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11/08/2014
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44646-04 
Sistemas Robotizados
Aula 2
Introdução à Robótica Industrial
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE ENGENHARIA
ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Prof. Felipe Kühne
Bibliografia:
– Slides de Aula
– Spong, cap. 1 (pag. 1 ~ 20)
– Groover, cap. 8 (pag. 172 ~ 182)
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Robótica:
– Estudo de máquinas capazes de substituir seres
humanos na execução de certa tarefa, com relação
a atividades físicas e tomadas de decisão.
(SCIAVICCO, L. Modelling and control of robot manipulators)
Definição
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ISO 8373 – An industrial robot manipulator is: 
An automatically controlled, reprogrammable, multipurpose
manipulator programmable in three or more axes, which may 
be either fixed in place or mobile for use in industrial 
automation applications. 
Reprogrammable: whose programmed motions or auxiliary 
functions may be changed without physical alterations; 
Multipurpose: capable of being adapted to a different 
application without physical alterations.
Definição
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Primeiros desenvolvimentos:
Mecanismos tele-operados (conceito mestre-escravo)
Máquinas CNC (necessidade de elevada precisão na 
fabricação de componentes para a aviação)
Autonomia, programabilidade e 
precisão dos movimentos
Histórico
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Linha do tempo:
[Séc. IV a.C.] Aristóteles;
[Séc. XVIII] Revolução Industrial;
[1921] Primeiro uso da palavra robota em uma peça de teatro 
checa, por Karol Capek;
[1947] Primeiro teleoperador controlador por servomotores;
[1954] UK: Cyril Kenward: manipulador cartesiano;
EUA: George Devol: primeiro robô programável;
Histórico
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Linha do tempo:
[1961] Unimation, Inc.: Primeira aplicação industrial: máquina 
de fundição na General Motors, New Jersey;
Histórico
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Linha do tempo:
[1971] Stanford Arm: produção comercial de robôs controlados 
por computador
Histórico
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Linha do tempo:
[1970’s] Desenvolvimento da micro-eletrônica, computação e 
linguagens de programação.
Consolidação dos principais modelos: 
� Cincinatti Milacron T3 (esférico)
� PUMA (Unimation + GM) (articulado); 
� SCARA 
[1980] GM investe US$ 40bi em robótica
Histórico
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Componentes básicos
Componentes básicos:
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Componentes básicos
Componentes básicos:
Um manipulador é basicamente composto de um conjunto 
de membros conectados por juntas
• Base
• Membros
• Juntas
• Órgão terminal
• Atuadores
• Sensores
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Componentes básicos
Membro:
� modelado como um corpo rígido, sem deformações
� conectados uns aos outros por juntas
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Componentes básicos
Junta:
� grau de liberdade (movimento) entre dois membros
� junta rotacional (movimento angular):
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Componentes básicos
Junta:
� Juntas rotacionais:
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Componentes básicos
Junta:
� grau de liberdade (movimento) entre dois membros
� junta prismática (movimento linear):
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Componentes básicos
Junta:
� Juntas prismáticas:
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Componentes básicos
Junta:
� grau de liberdade (movimento) entre dois membros
� junta esférica (3GDL):
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Componentes básicos
Órgão terminal:
� é a ferramenta que efetivamente vai realizar a tarefa.
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Componentes básicos
Órgão terminal:
� é a ferramenta que efetivamente vai realizar a tarefa.
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Componentes básicos
Órgão terminal:
� é a ferramenta que efetivamente vai realizar a tarefa.
� depende de qual tarefa será realizada:
• solda
• transporte de peças
• corte
• pintura (exemplo)
• inspeção visual
� ou do tipo de peça a ser manipulada (garra/ventosa):
• exemplo: manipulação de peças de grandes dimensões
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Componentes básicos
Atuadores:
Dependendo do porte do robô, pode ser:
� Elétrico (mais comum)
� Pneumático
� Hidráulico (grandes dimensões)
Acionamento Precisão Capacidade de carga Velocidade
Custo de 
carga
Elétrico alta 200kg alta alto
Hidráulico média 1000kg ou + média-alta médio-alto
Pneumático baixa 10kg alta baixo
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Componentes básicos
Atuadores:
Acionamento elétrico: motor DC com caixa de 
redução
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Componentes básicos
Atuadores:
Controle de velocidade e sentido de rotação: Ponte 
H.
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Componentes básicos
Sensores:
Leitura das informações sobre o próprio comportamento e sobre seu 
ambiente de atuação.
A maior parte dos robôs utiliza apenas sensores internos na forma de 
codificadores ópticos (encoders)
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Componentes básicos
Encoder:
Outros sensores: tacômetro, acelerômetro, sensor de fim de curso, 
célula de carga, ...
