Sistemas robotizados UNIA

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Unia - Anhanguera 
 
 
Sistemas Robotizados 
Prof. Ms. Décio Colaneri 
Aula 2 
17/ago/2010 
Histórico 
 A palavra Robô vem da palavra de origem theca Robota, que 
significa trabalho forçado, trabalho escravo. 
 Foi apresentada com o significado atual pela primeira vez em 
1920, na peça de teatro de Karel Capek (escritor tcheco, 1890-
1938): “R.U.R. – Robôs Universais de Rossum (Rossum’s 
Universal Robots)”. 
 Karel Capek aceitou a sugestão de seu irmão 
mais velho, Josef Capek (pintor cubista e 
também escritor, morto pelos nazistas em 
1945, no campo de concentração Terezin), 
para denominar os seus “trabalhadores 
artificiais”. 
 Nesta peça de teatro, o cientista Rossum desenvolve uma 
substância, a partir da qual, ele constrói seus 
trabalhadores artificiais: os seus robôs. 
 Com seguidos aperfeiçoamentos, ele chega a construir um 
ser perfeito. A partir daí, os seus robôs se rebelam contra 
os seus criadores e senhores, e tentam aniquilar com a 
raça humana. 
 Observe a figura anterior, onde aparece um destes robôs 
em uma adaptação da peça de Karel Capek de 1930. 
Histórico 
 E ao falarmos em robótica e ficção científica, devemos nos 
lembrar do russo Isaac Asimov (1902-1992), que emigrou 
para os Estados Unidos aos três anos de idade. 
 Químico de formação, possui extensa 
obra literária publicada. Recebeu 
prêmios relativos à ficção científica 
por várias vezes. Foi o primeiro a 
utilizar o termo “robótica” para 
tratar da ciência que estuda os 
robôs, termo que também adotou, a 
partir da peça de teatro de Karel 
Capek. 
Histórico 
 Na sua obra se destacam os inúmeros contos sobre robôs, 
onde apresentou as suas Três Leis da Robótica, que 
foram, posteriormente, ampliadas para quatro, por um 
robô, em um de seus contos. 
 Estas leis passaram a ser adotadas quase que 
universalmente, se tomando praticamente obrigatórias 
sempre que o assunto é sobre robôs ou sobre robótica. 
Histórico 
 Lei Zero (criada posteriormente, por um robô que a intuiu no 
romance “Os Robôs e o Império”): Um robô não pode causar mal 
a humanidade ou, por omissão, permitir que a humanidade sofra 
algum mal, nem permitir que ela própria o faça; 
 Primeira Lei: Um robô não pode ferir um ser humano ou, por 
omissão, permitir que um ser humano sofra algum mal; 
 Segunda Lei: Um robô deve obedecer às ordens que lhe sejam 
dadas por seres humanos, exceto nos casos que em tais ordens 
contrariem a Primeira Lei; 
 Terceira Lei: Um robô deve proteger sua própria existência, 
desde que tal proteção entre em conflito com a Primeira e com a 
Segunda Leis. 
Histórico 
 Dentre os livros de contos de Isaac Asimov se destaca o 
livro Eu, Robô, publicado pela primeira vez em 1950, 
reunindo diversos contos sobre robôs, publicados na 
década anterior. 
 O filme Eu, Robô não é baseado em nenhum dos contos 
do livro, mas inspirado na linha desenvolvida por Isaac 
Asimov em seu trabalho. 
 Os roteiristas Jeff Vintar e Akiova Goldsman basicamente 
utilizam as Três Leis da Robótica para desenvolverem um 
enredo próprio. 
Histórico 
 1926 – Elektro e Sparko no filme alemão Metrópolis. 
 1940 – Oak Ridge e Argonne National Labs: 
manipuladores mecânicos remotos para materiais 
radioativos. 
 1950 – Handyman (General Electric) e Minotaur (General 
Mills) com atuação elétrica e pneumática. 
 1954 – George C. Devol: manipulador cuja operação 
podia ser programada (programmed articulated transfer 
device). 
 1959 – George C. Devol e Joseph F. Engelberger: 
introdução do primeiro robô industrial, Unimate da 
Unimation Inc. 
Histórico 
 1962 – H. A. Ernst: MH 1 mão mecânica com sensores 
táteis, controlada por computador. 
 1968 – Shakey: robô móvel desenvolvido no SRI (Stanford 
Research Institute). 
 1973 – WAV: primeira linguagem de programação para 
robôs (SRI). 
 1978 – PUMA (Programmable Universal Machine for 
Assembly). 
