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