Trabalho de eletronica e instrumentação ROBOTICA

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FACULDADE ANHANGUERA EDUCACIONAL 
ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
ELETRÔNICA E INSTRUMENTAÇÃO 
INTRODUÇÃO A ROBÓTICA 
 
 
 
 
 
 
 
Anápolis 
2015 
 
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ALUNOS: 
Amadeu Gomez Pereira - Ra: 5631103563 
Arailton Gabriel dos S. Bastos - RA: 4211796214 
Ariclenes Almeida da Silva - RA: 5212933069 
Edilson A. de Sousa Filho - RA: 5899076586 
Franciliano Cafona. Lima - RA: 3226021138 
Lucas Eliathan Faria Ferreira - RA: 3776753495 
Magdiel Ramos Rodrigues - RA: 5670128594 
Marcos Antônio M. da Costa - RA: 5222985910 
Paulo H. Gleria Felix - RA: 1299862023 
Thalles Jose da Silva - RA: 5899076605 
 
INTRODUÇÃO A ROBÓTICA 
 ELETRÔNICA E INSTRUMENTAÇÃO 
 
 
 
 
Anápolis 
2015 
Trabalho apresentado a Disciplina de 
ELETRÔNICA E INSTRUMENTAÇÃO. 
Para composição de nota do 2° bimestre do 
curso de Engenharia Mecânica da 
Faculdade Anhanguera de Anápolis. 
Profº: Luiz Henrique 
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SUMÁRIO 
 
1.1 INTRODUÇÃO.................................................................................................................03 
 
1.2 INTRODUÇÃO A ROBÓTICA.......................................................................................04 
1.3 Historia da Robótica 
1.4 Robótica; Computação, Eletrônica, Mecânica, Controlador, Processador, Software. 
1.5 Tipos de Robôs Por coordenadas; Cartesiana, Cilíndrica, Esférica, Articulada, 
SCARA. 
1.6 Sistemas de Referencia do Robô; Global, Articulações, Ferramentas. 
1.7 Tipos de acionamento, Direto, Indireto, 
1.8 Acionamentos: elétricos hidráulicos e pneumáticos 
1.9 Sensores. 
 
1.10 CONCLUSÃO .................................................................................................................14 
 
 
1.11 BIBLIOGRAFIA.............................................................................................................15 
 
