade e alta velocidade; 
▪ Delta: é um robô paralelo que utiliza cadeias de conectores em formato de 
paralelogramo que restringem o movimento da base dos elementos terminais 
 
 
 
21 
 
nos eixos X, Y ou Z, ou seja, apenas translação, apesar do uso de juntas 
universais na base. Pode apresentar diferentes configurações com diferentes 
GdL. É habitualmente aplicado em operações de seleção e de embalagem, e 
apresenta alta precisão e alta velocidade. 
 
Fonte: Munhoz, I.P., 2017. 
Figura 2.5 – Classificação dos robôs quanto às configurações de juntas de articulação. 
 
Fonte: Abreu, P., 2002. (editada pelo autor). 
Figura 2.6 – Volume de trabalho das diversas configurações de juntas de articulação. 
 
 
 
 
22 
 
Por fim, é importante compreender 3 parâmetros característicos dos robôs: 
▪ Resolução de controle: é o menor movimento incremental de uma junta 
detectável pelo codificador. Assim, se o codificador possuir 180 incrementos 
por volta, então a sua resolução será de 2° (360°/180). A resolução angular 
pode ser convertida em resolução espacial em função do comprimento da junta 
(L*sen(ResolAng)); 
▪ Repetibilidade: é a capacidade de um robô posicionar a extremidade do 
elemento terminal em um ponto previamente programado, dentro do seu 
volume de trabalho, repetidas vezes com um erro determinado; 
▪ Precisão: é a capacidade de um robô posicionar a extremidade do elemento 
terminal em uma determinada posição, dentro do seu volume de trabalho. 
 
 
Fonte: autor. 
Figura 2.7 – Ilustração de repetibilidade e precisão. 
 
2.1.2 Atuadores 
Os atuadores são os “músculos” do robô, permitindo os seus movimentos. Eles 
utilizam uma fonte de energia para mover as juntas e, geralmente, há um atuador por 
junta. O acionamento dos atuadores pode ser realizado de maneira direta (direct 
drive), de maneira que o elemento móvel do atuador é acoplado diretamente à junta, 
 
 
 
23 
 
ou de maneira indireta (indirect drive), de maneira que o elemento móvel do atuador é 
acoplado à junta através de um elemento de transmissão. 
Assim, para que eles possam realizar as tarefas para as quais foram projetados, devem 
possuir algumas características, como: 
▪ Custo mínimo; 
▪ Eficiência energética; 
▪ Manutenção reduzida e simples; 
▪ Boa relação peso-potência; 
▪ Potência adequada; 
▪ Torque adequado; 
▪ Peso e volume mínimos; 
▪ Baixa inércia; 
▪ Aceleração elevada; 
▪ Ampla gama de velocidade; 
▪ Velocidade adequada; 
▪ Precisão adequada; 
▪ Permitir o controle adequado da sua movimentação. 
Eles podem ser acionados de diversas maneiras, como segue: 
▪ Acionamentos elétricos: motores de passo ou servomotores são geralmente 
utilizados como atuadores para movimentar as juntas. São amplamente 
utilizados dada a sua facilidade de integração com sistemas de controle 
programáveis. Eles são muito precisos, de fácil manutenção e de baixo custo, 
porém apresentam variação de torque durante a variação da velocidade, não 
são recomendados para cargas elevadas e demandam um sistema de 
transmissão que aumenta o seu volume; 
▪ Acionamento hidráulico: utiliza um atuador linear para movimentar a junta. É 
menos preciso que o acionamento elétrico, mas é mais rápido e forte. Esse 
acionamento é capaz de manter o torque por elevado período de tempo, 
porém é um sistema mais caro e de manutenção mais complexa; 
 
 
 
24 
 
▪ Acionamento pneumático: também utiliza um atuador linear para movimentar 
a junta. É o sistema menos preciso de todos, possuindo restrição de carga que 
o limita a aplicações menores e mais simples. Apresenta alta velocidade, baixa 
manutenção e custo, além de ser capaz de manter a força por elevado período 
de tempo. Entretanto, pode apresentar vibração durante a movimentação. 
Os atuadores não são utilizados apenas para a movimentação de membros e 
elementos terminais, mas também para a sua locomoção. 
2.1.3 Sistemas de transmissão 
Como visto anteriormente, os movimentos gerados pelos atuadores de maneira 
indireta devem ser transmitidos às juntas dos robôs, seja para acionar a sua 
locomoção, os seus movimentos ou os elementos terminais. Esses sistemas de 
transmissão devem ainda reduzir o momento de inércia dos corpos em movimento e 
permitir a conversão de movimentos lineares em rotativos e vice-versa. 
Dada a geometria, muitas vezes, limitada do robô, esse sistema deve possuir um 
tamanho reduzido, possuir baixo peso e momento de inércia, evitar folgas, apresentar 
elevada rigidez, possuir uma relação de transmissão precisa e constante, possuir 
eficiência energética e baixo atrito. 
Os principais componentes de transmissão de movimento aplicados aos robôs são: 
▪ Acoplamentos flexíveis; 
▪ Acoplamentos rígidos; 
▪ Cabos; 
▪ Correias; 
▪ Correntes; 
▪ Pares de engrenagens de vários tipos; 
▪ Redutores de vários tipos; 
▪ Sistemas de atrito; 
▪ Sistemas de tração. 
 
 
 
 
25 
 
2.1.4 Elementos terminais 
Os elementos terminais têm o propósito de aplicar um efeito aos objetos ou 
ferramentas que serão utilizadas nas mais diversas operações. Assim, a extremidade 
funcional de um braço robótico é frequentemente referida como elemento terminal, 
enquanto o braço é referido como manipulador. 
A maioria dos braços robóticos têm elementos terminais substituíveis, cada um sendo 
aplicado à operação de interesse. Outros têm um manipulador fixo que não pode ser 
substituído, enquanto alguns têm um manipulador de uso geral como uma mãohumanoide, por exemplo. 
Os principais elementos terminais são apresentados a seguir: 
▪ Pinças mecânicas: também conhecidas como “garras”, geralmente são 
constituídas por dois dedos que podem abrir e fechar para pegar e largar os 
objetos. A figura a seguir apresenta os principais tipos de pinças mecânicas: 
 
 
 
 
26 
 
 
Fonte: HUGHES, C.; HUGHES, T., 2016. (editada pelo autor) 
Figura 2.8 – Principais tipos de pinças mecânicas. 
 
