Automação de Sistemas e Robótica
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Automação de Sistemas e Robótica


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Automação de Sistemas e Robótica 
 
 
Prólogo 
 
Automação de Sistemas e Robótica é um livro orientado a introduzir o leitor numa 
área da tecnologia de crescente importância e aplicação na indústria moderna. 
Efetivamente, hoje em dia é impensável uma indústria de manufatura que não esteja 
total ou parcialmente automatizada, mesmo que o nível de automação seja apenas o 
controle do ponto eletrônico dos funcionários. É possível observar uma aplicação da 
automação industrial em empresas que fabricam produtos totalmente diversos, de 
montadoras de carros e outros tipos de indústrias metalúrgicas até fábricas de 
brinquedos, de papel, de bebidas, de embalagens, produtoras de alimentos, e inclusive 
em empresas de serviços como bancos, por exemplo. 
Na Engenharia moderna, a área de Robótica, intimamente relacionada com a de 
Automação e Controle de Sistemas, é uma área que cada vez mais vai aumentando seu 
campo de estudo e aplicação. Tal foi o crescimento nas últimas décadas da automação 
nas indústrias, e das pesquisas nessa área, que hoje não é exagerado afirmar, por 
exemplo, que a Engenharia eletrônica se divide em três grandes áreas: em eletrônica 
analógica, que inclui processamento de sinais, tecnologia das telecomunicações, 
eletrônica de potência, etc., em eletrônica digital, que inclui microeletrônica, 
microprocessadores, computadores, etc., e em Controle de sistemas, que inclui 
Automação e Robótica. 
O estudo da Robótica compreende outras áreas relacionadas, como física mecânica, 
cálculo numérico e álgebra linear, eletrônica digital e analógica, e também informática, 
esta última necessária para a elaboração dos programas de controle dos robôs. O 
profissional da Robótica, portanto, deve estar familiarizado com diversas áreas da 
Engenharia moderna. 
A teoria da Robótica vai se aprofundando a cada dia, conforme novos algoritmos de 
controle estão sendo implementados e novos sistemas vão surgindo com a conseqüente 
necessidade de terem um comportamento controlado. Dentro dessa profusa teoria, este 
livro visa tratar principalmente da Robótica aplicada à indústria, estudar a estrutura dos 
sistemas automatizados, seu comportamento, suas componentes básicas, elementos e 
dispositivos utilizados, e programas simples de controle de sistemas. Entretanto, 
deixamos de lado, por fugir do escopo pretendido, toda a teoria matemática que 
compreende cálculo diferencial, álgebra linear, e teoria de controle. Esta matemática é 
utilizada na Engenharia de Controle, tanto para a modelagem dos sistemas como para a 
elaboração dos algoritmos de controle, e diversos livros e cursos de Engenharia tratam 
dela; mas consideramos que não tem maior aplicação num nível técnico, isto é, quando 
o intuito é o de atingir os conhecimentos necessários para utilizar e até projetar robôs de 
aplicação industrial, e para a compreensão do funcionamento e comportamento deles. 
Este livro, portanto, está orientado a técnicos e profissionais industriais, que 
trabalham com algum grau de automação nas suas empresas, assim como também a 
estudantes de cursos técnicos e de Engenharia, tanto das áreas elétrica, mecânica, 
química, entre outras. 
A estrutura do livro é a seguinte: 
No capítulo 1 apresenta-se uma introdução à Robótica, sua definição, campo de 
aplicação, além de diversos conceitos sobre automação industrial, e são classificados os 
diferentes tipos de robôs. É realizado um breve histórico da Robótica e também é 
colocada uma visão pessoal do autor sobre as conseqüências sociais da automação 
industrial. 
No capítulo 2 é realizada uma introdução ao estudo de sistemas. São definidas as 
grandezas físicas básicas que caracterizam o comportamento de um sistema e são 
classificados os diferentes tipos de sistemas, com ênfase nos sistemas lineares e 
