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Fundamentos da Robótica Robótica Diretor Executivo DAVID LIRA STEPHEN BARROS Gerente Editorial ALESSANDRA VANESSA FERREIRA DOS SANTOS Projeto Gráfico TIAGO DA ROCHA Autoria DANYELLE GARCIA GUEDES JESSICA LAISA SILVA AUTORIA Danyelle Garcia Guedes Olá. Sou mestranda pela na Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) em Ciência e Engenharia de Materiais; especialista pela Faculdade Campos Elíseos (FCE) em Docência do Ensino Superior; e bacharel pela UFCG em Ciência e Engenharia de Materiais. Atuei com membro e pesquisadora no Laboratório de Desenvolvimento de Biomateriais do Nordeste (Certbio) na pesquisa e no desenvolvimento de dispositivos biossensores e biomateriais e no Laboratório de Tecnologia de Materiais da UFCG no desenvolvimento de materiais cerâmicos e nanofibras. Atualmente, sou membro do Laboratório de Materiais Cerâmicos e Avançados. Sou apaixonada pelo que faço e adoro transmitir minha experiência de vida àqueles que estão iniciando em suas profissões. Por isso fui convidada pela Editora Telesapiens a integrar seu elenco de autores independentes. Estou muito feliz em poder ajudar você nesta fase de muito estudo e trabalho. Conte comigo! Jessica Laisa Silva Olá. Sou graduada em Sistema da Informação e mestrado em Sistema e Computação na Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). Tenho experiência na área de Informática na Educação, com ênfase em Mineração de Dados Educacionais. Realizo trabalhos e pesquisas voltados ao universo dos jogos digitais inseridos no contexto educacional, como incentivo deles no ensino de jovens e professores. Atualmente, realizo pesquisas no contexto de disseminação do pensamento computacional para crianças e jovens. As áreas de interesse de estudo são as seguintes: Educação, Engenharia de Software, Mineração de Dados, Pensamento Computacional, Jogos Digitais Educativos e Gerenciamento de projeto. Conte comigo! ICONOGRÁFICOS Olá. Esses ícones irão aparecer em sua trilha de aprendizagem toda vez que: OBJETIVO: para o início do desenvolvimento de uma nova competência; DEFINIÇÃO: houver necessidade de apresentar um novo conceito; NOTA: quando necessárias observações ou complementações para o seu conhecimento; IMPORTANTE: as observações escritas tiveram que ser priorizadas para você; EXPLICANDO MELHOR: algo precisa ser melhor explicado ou detalhado; VOCÊ SABIA? curiosidades e indagações lúdicas sobre o tema em estudo, se forem necessárias; SAIBA MAIS: textos, referências bibliográficas e links para aprofundamento do seu conhecimento; REFLITA: se houver a necessidade de chamar a atenção sobre algo a ser refletido ou discutido; ACESSE: se for preciso acessar um ou mais sites para fazer download, assistir vídeos, ler textos, ouvir podcast; RESUMINDO: quando for preciso fazer um resumo acumulativo das últimas abordagens; ATIVIDADES: quando alguma atividade de autoaprendizagem for aplicada; TESTANDO: quando uma competência for concluída e questões forem explicadas; SUMÁRIO Histórico da Robótica ................................................................................ 12 A História da Robótica ................................................................................................................ 12 A Influência da Mitologia ........................................................................................ 14 A Influência dos Filmes Cinematográficos ................................................ 16 As Invenções que Levaram à Robótica ...................................................... 17 O Primeiro uso do Termo “Robô” ...................................................................... 19 Campos da Robótica ............................................................................................... 20 Definições de Automação e Robótica ................................................24 Definições..............................................................................................................................................24 Robótica .............................................................................................................................24 Robôs ....................................................................................................................................25 Conceitos Gerais ...........................................................................................................27 Automação ........................................................................................................................................... 31 Razões Para a Utilização de Robôs ......................................................36 Motivos Para o uso dos Robôs ..............................................................................................37 Redução de Custos ................................................................................................... 38 Qualidade ........................................................................................................................ 38 Competição ..................................................................................................................... 39 Produção ........................................................................................................................... 39 Flexibilidade .................................................................................................................... 39 Desperdício e Rendimento .................................................................................. 40 Mão de Obra .................................................................................................................... 41 Custos ...................................................................................................................................42 Espaço ..................................................................................................................................42 Consequências Sociais da Robótica ................................................................................43 Impactos Positivos ......................................................................................................44 Impactos Negativos ...................................................................................................45 Tipos de Robôs na Atualidade ...............................................................49 Principais Tipos de Robôs Industriais .............................................................................. 49 Robô Articulado ............................................................................................................ 50 Robô de Coordenadas Cartesianas ou Pórtico ...................................... 51 Robô de Coordenadas Cilíndricas .................................................................. 51 Robô de Coordenadas Esféricas ......................................................................52 Robô SCARA ....................................................................................................................52 Robô Paralelo..................................................................................................................52 Análise da Robótica Industrial na Contemporaneidade .....................................54 9 UNIDADE 01 Robótica 10 INTRODUÇÃO Você sabia que a Robótica é uma das áreas com o maior investimento de capital na contemporaneidade? Isso porque ela consegue relacionar a ciência, a arte e a engenharia robótica. De início, quando pensamos em robôs, logo imaginamos os filmes e uma realidade bem distante. No entanto, o que acontece é o inverso, já que o mundo dos robôs está a cada dia mais presente no universo dos seres humanos. A criação dessas máquinas, inicialmente, foi para ajudar os seres humanos a realizar tarefas e, com o passar do tempo, ficarammuito mais evoluídas. Essas começaram a ser pensadas pelos humanos ainda no século XIX. Desde então, devido a utilização destes equipamentos serem tão importantes para iniciarmos os nossos estudos, nesta primeira Unidade você será capaz de entender um pouco mais sobre os fundamentos da Robótica, ou seja, veremos a história, os conceitos, as causas e as consequências da utilização dos robôs, bem como os seus principais tipos. Entendeu? Ao longo desta unidade letiva você vai mergulhar neste universo! Robótica 11 OBJETIVOS Olá. Seja muito bem-vindo à Unidade 1 – Fundamentos da Robótica. Nosso objetivo é auxiliar você no desenvolvimento das seguintes competências profissionais até o término desta etapa de estudos: 1. Compreender a evolução histórica da Robótica até os dias de hoje. 2. Definir os conceitos básicos sobre a Robótica. 