▪ Garras magnéticas: indicadas para o manuseio de materiais ferrosos, como 
chapas e placas, apresentam pega rápida, podem ser utilizadas em várias peças 
diferentes, inclusive com furos, porém podem deixar magnetismo residual na 
peça manipulada, possuem menor precisão por permitir deslizamento da peça 
e não conseguem pegar apenas uma peça de uma pilha sem um dispositivo 
adicional; 
▪ Garras adesivas: utilizam substâncias adesivas para pegar as peças que 
geralmente são tecidos e materiais leves. No entanto, a adesividade se perde 
com o uso repetitivo, podendo ser utilizado um sistema de fita contínua que é 
alimentado de tempo em tempo evitando a perda da adesividade; 
▪ Ventosas de sucção: um gerador de vácuo é utilizado para gerar a sucção que 
irá pegar e largar os objetos, desde que a superfície de pega seja lisa o 
 
 
 
27 
 
suficiente para garantir a sucção. As ventosas de sucção podem ser utilizadas 
com componentes eletrônicos e com objetos grandes, como um para-brisas de 
carro. Esse sistema pode ser utilizado com robôs de menor precisão uma vez 
que as ventosas podem acomodar o erro de posição do objeto a ser pego, além 
de poderem se adaptar à forma do objeto; 
▪ Elemento de uso geral: as mãos humanoides começam a ser cada vez mais 
aplicadas por serem muito hábeis, com até 20 GdL e centenas de sensores 
táteis; 
▪ Ferramentas: os robôs industriais podem utilizar ferramentas diferentes para 
realizar as operações de sua responsabilidade, como dispositivos de solda 
(solda a ponto, laser, MIG/MAG etc.), pulverizadores (proteção superficial, 
pintura etc.), mandris para usinagem, dispositivos de corte e de rebarbação, 
aplicadores de líquidos (selantes, vedações, cimento etc.), ferramentas de corte 
(água ou laser), entre outros. 
▪ Outros dispositivos: ganchos, cadinhos etc. 
 
2.2 Sensores para robótica 
Os sensores permitem que os robôs recebam informações sobre o ambiente no qual se 
encontram, sendo essenciais para que eles possam executar suas tarefas e agir sobre 
quaisquer mudanças no ambiente, de modo a calcular uma resposta apropriada. Eles 
são usados para várias formas de medição, para dar aos robôs avisos sobre segurança 
ou mau funcionamento, e para fornecer informações em tempo real da tarefa que 
estão executando. 
A tabela a seguir correlaciona alguns sentidos humanos com os sensores e 
instrumentos utilizados pelos robôs para senti-los: 
 
 
 
 
 
 
 
28 
 
Tabela 2.1 – Correlação entre os sentidos humanos e os sensores robóticos 
Sentido humano Sensor robótico 
Visão Sensores de proximidade, câmera e cor 
Gosto ND 
Cheiro Sensor de gás 
Tato Sensor tátil, pele artificial 
Som Sensor de som e autofalantes 
Nocicepção (dor) ND 
Equilibriocepção (equilíbrio) Giroscópio 
Tensão ND 
Termocepção (temperatura) 
Sensor de temperatura, barômetro, 
termômetro infravermelho 
Magneto recepção Sensor magnético 
Tempo Relógio 
Fome ND 
Sede ND 
Geolocalização (navegação) Sensores ultrassônico, GPS e bússola 
Eletro-recepção (campos magnéticos) 
Sensor de proximidade de campos 
elétricos 
Direção Bússola 
Proximidade 
Sensores ultrassônico, infravermelho e 
EOPD 
Força, pressão Sensores de força e de pressão 
Fonte: HUGHES, C.; HUGHES, T., 2016. (adaptada pelo autor). 
 
Os robôs utilizam transdutores e sensores para “sentir” o ambiente e interagir com ele. 
Os transdutores convertem variações de grandezas físicas em variações elétricas 
(tensão e corrente) que podem ser medidas e gerar uma medida de variação indireta. 
Os sensores, por sua vez, medem as diferentes formas de energia e são dispositivos de 
entrada que transformam uma quantidade física em seu sinal elétrico correspondente, 
que é então mapeado para uma medição. A quantidade física, normalmente, não é 
elétrica. A tabela a seguir apresenta os diferentes tipos de sensores utilizados por um 
robô: 
 
 
 
29 
 
Tabela 2.2 – Tipos de sensores robóticos 
Tipo Descrição Exemplos 
Proprioceptor 
Mede o estado interno 
do robô 
Giroscópio, acelerômetro e bússola 
Exteroceptor 
Mede o ambiente 
externo conforme ele 
interage ou afeta o 
robô 
Proximidade: mede a distância ao 
objeto sem toque (ultrassônico, óptico) 
Contato: mede o contato entre o robô 
e um objeto (toque, pressão) 
Ambiental 
Mede as quantidades 
físicas no ambiente 
Temperatura, pH, turbidez e campos 
magnéticos 
Fonte: HUGHES, C.; HUGHES, T., 2016. (adaptada pelo autor) 
 
Os sinais elétricos dos sensores podem ser analógicos ou digitais. Um sensor digital 
produz um sinal de saída discreto, não contínuo, enquanto um sensor analógico 
produz um sinal que possui um valor contínuo. Sensores analógicos destinam-se a 
ajudar a converter informações do mundo real que não são elétricas. Ambos os tipos 
de saída dos sensores serão representados em um formato digital reconhecível por um 
processador, porém alguns sensores não transformam diretamente seus sinais em 
sinais digitais; em vez disso, produzem um sinal analógico que é convertido 
posteriormente. 
Os sensores podem ainda ser ativos ou passivos, o que na prática descreve como eles 
realizam as medições e como eles atendem aos requisitos de energia (consumo). 
Sensores passivos recebem energia do ambiente ou do objeto a ser medido, não 
produzindo qualquer efeito sobre eles. Isso é especialmente útil quando os robôs 
devem ser discretos em um determinado ambiente. Eles são considerados não 
intrusivos e eficientes em termos de consumo de energia. Em contrapartida, os 
sensores ativos interagem diretamente com o ambiente, observando-o através da 
emissão de energia, requerendo então uma fonte de energia. Eles são menos 
eficientes em termos de consumo de energia, porém são mais robustos porque são 
menos afetados pelas fontes de energia disponíveis. 
 
 
 
 
30 
 
 
Fonte: HUGHES, C.; HUGHES, T., 2016. (editada pelo autor). 
Figura 2.9 – Detecção de objeto de forma passiva e ativa. 
 
Os sensores podem ainda ser de contato, ou seja, dispositivos eletromecânicos que 
detectam a mudança através do contato físico com o objeto, ou sem contato, isto é, 
dispositivos eletrônicos de estado sólido que criam um feixe ou um campo de energia 
e reagem aos distúrbios nesse campo. 
A seguir, são listados os principais tipos de sensores presentes em um robô: 
▪ Sensor de posição angular: pode ser digital, como os encoders absolutos e 
incrementais, ou analógico, como os resolvers e os potenciômetros; 
▪ Sensor de posição linear: régua incremental, indutivo, potenciômetro e LVDT; 
▪ Sensor de velocidade; 
▪ Sensor de aceleração: acelerômetro; 
▪ Sensor de força e torque: strain gauges; 
▪ Sensor de proximidade: indutivo, de efeito de Hall, capacitivo, ultrassônico e 
ótico; 
▪ Sensor eletromecânico: chaves de fim de curso (contato); 
▪ Sensor de tato. 
 
