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Aula 5 – Robótica e componentes de hardware para automação
Sensor: coleta de dados do processo de produção e utilização no controle por realimentação, converte uma variável física em uma forma mais útil, interpretável de forma numérica
Analógico
Discreto (binário ou digital)
Ativo
Passivo
Tipo de estímulo
Exemplos:
Chave ou interruptor de fim-de-curso
Reed switch
Foto-resistor
Fotocélula
Fotodiodo
Fototransistor
NTC e PTC
Piroelétrico (sensor de presença)
Capacitivo
Indutivo
Ultrassônico
Encoder
Exemplos de aplicação:
Sensor ótico
Sensor ultrassônico
Função de transferência: S = f(s)
Sensor binário: S = 1, se s > 0; S = 0, se s <= 0
Sensor analógico: S = C + m . s 
Características de um sensor
Linearidade: manter a proporção
Faixa de operação
Sensibilidade (0,25V/ºC)
Resolução (número de medidas possíveis dentro da faixa de operação): grau de precisão de leitura
Tempo ou velocidade de resposta
Confiabilidade
Exatidão
Precisão
Atuador: converte um sinal de comando do controlador em uma mudança de um parâmetro físico
Motor: corrente elétrica gera um campo magnético que faz com que o rotor gire na tentativa de alinhamento com o estator
Corrente contínua 
Rotor, estator, comutador, escovas
Vantagens (conveniência da CC, relação torque/velocidade atraente, velocidade variável, direção de rotação pode ser alterada) e desvantagens (gira de forma ininterrupta, desgaste das escovas, energia mais comum é alternada)
Regra da mão esquerda (FBI)
Corrente alternada monofásico 
Princípio de funcionamento
Estator, rotor
Vantagens (não utilizam escovas, apenas 2 fases) e desvantagens (velocidade constante, mais caros e maiores, gastam mais energia)
Corrente alternada trifásico
Vantagens (mais baratos, menores, não precisa de capacitor de partida, menor consumo de energia) e desvantagens (3 fases, gastando mais com fiação)
Passo
Vantagens (tamanho e custo reduzidos, estabilidade) e desvantagens (dificuldade de operação a velocidades altas)
Solenóide (pistão móvel dentro de uma bobina de fios estacionária)
Relé (interruptor elétrico)
Atuadores hidráulicos e pneumáticos (atuadores energizados por fluxos pressurizados)
Conversor analógico-digital (Processo – sensor – sinal analógico – multiplexador – amplificador – conversor AD – entrada digital para o computador)
Conversão AD (Amostragem (conversão do sinal contínuo em uma série de sinais analógicos discretos) – Quantização Nq=2^n (cada sinal discreto é atribuído a um dos números finitos dos níveis de amplitude) – Codificação (em código digital))
Exemplo: conversor AD por aproximações sucessivas (Ex 6.3, pág 105)
Conversor digital-analógico (Sinal digital vindo do computador – Decodificação (saída digital é convertida em valores analógicos em momentos discretos) – Exploração de dados (cada valor sucessivo é transformado em sinal contínuo) – Sinal analógico)
Decodificação: 
Exploração: 
Retentor de ordem zero (sequência de sinais de passo) : V(t) = Vs
Retentor de primeira ordem: V(t) = Vs + at a= (Vs – Vs-1)/T onde T = intervalo de tempo entre os instantes de amostragem
Exemplo 6.4, pág 106
EXERCÍCIOS: Refazer os exemplos 6.3 (página 105) e 6.4 (106) do GrooverFazer os exercícios 6.1 (página 109), 6.17 e 6.18 (111)
Robótica (Robô industrial – máquina programável, de uso geral, que apresenta características antropomórficas)
Importância dos robôs industriais: substituem, consistência, repetibilidade, manuseiam pesos, programáveis, integráveis
Anatomia: articulação (movimento relativo entre duas peças), elo de entrada, elo de saída e punho
Grau de liberdade
Tipos de articulação: linear L, ortogonal O, rotacional R, torção T, rotativa V
Configurações mais comuns:
Polar (esférica): TVL, TRL
Cilíndrica: LVL, TLO
Cartesiana: OOL, OOO
Articulada: TVR, TRR, VVR
SCARA: VRL, VRO
Punho (utilizado para estabelecer a orientação do efetuador): Guinada (R, direita e esquerda), arfagem (R, cima e baixo), rolamento (T), efetuador