3. Identificar as razões para a utilização de robôs e as consequências sociais da Robótica. 4. Identificar os tipos básicos de robôs e compreender as estatísticas da Robótica Industrial na contemporaneidade. Robótica 12 Histórico da Robótica OBJETIVO: Ao término deste capítulo, você será capaz de entender como funciona o fascinante mundo da Robótica. Isso será fundamental para o exercício de sua profissão, já que você precisa conhecer as informações mais relevantes sobre a história dessas criaturas artificiais. E então? Motivado para desenvolver esta competência? Vamos lá. Avante! A História da Robótica Antes de começarmos esta incrível jornada pelo mundo da Robótica, você já deve ter se perguntado como foi que surgiu o primeiro robô, quem o construiu e o que ele era capaz de fazer, não é? Pois bem, existem várias teorias que contam como isso pode ter acontecido, mas, hoje, já existe uma definição completa do que seria um robô e como tudo isso aconteceu. VOCÊ SABIA? Você sabia que o mundo da fantasia serviu de inspiração na história da Robótica? Isso porque nesse aspecto conseguimos transformar a imaginação em realidade. Essa história é cheia de artifícios, que vai desde a criatividade do ser humano em produzir uma cinematografia de alta qualidade até o complicado trabalho de cientistas com suas visões científicas. Antes de começarmos a expandir os conhecimentos referentes à passagem do tempo na Robótica, vamos entender o termo mais conhecido desta ciência, ou seja, o que seria um “robô”. É válido ressaltar que não existe apenas uma definição para o referido termo, já que algumas pessoas consideram que o robô é um manipulador multifuncional que pode ser reprogramável, sendo Robótica 13 controlado, de forma automática, por três ou mais eixos. Já para outros, o robô é como se fosse um androide ou um humanoide, que tem as características de um ser humano. Logo, esse mal-entendido de conceitos é normal na área da Ciência e da Tecnologia. A definição do que seria um robô evoluiu com o passar do tempo, e o foco desta Unidade será chegar ao que conhecemos hoje no mundo contemporâneo. Figura 1 – Ilustração de um robô criado para explorar o planeta Marte Fonte: Wikimedia Commons. Não é possível definir de onde surgiu a ideia do que seria um robô, mas existem algumas histórias a partir da mitologia, da cinematografia e da necessidade de atualização das tecnologias vigentes na sociedade. Com o crescimento da tecnologia na sociedade, cada vez mais o termo “robô” se tornou sofisticado. Antes ele era conhecido como um equipamento mecânico especial, mas hoje pode ser atribuído à mais alta tecnologia de ponta do mercado. Robótica 14 IMPORTANTE: Segundo a definição considerada hoje, o primeiro robô que existiu na humanidade foi uma tartaruga, criada por William Grey Walter. Neste Capítulo, aprenderemos um pouco mais sobre ela, o seu criador e os campos relacionados à Robótica, ou seja, a teoria de controle, a cibernética e a inteligência artificial. A Influência da Mitologia A mitologia também tem influência no ramo da Robótica, pois ela possui uma gama de seres artificiais em vários tipos de culturas. No Egito Antigo, há mais de três mil anos, os egípcios usavam alguns monumentos de pedra controlados por humanos. No entanto, esses objetos não eram robôs verdadeiros ou, pelo menos, ainda não era entendido o que, de fato, seria um robô. Em um dos vários mitos referentes à mitologia, na Grécia, depois que Cadmo fundou a cidade conhecida por Tebas, ele matou o dragão que teria dizimado seus amigos. Depois disso, ele arrancou os dentes do dragão e os plantou, o que fez surgir um exército forte de homens armados. IMPORTANTE: Ainda na mitologia grega, o mito de Pigmalião foi referência na Robótica. É conhecido que ele era um escultor muito apaixonado por uma mulher chamada Galatéia, o que o faz esculpir a sua amada em uma estátua. Pigmalião pediu ajuda à deusa Afrodite, que atendeu aos seus desejos, fazendo com que a obra ganhasse vida. Figura 2 – Ilustração da escultura de Pigmalião e Galatéia Robótica 15 Fonte: Wikimedia Commons. Já para os hebraicos, existia uma estátua de pedra chamada de Golem, que dentro dela havia um pedaço de papel que continha poderes mágicos ou religiosos. Essa estátua conseguia fazer tarefas simples e repetitivas. Na Groelândia, existia uma criatura chamada de Tupilak, criada por bruxas, a partir de produtos naturais. Ela colocada no mar para destruir inimigos. No entanto, esse ser pode, também, se voltar contra quem o produziu, caso o seu inimigo entendesse de feitiçaria. VOCÊ SABIA? Você sabia que em 1818, a escritora Mary Wollstonecraft publicou a sua obra Frankenstein? Essa criatura foi criada pelo seu cientista, Victor Frankenstein, a partir de vários materiais e produtos, incluindo, até mesmo, cadáveres de seres humanos. A criação desse monstro foi incompreendida, o que o faz matar o seu criador e sua família. Figura 3 – Ilustração da obra Frankenstein, de Mary Wollstonecraft Robótica 16 Fonte: Wikimedia Commons. Agora você deve estar se perguntando como a mitologia tem alguma analogia com o mundo da Robótica. O que ambas têm em comum é que os criadores que utilizam o sobrenatural em suas produções acabam sendo golpeados por suas próprias criações, devido aos seus interesses. A Influência dos Filmes Cinematográficos Todos nós já vimos a influência que a indústria cinematográfica tem na vida das pessoas. Por esse ângulo, percebemos que, desde a criação do cinema, muitas criaturas foram inventadas, tanto místicas quanto superficiais. A primeira vez que um robô apareceu em um filme foi em 1926, na obra Metropolis, do diretor Fritz Lang. Além desse, muitos outros títulos apareceram como destaque no ramo das câmeras, como O dia em que a Terra parou, Planeta proibido, Lost in Space, 2001: uma odisseia no espaço, e a grande obra Star Wars. Essas foram umas das Robótica 17 primeiras amostras que serviram para simbolizar o grande fascínio que a humanidade dedicava aos seus robôs. Figura 4 – Ilustração do robô BB-8, do filme Star Wars Fonte: Wikimedia Commons. As Invenções que Levaram à Robótica Durante a passagem dos séculos, a Robótica evoluiu a cada ano, trazendo uma gama de novidades para a humanidade, mas, ainda, sem utilizar o termo “robô”, que só começou a ser utilizado a partir do século XX. REFLITA: Existiram diversas invenções que contribuíram para o advento da Robótica. Começaremos na Grécia Antiga, mais especificamente na cidade de Alexandria, quando Ctesibius inventou o relógio, conhecido por clepsidra, que significa “o que rouba água”. Esse dispositivo é movido à água, e funciona com a ajuda da gravidade, como se fosse uma ampulheta. Essa engenhoca já trabalhava com movimentos repetitivos e programados, porém sem a tecnologia moderna. Robótica 18 Figura 5 – Ilustração de um relógio clepsidra Fonte: Wikimedia Commons. Outra contribuição veio da França, com Joseph-Marie Jacquard (1752-1834). A sua família era de artesãosde tecidos, mas, ao perder o seu pai, a sua família foi à falência. Após isso, ele trabalhou para restaurar o tear e mecanizá-lo, para que a fabricação de seda suprisse suas necessidades. VOCÊ SABIA? Outra invenção mais próxima da invenção dos robôs surgiu em 1892, com Seaward Babbitt. Ele colocou um guindaste motorizado que utilizava uma pinça mecânica para retirar alguns lingotes de um forno, o que ocorreu 70 anos antes de surgir um robô industrial para a mesma finalidade, pela indústria da General Motors. Antes, o que