 
 
 
31 
 
2.3 Sistemas de visão 
O sistema de visão é fundamental para um robô móvel, uma vez que ele precisa evitar 
obstáculos, determinar a sua localização e a distância aos objetos, e detectar, 
reconhecer e rastrear objetos. Para isso, o robô móvel utiliza uma série de sensores, 
como infravermelho, ultrassônico, câmeras, sensor de imagem, luz, cor etc. 
No entanto, nem todos os robôs precisam de um sistema de visão e os que precisam 
não necessariamente precisam de um sistema completo, eles podem precisar apenas 
de alguns recursos, a depender da aplicação final deles. 
Para um robô “ver”, ele pode utilizar: 
▪ Sensor de cor e luminosidade: detecta a corde um objeto, além de detectar a 
luz, a escuridão e a intensidade de luz em um ambiente; 
▪ Sensor ultrassônico: é um sensor de proximidade usado para medir a distância 
dele a um objeto em seu campo de visão por meio de ondas sonoras refletidas 
pelos objetos; 
▪ Sensor infravermelho: mede a luz que irradia do objeto; 
▪ Câmera: é usada para capturar uma imagem do ambiente que pode então ser 
processada para identificar objetos ao redor. 
Os robôs industriais também são utilizados em operações de inspeção para o controle 
da qualidade, de seleção e de posicionamento. Nesses casos, eles podem apresentar 
câmeras digitais ou inteligentes que, com o auxílio de um programa de processamento 
de imagens, possam identificar as características de interesse conforme o padrão 
programado. 
 
 
 
 
32 
 
 
Fonte: MUNHOZ, I.P., 2017. 
Figura 2.10 – Exemplo de sistema de visão inteligente. 
 
Conclusão 
Neste bloco, podemos ter uma visão mais detalhada dos sistemas e componentes que 
formam um robô. É possível perceber que, mesmo o robô industrial que é mais simples 
que um robô móvel ou autônomo, ainda é bastante complexo. 
Estrutura mecânica, fonte de alimentação, unidade de controle, atuadores, sensores e 
elementos terminais formam um equipamento complexo de alta tecnologia. Os 
avanços tecnológicos vêm permitindo reduzir o tamanho dos robôs ao mesmo tempo 
em que eles se tornam mais precisos, eficientes e capazes. 
Referências Bibliográficas 
ABREU, P. Robótica industrial. Acetatos: fundamentos da robótica, aspectos 
tecnológicos da robótica. 2001/2002. 53 p. Automação, Instrumentação e Controle – 
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, 2002. 
HUGHES, C.; HUGHES, T. Robot programming: a guide to controlling autonomous 
robots. 1. ed. EUA: Que Publishing, 2016. 
LYNCH, K.; PARK, F. Modern robotics: mechanics, planning, and control. 1. ed. 
Inglaterra: Cambridge University Press, 2017. 
MUNHOZ, I. P. Robótica. 1. ed. Brasil: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2017. 
 
 
 
33 
 
 
3 MODELAGEM DE ROBÔS 
 
Apresentação 
Podemos observar muita manipulação na robótica industrial, isto é, peças e/ou 
ferramentas sendo movidas no espaço por um mecanismo robótico, gerando a 
necessidade da representação das posições e das orientações dessas peças e/ou 
ferramentas, e do próprio mecanismo. No entanto, para definir e trabalhar equações 
matemáticas para localização espacial, devemos, obrigatoriamente, definir sistemas de 
coordenadas (referências). 
Logo, para controlar a manipulação, será necessário estudar o movimento do 
mecanismo, naturalmente formado pela cinemática e a dinâmica. A cinemática é o 
estudo do movimento, ou seja, a velocidade e a posição, sem levar em conta as massas 
e as forças aplicadas. No caso da robótica, o desafio é definir a posição do robô, seja 
ela através da cinemática direta ou da cinemática inversa. Já a dinâmica estuda o 
comportamento dos corpos em movimento e as forças envolvidas. 
Este bloco se propõe a apresentar os meios necessários para o controle cinemático e 
dinâmico do robô industrial. 
3.1 Ferramentas matemáticas para localização espacial 
O conhecimento da posição e da orientação do elemento terminal (efetuador) é 
mandatório para a correta manipulação robótica. Vimos anteriormente que o robô 
industrial é constituído por um conjunto de corpos rígidos (elos) conectados por juntas 
(articulações), formando uma cadeia cinética. As juntas permitem a movimentação de 
um corpo em relação ao anterior, e os corpos são numerados de maneira crescente a 
partir da base, sendo a base fixa identificada por “corpo 0” e o primeiro corpo móvel 
como “corpo 1”, assim como aplicado às juntas. Elas, por sua vez, podem ser de 
rotação (R) ou prismática (P). 
 
 
 
34 
 
A posição é descrita por uma matriz 3x1 referente às coordenadas em X, Y e Z, 
enquanto a orientação é descrita por uma matriz de rotação 3x3, apresentando a 
diferença entre a orientação de interesse, o sistema de referência (frame) do objeto, e 
o sistema de coordenadas do robô. A posição e a orientação definem a localização 
espacial do elemento terminal. Logo, se considerarmos um manipulador com a posição 
do objeto a ser manipulado entre os dedos da garra e, considerando que esse 
manipulador possua um número suficiente de juntas que permitam diversas 
orientações desse manipulador para essa mesma posição espacial, podemos ter tantas 
localizações espaciais diferentes quantas forem as orientações possíveis. 
A localização espacial do elemento terminal é dependente dos sistemas de 
coordenadas adotados. O sistema de coordenadas do robô geralmente está definido 
em sua base, enquanto o sistema de coordenadas do objeto, conhecido por sistema de 
referência (frame), define a posição e a orientação dele: 
 
Fonte: CRAIG, J. J., 2004. (editada pelo autor). 
Figura 3.1 – Diversos frames de uma estação de trabalho. 
 
A relação entre o sistema de coordenadas do elemento terminal e o sistema de 
referência do objeto pode ser obtida por uma translação e uma rotação. A composição 
 
 
 
35 
 
da translação e da rotação, do ponto de vista matemático, é complicada, portanto, 
aplica-se à matriz de transformação homogênea da álgebra linear, sendo descrita por 
uma matriz 4x4 que equivale à matriz de translação (origem do sistema, posição) e à 
matriz de rotação (orientação): 
 
 
Fonte: autor. 
Figura 3.2 – Matriz de transformação homogênea: rotação e translação. 
 
Exemplo 1 (CRAIG, J.J., 2004, p. 29): O frame {B} se encontra rotacionado em relação 
ao frame {A} em 30° no eixo Z, e transladado por 10 unidades em X e por 5 unidades 
em Y. Dado um ponto em (3,7,0) em relação ao frame {B}, onde ele se encontra em 
relação ao frame {A}? 
Solução: Devemos aplicar uma matriz de transformação homogênea para calcular a 
localização do ponto em B, BP, em relação ao frame {A}, AP. Para isso, devemos 
escolher qual matriz de rotação parcial utilizar: 
 
Como {B} está rotacionado em 30° no eixo Z em relação ao {A}, então usamos a matriz 
Rz. Assim, como conhecemos a matriz de rotação, o ângulo de rotação e os valores de 
translação, temos a seguinte matriz de transformação homogênea: 
 
A posição em {B} é dada: 
 
 
 
36 
 
 
Podemos agora calcular a posição em {A}: 
 
 
 
Fonte: CRAIG, J.J., 2004. 
Figura 3.3 – O frame {B} rotacionado e transladado em relação ao {A}. 
 