 1987 – Subsumption Architectures – Rodney Brooks (MIT). 
 2001 – Robô humanóide da Honda: capacidade de 
locomoção, visão, olfato, tato e voz. 
Histórico 
Robôs Industriais 
 De uma forma geral o conceito atual de robótica 
industrial passa pela particularização de um ramo do 
conhecimento tecnológico denominado mecatrônica, o 
qual trata simultaneamente de aspectos relativos à: 
 mecânica, 
 eletrônica, 
 controle e processamento de informações em 
máquinas e 
 instrumentos genéricos. 
Definição de Robô Manipulador 
 Robot Institute of America - RIA 
 Um robô industrial é um manipulador re-programável, 
multifuncional, projetado para mover materiais, peças, 
ferramentas ou dispositivos especiais em movimentos 
varáveis programados para a realização de uma 
variedade de tarefas. 
Definição de Robô Manipulador 
 Mikell Groover 
 Um robô industrial é uma máquina multi-aplicação e 
programável possuindo certas características 
antropomórficas. 
 Dicionário Webster 
 Um robô é um dispositivo automático que efetua a 
função normalmente atribuída a homens ou a máquinas 
na forma de um homem. 
Robôs Industriais 
 Partindo desta definição, é possível associar um robô 
industrial ao tipo de máquina aplicada na automação 
flexível, sendo constituída basicamente por elementos 
(ou elos) mecânicos acionados por atuadores a partir de 
um controlador que opera baseado em informações de 
movimentos programados e de sinais gerados por 
elementos sensores de realimentação. Tais elos permitem 
um correto posicionamento e orientação da peça ou 
ferramenta destinada para a tarefa. 
Robôs Industriais 
 As últimas três décadas foram preponderantes no 
desenvolvimento de tecnologias que se refletem nos 
atuais robôs manipuladores industriais. Uma revisão dos 
últimos 25 anos mostra que os seguintes avanços 
tecnológicos que foram agregados à robótica: 
 ’74: Acionamentos elétricos eficazes 
 ’74: Controle microprocessado 
 ’82: Interpolações cartesianas 
 ’82: Comunicação via computador 
 ’82: Uso de joystick 
Robôs Industriais 
 ’82: Programação por menus 
 ’84: Sistema de visão 
 ’86: Controle digital 
 ’86: Acionamentos em CA 
 ’90: Interconexão em redes 
 ’91: Controle digital de torque 
 ’94: Modelo Dinâmico Completo 
 ’94: Interface Windows 
 ’94: Simulação em robôs virtuais 
 ’94: Uso de fieldbus 
Robôs Industriais 
 ’96: Cooperação entre robôs 
 ’98: Sistemas de detecção de colisões 
 ’98: Identificação de objetos 
 ’98: Movimentação em alta velocidade 
 ’00: Incorporação de sistemas inteligentes 
Quando Utilizamos os Robôs? 
 Os primeiros robôs industriais começaram a ser comercializados 
e utilizados com o objetivo de se substituir o ser humano em 
tarefas em que ele, o ser humano, não poderia realizar, por 
causa de suas próprias limitações físicas, ou por envolverem 
condições desagradáveis ou extremas, tipicamente contendo: 
 Calor excessivo, 
 Ruído elevado e constante, 
 Gases tóxicos e ou poeira, 
 Risco de contaminação química ou radioativa, 
 Esforço físico extremo e continuado, 
 Processos sem interrupção, longos e contínuos 
 Tarefas que exigem vários movimentos simultâneos, 
 Operações que requerem grande precisão na sua execução, 
 Necessidade de uniformidade na sua execução, 
 Trabalhos monótonos, repetitivos, “chatos”, 
 Risco de morte. 
Robôs Industriais 
 Diversas capacidades de controle lógico de entrada e saída têm 
sido acrescentadas nos recentes robôs. A fronteira tecnológica 
dos atuais manipuladores pode ser melhor visualizada através 
da tabela dada a seguir: 
Repetibilidade Até 0.003 mm (0.1mm usualmente) 
VelocidadeAté 5 m/s 
Aceleração Até 25 m/s2 
Carga admissível A partir de 2 a 3 kg até limites ~ 350kg 
Relação Peso/Carga Em torno de 30 a 40 
Número de eixos 6 
Comunicação Profibus, Ethernet, canais seriais (RS 232, 485) 
Capacidades de E/S Similares a um PLC para sinais anal. e digitais 
* Fonte: Welding 2001, International Workshop on Robotic Welding Systems 
 