seria um robô eram apenas alguns objetos com características automáticas ou mecânicas. Ao passo que a tecnologia computacional começou a se desenvolver, como a redução do tamanho, começou a ser utilizado o que conhecemos por raciocínio, pensamentos, consciência e, até mesmo, emoções. Robótica 19 Dessa forma, esses seres mecânicos começaram a ficar cada vez mais parecidos com os seres humanos, ou algum ser vivo específico. O Primeiro uso do Termo “Robô” A palavra robô só começou a ser utilizada a partir do século XX, mais precisamente em 1920. Foi Karel Capek (1890-1938), um dramaturgo tcheco que escreveu a peça Rossum’s Universal Robots, que significa “Robôs universais de Rossum”. Em sua obra, ele retrata um trabalhador artificial futurista, que foi criado para automatizar o trabalho dos seres humanos, para ajudá-los em sua jornada de trabalho. Foi o irmão mais velho de Karel que deu o nome “robô” a esses seres, o que significa “trabalho penoso” ou “servidão”. Na obra, esses robôs foram criados para serem baratos, eficientes e bons de memória, sem pensar em nada inovador. Figura 6 – Ilustração da peça Rossum’s Universal Robots, de Karel Capek Fonte: Wikimedia Commons. A palavra “robô” foi originada a partir da união das palavras rabota, que significa trabalho obrigatório, e da palavra robotnik, que significa servo. O mundo da Robótica agradece à Capek e a seu irmão Josef por darem o nome dessas criaturas. Robótica 20 Outro artista que aprimorou o uso do termo “robô” foi Isaac Asimov (1920-1992). Ele era produtor de ficção científica e escreveu diversas obras retratando esse universo fascinante da Robótica. Hoje, a maioria dos robôs trabalha de forma obrigatória e repetitiva. No entanto, na Robótica, o que acontece é muito mais que isso, e é isso que veremos adiante. Campos da Robótica Alguns campos da Robótica são os seguintes: a teoria do controle, a cibernética e a inteligência artificial. A partir disso, iremos formular o que é mais importante para este estudo. A teoria de controle é um dos ramos da Engenharia que estuda os sistemas mecânicos do dia a dia. Os seus moldes ajudam a compreender as teorias que formam os sistemas mecânicos. Este setor trabalha com o estudo e a construção das máquinas, até as propriedades desses equipamentos. Na Antiguidade, era utilizada nos sistemas hidráulicos e térmicos, bem como nos motores da Revolução Industrial. Na contemporaneidade, com a utilização da matemática avançada, começou-se a incorporar os sistemas elétricos e eletrônicos, o que a fez amadurecer. No século XX, na década de 1940, Norbert Wiener começou a se interessar pela teoria do controle, mas agora relacionando ela aos sistemas biológicos, e não só aos artificiais. Essa correlação foi chamada de cibernética, um segundo campo da Robótica. A partir de 1940, William Grey Walter, durante a sua pesquisa, criou uma série de equipamentos inteligentes, que ele chamou de “tartarugas”. VOCÊ SABIA? Você sabia que o nome “tartaruga” dos equipamentos criados por Grey Walter foi inspirado no filme de Alice no país das maravilhas? Isso aconteceu com base em um personagem de Lewis Carroll, mas não foi só por isso, outra justificativa era a aparência dos equipamentos com esses animais. Robótica 21 Essas tartarugas eram simples robôs, com aparência de um triciclo, cobertos com uma superfície plástica, para dar mais mimetismo a esses equipamentos. O nome dessas máquinas eram Machina Speculatrix, ou seja, máquina que pensa, e Docilis Machina, ou seja, máquina que pode ser treinada. Figura 7 – Ilustração da tartaruga de William Grey Walter Fonte: Wikimedia Commons. Já a inteligência artificial surgiu em 1956, durante um encontro na Universidade de Dartmouth, nos Estados Unidos. Nesse encontro, foram reunidos os maiores cientistas deste setor da época. O principal intuito do encontro era saber se era possível colocar inteligência nas máquinas, e o que foi encontrado é que, para uma máquina ser inteligente, ela precisa de: • Busca de soluções. • Representação simbólica da informação. • Execução sequencial de programas. • Sistema de organização que respeite a hierarquia. • Modelos internos do mundo. • Planejamento e raciocínio para resolver problemas. Robótica 22 Você pode não ter entendido algum tópico da lista anterior, mas depois eles farão sentido. O que você realmente precisa saber agora é que, na conferência, foi estabelecido que a inteligência artificial poderia fazer parte do mundo da Robótica, o que seria chamado de robótica inspirada em inteligência artificial. VOCÊ SABIA? O Shakey é um dos primeiros robôs que utilizou a inteligência artificial. Ele foi construído na Califórnia, na década de 1960, e tinha uma câmera e sensores para contato. Essa câmera era capaz de fornecer uma gama de informações ao equipamento, o que gerava uma certa complexidade para ele. Figura 8 – Ilustração do robô Shakey, um dos pioneiros a utilizar a inteligência artificial Fonte: Wikimedia Commons. Robótica 23 O nome Shakey vem do inglês, e significa chacoalhar. Uma curiosidade é que os seus criadores passaram bastante tempo para tentar encontrar um nome apropriado para ele, buscaram desde a mitologia grega, até alguma coisa que fizesse referência a ele. No entanto, um deles pensou: “Ei! Esse robô chacoalha pra caramba enquanto ele se move, então nós o chamaremos de Shakey. RESUMINDO: E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste Capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido que a Robótica não é um ramo que surgiu recentemente. Desde a Antiguidade, algumas pessoas já se dedicavam para criar algum tipo de equipamento mecânico com o intuito de facilitar a vida das pessoas. Ao longo do tempo, não existia uma definição específica do que seria um robô, um consenso surgiu apenas no início do século XX. O surgimento da Robótica pode ser atribuído a diversas coisas, por exemplo, a influência da mitologia, os filmes cinematográficos e algumas invenções. A mitologia tem influência no ramo da Robótica, pois ela tem uma gama de seres artificiais em vários tipos de culturas, o que pode ser observado, sobretudo, na Antiguidade. Já no campo cinematográfico, pode-se perceber o quanto os filmes podem afetar a vida das pessoas, devido ao poder de invenção da mente humana, o que recai diretamente sobre a Robótica. É válido ressaltar, também, que existiram diversas invenções que contribuíram para o advento da Robótica. Tudo isso vai formando o que hoje conhecemos como o mundo dos robôs. Para finalizar, você deve lembrar que alguns campos da Robótica são a teoria do controle, a cibernética e a inteligência artificial. Robótica 24 Definições de Automação e Robótica OBJETIVO: Ao término deste capítulo, você será capaz de entender os principais conceitos sobre a automação e a Robótica. Isso será muito importante para a compreensão desta disciplina, já que a partir da teoria você conseguirá compreender todo o conteúdo de forma mais fácil e organizada. E então? Motivado para desenvolver esta competência? Vamos lá. Avante! Definições Antes de aprofundarmos o nosso estudo sobre a Robótica, faz- se necessário conhecermos conceitos importantes desta ciência, para uma melhor compreensãodo conteúdo abordado. Agora, veremos as principais definições relacionadas a essa área de robôs e automação. Robótica Precisamos definir o que conhecemos, hoje, como Robótica. Como definição, temos que a Robótica é uma das ciências que trabalham com a construção de robôs, que utiliza alguns setores como suporte, como a Engenharia Mecânica e a Elétrica, para a montagem e a utilização desses dispositivos, além de usar as artes e a ciência para obter a utilização da inteligência artificial. DEFINIÇÃO: Ela pode ser definida, também, como um setor tecnológico e educacional, que utiliza alguns sistemas feitos com equipamentos mecânicos automáticos junto com circuitos, o que cria uma ferramenta mecânica motorizada controlada por circuitos elétricos e inteligência artificial.. Robótica 25 Várias áreas fazem da Robótica o seu objeto de estudo, como a Computação, Mecânica, Automação, a indústria Aeroespacial e a Elétrica. O termo “robótica” foi criado pelo dramaturgo Isaac Asimov, em 1950, quando ele criou a sua obra I, Robot. Figura 9 – Ilustração de Isaac Asimov Fonte: Wikimedia Commons. Nesta obra, ele criou algumas leis que regiam a Robótica, as quais definiriam os robôs do futuro, que são: • Um robô não pode machucar uma pessoa. • Um robô deve obedecer ao seu criador, mas pode contrariá-lo, caso desobedeça a primeira lei. • Um robô deve se proteger, porém deve privilegiar a primeira e a segunda leis. Robôs Um dos termos mais relevantes que iremos aprender neste Capítulo é como seria definido um robô. A definição de robô foi mudando à medida que o tempo foi passando, evoluindo, assim, cada vez mais. Robótica 26 DEFINIÇÃO: Pela etimologia da palavra, o termo “robô” significa “trabalho obrigatório e servil”, que foi popularizada por Karel Capek, com a sua obra Robôs universais de Rossum. A grande maioria dos autores cita ele como o inventor da palavra, junto ao seu irmão. Figura 10 – Ilustração de Karel Capek Fonte: Wikimedia Commons Um robô pode ser um sistema autônomo, tendo a adaptação de sentir o ambiente em que ele está inserido, por meio de um feedback, de modo a conseguir obter aquilo ao qual foi submetido. De acordo com a Robotics Industries Association (RIA), a definição de robôs é: Robô é um manipulador reprogramável e multifuncional projetado para mover materiais, partes, ferramentas ou dispositivos especializados através de movimentos variáveis programados para desempenhar uma variedade de tarefas (BEALUKA, 2014, on-line). Robótica 27 Existem, também, outras definições mais gerais sobre o que seriam os robôs, como a de Isaac Asimov, que afirmava que os robôs foram criados para servir aos homens, auxiliando-os nas tarefas e na proteção de quem o criou. Conceitos Gerais Existem outros conceitos relacionados à Robótica e à automação, que veremos a seguir. GRAUS DE LIBERDADE Um grau de liberdade (GDL), em inglês deegres of freedom (DOF), são números mínimos de coordenadas que são necessários para definir completamente o movimento de um equipamento mecânico. De forma simplificada, são os tipos de movimento que um determinado robô pode realizar para mover-se. Figura 11 – Ilustração dos graus de liberdade Fonte: Wikimedia Commons. Esse tópico é muito importante, pois saber a quantidade de graus de liberdade de um equipamento é conhecer os tipos de movimentação que ele tem e, dessa forma, saber a sua eficiência para realizar uma determinada tarefa. Robótica 28 VOCÊ SABIA? Geralmente, um robô simples e livre no espaço tridimensional tem seis graus de liberdade. Estes são divididos em dois tipos: três graus de translação e três graus de rotação. O grau de translação permite que o corpo translade, ou seja, mover sem nenhum tipo de rotação, e, normalmente, são chamados de x, y e z. Já os de rotação não permitem que o corpo translade, ou seja, que ele gire. Figura 12 – Ilustração da translação e da rotação Fonte: Wikimedia Commons. EXEMPLO: Agora, tomaremos como exemplo um avião voando. Com os graus de liberdade, ele pode decidir se vai subir, descer e mover-se para os lados, esses são os movimentos translacionais. Ir para um lado ou para outro, arfar para baixo ou para cima e virar para a direita ou para a esquerda são movimentos rotacionais. Todos esses tipos de movimentos representam os seis tipos de graus de liberdade que um avião pode utilizar para se movimentar. Figura 13 – Ilustração de um avião com os seus graus de liberdade Robótica 29 Fonte: Wikimedia Commons. SENSORES Os sensores são equipamentos utilizados nos robôs para desempenhar funções importantes, como retirar informações internas do seu sistema ou, até mesmo, externas, para serem transformadas em reações digitais. Esses sensores podem ser comparados com os olhos, já que estes conseguem fazer uma observação do ambiente em que estão inseridos e, posteriormente, enviar as informações para o cérebro, para serem traduzidas em impulsos elétricos. Com esses sensores, os robôs podem analisar os movimentos que irão realizar. Na Robótica, esses sensores podem ser chamados, também, de transdutores, já que eles transformam alguma medida, luz, pressão ou som em alguma outra forma de energia, que pode ser digital ou analógica. Figura 14 – Ilustração de um sensor robótico Robótica 30 Fonte: Wikimedia Commons. ATUADORES Os robôs conseguem perceber o ambiente em que estão inseridos. No entanto, além dos sensores, eles precisam desempenhar outras funções, que são feitas pelos atuadores. IMPORTANTE: Os atuadores funcionam coordenando o deslocamento, a manipulação e a interação, que podem ser feitas de maneira individual ou agrupada, de acordo com o que foi percebido. Essa forma de atuação é realizada por motores que têm a capacidade de realizar as funções que são exigidas pelo seu fabricante. Figura 15 – Ilustração de um atuador mecânico com leitura digital Robótica 31 Fonte: Wikimedia Commons. Eles podem ser divididos de várias maneiras. Entre elas, há o tipo de motor que será utilizado, que pode ser de corrente contínua, de passo ou do tipo servo. O primeiro tipo é o mais simples e o mais barato que encontramos. O segundo tem um maior controle de movimento, já o último é o mais completo, desempenhando mais funções. Automação Por definição, a automação é conhecida como sendo uma tecnologia utilizada para que algum processo ou procedimento seja executado sem a assistência humana. Para tanto, é necessário utilizar um programa de instruções junto a um sistema de controle, para poder executar as instruções fornecidas. Figura 16 – Ilustração da automação industrial Robótica 32 Fonte: Wikimedia Commons. O termo “automação” foi criado em 1946, por um engenheiro da empresa Ford. Ele tentou descrever as opções de aparelhos automáticos de transferência e os sistemas de alimentação que foram colocados para subsidiar a planta da empresa na qual ele trabalhava. VOCÊ SABIA? Você sabia que quase todas as aplicações que são utilizadas hoje em dia são as mesmas que foram utilizadas no controle das tecnologias computadorizadas da década de 1950? Para conseguir automatizar um procedimento, é necessário ter energia, tanto para conduzir o processo quanto para operar o sistema de controle. A automação pode ser aplicada em várias áreas, mas é utilizada, principalmente, nas indústrias de produção. Robótica 33 SAIBA MAIS: Caro aluno, neste Capítulo nós trabalharemos um pouco mais sobre as definições deste assunto tão importante, mas caso você queira aprofundar os seus conhecimentos um pouco mais, como sobre a história da automação, sugerimos que você dê uma lida no livro Automação industrial e sistemas de manufatura, de 2010, de Mikell P. Groover. Ao construir um sistema automatizado, alguns elementos são essenciais para o processo, como: • Energia. • Programa de instruções. • Sistema de controle. A energia é utilizadapara conseguir operar o sistema e concluir os processos. O programa de instruções é usado para direcionar o processo, e o sistema de controle serve para colocar em prática as instruções. Isso deve acontecer para todos os sistemas que se declaram como automatizados e são considerados como mecanismos básicos. ENERGIA A energia utilizada em processos automatizados, em sua grande maioria, é a energia elétrica, por apresentar muitas vantagens quando comparada às outras formas de energia. Entre algumas dessas vantagens, podemos citar disponibilidade e custo moderado. Além disso, ela pode ser convertida em diversos outros tipos de energia, como mecânica, térmica, hidráulica e luminosa, além de poder ser armazenada. EXEMPLO: Nos processos de produção podem ser utilizadas diversas formas de energia para um determinado fim. Inicialmente, podemos citar o processo de moldagem, que utiliza a energia térmica para derreter o metal antes dele ser colocado no molde e ocorra a sua solidificação. Outro processo que podemos mencionar é o forjamento, que utiliza a energia mecânica para que o metal seja deformado por moldes opostos. Robótica 34 Figura 17 – Ilustração da técnica de forjamento Fonte: Wikimedia Commons. PROGRAMAS DE INSTRUÇÕES O programa de instruções define as