Vimos no exemplo anterior como relacionar a localização de um sistema de 
coordenadas em relação a outro sistema: é justamente dessa forma que se pode 
conhecer a localização espacial do elemento terminal em relação à base do robô e em 
relação ao objeto. 
A localização do elemento terminal em relação à base do robô é simples de ser 
calculada, uma vez que os comprimentos dos corpos do robô são conhecidos, bem 
como os ângulos das juntas de rotação (R) e as translações das juntas prismáticas (P). 
Assim, uma vez conhecida a localização espacial do objeto, é fácil calcular o 
movimento do robô. 
 
 
 
 
 
37 
 
3.2 Cinemática e dinâmica de robôs 
A principal tarefa de um manipulador robótico é movimentar o elemento terminal de 
um ponto a outro ou de acompanhar uma trajetória predefinida nos limites do seu 
volume de trabalho, controlando a sua velocidade e aceleração no percurso. 
O movimento, por sua vez, é dividido entre a cinemática e a dinâmica, sendo que, no 
caso da robótica, a cinemática se ocupa das relações entre as posições, orientações, 
velocidades e acelerações das juntas e do elemento terminal, enquanto a dinâmica se 
ocupa das forças e torques aplicados ao movimento e os seus efeitos sobre ele. 
Faz parte ainda das relações cinemáticas a tratativa das redundâncias, isto é, realizar 
um mesmo movimento de diversas maneiras possíveis, evitar colisões e evitar 
singularidades, ou seja, o caso no qual uma posição cujo comportamento subsequente 
não pode ser previsto ou asforças ou outras quantidades físicas envolvidas tornam-se 
infinitas ou não determinísticas. Uma vez que as posições, orientações, velocidades e 
acelerações relevantes tenham sido calculadas pela cinemática, a dinâmica é usada 
para estudar os efeitos das forças sobre esses movimentos. 
 
3.2.1 Notação de Denavit-Hartenberg 
A notação de Denavit-Hartenberg (D-H) utiliza o método matricial para modelar 
matematicamente a rotação e a translação produzidas pelos corpos e juntas de um 
robô, resultando em uma matriz de transformação homogênea. Esse método permite 
obter a posição e a orientação do elemento terminal, definindo completamente a 
cinemática do robô. Ele é constituído por 3 etapas: 
1. Fixar um sistema de coordenadas (frame) em cada corpo rígido, como segue: 
a. O frame deve ser numerado de acordo com o corpo ao qual ele está 
ligado, a partir da base fixa (0), até o elemento terminal; 
b. Numerar as juntas a partir de 1; 
 
 
 
38 
 
c. O eixo Zi, do frame i, deve estar alinhado com o eixo da junta i, sendo de 
rotação caso a junta seja articulada, ou de translação caso a junta seja 
prismática; 
d. A origem do frame i deve estar posicionada no ponto onde a 
perpendicular da distância entre os eixos Zi e Zi+1, medida sobre o eixo 
Xi, intersecciona o eixo da junta i; 
e. O eixo Xi, do frame i, deve estar alinhado como a perpendicular da 
distância entre os eixos Zi e Zi+1, na direção de i para i+1; 
f. O eixo Yi = Zi x Xi ➔ regra da mão direita: o polegar aponta Yi, o 
indicador aponta Xi e o dedo médio aponta Zi; 
g. Fixar os eixos Xi e Yi: na base (0), eles podem ser fixados livremente, no 
caso dos demais frames, caso Zi e Zi−1 forem perpendiculares, logo Xi = 
Zi-1 x Zi; 
h. No elemento terminal, Zn deve coincidir com Zn−1, e Xn deve ser 
perpendicular a Zn e Zn−1. 
2. Utilizar cada frame para determinar os parâmetros de cada componente; 
3. Os parâmetros devem ser trocados na matriz homogênea genérica, de modo a 
obter uma matriz específica por componente. 
 
 
Fonte: CRAIG, J.J., 2004. 
Figura 3.4 – Definição de frames por corpo rígido. 
 
 
 
39 
 
A grande vantagem desse método é resolver de forma integrada a posição e a 
orientação, através de sucessivas multiplicações de matrizes, conforme cada 
transformação. Contudo, esse procedimento demanda um esforço de processamento, 
sendo essa a sua principal desvantagem. Existem outras abordagens matemáticas 
disponíveis, porém esse método se tornou padrão para o cálculo dos parâmetros 
cinemáticos. 
3.2.2 Cinemática direta 
A cinemática direta refere-se ao cálculo da posição e da orientação do elemento 
terminal quando os ângulos das juntas (articulações) do robô são conhecidos, uma vez 
que as dimensões dos seus corpos (elos) também são conhecidas. 
Apesar de haver diversas abordagens matemáticas disponíveis para calcular os 
problemas de cinemática direta, elas não fazem parte do foco deste curso, tampouco 
iremos abordar o cálculo das velocidades e acelerações envolvidas na movimentação 
do robô. Logo, é importante saber que, na maior parte das aplicações industriais, as 
tarefas a serem realizadas por um robô são programadas pelo método de 
aprendizagem, mais fácil e prático. Nesse método, cada conjunto corpo-junta é 
articulado, da base fixa ao elemento terminal, de modo a programar a sua 
movimentação. 
Na sequência, são apresentadas as equações para 3 configurações de manipuladores, 
1R (com uma junta de rotação), 2R e 3R, essa última conforme exemplo da Figura 3.4: 
▪ 1R: 
▪ 2R: 
▪ 3R: 
 
 
 
 
 
40 
 
3.2.3 Cinemática inversa 
A cinemática inversa refere-se ao caso oposto, ou seja, a posição e a orientação do 
elemento terminal são conhecidas (variáveis no espaço cartesiano) e calculam-se os 
ângulos das juntas (articulações) do robô, levando em consideração as dimensões dos 
corpos (elos). 
Nós, os seres humanos, praticamos a cinemática inversa de maneira involuntária: 
nossos olhos podem determinar onde um objeto está no espaço e o nosso 
subconsciente pode definir as variáveis necessárias para mover nossa mão para essa 
posição. 
Conforme explicado na cinemática direta, as abordagens matemáticas para resolver os 
problemas de cinemática inversa também não são o foco deste curso. No entanto, vale 
notar as seguintes características da cinemática inversa: 
▪ As equações cinemáticas de um manipulador são não lineares; 
▪ Se elas são não lineares, temos que nos preocupar com: 
o Existência de soluções: só haverá solução se a localização-alvo estiver 
dentro do espaço de trabalho do robô; 
o Múltiplas soluções: um manipulador pode se movimentar de maneiras 
diferentes para realizar uma mesma tarefa, contudo, qual solução 
escolher? Vários critérios podem ser adotados para a tomada de 
decisão, mas a solução de menor movimentação parece bastante 
razoável, certo? 
 