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
1995 1996 1997 1998 2000 2001 *
Robôs
A utilização de Robôs no Brasil 
Robôs Industriais no Brasil (com 6 eixos) 
A utilização de Robôs 
 Cerca de 1000 robôs (20% do total) são relacionados a 
pequenas e médias indústrias; 
 Setor automobilístico é o que mais utiliza robôs: 
 FORD (Bahia): 240 robôs ABB; 
 Volkswagen (SBC - SP): 400 robôs; 
 Citroën (Resende - RJ): 300 robôs. 
 População mundial de robôs: 800.000 [IFR, 2000] - 
Japão: 60%, Brasil: 0,63%. 
Participação de Fabricantes de Robôs 
no Mercado Brasileiro 
ABB
FANUC
KUKA
Outros*
Fabricante de 
Robô 
Robôs 
Instalados 
Participação 
ABB 1.700 34% 
FANUC 900 18% 
KUKA 800 16% 
Outros* 1.600 32% 
 
 Preço médio de um robô: US$ 60,000.00 
 Custos adicionais para condições operacionais: US$ 12,000.00 (20%) 
 - preparação da fundação do robô; 
 - instalação; 
 - unidades de potência (hidráulica, pneumática, elétrica etc.); 
 - garras e/ou ferramentas dedicadas; 
 - custos para treinamento de mão-de-obra (operação, manutenção); 
 - logística (integração com o sistema de produção); 
 - procedimentos de segurança; 
 - ajuste dos parâmetros operacionais; 
 - testes. 
 Número de Robôs: 5.000 unidades; 
 Capital investido (período 1995 - 2001*) : U$ 360 milhões 
 
Estimativa de Capital Investido em Robótica 
Principais Aplicações da Robótica 
Distribuição de Robôs por Setores Econômicos 
 
Percentual Utilização de Robôs Industriais no Chão-de-fábrica [PAEP,1999] 
Setor da Indústria de Manufatura 1994 1996 
Artigos de Borracha e Plásticos 0,5 0,9 
Produtos Metal (exceto Máquinas e Equipamentos) 0,2 0,4 
Máquinas e Equipamentos 0,4 0,4 
Máquinas p/ Escritório e Equipamentos Informática 3,9 3,8 
Máquinas, Aparelhos e Material Elétrico 0,6 1,6 
Materiais e Aparelhos Eletrônicos; Equip. de Comunicação 1,7 3,4 
Equipamentos Médicos, Ótica e Relógios; Instrumentos de 
Precisão; Automação Industrial 0,4 0,8 
Montagem de Veículos Automotores , Reboques e 
Carrocerias 1,2 2,8 
Outros Equipamentos de Transporte 0,5 1,0 
Distribuição de Robôs por Aplicação 
Industrial 
 
 
Robôs ABB instalados no Brasil 
 
Aplicação Industrial (1250 unidades) Percentual 
Soldagem por pontos 33 % 
Soldagem a arco 18 % 
Manipulação / “paletização” 25 % 
Pintura 10 % 
Outros (montagem, acabamento, corte jato d’água e oxigênio) 14 % 
Soldagem a Arco [ABB, 2000] 
Aplicação (225 unidades) Percentual 
Indústria Automobilística 58 % 
Fornecedores auto-peças 23 % 
Indústrias em geral 19 % 
Aplicações de Robôs 
 Movimentação: 
 Em operações de embalagem 
 Classificação de peças 
 Colocação e retirada de peças em centros de usinagem ou 
máquinas ferramenta 
 Carga e descarga de depósitos 
 Paletização 
Uma classificação mais detalhada das tarefas realizadas por um 
robô pode ser descrita como de três tipos de natureza: 
Aplicações de Robôs 
 
 Medição: 
 Na inspeção de objetos 
 Localização de contornos 
 Detecção de falhas na manufatura 
Aplicações de Robôs 
 
 Manipulação: 
 Parra soldagem a arco ou ponto 
 Pintura com spray 
 Furação ou fresagem 
 Colagem e selamentos 
 Cortes a laser ou jato de água 
 Montagens elétricas ou mecânicas 
 Montagem de placas de circuitos impresso 
 Parafusamento 
Utilização de Robôs 
 
 O maior fator que impede a adoção em massa de robôs nas 
indústrias é seu alto custo. O tempo que leva para se recuperar 
o investimento em um robô depende dos custos de compra, 
instalação e manutenção. Este tempo não é fixo, depende da 
fábrica onde o robô será instalado e de sua aplicação. Deve-se 
considerar as seguintes condições: 
 Número de empregados substituídos pelo robô; 
 Número de turnos por dia; 
 Produtividade comparada a seu custo; 
 Custo de projeto e manutenção; 
 Custo dos equipamentos periféricos. 
Utilização de Robôs 
 
 O preço de um robô é determinado pelos seguintes 
fatores: 
 Tamanho; 
 Sofisticação ou grau de complexidade; 
 Exatidão; 
 Confiabilidade. 
Utilização de Robôs 
 