 
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1.1 INTRODUÇÃO 
O homem sempre buscou evoluir seus processos produtivos, ao desenvolver novas 
formas de produção novas maquinas surgiram para facilitar, aumenta à produção a qualidade 
do produto e não expor o trabalhador a serviços repetitivos, pesados e perigosos. A revolução 
industrial trouxe a possibilidade de ampliar o estudo desses processos de produção que se 
tonaram cada vez mais voltado a operação de maquinas e equipamentos. Mesmo com 
Maquinas e equipamento operando junto a operários, ainda se via a necessidade da busca de 
automatizar os processos de produção. Uma maquina que poderia trabalhar sem a necessidade 
de um operário, realizar trabalhos que o homem não queria mais realizar. Disto vem a ideia da 
Robótica, um robô que programado realiza determinada função. A proposta do trabalho e falar 
sobre a Robótica uma pequena introdução desse importante tema tão vasto dentro da 
Engenharia e que engloba vários cuidados para a serem discutidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.2 INTRODUÇÃO A ROBÓTICA 
1.3 HISTORIA DA ROBÓTICA: 
A historia da robótica começou ser estudada no final do século XX, porem há muitos 
registros desse tipo de estudo em séculos passados onde os robôs conhecidos por nós nos dias 
de hoje eram chamados de “autômatos” (realizavam movimentos por si próprio), O 
Engenheiro Grego Heron de Alexandria do século I , possui dois textos onde são descritas 
varias criações de maquinas automatizadas que podiam realizar movimentos, mecanismos que 
davam vida a suas criações. 
Na Idade Média, na Europa e no Oriente Médio, maquinas automatizadas como partes 
de relógios eram bastante populares. O polímata árabe Al-Jazari (1136-1206) deixou textos 
descrevendo e ilustrando seus vários dispositivos mecânicos, incluindo um grande relógio 
elefante que se movia e soava na hora, uma banda de robô musical e uma garçonete robótica 
que servia bebidas. Muitos outros equipamentos foram criados inspirando-se em animais e 
figuras humanoides com simples sistemas de movimento. 
Em 1945 Leonardo da Vince esboçou um estudo sobre a anatomia humana o que 
permitiu um avanço na criação de mecanismos com articulações, ele também esboço os planos 
para um robô humanoide, e criações como o Leão autônomo que andava, criado para entreter o 
Rei. O leão mecânico foi o primeiro autómato com um mecanismo programável capaz de 
executar diferentes ações graças a um motor de sincronia perfeita 
É considerado que o primeiro autômato biomecânico do mundo é o The Flute Player 
(o toca flautas), inventado pelo engenheiro francês Jacques de Vaucanson em 1737. Ele 
também construiu o Digesting Duck (pato digestor), um pato mecânico que dava a falsa 
impressão de comer e defecar. Outros criadores de autômato do século XVIII incluem um 
francês prolífico chamado Pierre Jaquet-Droz e seu contemporâneo, Henri Mailardet. 
Mailardet, um mecânico suíço, criou um autômato capaz de desenhar quatro desenhos e 
escrever três poemas, controlando um preciso braço mecânico com o movimento de um motor 
de corda o subir e descer de cames era preciso, o que fez desse autônomo ganhar ate um filme 
atualmente, “A invenção de Hugo Cabret”, além de abrir espaço para a criação de muitos 
outros autônomos que desenhavam escreviam e tocavam musica. 
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Em 1924, surgiu o primeiro modelo de robô mecânico. Roy J. Wensley, engenheiro 
elétrico da Westinghouse, desenvolveu uma unidade de controle supervisionada. O dispositivo 
utilizando o sistema de telefonia podia; ligar e desligar ou regular remotamente qualquer coisa 
que estivesse conectado a ele. A partir dessa ideia foram criados uma serie de robôs 
teleoperados como: Televox, Willie Vocalite, e Elektro; 
O termo “Robótica” surgiu em 1941 pelo autor de ficção cientifica Isaac Asimov em 
seu livro “I Robot”, ele se interessou pelo tema após assistir a peça de teatro R.U.R (Rossum’s 
Universal Robots - 1920) Onde atores interpretavam robôs que faziam serviços que eles não 
queriam mais fazer, o termo robô surgia então da palavra tcheca robota que significa (escravo, 
trabalho forçado). No mesmo livro Asimov criou leis, que segundo ele, regeriam os robôs no 
futuro: Leis da robótica: 
1. Um robô não pode fazer mal a um ser humano e nem, por omissão, permitir 
que algum mal lhe aconteça. 
2. Um robô deve obedecer às ordens dos seres humanos, exceto quando estas 
contrariarem a Primeira lei. 
3. Um robô deve proteger a sua integridade física, desde que, com isto, não 
contrarie a Primeira e a Segunda leis. 
No ano de 1954 e desenvolvido por George Devol e Joseph F. Engelberger o projeto 
do primeiro robô industrial programavel, o Unimate que começou operar inicialmente em uma 
linha de montagem da GM (General Motors) sendo utilizados atuadores hidráulicos e eram 
programdados com "conjuntos de coordenadas", podemos considerar como exemplo um robô 
em que os ângulos de todas as juntas são armazenados durante uma fase de aprendizagem, e 
então repetidos durante a operação especifica. 
1.4 ROBÓTICA 
A Robótica e uma área da engenharia que engloba Computação, Eletrônica, e 
Mecânica, tendo a finalidade de desenvolver robôs cada fez mais autônomos e que desenvolva 
tarefas cada vez mais difíceis e com maior precisão. Automação é uma tecnologia que faz uso 
de sistemas mecânicos, elétricos, eletrônicos e de computação para efetuar controle de 
processos produtivos. 
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A Computação e a parte responsável pela “inteligência” do robô, em termo geral a 
computação e responsável por controlar quais serão os movimentos que o robô ira fazer, tendo 
em vista estabelecer a relação entre: Controlador, o Processadore o Software. 
Controlador do sistema: e semelhante ao cérebro, ele recebe os dados do 
computador, e controla os movimentos dos atuadores e coordena os movimentos com a 
informação de realimentação sensorial. 
Processador: como se fosse o cérebro do robô, em geral um computador que e 
designado a função de calcular os movimentos das articulações do robô qual a velocidade para 
atingir o local e supervisiona as ações coordenadas pelo Controlador. 
Software: Para um robô são usados três tipos de software, o sistema operacional que 
opera o proccessador, o software robótico que calcula os movimentos de cada articulação de 
acordo com a cinemática do robô, e também um software que engloba o conjunto de rotinas 
orientadas a aplicações e programas desenvolvidos para o uso do robô ou seus periféricos. 
A Eletrônica e como as veias e artérias levam informação em forma de sinal a um 
determinado dispositivo, como um atuador servo motor ou motor de passos fazendo 
movimentar articulações e elos nos robôs, além de ser a base para os sensores de presença, 
toque, pressão entre outros. 
A Mecânica na robótica e como se fosse o corpo humano, estabelece os graus de 
liberdade que um robô pode ter dependendo de suas articulações e elos e sua estrutura. A 
mecânica também e responsável por alguns dos atuadores do robô como pneumáticos e 
hidráulicos. 
1.5 TIPOS DE ROBÔS POR COORDENADAS 
 Cartesiana: São constituídos de três articulações lineares que posicionam o atuador 
final, geralmente constituídas de uma articulação rotativa para orientar o atuador final. 
 Cilíndrica: possuem duas articulações prismáticas e uma articulação rotacional para 
posicionamento da peça ale de articulações rotacionais para orientar a peça. 
 Esférica: possuem um sistema de coordenadas esféricas, que tem uma articulação 
prismática e duas rotacionais, para posicionar a peça e outras articulações rotacionais 
para orientação. 
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 Articulada ou Antropomórfica: são jutas de revolução semelhante ao braço humano. 
 SCARA: (Selective Compliance Assembly Robot Arm, “Braço Robótico de 
Montagem com Complacência Seletiva”.) possuem duas ou três articulações 
rotacionais que são paralelas e permitem ao robô se mover em um plano horizontal, e 
também articulações prismáticas adicionais que se moem na vertical, sendo muito 
utilizados em operações e montagem. Nas figuras 1 e 1.2 vemos tipos de robôs de 
coordenadas e sua área de trabalho. 
 