Volume de trabalho: espaço 3D robô pode manipular a extremidade de seu punho
Movimentação das articulações: atuadores elétricos, hidráulicos e pneumáticos – determinam as características da resposta dinâmica do manipulador (velocidade, acelerar e desacelerar, velocidade de resposta, estabilidade)
Efetuadores finais
Formados por sensores e atuadores
Categorias: garras, ferramentas
Sensores: 
Internos: controlam posição e velocidade das articulações
Externos controlam o funcionamento do robô em relação à peça ou equip
Táteis, de força, de proximidade, óticos, visão de máquina
Principais aplicações de robôs industriais
Manuseio de material (transporte, paletização, carga/descarga)
Operações de processamento (soldagem, pintura, usinagem)
Montagem
Inspeção
Sistema de controle
Estrutura hierarquizada (cada articulação tem seu próprio sistema de controle e os acionamentos são controlados por um supervisor)
Tipos: controle de sequencia limitada (limites e paradas de cada articulação são sequenciadas), ponto a ponto (memória para gravar sequência de movimentos, posições e outros parâmetros), de percurso contínuo (maior armazenamento, movimento contínuo suave), inteligente (interação, tomada de decisão)
Programação
Programação guiada (ensinamento acionado (movimenta o braço do robô através de botões e chaves articuladas (painel de controle)) e manual, movendo o manipulador através do ciclo de movimento e salvando na memória) – vantagem é a facilidade de aprendizado, desvantagem é ter que parar a produção, painéis são limitados quanto à lógica de tomada de decisões e não são compatíveis com CAD/CAM
Linguagens de programação (robô ainda é ensinado sobre suas localizações pelo método guiado)
Programação off-line (sem interrupções, exige simulação gráfica para validar o programa)
 
Aula 6 - Controle Numérico, CAD, CAM e CIM
Controle numérico (CN): método de automação programável no qual as operações de uma máquina são controladas por um programa que contém dados da posição relativa entre o cabeçote e uma peça de trabalho
Faixa de aplicação: baixo a médio volume de produção, média a alta variedade
Componentes de um sistema CN: Programa de instruções (conjunto de instruções que dirigem as ações do equipamento de processamento), Unidade de controle de máquina (MCU – armazena as instruções e as executa) e Máquina CN (executa o trabalho produtivo)
Sistemas de coordenadas do CN: conceitos de ponto zero (ponto de referência, ponto de início da contagem das coordenadas), ponto alvo e eixo árvore (eixo se movimenta junto com seus elementos ou independentemente deles)
Controle de movimento: Controle ponto a ponto (move a mesa sem levar em conta o caminho) e controle de caminho contínuo (controle do trajeto da ferramenta em relação à peça, controle simultâneo contínuo de 2 ou mais eixos)
Interpolação: definição da tolerância desejada, no interior, no exterior ou em ambos os lados da curva. Aproximação por segmentos retos que se aproximam da curva
Métodos de interpolação: linear, circular, helicoidal, parabólica e cúbica
Posicionamento absoluto (em relação à origem) ou incremental
CNC: CN que utiliza a tecnologia da computação, ie, a MCU é baseada em um PC
Características:
Armazenamento de mais de um programa de instruções
O programa pode ser carregado de diferentes formas
O programa pode ser editado in loco􀂄
Possibilidade de criação de rotinas (macros) que podem ser chamadas pelos programas
Interpolação
Maior facilidade na fixação e posicionamento da peça
Compensações no programa devido às dimensões das ferramentas
Interface de comunicação
Diagnóstico
Unidade de Controle de Máquina (MCU)
Memória principal e secundária
CPU
Dispositivo de Interface de E/I
Componentes de controle de posição e velocidade
Componentes para a execução de funções auxiliares
Programação
Manual
Assistida por computador
Utilizando CAD/CAM
Entrada manual de dados
Aplicações:
Usinagem (furação, fresamento, torneamento, retífica, mandrilhamento)