 
 
 
41 
 
 
Fonte: CRAIG, J. J., 2004. (editadas pelo autor). 
Figuras 3.5 e 3.6 – Uma das duas soluções possíveis para atingir o ponto B causa uma 
colisão, e 4 soluções possíveis para o Unimation PUMA 560. 
 
o Métodos de solução: a cinemática inversa pode ser calculada 
geometricamente, algebricamente ou numericamente, e geralmente 
envolve funções trigonométricas. O inverso dessas funções 
normalmente possui múltiplas soluções, causando indefinição sobre o 
ângulo real das juntas. 
Calcular o modelo cinemático inverso a partir da geometria de um robô não é uma 
tarefa fácil, pois é altamente não linear, ambíguo, com soluções complexas existentes 
para apenas algumas geometrias. Como mencionado anteriormente, a maioria das 
aplicações industriais segue movimentos pré-programados e não presencia tais 
dificuldades. Entretanto, existem alguns manipuladores que trabalham diretamente 
com a cinemática inversa, como é o caso dos robôs Delta, para seleção e 
posicionamento (pick and place), que utilizam um sistema de visão para localizar um 
objeto para depois pegá-lo e posicioná-lo, realizando os cálculos e o movimento em 
frações de segundos. 
 
 
 
 
42 
 
 
Fonte: HUGHES, C.; HUGHES, T., 2016. (editada pelo autor). 
Figura 3.7 – Cinemática direta versus inversa para um manipulador com 2 GdL. 
 
3.2.4 Dinâmica do robô 
A dinâmica de um robô refere-se ao estudo das relações entre as forças e os torques 
que o movimentam com as velocidades e as acelerações desenvolvidas por suas 
juntas, sendo que as velocidades e as acelerações também são conhecidas por 
variáveis dinâmicas do sistema. Para este estudo, devemos elaborar um modelo 
matemático do sistema, formado por equações diferenciais que representam o seu 
comportamento, isto é, as relações entre as forças e os torques, expressadas 
matematicamente, e as variáveis dinâmicas. Esse modelo é conhecido por modelo 
dinâmico do sistema. 
Geralmente, essas equações diferenciais são expressas como uma equação de segunda 
ordem, porém em forma matricial. Dessa forma, os seus coeficientes são matrizes 
quadradas com tantas linhas e colunas quantas forem as juntas do robô, sendo que as 
suas componentes não são constantes, mas dependentes das velocidades e das 
 
 
 
43 
 
posições das juntas, além dos coeficientes físicos do sistema, como as massas, os 
momentos de inércia e os comprimentos dos corpos rígidos. Suas variáveis 
independentes são vetores de tantos componentes quantas forem as juntas. Um 
desses vetores será formado pelas posições das juntas (referências), podendo 
apresentar ângulos ou distâncias dependendo da definição delas, de rotação ou 
prismática, respectivamente. O segundo vetor é composto pelas derivadas no tempo 
do vetor anterior, ou seja, as velocidades das juntas, podendo elas serem angulares ou 
lineares. Por fim, o último vetor, referente à variável independente da equação 
dinâmica, é a derivada no tempo do vetor anterior, isto é, as acelerações das juntas. 
O cálculo do modelo dinâmico do robô pode ser realizado de diversas maneiras,porém 
a mais utilizada é uma dedução das equações de Euler-Lagrange. Inicialmente, 
supõem-se que o robô é um conjunto de corpos rígidos sem deformação, ligados por 
juntas ideais, ou seja, sem atritos ou amortecimentos. Essa equação estabelece a 
relação entre as energias cinética, mecânica e potencial presentes em sistemas de 
corpos rígidos ligados por juntas ideais: 
 
Onde: 
▪ τ: é o vetor n x l cujos componentes representam as forças e os torques 
aplicados em cada junta; 
▪ q: é o vetor posição n x 1. Os vetores indicados com um ponto representam a 
primeira derivada, ou seja, as velocidades das juntas, e os indicados com dois 
pontos representam a segunda derivada, isto é, as acelerações delas; 
▪ M: é a matriz n x n que representa os momentos de inércia do sistema. Seus 
componentes dependem das posições das juntas e de grandezas físicas, como 
as massas e os momentos de inércia dos corpos rígidos, entre outras; 
▪ C: é a matriz n x n que representa as acelerações centrípetas e de Coriolis. Seus 
componentes dependem das posições e das velocidades das juntas; 
 
 
 
44 
 
▪ g: é um vetor n x 1 cujos componentes representam os torques 
desempenhados por cada corpo devido à ação gravitacional. Seus 
componentes dependem da posição do corpo. 
Assim como no caso das cinemáticas, não iremos detalhar os coeficientes desse 
modelo matemático, uma vez que não é o foco deste curso. 
3.3 Controle cinemático e dinâmico do robô 
Um robô industrial pode se comportar de diversas maneiras a depender da sua tarefa 
e do ambiente no qual está incluído, atuando com movimentos pré-programados, 
como mover um objeto ou traçar uma trajetória, atuando como uma fonte de forças, 
entre outras. Em tarefas mais sensíveis, como escrever em um quadro-negro, o robô 
deve controlar as forças em algumas direções, como a pressão do giz contra o quadro, 
e os movimentos em outras, no plano do quadro. No caso da atuação como uma tela 
tátil, de maneira a renderizar um ambiente virtual, por exemplo, ele pode agir como 
uma massa, mola ou amortecedor, cedendo em resposta às forças aplicadas a ele. 
Para todos os casos, é função do controlador do robô converter a especificação da 
tarefa em forças e torques nos atuadores. As estratégias de controle para os 
comportamentos desejados são conhecidas por controle de movimento, controle de 
força, controle híbrido de movimento-força ou controle de impedância. Assim como 
mencionado anteriormente, a definição de um comportamento apropriado depende 
tanto da tarefa quanto do ambiente. Por exemplo, controlar a força só faz sentido 
quando o elemento terminal está em contato com algo, mas não quando ele se move 
no espaço livre. Entretanto, o robô não pode controlar, independentemente, o 
movimento e a força na mesma direção, sendo essa uma restrição mecânica que não 
depende do ambiente: se o robô impõe um movimento, o ambiente determinará a 
força, e vice-versa. 
Uma vez escolhida uma meta de controle coerente com a tarefa e o ambiente, usa-se 
o controle de feedback para alcançá-la. O controle de feedback usa sensores de 
posição, velocidade e força para medir o comportamento real do robô, compara-o com 
 
 
 
