Robótica Industrial Fundamentos, Tecnologias, Programação e Simulação

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Robótica Industrial:
Fundamentos, Tecnologias, 
Programação e Simulação
Winderson Eugenio dos Santos
José Hamilton Chaves Gorgulho Jr
Editora Erica Saraiva
Conceitos e Tecnologias da 
Robótica Industrial
Capítulo 2
Quais as partes 
de um robô?
•base fixa
•braço articulado
•efetuador
•unidade de controle
•dispositivo de programação
•fonte de energia
O Manipulador Mecânico:
Elos e Juntas
Tipos de Juntas
Prismática
Rotacional
Esférica
Juntas Prismáticas
Juntas Rotacionais
Juntas Esféricas
Grau de liberdade
 O número de articulações existentes em 
um braço de robô é também referenciado 
como grau de liberdade. 
 DOF (Degrees of Freedom)
 A maioria dos robôs têm entre 4 e 6 graus 
de liberdade.
Tipos de Manipuladores 
 Robôs são normalmente classificados 
conforme o tipo de juntas. 
 Esta divisão em classes possibilita 
categorizar certas características comuns, 
tais como:
◦ Espaço de trabalho (alcançável/manipulável);
◦ Grau de rigidez mecânica do manipulador;
◦ Influência do sistema controle sobre a 
movimentação e
◦ Tipos de aplicação para cada configuração. 
Robô 
Cartesiano
 Três juntas prismáticas (PPP)
 Alta rigidez
 Pouca habilidade de posicionamento
 Aplicável principalmente em sistemas para 
manipulação e movimentação
 Tipicamente com atuadores eletro-magnéticos 
(em alguns casos também encontrados com 
pneumáticos)
Robô 
Cilíndrico
 Duas juntas prismáticas e uma junta de 
rotação (RPP)
 Menor rigidez radial
 Bom acesso em cavidades horizontais
 Apresenta menor resolução de 
posicionamento na direção horizontal
 Em geral com atuadores hidráulicos
Robô 
Esférico
 Uma junta prismática e duas juntas de rotação 
(PRR)
 Pouca rigidez radial
 Apresentam menor resolução de posicionamento 
ao longo do eixo radial
 amplamente usado em operações junto a centros 
de usinagem 
 Normalmente empregam-se acionamentos 
elétricos
 Estrutura empregada no primeiro robô
Robô 
SCARA
 Duas juntas de rotação e uma junta prismática 
(RRP)
 Selective Compliance Assembly Robot Arm (alta 
rigidez para cargas verticais enquanto para 
cargas horizontais a rigidez é baixa)
 Utiliza-se esta estrutura para manipulação de 
pequenos objetos
 Seus acionamentos são tipicamente de 
natureza elétrica
Robô Articulado
O Punho do Robô
Pitch – Yaw - Roll
Efetuador Final
 Ferramentas especiais
◦ Porta eletrodos
◦ Pistola de aspersão ou pintura
◦ Tocha para soldagem
◦ Dispositivo de corte/soldagem a plasma/laser
◦ Pinças p/ soldagem a ponto
◦ Porta rebolo
◦ Maçarico para corte oxiacetilênico
◦ Pistola para corte/limpeza por jato de água
 Garras mecânicas
Garras
 Analogia com a mão humana
 Seis modos de prensão
 A mão humana tem 22 graus de liberdade
 Tipos de garras industriais
◦ Dois dedos (rígidos ou flexíveis)
◦ Tres dedos
◦ Com ventosas
Tipos de Acionamentos
hidráulico 
pneumático
elétrico
Acionamento Hidráulico 
 Vantagens:
◦ Maior força/torque
◦ Mantêm força/torque 
constante
◦ Possuem média 
precisão de 
posicionamento
◦ Podem manter uma 
elevada força (ou 
torque) por um longo 
período de tempo
 Desvantagens:
◦ Requer uma fonte de 
energia mais cara. 
◦ Depende de constante 
manutenção. 
◦ Utilizam válvulas de 
elevado custo. 
◦ Está sujeito a 
vazamento de óleo e, 
portanto 
potencialmente 
poluente.
Acionamento Pneumático
 Vantagens:
◦ Velocidades 
extremamente altas,
◦ Custo relativamente 
pequeno,
◦ Fácil manutenção,
◦ Podem manter a força 
constante,
◦ Podem manter sua 
força, por longos 
períodos de tempo sem 
danos, quando parado.
 Desvantagens:
◦ Apresentam menor 
precisão de 
posicionamento e 
◦ Estão sujeitos a 
vibrações quando o 
motor ou cilindro 
pneumático é parado. 
Acionamento Elétrico
 Vantagens:
◦ Eficiência calculada e 
controle preciso. 
◦ Estrutura simples e 
de fácil manutenção. 
◦ Fonte de energia de 
baixo custo. 
 Desvantagens:
◦ Não manter torque 
constante nas 
mudanças de 
velocidade,
◦ Sujeitos a danos com 
rotor bloqueado, 
◦ Baixa razão entre 
potência e peso do 
motor. 
Acionamento Elétrico:
principais tipos
Transmissões Mecânicas
Vantagens
Com Transmissão Sem Transmissão
 Redução no torque 
do motor
 Minimização de 
não-linearidades
 Redução da inércia 
no motor
 Isentos de folgas
 Alto rendimento
Desvantagens
Com Transmissão Sem Transmissão
 Presença de folgas
 Inserção de inércia 
e atritos
 Rendimento 
reduzido
 Elevado torque do 
motor
 Presença de não-
linearidades
Classificação das Transmissões
 TRANSMISSÕES MECÂNICAS 
CONVERSORAS
 TRANSMISSÕES MECÂNICAS 
TRANSFORMADORAS
 TRANSMISSÕES TRANSFORMADORAS 
AVANÇADAS
TRANSMISSÕES MECÂNICAS CONVERSORAS
TRANSMISSÕES MECÂNICAS TRANSFORMADORAS
TRANSMISSÕES TRANSFORMADORAS AVANÇADAS
Tipos de Algoritmo de Controle 
Robôs de sequência fixa;
Robôs de repetição com controle 
ponto a ponto;
Robôs de repetição com controle 
de trajetória contínua;
Robôs inteligentes.
Atividades
1) Que tipo de robô você consideraria mais adequado para um 
sistema de armazenagem em prateleiras? Justifique sua 
resposta.
2) Qual(is) o(s) tipo(s) de acionamento mais adequado como força 
motriz para robôs aplicáveis na indústria alimentícia? Justifique 
sua resposta.
3) Calcule para o sistema de duplo estágio de transmissão por 
polias e correia ilustrado a seguir, onde é fornecido os 
diâmetros primitivos das polias, qual o fator de redução entre o 
eixo do motor e o eixo de saída.
Atividades
4) Para cada um dos três tipos de juntas mecânicas, cite pelo 
menos um exemplo encontrado máquinas e instrumentos do 
cotidiano.
5) Quantos graus de liberdade há num braço humano desde o 
ombro até o punho?
6) Qual dos tipos de manipulador mecânicos apresentados foi 
empregado no primeiro robô industrial (o Unimate)?
7) Obtenha através de pesquisa na internet pelo menos dois 
exemplos de robôs com acionamentos hidráulicos e pneumáticos. 
Identifique para cada um deles qual o tipo da estrutura do 
manipulador.
8) Por que os atuadores elétricos se tornaram o tipo mais popular 
de acionamento de robôs? Que fatores históricos podem ter tido 
influência nisto.