 Nos últimos tempos, através da automação, observou-se 
o decréscimo do nível de emprego nas atividades 
industriais. 
 A curto prazo, a automação levanta problemas como o 
desemprego, necessária reconversão e treinamento 
pessoal, consequências da redução de horas de trabalho, 
questões de aumento de salários em atividades de maior 
produtividade. 
Utilização de Robôs 
 
 Alguns aspectos do confronto operacional de homens e 
robôs são que um robô tem claramente algumas 
vantagens sobre os humanos: 
 não se cansa; 
 não necessita de salário; 
 pode manter uma qualidade uniforme na produção; 
 não necessita de condições ambientais especiais tais como 
ar condicionado, luz, silêncio, etc. 
 Em compensação, o robô tem aprendizado, memória e 
movimentos limitados se comparado a um homem. 
Classificação de Robôs 
 Gerações (cronologicamente) 
 
1. Robôs executores (playback) – repetem uma sequência 
de instruções pré-gravadas como a pintura ou soldadura. 
2. Robôs controlados por sensores – possuem malhas 
fechadas de realimentação sensorial. Tomam decisões com 
base nos sensores. 
3. Robôs controlados por visão – a malha fechada de 
controle inclui um sistema de visão (imagem que é 
processada). 
4. Robôs com controle adaptativo – o robô pode 
reprogramar as suas ações com base nos seus sensores. 
5. Robôs com inteligência artificial – usa técnicas de 
inteligência artificial para tomar as suas decisões e até 
resolver problemas. 
Classificação de Robôs 
 Nível de inteligência do controlador (pela JIRA – Japan 
Industrial Robot Association) 
 
Dispositivos manuais – operados por pessoas. 
Robôs de sequências fixas. 
Robôs de sequências variáveis – onde o operador pode 
mudar a sequência com facilidade. 
Robôs executores – onde o operador humano guia o robô 
a executar uma tarefa fixa. 
Robôs controlador numericamente – o operador fornece 
o programa do movimento, em vez de o ensinar 
manualmente. 
Robôs inteligentes – percebem e interagem com 
alterações no ambiente. 
Classificação de Robôs 
 Nível de controle dos programas no controlador 
 
 
Inteligência artificial – instruções de alto nível que serão 
decompostas pelo sistema em funções de mais baixo nível. 
Modo de controle – os movimentos do sistema são 
modelizados incluindo as interações dinâmicas entre os 
diferentes mecanismos. 
Servo-sistema – os atuadores controlam os parâmetros do 
dispositivo usando os dados sensoriais nas malhas de 
controle. 
Classificação de Robôs 
 Linguagem de programação 
 
Sistemas guiados – o operador indica os movimentos que 
o robô deve fazer. 
Programação ao níveldo robô – o utilizador escreve um 
programa para especificar as sequências de movimentos 
que o robô terá que executar. 
Programação ao nível de tarefa – o programador 
especifica apenas as ações a tomar sobre os objetos que o 
robô manipulará. 
Robótica Fixa versus Robótica Móvel 
 As três categorias principais dos robôs são: 
 Os manipuladores – Robôs industriais 
 Os veículos auto-guiados (AGV) 
 Os robôs móveis. 
 As principais diferenças entre estas categorias incidem nos 
seguintes pontos: 
 Conhecimento contínuo da posição (verdade nos braços), 
 Aplicações distintas (manipulação e transporte) 
 Necessidade de percepção do ambiente (crucial nos móveis), 
 Tipo de programação usada (normalmente mais exigente nos 
robôs móveis). 
Robô Autônomo Sojourner 
 Robô autônomo 
Sojourner, foi 
enviado a Marte 
pela NASA (Agência 
Aeroespacial dos 
Estados Unidos) 
para a pesquisa e 
exploração do 
planeta vermelho 
(1997). 
Robô Submarino Scorpio 45 
 Este robô é equipado 
com câmeras de vídeo, 
e um braço mecânico, 
foi utilizado em agosto 
de 2005 em uma 
operação conjunta de 
resgate, composta por 
especialistas da Rússia, 
Inglaterra e Estados 
Unidos. 
Atividade n° 1 - Individual 
Data de entrega: 24/ago/2010 
 Desenvolver uma pesquisa e elaborar uma sinópse 
manuscrita, versando sobre os seguintes temas: 
1) Por que automatizar? 
2) Por que não automatizar? 
3) Argumentos prós e contra a automação. 
 Nota: A presença do aluno em sala de aula, acompanhamento dos conteúdos ministrados 
em classe e a pontualidade no cumprimento das atividades são premissas importantes 
para a avaliação. Assim sendo, não serão aceitos os trabalhos de alunos que não os 
entregarem até a data estipulada. 
 
 
Obrigado !!! 
Automação e Robótica 
Prof. Ms. Décio Colaneri