45 
 
o comportamento desejado e modula os sinais de controle enviados aos atuadores, 
sendo utilizado em quase todos os sistemas de robôs. 
Habitualmente, os sensores utilizados são: 
▪ Potenciômetros, encoders ou resolvers para a posição da junta e detecção de 
ângulo; 
▪ Tacômetros para a detecção da velocidade da junta; 
▪ Sensores de força-torque da junta; 
▪ Sensores de força-torque multieixos do punho (entre a extremidade do braço e 
o elemento terminal). 
O controlador se comunica com os sensores e atualiza seus sinais de controle para os 
atuadores em uma frequência muito alta. Contudo, na maioria das aplicações 
robóticas, altas taxas de atualização de controle apresentam um benefício limitado 
dadas as constantes de tempo associadas à dinâmica do robô e do ambiente. 
Embora os tacômetros sejam utilizados para a detecção direta da velocidade angular, 
geralmente usa-se um filtro digital para diferenciar numericamente os sinais de 
posição em intervalos de tempo sucessivos. Um filtro passa-baixo (low-pass) é 
frequentemente utilizado em conjunto com o filtro diferencial para reduzir o conteúdo 
do sinal de alta frequência devido à quantização dos sinais de posição diferenciados. 
Sistemas robóticos reais estão sujeitos à flexibilidade e vibrações nas juntas e corpos, 
folgas nas engrenagens e transmissões, limites de saturação dos atuadores e resolução 
limitada dos sensores, podendo gerar impactos ao projeto e ao controle dos robôs. 
Assim, estimativas e algoritmos podem ser usados para “compensar” essas diferenças. 
Em alguns casos, como no de tarefas mais sofisticadas, o robô pode precisar raciocinar 
com um modelo cognitivo, que tenta representar o robô, o ambiente e como eles 
interagem. O reconhecimento de padrões e um sistema de visão podem ser utilizados 
para rastrear objetos, técnicas de mapeamento podem ser utilizadas para construir 
mapas do ambiente, e o planejamento do movimento e outras técnicas de inteligência 
artificial podem ser utilizadas para definir como agir de maneira autônoma, evitando 
colisões e quedas, por exemplo. 
 
 
 
46 
 
 
Fonte: LYNCH, K.; PARK, F., 2017. (editada pelo autor). 
Figura 3.8 – Um sistema de controle de robô típico (a) e um modelo simplificado com 
sensores ideais e um bloco controlador que produz diretamente forças e torques (b). 
 
Na figura acima, no item (a), um ciclo de controle interno é utilizado para ajudar o 
amplificador e o atuador a atingir a força ou torque desejado. Por exemplo, um 
amplificador de um motor de corrente contínua, no modo de controle de torque, pode 
detectar a corrente que realmente flui pelo motor e implementar um controlador local 
para melhor corresponder à corrente desejada, já que a corrente é proporcional ao 
torque produzido pelo motor. Alternativamente, o controlador do motor pode 
detectar diretamente o torque utilizando um medidor de tensão na engrenagem de 
saída do motor e fechar uma malha de controle de torque local usando esse feedback. 
Já no item (b), é apresentado um modelo simplificado com sensores ideais e um bloco 
controlador que produz diretamente forças e torques, assumindo o comportamento 
ideal dos blocos do amplificador e atuador do item (a). Em ambos os casos, não são 
apresentadas as forças de perturbação que podem ser inseridas antes do bloco 
dinâmico, ou as forças de perturbação e/ou os movimentos inseridos após o bloco 
dinâmico. 
 
 
 
 
47 
 
Conclusão 
Foram apresentados neste bloco os meios necessários para o controle cinemático e 
dinâmico do robô industrial, desde a definição das coordenadas para o cálculo da 
localização espacial dele, até o movimento do mecanismo, formado pela cinemática e 
a dinâmica. 
Vale notar que cada um dos itens apresentados possui uma grande quantidade de 
cálculos matemáticos atrelados à modelagem dos seus comportamentos, porém, esses 
cálculos não são o foco deste curso. O importante aqui é compreender como esses 
itens influenciam os movimentos do robô e como eles podem, então, ser controlados. 
Esse é o ponto de partida para futuras pesquisas no caso de um interesse maior pelo 
tema ou de uma necessidade de especialização nele. 
 
Referências Bibliográficas 
CRAIG, J. J. Introduction to robotics: mechanics and control. 3. ed. EUA: Pearson, 2004. 
HUGHES, C.; HUGHES, T. Robot programming: a guide to controlling autonomous 
robots. 1. ed. EUA: Que Publishing, 2016. 
LYNCH, K.; PARK, F. Modern robotics: mechanics, planning, and control. 1. ed. 
Inglaterra: Cambridge University Press, 2017. 
MUNHOZ, I. P. Robótica. 1. ed. Brasil: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2017. 
PAZOS, F. Automação de sistemas e robótica. 1. ed. Brasil: Axcel Books, 2002. 
 
 
 
 
 
 
 
 
48 
 
 
4SISTEMAS AUTOMÁTICOS E AUTÔNOMOS 
 
Apresentação 
Conheceremos neste bloco os sistemas robóticos automáticos e autônomos, suas 
características e funcionamento. Embora, aparentemente, a diferença entre esses dois 
sistemas possa parecer trivial, existem nuances relacionadas exatamente sobre a 
autonomia desses sistemas que irão definir ao certo como eles podem efetivamente 
ser classificados. 
Ao final do bloco, veremos como especificar e dimensionar corretamente um sistema, 
baseado sempre em sua aplicação final. 
4.1 Aplicação de sistemas automáticos 
Como mencionado anteriormente, os robôs são sistemas inerentemente automáticos, 
porém nem todos os sistemas automáticos podem ser classificados como robôs. 
Sistemas automáticos de funções fixas, como brinquedos ou alguns equipamentos 
CNC, não são considerados robôs. Para ser classificado como robô, um sistema 
automático deverá possuir a capacidade de ser programado e apresentar alguma 
adaptação à sua aplicação. 
Segundo a International Federation of Robotics (IFR – Federação Internacional de 
Robótica), a robótica industrial pode ser definida como o estudo, o desenvolvimento e 
o uso de sistemas automáticos para a manufatura. A robótica industrial é o elemento-
chave na automação industrial e, dentre as diversas configurações de robôs existentes, 
os robôs mais amplamente utilizados na indústria atualmente são os robôs articulados, 
os SCARA e os cartesianos, embora a maioria desses robôs seja classificada como 
braços robóticos ou manipuladores pela ISO. 
Basicamente, há dois tipos de automação industrial: 
 
 
 
49 
 
▪ Automação rígida: cada robô do sistema tem sempre a mesma função ou 
conjunto limitado de funções, havendo a necessidade de vários robôs para 
executar uma mesma tarefa; 
▪ Automação flexível: os vários robôs da automação rígida podem ser 
substituídos por um robô mais versátil, o braço robótico, por exemplo, capaz de 
executar diversas funções de uma mesma tarefa. 
Com o passar dos anos, os robôs vêm evoluindo, desde a sua constituição até o seu 
funcionamento. A maior parte dos robôs industriais é de primeira geração, ou seja, 
trata-se de robôs de sequência fixa. Esses robôs são programados para repetir uma 
sequência de operações e, na necessidade de alterar essas operações, uma nova 
programação se faz necessária. O ambiente de trabalho desses robôs deve ser 
completamente estruturado, parametrizado, já que a sua operação demanda um 
posicionamento preciso dos objetos em trabalho. Eles podem ainda ser controlados 
por sensores e por sistema de visão, de modo a flexibilizar a sua operação baseada na 
informação sensorial recebida. 
 