ações que serão realizadas pelo processo automatizado. De forma autônoma da produção, cada peça ou produto que for realizado por essa operação pode envolver uma ou mais etapas de processamento, que são únicas para obter o resultado esperado. As etapas do processamento são feitas em um ciclo de trabalho, e cada peça é produzida em um determinado ciclo. Dessa forma, as etapas de processamento específicas são determinadas em um programa de ciclo de trabalho. IMPORTANTE: Um programa de ciclo de trabalho pode ser definido como uma etapa que pretende manter um parâmetro único de processo, em um determinado nível. Por exemplo, podemos utilizá-lo para manter a temperatura de um forno, com uma determinada temperatura, durante um ciclo de tratamento. Robótica 35 SISTEMAS DE CONTROLE Já vimos que o sistema de controle executa o programa de instruções em um sistema automatizado, fazendo com que o processo realize a sua função para obter alguma operação. Esses sistemas de controle podem ser de malha fechada ou aberta. O primeiro, também conhecido como sistema de realimentação, é aquele em que a variável de saída é comparada com a de entrada, para fazer com que ambos estejam em conformidade. Já o sistema de malha aberta é aquele que trabalha sem uma malha de realimentação, não comparando os valores de entrada de saída. RESUMINDO: E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste Capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido que a Robótica é uma das ciências criadas para facilitar a vida do ser humano. A partir disso, é necessário compreender alguns conceitos fundamentais para facilitar o entendimento desta disciplina. Por definição, temos que a Robótica é uma das ciências que trabalha com a construção de robôs, utilizando alguns setores como suporte, como a Engenharia Mecânica e a Elétrica, para a montagem e a utilização desses dispositivos, além de usar as artes e a ciência para obter a utilização da inteligência artificial. Já o termo “robô” pode ser definido como um sistema autônomo, que tem a adaptação de sentir o ambiente em que está inserido, por meio de um feedback, de modo a conseguir obter aquilo ao qual foi submetido. Além disso, alguns parâmetros desse processo são fundamentais, como os graus de liberdade, que são números mínimos de coordenadas que são necessários para definir completamente o movimento de um equipamento mecânico. De forma simplificada, são os tipos de movimento que um determinado robô pode realizar para mover-se, os quais podem ser divididos em translação e rotação. Já os sensores são equipamentos utilizados nos robôs para Robótica 36 desempenhar funções importantes, como retirar informações internas do seu sistema ou, até mesmo, externas, para serem transformadas em reações digitais. Os atuadores funcionam coordenando o deslocamento, a manipulação e a interação, que podem ser feitas de maneira individual ou agrupada, de acordo com o que foi percebido. Essa forma de atuação é realizada por motores que têm a capacidade de realizar as funções que são exigidas pelo seu fabricante. E, por fim, você deve lembrar que a automação é conhecida como sendo uma tecnologia utilizada para que algum processo ou procedimento seja executado sem a assistência humana. Para tanto, é necessário utilizar um programa de instruções junto a um sistema de controle, para poder executar as instruções fornecidas. Razões Para a Utilização de Robôs Robótica 37 OBJETIVO: Ao término deste capítulo, você será capaz de entender as razões para utilizar robôs na contemporaneidade, além de conhecer as consequências sociais da Robótica. Isso será importante para o seu conhecimento, já que a criticidade depende das informações que recebemos sobre o mundo tecnológico em que vivemos. E então? Motivado para desenvolver esta competência? Vamos lá. Avante! Motivos Para o uso dos Robôs Sabemos que as tecnologias fazem grandes progressos na maioria dos campos em que é adicionada, sobretudo em empresas, para facilitar a produção e deixar a distribuição dos seus produtos muito mais eficientes. A tecnologia pode ser empregada nos diversos ramos de empresas, sejam elas pequenas ou de grande porte. De acordo com o perfil dessas empresas, a Robótica é inserida para potencializar os ganhos e diminuir o tempo de produção, já que os robôs podem oferecer uma gama de serviços diferentes. Normalmente, percebemos que a maior utilização de robôs está inserida nas empresas de grande porte, pois há uma demanda muito grande. Nessas empresas, é primordial o uso de máquinas e da Robótica para conseguir ofertar tudo aquilo que foi demandado pelos clientes, necessitando, assim, automatizar a maior parte das etapas da produção. SAIBA MAIS: Caro aluno, caso você queira saber um pouco mais sobre o porquê da necessidade de investir e utilizar robôs, recomendamos um breve vídeo para que você expanda, um pouco mais, o seu conhecimento. Para acessar, clique aqui. Robótica https://www.youtube.com/watch?v=9Wgz1t7EEXQ 38 A utilização da Robótica industrial ajuda a realizar tarefas específicas, que podem ser muito repetitivas, de difícil realização para o ser humano, ou tediosas. Quando falamos na utilização dos robôs, a grande maioria das pessoas pensam logo na redução dos custos e na economia da mão de obra. No entanto, existem diversos fatores que podemos citar para que a Robótica esteja ainda mais inserida no campo industrial. Redução de Custos Um dos primeiros motivos que fazem com que as pessoas busquem os robôs para inseri-los em suas empresas ou no dia a dia é a redução de custos. Isso porque a introdução deles pode fazer com que os custos diretos e indiretos reduzam, proporcionando uma maior chance de competitividade com os outros concorrentes. EXEMPLO: Um exemplo para a redução de custos seria a energia necessária para manter algum setor, que diminuiria, já que a maioria dos robôs não necessitam de luz, temperatura mais baixa ou aquecimento, diferentemente do trabalho com seres humanos. Em contrapartida, os críticos ressaltam a importância do trabalho humano para diminuir o desemprego tecnológico, ou seja, aquele causado pela introdução da tecnologia. Qualidade Ainda que os robôs sejam suscetíveis a falhas, as chances de isso acontecer são bem menores quando comparado com o ser humano. Isso acontece devido aos robôs terem alta precisão e repetibilidade, o que faz com que o produto fabricado tenha um melhor acabamento e uma alta qualidade final. Esses equipamentosconseguem eliminar diversas coisas que os seres humanos não conseguem, como o cansaço, as distrações e as tarefas repetitivas, tudo o que os seres humanos não conseguem esconder. Robótica 39 Os robôs, quando utilizados em parceria com os seres humanos, conseguem potencializar a produção, fazendo com que o trabalho fique mais desafiante e prazeroso. Competição O uso de robôs ajuda a acelerar os processos, fazendo com que as entregas ocorram de forma mais eficiente, o que é um requisito fundamental na competitividade. Produção Quando se decide automatizar as empresas, um dos primeiros pensamentos é aumentar a quantidade dos produtos que serão fornecidos, o que garante um maior rendimento. A consequência disso é o aumento de produtos que podem ser fornecidos pelo fabricante, bem como o aumento do volume. VOCÊ SABIA? A maioria das máquinas podem ser deixadas trabalhando à noite, nos finais de semana e em feriados, trazendo enormes lucros aos seus donos. Não problematizando com a questão do trabalhador, que necessita de folga e de pagamentos de horas extras. Também vale salientar que os robôs não adoecem, não precisam de pausas e não perdem a concentração, o que garante que aquele serviço ou produto será produzido em um determinado tempo, sendo entregue em um determinado horário. Flexibilidade As máquinas podem atuar em diversos processos em uma linha de produção, pois quando são programados, conseguem alternar diversas funções sem comprometer o resultado, e sem necessitar de algum curso ou aperfeiçoamento. Robótica 40 VOCÊ SABIA? Você sabia que, inicialmente, a repetição já foi motivo de grande parte dos debates na Sociologia? Isso acontecia devido