Fonte: Saeed B. Niku - pag 10 Figura 1 
Cartesiano Cilíndrico Esférico 
Articulado SCARA 
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Espaço de trabalho de um robô: 
 
Fonte: Saeed B. Niku - pag 13 Figura 1.2 
1.6 SISTEMAS DE REFERÊNCIA DE UM ROBÔ 
Os robôs se movimentam de acordo com diferentes sistemas de coordenadas: 
Sistema de Referência Global: e um sistema universal de coordenadas definidos 
pelos eixos x, y, z. As articulações se movem simultaneamente coordenada criando 
movimentos nos três principais eixos, este sistema e usado para definir os movimentos do robô 
em relação a outros objetos, definindo trajetórias de movimento. 
Sistema de Referência das Articulações: e usado para controlar os movimentos das 
articulações individuais do robô, cada articulação e movida individualmente e apenas uma 
articulação se move por vez, e depende de cada tipo de articulação (prismática, rotatória, ou 
eferica) 
Sistema de Referência Ferramenta: especifica os movimentos da mão do robô em 
relação a um sistema referido a mão. O sistema de referência da ferramenta se move com o 
robô. Na figura 1.3 vemos os sistemas de Referencia 
Cartesiano Cilíndrico Esférico Articulado 
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Fonte: Saeed B. Niku pag 11 Figura 1.3 
 