Fonte: ABB/EXSTO, 2020. 
Figura 4.1 – Exemplo de um robô de sequência fixa: inspeção dimensional. 
Os robôs automáticos não apresentam autonomia, cabendo ao ser humano controlar o 
seu funcionamento (interação direta), seja através do telecomando ou da 
programação prévia. 
 
 
 
 
50 
 
4.2 Aplicação de sistemas autônomos 
O robô autônomo, ou autobot como é popularmente conhecido (o diminutivo de 
autonomous robot), é um robô que realiza movimentos ou tarefas com algum grau de 
autonomia. O autobot pode ser aplicado na exploração espacial, mineração, 
tratamento de resíduos (inclusive perigosos), na área de segurança, de socorro, na 
indústria e serviço, dentre outras, sendo cada vez mais utilizado dados os avanços 
tecnológicos na área e o barateamento desses sistemas devido ao aumento de escala. 
A característica mais importante de um autobot é interagir com o ambiente que o 
rodeia e é através dessa interação que ele pode: 
▪ Obter informações sobre o ambiente para tomar decisões; 
▪ Trabalhar por um longo período sem intervenção humana; 
▪ Mover-se pelo ambiente operacional sem o auxílio humano; 
▪ Evitar situações prejudiciais às pessoas, à propriedade ou a si mesmo, 
referência às 3 Leis de Asimov, a menos que essas situações façam parte da 
especificação do projeto (robôs militares, por exemplo). 
Um robô autônomo também pode aprender ou obter novos conhecimentos, como 
ajustar-se a novos métodos de realização de suas tarefas ou adaptar-se às mudanças 
do ambiente. 
 
Fonte: IEEE, 2021. 
Figura 4.2 – Autobot Perseverance da NASA: atualmente explorando Marte. 
 
 
 
51 
 
 
Do ponto de vista da geração dos robôs, existe uma linha tênue na segunda geração 
que separa os robôs automáticos dos autônomos. Os robôs de segunda geração 
possuem recursos computacionais e sensoriais que lhes permitem agir em um 
ambiente parcialmente estruturado, calculando em tempo real os parâmetros de 
controle para a realização dos movimentos: nesse quesito, alguns robôs automáticos 
se enquadram, como os cobots, por exemplo. No entanto, algumas atividades como 
pegar um objeto que está deslocado de sua correta posição e reconhecer um objeto a 
ser manipulado dentre objetos variados, são características dos robôs autônomos. 
Já os robôs de terceira geração apresentam inteligência suficiente para se conectar 
com outros robôs e máquinas, para armazenar programas e se comunicar com outros 
sistemas computacionais. Esses robôs são capazes de tomar decisões em operações de 
montagem, como montar uma combinação adequada de peças, rejeitar peças com 
defeito e selecionar combinações corretas de tolerâncias, dentre outras. 
A aplicação de robôs autônomos na indústria ainda é pequena, pois, apesar de suas 
limitações, o robô automático ainda apresenta melhor custo-benefício. Na indústria, 
esse tipo de robô é aplicado na separação e seleção de peças, na transferência e no 
transporte de peças, e no armazenamento. Entretanto, conforme a tecnologia 
continua avançando, os sistemas autônomos passarão a ser cada vez mais aplicados na 
manufatura, dados os ganhos que essa tecnologia pode trazer à produção: 
▪ Interconexão e compartilhamento de dados com todas as partes do processo, 
permitindo uma gestão autônoma, inteligente e com visão do todo (indústria 
4.0); 
▪ Aplicação de células robóticas multifuncionais, capazes de realizar diversas 
tarefas em diferentes momentos da produção, com precisão constante e 
jornada de trabalho ilimitada; 
▪ Digitalização da produção, permitindo maior análise de dados e gestão de 
qualidade, implementando melhorias sem paralisar a produção; 
▪ Maior colaboração entre robôs e humanos em um mesmo espaço de trabalho, 
compartilhando tarefas e aproveitando os pontos fortes de cada um. 
 
 
 
52 
 
 
Fonte: IEEE, 2021. 
Figura 4.3 – Drive Unit da Amazon: aplicação autônoma em armazéns. 
 
4.2.1 Níveis de autonomia 
Como mencionado anteriormente, o robô pode ser classificado como autônomo 
quando ele apresenta algum grau de autonomia e a sua autonomia pode ser 
classificada da seguinte maneira: 
▪ Telecomando ou programação: não há autonomia, o operador controla os 
movimentos do robô (sistemas automáticos apenas); 
▪ Supervisão (nível do objeto): o operador especifica movimentos gerais ou 
mudanças de posição, e o robô decide movimentos específicos de seus 
atuadores; 
▪ Autonomia (nível da tarefa): o operador especifica apenas a tarefa e o robô se 
encarrega de concluí-la; 
▪ Autonomia total: o robô criará e concluirá todas as suas tarefas sem interação 
humana. 
 
 
 
 
 
 
53 
 
4.2.2 Legislação 
Embora a autonomia de robôs não seja um tema recente, a aplicação de robôs 
autônomos no dia a dia começou a ocorrer há pelo menos 10 anos. A aplicação desse 
tipo de robô demanda algum tipo de legislação que regularize o seu funcionamento, 
principalmente quando em proximidade com seres humanos. 
Como ocorre habitualmente, cada país legisla à sua maneira até que haja um 
entendimento comum que permita haver leis aplicadas globalmente. Dessa forma, 
atualmente, cada país vem criando as suas próprias regras baseadas em suas leis locais 
e ao passo que vão desenvolvendo tais tecnologias. Infelizmente, o Brasil não é um 
país de ponta parao desenvolvimento dessas aplicações e tais regulamentações 
sequer foram pensadas por aqui ainda. 
Diversos pontos relacionados à autonomia de robôs devem ser observados e 
regulamentados, como: 
▪ Uso de robôs autônomos aéreos (móveis): podem ser aplicados para entregas 
em domicílio, para controle de tráfego, segurança, socorro etc. Pontos a serem 
observados: altura de funcionamento, velocidade máxima, proximidade com 
objetos, humanos e outras máquinas, capacidade de carga (quando aplicável), 
tempo de remoção em caso de falha etc. 
▪ Uso de robôs autônomos terrestres (móveis): podem ser aplicados para 
entregas em domicílio, para atendimento às pessoas, carregar carga, socorro, 
remoção de resíduos, nas indústrias etc. Pontos a serem observados: tráfego 
por vias e faixas de pedestres, velocidade máxima, proximidade com objetos, 
humanos e outras máquinas, capacidade de carga (quando aplicável) etc. 
 