ao trabalhador desconhecer as etapas de fabricação de um determinado produto, focando apenas na etapa a qual ele foi subordinado. Um dos principais sociólogos da sociedade, Karl Marx (1818-1883) estudou o que ficou conhecido como a “coisificação do trabalhador”, na qual o funcionário só conhece uma etapa específica do seu trabalho, ficando acrítico do processo como um todo. Isso pode ser visto facilmente na teledramaturgia, como no filme Tempos modernos, de 1936. Figura 18 – Ilustração do filme Tempos modernos Fonte: Wikimedia Commons. Desperdício e Rendimento Quando utilizamos os robôs, há a garantia de que os produtos formados ou serviços prestados terão uma qualidade muito maior do Robótica 41 que se fossem produzidos por trabalhadores manuais. Com isso, é perceptível que quando passarem por uma triagem, a maior parte das peças serão aprovadas de primeira, não necessitando de correção ou, até mesmo, de descarte. Com o padrão de produção mais elevado, a quantidade de peças quebradas e desperdiçadas é muito menor, quando comparado com o trabalho humano, o que faz reduzir o desperdício. Além disso, consequentemente, você terá um rendimento maior em sua empresa. Mão de Obra Quando falamos de robôs, é necessário que nos venha à cabeça que eles são produzidos para fornecer um serviço de alta precisão e habilidade. Se fossem utilizados trabalhadores manuais, seria necessário, no mínimo, um treinamento especializado para cada tarefa que eles fossem trabalhar. Figura 19 – Ilustração de uma linha de produção que utiliza apenas robôs Fonte: Wikimedia Commons. Ademais, é necessário, primeiramente, a utilização de trabalhadores cada vez mais qualificados para conseguir realizar as tarefas exigidas, o que é muito difícil de encontrar no mercado de trabalho. Robótica 42 Além da necessidade do conhecimento prévio das etapas de trabalho, o alto custo para manter um trabalhador desse porte, na empresa, faz com que o custo da produção fique ainda mais caro, o que faz os robôs se tornarem uma alternativa ideal. Depois de programados, os robôs já estão aptos a fazer o serviço desejado em um intervalo de tempo muito menor. Custos Os custos de capital podem ser diminuídos quando são colocados robôs para obter uma produção mais eficiente e precisa, em se falando de estoque e trabalho. As máquinas conseguem agilizar o tempo no qual os produtos são movidos dentro da empresa, fazendo com que a taxa de produção e escoamento de produtos seja a mais rápida possível. Espaço A grande maioria dos robôs conseguem otimizar o espaço necessário para produzir alguma peça ou tipo de serviço. IMPORTANTE: Podemos relembrar que eles são projetados para realizar diversas funções, o que pode diminuir a necessidade de ter diversos trabalhadores para realizar uma tarefa específica. Sem contar com a redução de espaço necessário para abrigar um robô, já que eles são produzidos com tecnologia de ponta, fazendo com que os tamanhos das peças sejam cada vez menores. Robótica 43 Figura 20 – Ilustração de um robô com projeção de 360 graus, o que diminui o espaço necessário para a produção Fonte: Wikimedia Commons. Consequências Sociais da Robótica Com a criação da Robótica, a vida de toda a sociedade mudou drasticamente, tanto no aspecto positivo quanto no negativo. De início, o trabalho com robôs requer partes mecânicas e elétricas funcionando de acordo para o que lhe foi proposto. Porém, a Robótica vai muito além do robô em si, ela abrange todas as áreas que acaba afetando, como as empresas, os funcionários, a sociedade como um todo, entre outros fatores. IMPORTANTE: Quando vamos avaliar os impactos sociais da Robótica, temos alguns níveis antes deste quesito, como os setores mecânico e elétrico, o processamento de informações, a inteligência da máquina, o impacto nos negócios e, por último e mais difícil: o impacto social. Robótica 44 Quando pensamos no impacto social que a Robótica exercerá sobre a sociedade, é válido ressaltar que os pontos positivos devem ser maiores que os negativos, pois, caso contrário, não faz sentido o investimento. Contudo, é válido lembrar que os dois tipos de impacto coexistem e não podem ser separados um do outro, o máximo que pode acontecer é uma suavização do outro. Impactos Positivos Vamos adentrar um pouco mais nesse assunto. Que tal começarmos com um exemplo de consequência positiva? EXEMPLO: Vamos supor que um fazendeiro é dono de uma fazenda e, nela, há cerca de 300 vacas que dão leite. Esse fazendeiro conseguiu incorporar um tipo de robô que ordenha as vacas, ou seja, ele tem um braço mecânico industrial regular, que possui sensores e lasers, para ordenhar as vacas de forma automática e a qualquer hora do dia. Isso faz com que seja reduzido o trabalho manual, que deveria ser realizado por uma dezena de pessoas, além de o robô conseguir juntar todas as informações que são relevantes para uma boa coleta e a saúde dos animais. Você pode ter pensado que isso não é muita coisa, e que já está acostumado a ver isso acontecer. No entanto, se você parar para analisar como seria este processo sem o robô, você lembraria que o fazendeiro devia acordar ainda de madrugada, para conseguir pegar o leite que era esperado, além da parte noturna, ou seja, ele estaria sem a sua família pela manhã e pela noite, isso durante os sete dias da semana. Com isso, o fazendeiro tem mais tempo para dormir, descansar, passar com a família, fazer outras obrigações, ou qualquer outro tipo de coisa que ele necessitasse. Robótica 45 Figura 21 – Ilustração de uma indústria que utiliza robôs para ordenhar vacas Fonte: Wikimedia Commons. A agricultura também pode melhorar com a automação. Algumas pesquisas indicam que a economia verde irá aumentar o Produto Interno Bruto (PIB) e os empregos. Outro setor é o ramo médico. A Robótica adentrou na Medicina para fazer a diferença, já que muitas cirurgias, atualmente, são realizadas com uma tecnologia de ponta. Essas cirurgias requerem, cada vez menos, de cortes, suturas ou equipamentos arcaicos para serem realizadas, como é o caso da cirurgia de apendicite. Antes era necessário realizar um corte mediano na barrigado paciente, ainda que em casos mais leves, o que hoje não se faz mais necessário, já que a cirurgia pode ser feita apenas com um laser. Impactos Negativos Entrando no tópico dos impactos negativos, a Robótica trouxe alguns prejuízos para o ser humano, sobretudo para o trabalhador que opera com trabalhos manuais. Robótica 46 É válido lembrar que a pandemia da covid-19 fez com que as empresas adotassem ainda mais a tecnologia. Muitos estudos indicam que milhões de empregos serão extintos no mundo inteiro. IMPORTANTE: Com a introdução das máquinas, uma gama de empregos foi arrancada do mercado. Veja algumas das áreas que mais sofrerão impactos: contabilidade, atendimento direto ao cliente, caixas, funcionários de bancos, secretários e trabalhadores de montagem em fábricas. Figura 22 – Ilustração de um braço mecânico que, possivelmente, ocupará a vaga de um trabalhador Fonte: Wikimedia Commons. Este impacto nos trabalhadores aumenta, ainda mais, a desigualdade do trabalho no país, deixando, a cada dia, mais desempregados, o que chamamos de “desemprego tecnológico ou estrutural”. A Robótica tem dificuldade de substituir os trabalhadores mais qualificados e com salários melhores. A tendência é que os trabalhos que ficam na metade da faixa espectral sejam substituídos pela Robótica, e não os dos extremos, ou seja, nem os de baixa qualificação nem os de alta. Robótica 47 A expectativa é que esses trabalhadores que perdem o seu posto de trabalho caiam, ainda mais, na faixa de distribuição salarial, o que é chamado de “sobrequalificação”. Uma alternativa para conseguir sobressair deste cenário seria a requalificação, para que eles consigam se realocar para outras vagas. VOCÊ SABIA? Você sabia que os carros autônomos são um tipo de robô? Esse tipo de veículo está cotado para substituir os carros atuais, mas ainda não se sabe em quanto tempo essa troca deverá ocorrer efetivamente. Figura 23 – Ilustração de um carro autônomo Fonte: Wikimedia Commons. Já que falamos nos