1.7 TIPOS DE ACIONAMENTO 
No Acionamento indireto pelos atuadores das juntas serem pesados, os fabricantes 
tentam introduzir alterações no projeto que permitam redução do peso nas juntas próximas ao 
pulso e transferir este peso, quando possível, para a base. Desta forma consegue-se uma 
capacidade de carga maior para o braço. O atuador fica afastado da junta movida por ele. 
Neste tipo de acionamento, é necessário usar algum tipo de transmissão de potência, como 
polias, correntes, rodas dentadas, engrenagens, parafusos e correias, ou seja, o acionador é 
adaptado longe da junta pretendida do manipulador. Entretanto este método sofre efeitos 
indesejados no desempenho do robô, devido à folga nas engrenagens, flexão dos vínculos do 
manipulador, escorregamento dos sistemas de polias. 
No Acionamento direto o acionador é adaptado diretamente na junta, o que, em 
determinados casos, proporciona melhor precisão e rendimento de potência em relação ao 
acionamento indireto. Contudo, devido ao baixo torque por unidade de peso alcançado pelos 
motores elétricos, costuma-se utilizá-los em conjunto com redutores de engrenagens, que 
aumentam o torque, porém reduzem a velocidade. Neste caso, se o acionador estiver fixado no 
elo motor, o acionamento é considerado direto. Nas juntas rotativas com acionamento direto, o 
sensor de posição angular fornece o ângulo relativo entre o elo motor e o elo movido. No 
acionamento indireto esta leitura fornece o ângulo do elo movido em relação a um outro elo, 
anterior ao elo motor. 
1.8 ACIONAMENTOS ELÉTRICOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 
Global Articulações Ferramenta 
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Acionamento Elétrico: Os acionadores elétricos tendem a ser maiores e mais 
pesados que acionadores hidráulicos e pneumáticos. Por este motivo, nem sempre é possível 
posicionar tais atuadores próximos às respectivas juntas, em virtude de restrições no espaço 
disponível ou de problemas com deflexões devido ao peso. Assim sendo, os acionadores 
podem ser acoplados de forma direta ou indireta. Existem muitos tipos de motores elétricos, 
cada um com sua determinada característica CA, CC, Trifásico, motor de passos, etc. eles 
podem ser usados como acionadores: 
Servo Motor: Servo-motores são compostos por motores DC e um redutor de 
velocidades, junto com um sensor de posição e um sistema de controle realimentado. Em 
outras palavras, os servo motores podem ser considerados como sendo motores comandados 
em posição (angular ou linear), já que, do ponto de vista de quem os utiliza, o controle interno 
em malha fechada é irrelevante. Os servo-motores são pequenos, com ampla variação de 
torques. O mecanismo de posicionamento ajusta a posição angular por meio de um sinal 
codificado que lhe é enviado. Enquanto esse código estiver na entrada, o servo irá manter a 
sua posição angular. 
Motor de passos: Os motores de passo podem ser bipolares ou unipolares. Em ambos 
os casos as fontes utilizadas são de tensão contínua e requerem um circuito digital que produza 
as sequências de sinais para que o motor funcione corretamente. Podem ser controlados por 
microprocessadores diretamente por meio de um circuito de comando. Os motores de passo 
tem uma posição angular sempre conhecida. 
Acionamento hidráulico: Acionadores hidráulicos Os principais componentes deste 
sistema são: motor, cilindro, bomba de óleo, válvula e tanque de óleo. O motor é responsável 
pelo fluxo de óleo no cilindro em direção ao pistão que movimenta a junta. Assim, este tipo de 
acionador é geralmente associado a robôs de maior porte, quando comparados aos acionadores 
pneumáticos e elétricos. Entretanto a precisão em relação aos acionadores elétricos é menor. 
Existem diversos tipos diferentes de motores hidráulicos,como motor de palheta, de 
engrenagem, de lóbulos, etc., e todos eles apresentam características de alto torque específico, 
ou seja, torque elevado com massa e volume reduzidos. São, portanto, apropriados para braços 
que manipulam grandes cargas. Em contrapartida, a exigência de elementos de controle e 
pressurização do fluido hidráulico faz com que o custo destes sistemas seja elevado, tornando-
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se vantajoso apenas em braços de grande porte. Apresentam, adicionalmente, problemas de 
manutenção, já que podem ocorrer vazamentos do fluído e desgaste na bomba e motores. 
Os atuadores hidráulicos lineares são mais compactos e robustos do que seus 
equivalentes elétricos ou mesmo pneumáticos, e com isso são indicados para uso em robôs do 
tipo pórtico ou esféricos, que utilizam juntas prismáticas. 
Acionadores Pneumáticos: Os acionadores pneumáticos são semelhantes aos 
acionadores hidráulicos, porém a diferença é a utilização de ar ao invés de óleo. Entretanto o 
ar é altamente compressível, o que causa uma baixa precisão e força, mas estes acionadores 
possuem alta velocidade. Acionadores pneumáticos lineares (cilindros) requerem sistemas 
sofisticados e complexos para controlarem a posição em pontos ao longo do curso. Justamente 
por isso, são pouco utilizados em aplicações para essa necessidade. Porém, diversas tarefas de 
produção podem ser automatizadas com atuadores pneumáticos lineares trabalhando entre os 
extremos de posição, ou seja, totalmente recolhido ou totalmente estendido. Estas tarefas em 
geral são simples, consistindo de movimentação de material, fixação de peças e separação de 
objetos. 
O baixo custo dos acionadores pneumáticos e da geração de ar comprimido faz com 
que a automação pneumática seja a mais adequada se o trabalho a ser realizado for simples. 
Pode-se utilizar o acionamento pneumático em juntas rotativas de forma direta (acionadores 
rotativos) ou com redutores (motores pneumáticos de lóbulos ou palhetas). Tais aplicações 
são, contudo, muito específicas e indicadas apenas quando houver restrições quanto ao 
acionamento elétrico ou hidráulico. 
A programação de sistemas pneumáticos pode ser realizada com controladores 
lógicos programáveis (PLC), ou mesmo por chaves distribuidoras e chaves fim-de-curso. Este 
tipo de programação permite certa flexibilidade na sequência de acionamentos, porém é 
bastante limitada no que se refere a mudanças na forma e no tipo de tarefa executada. Pode-se 
dizer, portanto, que sistemas pneumáticos estão mais próximos de uma automação fixa do que 
da automação programável. 
1.9 SENSORES 
Sensores são dispositivos cuja finalidade é obter informações sobre o ambiente em 
que se encontram, e são utilizados como componentes do sistema de controle de realimentação 
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do robô. Há diversos tipos de sensores que podem ser classificados de acordo com os 
princípios físicos sobre os quais eles estão baseados, sendo alguns deles: 
Sensores de Posição 
Sensores de Aceleração 
Sensores de Força e de Pressão 
Sensores de Torque 
Sensores de Luz visível e infravermelho 
Sensores de Toque e Tato 
Sensores de Proximidade 
A interação entre o robô e a área de trabalho onde o operador supervisiona o processo 
produtivo para assegurar o correto funcionamento dos eventos, e introduzir, caso necessário, 
reprogramações no sistema. O sistema de comunicações realiza a interface entre o operador e 
o programa que controla o processo produtivo. Este, por sua vez, comanda a execução de 
programas no manipulador, ativa e desativa acionamentos nas máquinas da célula e sincroniza 
as atividades entre ambos, com base em informações prestadas pelos diversos sensores 
externos presentes na célula. O sistema de tomada de decisões pode ainda alterar a 
programação do braço mecânico ou das máquinas em função do produto a ser manipulado ou 
produzido. O sistema de controle do robô, por seu lado, recebe comandos do sistema de 
decisão e executa o programa corrente, controlando os diversos motores das juntas e 
verificando seu posicionamento por meio dos sensores instalados nelas. A figura 1.4 ilustra 
essa rotina de trabalho. 
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Fonte: www.inovacaotecnologica.com.br Figura 1.4
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.10 CONCLUSÃO 
A evolução da Robótica trouxe muitos benefícios a indústria em geral, com o 
desenvolvimento desses novos “funcionários”, que não tem necessidade de férias, podem 
trabalhar 3 turnos, trazem maior segurança a trabalhadores e podem desenvolver trabalhos 
pesados e perigosos como de solda, carga e descarga de materiais pesados, ou manuseio de 
peças que transmitem riscos a saúde ou lesionar o operário. Vimos no trabalho a História da 
Robótica como foi o caminho ate chegar ao ápice do estudo nos dias de hoje onde há grande 
empregabilidade desta tecnologia nas indústrias. Podemos também conhecer alguns tópicos 
importantes na composição de um robô, tipos de robôs em relação as coordenadas que irão 
determinar qual a área de trabalho que ele pode atuar, como cartesiano pode trabalhar em um 
espaço retangular, cilíndrico em uma área de trabalho cilíndrica, e assim por diante. Cada robô 
pode ser programado para realizar determinada função e de acordo com a ferramenta realiza-
la, ou seja o Robô diferente de maquinas CNC podem realizar diferentes funções de acordo 
com a necessidade da produção. Os atuadores Elétricos, Hidráulicos e Pneumáticos, 
movimentam ou giram os elos para direcionar o robô, seus sensores determinam sua 
aproximação ao objeto, a força que sua ferramenta pode aplicar sobre ele. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.11 BIBLIOGRAFIA 
 