Prensagem,soldagem, corte térmico (laser), dobra
Vantagens:
Redução do tempo n produtivo
Ciclos de produção menores
Redução do estoque
Precisao e repetibilidade
Baixas taxas de refugo
Menos inspeção
Geometrias compleas são possíveis
Maior flexibilidade para atender mudanças de eng
Maior facilidade na fixação e posicionamento da peça
Menos habilidades exigidas do operador
Desvantagens
Alto investimento
Para ser viável, exige maior utilização da máquina
Maior esforço de reparo e manutenção
Requer programação
Computer-Aided Design (CAD): qualquer atividade que utilize o pc para criar, modificar, analisar ou documentar um projeto
Vantagens:
maior produtividade
melhoria das formas geométricas
da qualidade
da documentação
da padronização do projeto
Custos de erro de projeto
CAD no PDP: 
modelagem geométrica: 2D, 3D wire-frame, 3D sólido
análise de engenharia: CAE (computer-aided engineering). Análises:
Propriedades de massa
Interferência de objetos
Análise de tolerância
Simulação pelo método dos elementos finitos (cálculo da tensão-deformação e análise de transferência de calor)
Cinemática e análise dinâmica
Simulação de eventos discretos
avaliação e revisão do projeto
Obtenção de dimensões automaticamente
Verificação de erros do projeto
Simulação de eventos discretos
Prototipagem rápida
Prototipagem virtual
apresentação e documentação
melhoria na qualidade do desenho
melhoria na documentação do projeto
Exemplos de softwares CAD: AutoCAD, Pro-engineer, solid Works, solid edge, power shape, catia, 
PDP: desafio atual
Early supplier incolvement
Modelo de integração de sistemas
Computer-Aided Manufacturing (CAM): refere-se à utilização de sistemas informatizados no PCP
CAM: Planejamento da produção: os sistemas computacionais são utilizados indiretamente para apoiar a produção, fornecendo informações para o planejamento e a gestão das operações produtivas.
Planejamento do processo
Programação CN
Definição de parâmetros de fabricação e escolha das ferramentas
Tempos e métodos
Estimativa de custos
Planejamento de estoque e da produção
Balanceamento de linha
CAM: Controle da produção: os sistemas computacionais são utilizados para controlar as operações produtivas. Há uma conexão direta entre o pc e o processo produtivo.
Monitoramento do processo
Controle de qualidade, do chão de fábrica e de estoque
CIM: utilização do computador e das tecnologias de comunicação nas atividades compreendidas desde o pedido do cliente até a entrega do produto final. Refere-se ao todo. INTEGRAÇÃO!
Aula 7 – Controlador lógico Programável (CLP)
Surgimento
Definição: Aparelho eletrônico digital com memória programável que permite o armazenamento de instruções lógicas, aritméticas, de contagem, de temporização e de sequenciamento visando controlar máquinas e processos por meio de seus módulos de entrada e saída. É um computador industrial robusto.
Componentes:
Fonte de alimentação
Processador CPU
Dispositivo de programação
Unidade de memória
Módulos de entrada e saída
Funcionamento: Scan (varredura): início – verifica o estado das entradas – transfere os dados para memória – compara com o programa do usuário – atualiza as saídas – retorna à verificação do estado das entradas
Programação
Linguagens gráficas: diagramas de funções sequenciais, de blocos de funções e de contatos (programação Ladder)
Linguagens textuais: lista de instruções, texto estruturado
Programação Ladder:
Forma como o programador especifica para o CLP como as entradas e as saídas estarão relacionadas entre si
É formada por circuitos (linhas horizontais), alimentados por duas barras verticais em suas extremidades (barramentos de tensão)
Cada um dos circuitos representa uma sequência lógica
Os circuitos são compostos de contatos (virtuais, mas associados às entradas reais do CLP) e bobinas (virtuais, mas associadas às saídas reais do CLP)
O objetivo é controlar um processo automatizado
Varredura: da esquerda pra direita e de cima pra baixo
EXERCÍCIOS NO SOFTWARE