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• Graus de liberdade
• Volume de trabalho
• Resolução de controle
• Precisão
• Repetibilidade
Termos e definições
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• Graus de liberdade:
O número de graus de liberdade de um manipulador é
equivalente ao número de juntas do mesmo, considerando
que estas são dos tipos rotacional ou prismática;
Termos e definições
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• Volume de trabalho:
É um sólido tridimensional formado pelo conjunto de todos
os pontos alcançáveis pelo órgão terminal do robô;
determinado pela geometria e anatomia do robô e também
pelos limites individuais de cada junta;
Termos e definições
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• Resolução de controle:
Refere-se à capacidade do sistema de posicionamento do robô de dividir
o curso da articulação em pontos igualmente espaçados, chamados de
pontos endereçáveis, para os quais a articulação pode ser movida pelo
controlador;
Dois fatores:
(1) componentes eletromecânicos (CR1)
(2) número de bits do controlador (CR2)
Desejável:
Termos e definições
{ }21,CRCRMaxCR =122 −= B
RCR
12 CRCR ≤
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• Repetibilidade:
Cada vez que o robô volta para um ponto previamente
gravado, ele volta para uma posição ligeiramente
diferente;
• Precisão:
Capacidade de posicionar a extremidade de seu punho em
uma localização desejada no volume de trabalho;
Termos e definições
σ3dadeRepetibili ±=
σ3
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CRPrecisão += (pior caso!)
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Termos e definições
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Anatomia dos manipuladores
Anatomia dos manipuladores:
Manipulador típico:
• 3GDL para para posicionar o OT
• 3GDL para orientar o OT
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Anatomia dos manipuladores
� Articulado ou antropomórfico:
– três juntas rotativas (TRR)
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Anatomia dos manipuladores
� Articulado ou antropomórfico:
– três juntas rotativas (TRR)
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Anatomia dos manipuladores
� SCARA:
– Selective Compliant Articulated Robot for Assembly
– duas juntas rotativas e uma prismática (VRO)
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Anatomia dos manipuladores
� SCARA:
– Selective Compliant Articulated Robot for Assembly
– duas juntas rotativas e uma prismática (VRO)
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Anatomia dos manipuladores
� Cartesiano (ASRS):
– três juntas prismáticas (LOO)
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Anatomia dos manipuladores
� Cartesiano (ASRS):
– três juntas prismáticas (LOO)
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Anatomia dos manipuladores
� Esférico:
– duas juntas rotativas e uma prismática (TRL)
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Anatomia dos manipuladores
� Esférico:
– duas juntas rotativas e uma prismática (TRL)
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Anatomia dos manipuladores
� Cilíndrico:
– uma junta rotativa e duas prismáticas (TLO)
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Anatomia dos manipuladores
� Cilíndrico:
– uma junta rotativa e duas prismáticas (TLO)
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Punho esférico
� Punho esférico:
- Colocado entre o braço e o órgão terminal
- 3GDL para orientar o órgão terminal
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Punho esférico
� Centro do punho:
- Ponto de intersecção dos eixos das 3 últimas juntas44
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Anatomia dos manipuladores
Robôs paralelos (cadeia cinemática fechada):
� Delta (ABB Flexpicker);
� SCARA Duplo (Dextar);
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Anatomia dos manipuladores
Robôs cooperativos:
� ABB Frida;
� GM Robonaut;
� Baxter;
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Principais fabricantes:
– ABB (www.abb.com);
– Kuka (www.kuka.com);
– Motoman (www.motoman.com);
– Fanuc (www.fanuc.com);
– Kawasaki (http://www.kawasakirobotics.com);
Histórico
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Dados estatísticos
FONTE: IFR (www.ifr.org)
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Dados estatísticos
FONTE: IFR (www.ifr.org)
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Dados estatísticos
FONTE: IFR (www.ifr.org)
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Densidade robótica: número de robôs por cada 10 mil
trabalhadores da indústria (dados de 2011)
Dados estatísticos
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Densidade robótica: número de robôs por cada 10 mil
trabalhadores da indústria (dados de 2011)
Dados estatísticos
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Exemplos
Exemplos:
� ABB IRB140 (datasheet)
� KUKA KR1000 (datasheet)
ABB IRB140 KUKA KR1000
Volume de trabalho horiz: 1,5m
vert: 1m
horiz: 3,6m
vert: 4m
Capacidade de carga 6 kg 1000 kg
Velocidade 250 º/s 50 º/s
Precisão ±0,03 mm ±0,2 mm
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Exemplos
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DÚVIDAS?
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