invariantes no tempo. É feita uma breve introdução à teoria de controle e são 
focalizados os diferentes dispositivos utilizados em qualquer sistema físico controlado. 
Finalmente são apresentados alguns algoritmos de controle básicos. 
O capítulo 3 apresenta uma ampla revisão das interfaces de comunicação entre 
controladores digitais e sistemas físicos a serem controlados. São incluídos nessa 
revisão interfaces para transdutores, drivers e acionadores de dispositivos atuadores, 
diversos tipos de placas de interface de computador e conversores analógico-digital e 
digital-analógico. 
No capítulo 4 são estudados os diferentes tipos de sensores mais utilizados nos 
robôs e na automação industrial em geral, assim como suas características funcionais 
principais. Sensores de temperatura, de presença, de posição, força ou aceleração, entre 
outros, são abordados. 
O capítulo 5 trata dos diversos tipos de atuadores, utilizados para dar a energia 
necessária para o funcionamento do sistema físico. O ênfase é dado para os motores 
elétricos, abordando-se também os atuadores hidráulicos e pneumáticos. 
O capítulo 6 trata dos diversos sistemas mecânicos que servem para transmitir ou 
transformar um movimento ou energia mecânica desde um atuador até seu ponto de 
aplicação. Esses dispositivos são utilizados em qualquer sistema físico que possua 
algum tipo de movimento. Também é explicado como projetar um sistema de 
transmissão de potência mecânica, através de sistemas de polias, engrenagens, eixos 
roscados, parafusos de acionamento, entre outros dispositivos. Finalmente, uma 
aplicação prática num robô industrial é apresentada a modo de exemplo. 
No capítulo 7 é estudado amplamente o tema dos robôs manipuladores, por serem 
os tipos de robôs industriais mais utilizados. São definidas suas características 
fundamentais e é feita uma classificação segundo as coordenadas de movimento deles. 
Seguidamente, são estudados os diferentes dispositivos atuadores e sensores que 
utilizam e é apresentada uma breve introdução ao tipo de controle de manipuladores. 
Um breve estudo da cinemática e dinâmica desses robôs é apresentada, e finalmente são 
mencionados os diversos dispositivos efetuadores que utilizam os robôs industriais. 
No capítulo 8 são estudados os sistemas de visão, cada vez mais utilizados como 
sensores em diversos campos de aplicação. É definida a imagem digital e suas 
características, e são estudados diversos métodos de pre-processamento e 
processamento das imagens digitais. 
Finalmente são apresentados dois apêndices. O primeiro é uma referência rápida à 
linguagem de programação Pascal, com os principais comandos e estruturas explicados 
e exemplificados. O segundo apêndice trata do projeto de software, ou método para 
idear um programa de computação. Estes apêndices foram adicionados por entendermos 
que é necessário um certo conhecimento de programação, devido à que a maioria dos 
controladores de sistemas utilizados são computadores pessoais. 
 
Agradecimentos 
 
 
Quero agradecer especialmente ao Engenheiro Lisandro Lovisolo, por colaborar na 
elaboração e revisão deste livro e destacar sua autoria do texto que serviu como base 
para o Capítulo 3. Também agradeço a meu assistente no Laboratório de Robótica do 
Instituto de Tecnologia ORT, João Paulo Leônidas Dias da Silva, sem cuja boa vontade 
e disposição permanente para \u201cquebrar galhos\u201d o desafio tivesse sido bem mais difícil, 
À Magna Monteiro, pelo entusiasmo e capacidade com que fez os desenhos; a meu 
amigo Júlio, por permitir a utilização da foto da sua linda filhinha Nayla; aos meus 
professores e colegas da COPPE, à direção do Instituto de Tecnologia ORT por seu 
permanente apoio, e finalmente a todos os colegas e amigos que colaboraram e 
incentivaram este trabalho. 
 
 
 
 Engenheiro Fernando Pazos, M.Sc. 
 Coordenador do Laboratório de Robótica