carros autônomos, é necessário pensar se ainda existirá taxistas, motoristas e caminhoneiros, já que a maior parte destes trabalhos requer um trabalho manual. Robótica 48 RESUMINDO: E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste Capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido que as tecnologias fazem grandes progressos na maioria dos campos em que ela é adicionada, sobretudo em empresas. A utilização da Robótica Industrial ajuda a realizar tarefas específicas, que podem ser muito repetitivas, de difícil realização para o ser humano, ou tediosas. Existem diversos fatores que podemos citar para que a Robótica esteja, ainda mais, inserida no campo industrial, ou quem sabe até na vida cotidiana de pessoas comuns. Entre essas razões, podemos citar a redução de custos, a qualidade dos produtos e dos serviços prestados, a maior competitividade das empresas, o aumento na produção, a maior flexibilidade para expandir os trabalhos do setor, um menor desperdício de matéria-prima e um maior rendimento e a redução de custo com a mão de obra, além de reduzir o tempo de fabricação e os custos diretos e indiretos, bem como um menor espaço necessário para realizar o serviço. Além disso, foram vistas as consequências sociais da utilização da Robótica na sociedade. Por esse ângulo, quando pensamos no impacto social que a Robótica exercerá sobre a sociedade, é válido ressaltar que os positivos devem ser maiores que os negativos, pois, caso contrário, não faz sentido o investimento. Robótica 49 Tipos de Robôs na Atualidade OBJETIVO: Ao término deste capítulo, você será capaz de entender quais são os principais tipos de robôs da indústria. Isso será fundamental para o exercício de sua profissão, já que você precisa conhecer os principais tipos de robôs, além das estatísticas da Robótica industrial na contemporaneidade. E então? Motivado para desenvolver esta competência? Vamos lá. Avante! Principais Tipos de Robôs Industriais Caro aluno, vimos que as indústrias, ou as empresas de manufatura, optam por inserir os equipamentos robóticos em suas linhas de produção, com o objetivo de que as tarefas programadas sejam otimizadas e potencializadas, além de buscar uma maior faixa de segurança para o usuário, aumentar a produção e, principalmente, reduzir os custos operacionais e de desperdício. Entretanto, não são todos os tipos de robôs que conseguem se ajustar a qualquer linha de produção. Por isso, com o aumento da demanda, o mercado robótico tem uma gama de tipos de robôs para se ajustar a cada tipo de processo, ficando, desta forma, com características individuais. Sendo assim, iremos conhecer os principais tipos de robôs existentes no mercado industrial, explorando as suas características, vantagens e desvantagens. IMPORTANTE: Quanto às classificações que podem ser encontradas para os tipos de robôs, a mais utilizada, atualmente, é a classificação quanto à estrutura mecânica (ROMANO, 2000). Robótica 50 A estrutura mecânica de um robô contém, principalmente, algumas juntas e elos, que podem ser organizados de formas diferentes para se obter o tipo de robô desejado. Existe uma definição, feita pela Federação Internacional da Robótica , em inglês International Federation of Robotics (IFR), que define os principais tipos de robôs industriais existentes, bem como as configurações básicas e a sua estrutura mecânica (IFR, 2000). Robô Articulado O primeiro tipo de robô é o articulado, também chamado de “antropomórfico”. Ele é um dos mais encontrados na indústria, já que tem, ao menos, três juntas. Ele possui um tipo de braço mecânico, o que o faz muito parecido com o do ser humano, por isso o seu nome. Esse braço é apoiado em uma base, que pode rotacionar em 360 graus, fazendo com que ele adquira grande mobilidade e possa chegar em diversos lugares (IFR, 2000). Figura 24 – Ilustração de robô articulado Fonte: Wikimedia Commons. Robótica 51 Robô de Coordenadas Cartesianas ou Pórtico Esse robô tem a mobilidade das três dimensões: x, y e z. Há três juntas, que fazem com que ele possa subir ou descer, ir para a direita ou para a esquerda, para frente ou para trás, o que resulta em um movimento de três translações. Figura 25 – Ilustração do robô de coordenadas cartesianas Fonte: Wikimedia Commons. Robô de Coordenadas Cilíndricas Esse robô tem um tubo em formato cilíndrico, formado por duas juntas. Sendo assim, ele possui o movimento de duas translações e uma rotação, gerando um trabalho cilíndrico. Ele pode subir e descer, ir para um lado ou para o outro, e, em sua extremidade, há um braço com um extensor, o que o faz aumentar ou diminuir de tamanho, podendo chegar em diversos lugares. Figura 26 – Ilustração da configuração de robô de coordenadas cilíndricas Fonte: Wikimedia Commons. Robótica 52 Robô de Coordenadas Esféricas O trabalho desse robô, como o próprio nome sugere, atribui-se ao seu espaço de locomoção. Os seus eixos formam um sistema de coordenadas polares, tendo, assim, duas juntas de rotação e uma junta prismática, fazendo com que ele tenha duas rotações e uma opção de translação. Robô SCARA Esse tipo de robô é muito utilizado para montagem de peças pequenas, ou seja, componentes de dimensões estreitas, como as placas de circuitos eletrônicos. O SCARA tem duas juntas de rotação, colocadas de forma paralela, para se movimentar no plano, além de uma junta prismática que fica perpendicular a esse plano, o que a faz possuir duas rotações e uma translação. Figura 27 – Ilustração do robô SCARA Fonte: Wikimedia Commons. Robô Paralelo Esse último tipo de robô tem uma plataforma, além do trabalho de maneira cinemática fechada. O seu volume de trabalho é um pouco menor que o esférico. Robótica 53 Figura 28 – Ilustraçãode robô paralelo Fonte: Wikimedia Commons. VOCÊ SABIA? Você sabia que, além da classificação quanto à estrutura mecânica dos robôs, eles também podem ser classificados tanto pela sua tecnologia quanto pela participação de um operador humano? Quando falamos em relação à tecnologia, temos uma classificação dos robôs industriais. Existem diversas gerações de robôs. A primeira delas é a conhecida como a geração de sequência fixada, que, como o próprio nome sugere, ao ser programado para uma determinada tarefa, ele é responsável por repetir ela até que o operador deseje outro resultado, devendo-a reprogramar para o novo modelo desejado. Esses robôs devem estar totalmente em sintonia em uma fábrica ou indústria, para que o resultado não seja corrompido em nenhuma das etapas. Grande parte dos robôs fabris pertencem a essa primeira geração. Os robôs chamados de segunda geração são mais avançados que os da primeira, pois têm algumas habilidades computacionais, assim como alguns sensores, capazes de fazer a máquina trabalhar em um Robótica 54 ambiente totalmente controlado, fazendo com que as realizações dos movimentos deles sejam garantidas e seguras. Já a terceira, e última geração é a que tem tecnologia de ponta, com inteligência para fazer conexões com outros tipos de equipamentos, assim como outros robôs. Eles são capazes de armazenar programas e se comunicar com sistemas operacionais. Essa geração é altamente suficiente para tomar decisões, por isso o seu uso ainda fica um pouco mais restrito. O último tipo de classificação é sobre quando há um operador humano. Esse aspecto depende, principalmente, do tipo de equipamento que será utilizado, ou seja, depende da sua complexidade, da iteração, dos recursos existentes e do seu trabalho com dados (RIVIN, 1988). IMPORTANTE: Quanto mais avançado for o sistema, menor será a necessidade de utilização de um operador humano. No entanto, vale ressaltar que, ainda que o sistema seja de alto nível, ainda se faz necessário o uso de um controlador, nem que seja só para programar o robô. Esse local de trabalho é chamado de “ambiente estruturado”. Análise da Robótica Industrial na Contemporaneidade A Robótica está cada vez mais inserida no contexto cotidiano das pessoas. Algumas delas fazem muito uso da tecnologia, e, para outras, esse recurso ainda pode ser uma realidade bem distante. A partir disso, percebe-se a variedade de aplicações