 A historia da Robótica ate os dias de hoje, disponível em: 
https://cienciasetecnologia.com/robotica-historia/, Acesso em 03 de junho de 2015. 
A Historia e a evolução da Robótica, disponível em: 
https://tegruposete7.wordpress.com/historia/, Acesso em 03 de junho de 2015. 
Heron de Alexandria, disponível em: 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Heron_de_Alexandria Acesso em 03 de junho de 2015. 
Autômato, disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Aut%C3%B4mato, Acesso 
em 03 de junho de 2015. 
Curso Robótica Unidade 3, disponivel em: http://cursorobotica-
un3.blogspot.com.br/2011_04_01_archive.html, Acesso em 
Robótica, disponível em: http://roboticagrupo4.blogspot.com.br/2009/05/historia-da-
robotica.html, Acesso em 03 de junho de 2015. 
Apostila de Robótica - Prof. Valdemir Carrara – Universidade Brás cubas, disponível 
em: http://www2.dem.inpe.br/val/homepage/cursos/rb_apostila.pdf, Acesso em: 04 de junho 
de 2015. 
Niku, Saeed Benjamin. “Introdução a Robótica: Analise, Controle, Aplicações” 2ª 
edição – LTC, 2013. 
Jonhn J. Craig. “Robótica” 3ª edição – Pearson Education do Brasil, São Paulo, 2012.