4.3 Especificação e dimensionamento de sistemas 
O projeto de um sistema robótico, assim como o projeto de qualquer máquina ou 
equipamento, demanda o conhecimento da sua aplicação final, de modo a definir 
corretamente as suas especificações e o seu tamanho. Os robôs representam um alto 
 
 
 
54 
 
investimento inicial para empresa e mesmo que, a longo prazo, o retorno do 
investimento venha conforme calculado, não é possível investir tal soma de dinheiro 
sem ter certeza da correta especificação deles. 
No entanto, além de conhecer a aplicação final do sistema, é importante conhecer o 
processo produtivo como um todo para compreender onde e como o sistema robótico 
poderá ser instalado. Logo, algumas atividades são recomendadas a seguir: 
▪ Conhecer o processo produtivo como um todo, mapeando os processos e os 
subprocessos, e seus fluxos de operação; 
▪ Dimensionar o tempo médio, a frequência, a repetibilidade e o custo de cada 
operação; 
▪ Identificar as operações que geram gargalos, que não agregam valor, que são 
fontes recorrentes de falhas, ou que geram duplicidades; 
▪ Adaptar a infraestrutura de TI da empresa, pois uma das principais vantagens 
da robótica atualmente está na sua alta conectividade. 
Uma vez analisado o processo produtivo e confirmada a vantagem na implantação de 
um sistema robótico, pode-se então especificar e dimensionar o sistema a ser 
aplicado: 
▪ Mobilidade: fixo ou móvel; 
▪ Autonomia: automático ou autônomo; 
▪ Controle: depende dos graus de liberdade e da autonomia; 
▪ Graus de liberdade: dependem dos movimentos a serem realizados e do 
volume de trabalho disponível no posto de trabalho; 
▪ Acionamentos: elétrico, pneumático ou hidráulico, dependendo da capacidade 
de carga; 
▪ Estrutura cinemática: aberta ou fechada, dependendo da capacidade de carga; 
▪ Capacidade de carga: existem diferentes classes de capacidade de carga, 
dependendo da operação ou operações que serão realizadas; 
▪ Elemento terminal: garra, ferramenta etc. 
Esses itens serão explorados em detalhe no próximo bloco, Projeto de Sistema 
Robóticos. 
 
 
 
55 
 
Conclusão 
Foram apresentados neste bloco os dois sistemas robóticos disponíveis no mercado, 
além de suas principais características, funcionamentos e aplicações finais. Os robôs 
estão cada vez mais versáteis e acessíveis, porém ainda demandam altos 
investimentos para a sua implantação. Os ganhos são perceptíveis, principalmente 
quando são especificados os sistemas corretos para as aplicações finais da empresa. 
Referências Bibliográficas 
COUTINHO, C. Robótica móvel: sistema de condução autónoma. 2004. 153 p. 
Automação e Eletrónica Industrial – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Lisboa, 
2004. 
IEEE. Robots. IEEE, 2021. Disponível em: https://robots.ieee.org/robots/. Acesso em: 
16 dez. 2021. 
ABB/EXSTO. Implantação da robótica na indústria. Santa Rita do Sapucaí: ABB/Exsto 
Tecnologia, 2020. p. 27. Disponível em: 
https://exsto.com.br/industria40/ebookrobotica.pdf. Acesso em: 14 mar. 2022. 
MUNHOZ, I. P. Robótica. 1. ed. Brasil: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2017. 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://exsto.com.br/industria40/ebookrobotica.pdf
 
 
 
56 
 
 
5 PROJETO DE SISTEMAS ROBÓTICOS 
 
Apresentação 
Estão disponíveis no mercado os mais diversos tipos de sistemas robóticos, com 
características e configurações muito diferentes entre si. Entretanto, como saber qual 
sistema escolher? Será que todos os sistemas e robôs disponíveis são aplicáveis à 
nossa demanda? Essas são algumas das muitas perguntas que vêm à cabeça quando 
estamos planejando a automação de uma linha de produção. 
Este bloco irá abordar as principais características dos sistemas robóticos que nos 
permitam definir quais são as características de interesse e quais são as configurações 
que atendam a demanda. Na sequência, serão apresentados os principais sistemas 
aplicados na indústria atualmente com o objetivo de auxiliar na definição das 
especificações e na escolha do sistema adequado para o processo de automação 
industrial. 
5.1 Definições de projeto 
Já foi citado anteriormente que a robótica permite o aumento da segurança no 
processo produtivo ao evitar que os operadores executem tarefas de risco. Para isso, 
os robôs utilizam sistemas de sensoriamento e alarme, além de sua capacidade de 
tomada de decisão com a utilização da Inteligência Artificial (robôs autônomos). Além 
disso, eles são precisos, trabalham sem interrupções, desde que haja conexão a uma 
fonte de energia, são ágeis, proporcionando maior produtividade, isto é, maior 
quantidade de produtos produzidos em menor tempo e com menos erros. 
 
 
 
 
57 
 
 
Fonte: KUKA, 2016. 
Figura 5.1 – Sistema robótico linear: linha de solda de carrocerias automotivas. 
 
Nas primeiras aplicações robóticas industriais, o robô possuía uma tarefa única e 
permanecia fixo em sua posição, formando sistemas robóticos lineares de produção. 
Os robôs atuais são mais robustos, completos e versáteis, graças à evolução 
tecnológica na área da robótica. Logo, uma célula robótica atual deixa de ser fixa, 
permitindo inúmeros processos em diferentes estações de trabalho. A personalização 
é determinante para a flexibilização da linha de produção automatizada. Ao combinar 
uma célula de automação com o trabalho colaborativo em um mesmo espaço de 
trabalho, temos um linha de produção onde homens e robôs se alternam entre postos 
de trabalho de maneira dinâmica, buscando a máxima eficiência produtiva possível. 
 
 
Fonte: KUKA, 2019. 
Figura 5.2 – Célula robótica com conexão à nuvem: indústria 4.0. 
 
 
 
 
58 
 
Partindo do pressuposto de que conhecemos as características do processo a ser 
automatizado ou em projeto, conforme apresentado no bloco anterior, podemos 
então definir as características do sistema robótico de interesse: 
▪ Quantidade de operações afetadas: pode ser o caso da automação de apenas 
uma ou de diversas operações; 
▪ Flexibilidade da linha: se não houver flexibilidade, trata-se de uma automação 
rígida, caso contrário, será um automação flexível. A quantidade de operações 
afetadas irá determinar se teremos um sistema linear ou flexível de produção; 
▪ Quantidade de robôs: irá depender da quantidade de operações afetadas e da 
flexibilidade da linha produtiva; 
▪ Montagem dos robôs: os robôs podem ser fixos no solo, na parede ou no teto. 
Os robôs móveis podem ser instalados numa linha de produção, deslocando-se 
sobre trilhos fixos no solo, na parede ou no teto, ou podem se deslocar dentro 
do perímetro fabril. Esse último tipo de robô móvel será explicado mais 
adiante; 
▪ Autonomia: irá depender do ambiente onde os robôs serão instalados, se 
estruturado ou não, e se haverá compartilhamento de espaço de trabalho com 
humanos (cobot); 
▪ Sistema de controle: irá depender da autonomia escolhida, da quantidade de 
graus de liberdade a serem controlados e da necessidade de comunicação com 
outras máquinas e equipamentos (indústria