em que a Robótica pode se apresentar, já que são diversos os tipos de robôs existentes no mercado tecnológico. Robótica 55 VOCÊ SABIA? Você sabia que, desde o século XIX, a Robótica começou a ser um tópico decisivo na contemporaneidade? Isso porque as estruturas mecânicas, os sensores e os efetuadores estão cada vez mais avançados e complexos, além da velocidade dos computadores e da sua facilidade em comprar, devido ao seu custo mais baixo. Outro ponto importante são as redes de comunicação, que conseguem interligar o mundo inteiro. Antes de adentrarmos na contemporaneidade sobre a Robótica, é importante relembrar que foram as fábricas de automóveis que iniciaram como pioneiras na introdução desses equipamentos em seus aposentos. Esses robôs foram tão aperfeiçoados que muitos estudiosos não os consideram mais como robôs, mas como automação industrial. Com o passar dos anos, adentrando o século XX, eles ajudaram alguns cientistas a sequenciar o genoma humano, aprimorando bastante o conhecimento no ramo da Saúde. No lugar das pessoas, esses equipamentos foram os responsáveis por fazer o trabalho exaustivo e repetitivo, mas, afinal, foi para isso que eles foram criados, né? Eles, muitas vezes, acabam não recebendo o mérito por seus trabalhos, já que ficam mais em “off”. Ainda no século XX, foi criado o aspirador de chão robótico, e um deles se destacou bastante, o robô Roomba, da empresa iRobot, por ser simples, pequeno e de baixo custo, na época. E foi a partir disso que os robôs começaram a adentrar no cotidiano das pessoas, além das indústrias. Figura 29 – Ilustração do robô Roomba, da iRobot Robótica 56 Fonte: Wikimedia Commons. Robótica Espacial Os robôs que são moldados para trabalharem em ambientes hostis e agressivos, com certeza, são do ramo espacial. O espaço, por ser um lugar imaginado como inacessível por muitos, com a ajuda da Robótica conseguiu ser uma pouco desmistificado, obtendo alguns avanços. Figura 30 – Ilustração de um robô espacial Fonte: Wikimedia Commons. Robótica 57 Quando vemos astronautas jogando bola no espaço, pensamos: “Como eles são capazes de fazer isso?”. E a resposta é bastante simples: é culpa dos robôs. Vamos lembrar que, em 4 de julho de 1997, um robô chamado de Sojourner desceu da aeronave e aterrissou no solo de Marte, tudo para colher informações e imagens para serem enviadas para a Terra. Com tudo isso, fica claro que o que antes era imaginado apenas como ficção científica, hoje é visto como realidade. VOCÊ SABIA? A National Aeronautics and Space Administration (Nasa) é uma agência que hoje fabrica robôs para trabalharem lado a lado com os astronautas, e, também, de forma individual. Robótica cirúrgica A robótica cirúrgica está inserida em uma das áreas mais desafiadoras: o campo da Saúde. Os robôs estão sendo empregados nos mais diversos tipos de cirurgia, que vão desde um exame até o mais desafiador: o cérebro humano. A aplicação é explicada devido à extrema precisão que esses robôs têm. No entanto, nesses casos, o robô não faz operações sozinho, sempre é controlado por um operador, ainda que seja remotamente, o que chamamos de “cirurgia assistida por robôs”. Figura 31 – Ilustração de um robô cirúrgico Fonte: Wikimedia Commons. Robótica 58 VOCÊ SABIA? Você sabia que alguns médicos conseguem operar os seus pacientes em outro lugar, podendo até ser em outro país ou continente? Isso mesmo! Esse tipo de trabalho pode ajudar diversas pessoas, principalmente as que moram em lugares distantes e sem acompanhamento médico de qualidade. Robótica Autorreconfigurável Essa tecnologia, embora pareça um pouco assustadora, alguns robôs pequenos conseguem se juntar de várias maneiras, de forma a criar outros tipos de robôs diferentes, ou seja, há uma mudança da forma física. Figura 32 – Ilustração de um robô autorreconfigurável Fonte: Wikimedia Commons. Robótica 59 Robôs humanoides Esse tipo de robô é bastante difícil de configurar ou gerenciar. Ele consegue reunir todos os desafios existentes na Robótica. Uma vez que o ser humano é uma espécie bastante complexa, imagine, então, tentar passar tudo isso para uma máquina? Tudo nesse tipo de robô deve ser o mais sofisticado possível, devido à sua complexidade. Figura 33 – Ilustração de um robô humanoide Fonte: Wikimedia Commons. Robótica Social Os robôs não estão ficando aprisionados na indústria, é nítida a interação entre eles e as casas das pessoas, já que muitos deles são produzidos para interagir com os seres humanos. Esses robôs carregam o desafio de compreender, em tempo real, o que o seu dono, ou seja, o ser humano, deseja naquele momento. Robótica 60 Robótica Assistiva e de Serviço Nesse tópico, encontramos as máquinas que são capazes de realizar os mais variados tipos de serviço, que vai desde limpar uma janela até entregar uma encomenda. O robô Roomba está incluído aqui nesse tópico. Figura 34 – Ilustração de um robô limpando a piscina Fonte: Wikimedia Commons. Já a Robótica assistiva está inserida no âmbito de ajudar as pessoas, principalmente as que necessitam de cuidados especiais. Portanto, é notória a grande aplicabilidade dessas máquinas como ferramentas para ajudar o ser humano. Robótica 61 RESUMINDO: E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste Capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve teraprendido que as indústrias optam por inserir os equipamentos robóticos em suas linhas de produção, com o objetivo de que as tarefas programadas sejam otimizadas e potencializadas, além de reduzir custos. A classificação mais utilizada para separar as classes de robôs é quanto à sua estrutura mecânica. Vimos que a estrutura mecânica deles tem juntas e elos, e que podem ser organizadas de formas diferentes para obter o tipo de robô desejado. Nesta classificação, encontramos o robô articulado, o robô de coordenadas cartesianas, o robô de coordenadas cilíndricas, o robô de coordenadas esféricas, o robô SCARA e o robô paralelo. Eles também podem ser classificados quanto à sua tecnologia e ao uso do operador humano. Você deve saber, também, que os robôs fazem parte de uma gama de segmentos, na contemporaneidade, como o setor automobilístico, espacial, hospitalar, autorreconfigurável, humanoide, sociais e de serviços. Robótica 62 REFERÊNCIAS BEALUKA, P. C.; DURSKI, Y. Projeto de robô manipulador pneumático. 2014. 40 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Automação Industrial) –Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2014. Disponível em: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/ handle/1/16913. Acesso em: 26 abr. 2022. GROOVER, M. P. Automação industrial e sistemas de manufatura. 3. ed. São Paulo: Pearson, 2010. IFR. International Federation of Robotics. 2000. Disponível em: http://www.ifr.org. Acesso em: 28 de março de 2022. RAZÕES de por que investir em robótica neste momento é uma boa ideia. [S. l.: s. n.], 2021. 1 vídeo (1 min). Publicado pelo canal Engenharia 360. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=9Wgz1t7EEXQ&ab_ channel=Engenharia360. Acesso em: 27 abr. 2022. RIVIN, E. Mechanical Design of Robots. New York: McGraw-Hill Inc., 1988. ROMANO, V. F. Brazilian Investments and Applications in Robotics. In: PREPRINTS OF THE WORKSHOP ON INTEGRATION IN MANUFACTURING & BEYOND - IIMB’ 2000, p. 4, Bordeaux, France, Sept. 2000. Robótica Histórico da Robótica A História da Robótica A Influência da Mitologia A Influência dos Filmes Cinematográficos As Invenções que Levaram à Robótica O Primeiro uso do Termo “Robô” Campos da Robótica Definições de Automação e Robótica Definições Robótica Robôs Conceitos Gerais Automação Razões Para a Utilização de Robôs Motivos Para o uso dos Robôs Redução de Custos Qualidade Competição Produção Flexibilidade Desperdício e Rendimento Mão de Obra Custos Espaço Consequências Sociais da Robótica Impactos Positivos Impactos Negativos Tipos de Robôs na Atualidade Principais Tipos de Robôs Industriais Robô Articulado Robô de Coordenadas Cartesianas ou Pórtico Robô de Coordenadas Cilíndricas Robô de Coordenadas Esféricas Robô SCARA Robô Paralelo Análise da Robótica Industrial na Contemporaneidade