Robótica Industrial: Conceitos e Tipologias

Robótica Industrial Apontamentos teóricos Exer cíc ios p ara au las pr átic as Problemas de exame resolvidos Vítor M. F. Santos Departamento de Engenh aria Mecânica Universidade de Aveiro 2003-2004 Conteúdo 1. INTRODUÇÃO ..................................... ............ ............. ....................................................... .............. ......... 1-2 1.1 O RIGEM D O TERMO ' ROBOT ' .............. ........... ............. ............. .............. ............. .............. ............. ......... 1-2 1.2 A LGUMAS DEFINIÇÕES DE R OBOT E R OBÓT ICA .......... ............. ............. .............. ........... ............. ....... 1-2 1.3 C LASSIFICAÇÃO DE ROBOTS ........ ........... .............. ............. ............. .............. ............. ............. .............. 1-3 1.3.1 Gerações (cronologic amente) ... ............ .......................... ........... ........... ............ ............. ............ ...... 1-3 1.3.2 Nível de intelig ência do controlador (pela JIRSA) ..... ............. ................ ............. ................ ........... 1-3 1.3.3 Nível de controlo dos programas no cont rolador ........... ...................... ............ ............. ........... ....... 1-3 1.3.4 Linguagem de programação .......... ............. ........... ........... ............ ............. ................................. ..... 1-3 1.4 A LGUNS MARCOS NA HISTÓRIA DA ROBÓTICA ................ ............. ........... .............. ............. ............. ... 1-3 1.5 O S MANIPULADORES ROBÓTICOS ........... .............. ............. ............. .............. ........... ............. ............. ... 1-4 1.5.1 Robótica fixa versus robótica móvel ....... .......................... ............ .......................... ........... .......... .... 1-4 1.5.2 Elementos principais de um manipulador (ou robot industr ial) ........... ............ ............. ........... ....... 1-4 1.6 O ROBOT E A AUTOMAÇÃO ........... .............. ............. ............. .............. ............. ............. .............. ........... 1-5 1.6.1 Tipos de automaç ão ................ .............. ............. ............... .............. ............. .............. .......... ...... ...... 1-5 1.6.2 Aplicações tradic ionais dos manipuladores industriai s ........ ............. ...................... .................. ..... 1-6 1.7 I MPORTÂNCIA DO ROBOT INDUSTRIAL .......... .............. ........... ............. ............. .............. ............. ....... 1-6 2. ESTRUTURA E T IPOLOGIA DE MANIPULADORE S ........................... ........... ............ ............. ......... 2-2 2.1 C OMPONENTES .......... .............. ............. ............. .............. ............. ............. .............. ............. .......... ........ 2-2 2.1.1 Braço mecânico................... ............. ............. .............. ............... .............. ............. ............ ............ ... 2-2 2.1.2 Ponta ou Garra ( End-effect or) ......... .............. ............. ............. ................ ............. ............. ....... .... ... 2-2 2.1.3 Actuadores......... ............. ........... ............ .......................... ........... .................. ......... ........ ............ ....... 2-3 2.1.4 Sensores ..... .............. ............. ............. ................ ............. .............. ............. ............. ..... ......... ........... 2-4 2.1.5 Contro lador ........... .............. ............. ............. .............. ............. .............. ............. ........... ............. ..... 2-5 2.2 T IPOS DE JUNTAS ......... .............. ........... ............. .............. ............. ............. .............. ............. ............. ..... 2-6 2.2.1 Graus de liberdade e graus de mobil idad e ....................... ............ .......................... ......... ......... ....... 2 -6 2.2.2 Representação e arranjo ci nemático............. .............. ............. ................ ............. ................ ........ ... 2-7 2.2.3 O braço humano................ ............. ............. .............. ............... ............. .............. ............. .. ......... ..... 2-7 2.3 E SPAÇO DE TRABALHO E TIPOS DE MANIPULADORES ............. ............. .............. ............. ............. ..... 2-7 2.3.1 Cartesiano (PPP) ....... ............. ...................... ............ ............. ........... ................................. ..... ......... 2-8 2.3.2 Cilíndrico (RPP) .......... ............. ............ .......................... ........... ........... ..................... ....... ........ ....... 2-8 2.3.3 Esférico (RRP).......... .......................... ........... ............ ............................................ .......... .............. ... 2-9 2.3.4 Articulado Horizontal - SCARA (RRP) ........ ....................................... ........... ........... ............ ........... 2-9 2.3.5 Articulado vertical (antropomórf ico) - RRR ....................................... ........... ......... .................. ..... 2-1 0 2.4 R ESOLUÇÃO , R EPETIBILIDADE , P RECISÃO .......... ............. ............. .............. ............. ............. ........... . 2-10 3. SISTEMAS DE COORDENADAS ...... ............ .......................... ........... ............ .......................... ........... ..... 3-2 3.1 N OÇÕES INTRODUTÓRIAS - REVISÕES ............. .............. ............. ........... ............. .............. ............. ....... 3-2 3.1.1 Sistem as de eixos .......... ............. .............. ............. ............. .............. ............. .............. ...... ..... ........... 3-2 3.1.2 Vectores e Mat rizes ........... ............. ................ ............. ............. ............. .............. ............. .. ......... ..... 3-2 3.1.3 Pontos e refe renciais ........... ............. ................ ............. ............. .............. ............. ............. ......... ..... 3-6 3.2 T RANSFORMAÇÕES GEOMÉTRICAS ELEMENTARE S ...... ............. ............. .............. ............. ............. ... 3-7 3.2.1 Exemplos de t ransformações.............. .............. ............. ............. .............. ............... .............. .... .... ... 3-7 3.2.2 A notação matricial para repres entar transformações de um ponto a duas dimens ões ......... ......... 3-8 3.2.3 Matriz rot ação para um caso geral ............. .............. ............... ............. .............. ............... .......... .. 3-11 3.2.4 Limitações da matriz de transformação para repre sentar a translação............... ................ ......... 3-12 3.3 C OORDENADAS HOMOGÉNEAS .................. ............. ............. .............. ............. ............. .............. ......... 3-12 3.3.1 Introdução de componentes adicionais na matriz de transfo rmação ............ ........... ......... ............ 3-12 3.3.2 Transformações compostas - produtos de matri zes de tr ansformação ........ ............. ......... ............ 3-13 3.4 M ATRIZES DE TRANSFORMAÇÃO A 3 DIMENSÕES ............. .............. ............. ............. .............. ......... 3-15 3.4.1 Generali zação dos conceitos para 3 dimensões ........... ................ ............. ............... .............. ....... 3-15 3.4.2 Componente s da matriz de transfor mação................ ............. ............. .............. ............. ............. ... 3-15 3.4.3 Interpret ações do que significa a matri z de transformação.............. ................ ............... .............. 3-16 3.4.4 Pós-multipl icação e pré-mult iplicação de mat rizes de tr ansformação .......... ................ ............... . 3-18 3.4.5 Transformaç ões inversas . ............ ............. ............. .............. ............. ............. .............. ........... ....... 3-19 3.4.6 Grafos e equações de transformação ...... .......................... ............ .......................... .................. ..... 3-21 3.5 O RIENTAÇÃO E ÂNGULOS DE E ULER (RPY) ..... .............. ............. ............. .............. ............. ............. . 3-25 ii 3.5.1 A componente de orientação numa transfo rmação........... ............ .......................... .................. ..... 3-25 3.5.2 Formas de expres sar a orient ação ............ ............. .............. ............... .............. ............. .............. .. 3-26 4. CINEMÁTICA DIRECTA DE MANI PULADORES .......... ............... .............. ............... .............. ........... 4-2 4.1 C INEMÁTICA DE UM MANIPULADOR ............. ............. .............. ............. ............. .............. ............. ....... 4-2 4.1.1 Definição .. ............. .............. ............. ............. .............. ............. ............. .............. ......... ............. ....... 4-2 4.1.2 Espaço das junt as e espaço cart esiano ................ ............. .............. ............... .............. ............. ..... .. 4-2 4.1.3 O algoritmo da Cinemát ica Directa........ ............... .............. ............. ................ ............. ............. .. ... 4-3 4.2 P ARÂMETROS DE JUNTAS E ELOS ......... .............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ... 4-3 4.2.1 Eixo de uma j unta......... .............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ........ .... ........... 4-3 4.2.2 Os quatro parâmetros de e los e juntas.. ............. ............. ................ ............. ............. .............. ...... ... 4-4 4.2.3 Alguns exemplos de elos........ ............. ........... ............ .......................... ........... ........... ............ ........ ... 4-5 4.2.4 Os parâmet ros cinemátic os variáveis ................ ............... .............. ............. ................ ............. ..... .. 4-8 4.2.5 Transformação i-1 A i associada a um e lo ........ ....................................... ............ ............. ........... ....... 4-9 4.3 A TRIBUIÇÃO DE SISTEMAS DE COORDENADAS ............. ............. .............. ............. ............. ............. . 4-10 4.3.1 Exemplos simples de sistemas de coor denadas........... .......................... ............ ............. ........... ..... 4-10 4.3.2 Algoritmo de Denavit-Harte nberg .......... ............... .............. ............. ................ ............. ............. .. .4 - 1 3 4.3.3 Representação de De navit-Hartenber g para um PUMA de 6 DOF ..................... ................ ......... 4-13 4.4 E XEMPLOS DE CONSTRUÇÃO DA C INEMÁ TICA D IREC TA ...... ............. ............. .............. ............. ..... 4-14 4.4.1 Um manipulador a 5 DOF (Microbot Alpha II) ............. ...................... ............ ............. ........... ..... 4-14 4.4.2 Um manipulador do tipo SCARA (4 DOF) .......... ............. ............ ............................................ ..... 4-16 4.5 Â NGULOS FINAIS DE ORIENTAÇÃO EM FUNÇÃO DAS VARIÁVEIS DE JUNTA ............. ............. ....... 4-18 4.5.1 Comparação da matriz RPY ( φ , θ , ψ ) coma parte rotacional da matriz R T H .... .............. ............. ..... 4-18 4.5.2 Limitações de precisão e reformulação ................. ................ ............. ................ ............. ............. . 4 -19 4.5.3 Exemplo de aplicação a um manipulador com 2 DOF em 3 dim ensões. ................ ........... ............ 4-21 5. CINEMÁTICA INVE RSA ........... ............. ............. .............. ............. ............... .............. ............. ... ........ ..... 5-2 5.1 O P ROBLEMA .......... ............. ............. .............. ............. .............. ........... ............. ............. ............. ............ 5-2 5.1.1 Resolução para um manipulador RR no plano ........... ............... .............. ............... ................ ......... 5-2 5.1.2 Resolução para o manipulador RR a 3D .................. ............. ............. ................ ............. .............. .. 5- 3 5.1.3 Métodos e condições de ex istência de so luções. ........... ............. ........... ............ ............. ........... ....... 5-4 5.1.4 A redundância cinemática.................. ........... ............ ............. ............. ......... ............. .............. .. ....... 5-4 5.2 A LGORI TMO PARA UMA H EURÍ STICA DE C INEMÁTICA I NVERSA ............... ............. .............. ........... 5-6 5.3 R ECURSO A TRANSFORMAÇÕES INVERSAS E COMPARAÇÃO DOS ELEMENTOS MATRICIAIS .. ...... 5-7 5.4 S OLUÇÃO DE UMA EQUAÇÃO USUA L NO PROBLEMA DA CINEMÁTICA INVERSA ................ ........... 5-8 5.5 A LGUMAS SOLUÇÕES ANALÍTICAS PADRÃO ........... ............. .............. ............. ............. .............. ......... 5-8 5.5.1 Robot planar de 3 elos ...... .......................... ........... ............ ....................................... ........... ............ 5-9 5.5.2 Solução do braço antropomórfi co a 3 DOF ...... ............. ...................... ............ ...................... ....... 5-10 5.5.3 Solução do punho esférico ........... .......................... ........... ............ ................................. ......... .. ..... 5-12 5.5.4 Manipuladores com um punho esfé rico .......................... ...................... ............ ........... ........... ....... 5-1 4 6. CINEMÁTICA DIFER ENCIAL .............. ............. .............. ............... ............. .............. ............. ......... .. ..... 6-2 6.1 A PROBLEM ÁTICA ...... .............. ............. ............. .............. ............. ............. .............. ........... ............. ... .... 6-2 6.2 T RANSFORMAÇÕES DIFERENCIAIS .................. ........... .............. ............. ............. .............. ............. ....... 6-2 6.2.1 Concei tos ............. .............. ............. ............. .............. ........... ............. ............. .............. ........... ......... 6-2 6.2.2 Metodologia de utiliz ação ................ ............. ............ ............. ............. ......... ............. ............. .......... 6- 3 6.2.3 Exemplo numérico................. ............. .............. ............. ................ ............. ............. ............ ............. 6-4 6.3 O J ACOBIANO DE UM MANIPULADOR ............... .............. ............. ............. .............. ............. ........... ..... 6-5 6.3.1 Determinação do Jacobiano .......... ............. ................ ............. ............. ................ ............. ........ ...... 6-6 6.3.2 Jacobiano inverso .......... ........... ............ .......................... ........... ............ ................... ......... ........... ... 6-7 6.3.3 Recurso à pseudo-inversa .................. ........... ............ .......................... ......... ............. .............. .... ..... 6-9 6.4 S INGULARIDADES ........ .............. ............. ............. .............. ............. ............. ............ ............. ............. . .... 6-9 7. INTRODUÇÃO AO PLANEAMENTO DE TRAJ ECTÓRIAS ........... .......................... ......... ......... ..... 7-12 7.1 T IPOS DE MOVIMENTO ......... .............. ............. ............. .............. ............. ............. .............. ............. ..... 7-12 7.2 A BORDAGENS PARA PLANEAMENTO DE TRAJECTÓRIAS ............. ........... .............. ............. ............. . 7-12 7.3 P LANEAMENTO NAS JUNTAS ................. ............. .............. ............. ............. .............. ............. ........... ... 7-13 7.3.1 Função para a continuidade da vel ocidade .................. ............. ................ ............. ................ ....... 7-13 7.3.2 Planeamento nas juntas com pont os intermédios de passage m ............. ............. ...................... ..... 7-14 7.3.3 Alternat iva a polinómios de ordem supe rior................... .............. ............. ............... .............. ....... 7-1 5 7.4 P LANEAMENTO NO ESPAÇO OPERACIONAL ... ........... .............. ............. ............. .............. ............. ..... 7-17 iii 7.4.1 Princípi os .......... ............. .............. ............. ............. .............. ............... .............. ........... ............. ..... 7-17 7.4.2 Problemas no pl aneamento do espaço oper acional ... ............. ................ ............. ................ ......... 7-19 8. INTRODUÇÃO À VISÃO POR COMPUT ADOR.................... ............ ............................................ ....... 8-1 8. INTRODUÇÃO À VISÃO POR COMP UTADOR .................... ............ ................................. ........... ....... 8-1 I NTRODUÇÃO E GENERALIDADES ......... .............. ............. .............. ............. ............. ............. .............. ......... 8-2 Definição e áreas da v isão por computador A imagem digital Técnicas de i luminação G EOMETRI A DA F ORMAÇÃO DE I MAGEM .......... ............. ............. .............. ............. .............. ............. ....... 8-10 Transformação geométrica Calibração da câmara P ROCESSAMENTO A BAIXO NÍVEL ............. ............. .............. ............. ............. .............. ............. ............. ... 8-13 Relações entre os el ementos de imagem (pixels) Ferramentas para processamento espacial de imagem: filtros e t écnicas. A BORDAGEM A MÉDIO NÍVEL E MORFOLOGIA ...... .............. ............. ............. .............. ............. ............. ... 8-21 Operadores e operações morfol ógicas Segm entaç ão Enquadramento e objectivos da disciplina A designação robótica industria l surge do estudo dos manipulado res robóticos que são usualmente conhecidos por robots industriais . A disc iplina tem como principal o bjectivo o de dar formação sobre os princípios da manipulação robótica e a sua fundamentação matemática. Desse modo, não se aborda uma linguagem particular para a programação de robots indu striais, mas espera-se qu e, no final, um aluno c om aproveitamento e com conhecime ntos rudimentares de programação, consiga a prender e compreender uma qualquer l inguagem para programar man ipuladores. A disciplina en quadra-se no perí odo final de uma licenciatu ra com afinidade à automação, e pressupõe bons conhec imentos de álgebra e das gran dezas e conc eitos de mecânica, bem como uma r azoável capacidade de lidar co m objectos no espaço a três dimensões. Antes de entra r no ponto central do program a, que são a cinem ática directa, inversa e dife rencial, é dado um certo desta que a sistemas de coordenadas e t ransformações geométricas para permitir uma progressão mais sólida pe lo programa dentro. Em detrimento da estática e dinâ mica de ma nipuladores, que se reconhece ser de im portância muito relevante, nom eadamente para o control o, projecto e concepção de braços ro bóticos, optou-se por fazer uma introdução à visão por c omputador pelo fac to de tal área se apresentar c omo das mais importantes na robótica industrial actual. Igualmente consequência de sse cuidado é a relativ amente pequena dimen são da atenção dada ao planeamento de trajectória. Toda via, os fundamentos e métodos principais estão contemplados e asse gurados. Na componen te prática os alunos trabal harão em MatLab que se revela uma ferrame nta perfeitamente i ndicada para estas m atérias onde a mani pul ação de vectores e ma triz es é, a modo de dizer, obrigatória . Bibliografia Introduction t o Robotics – P. McKerrow, Addison-Wesley , 1993. Robotics: Control, S ensing, Vision, and Intelligence – K. Fu, R. Gonzalez, C . Lee, McGraw-Hill , 1987. Modeling and Control of Robot Manipulators – L. Sciavicco, B . Siciliano, McGraw -Hill , 1996. Robot Manipulators: Mathe matics, Programming, and Control – R. Pa ul, MIT Press , 1981. Introduction to Robotic s: Mechanics and Control – J. Craig, Addison-Wesl ey , 1989. Fundamentals of Robotics: Analisys & Control – R. J. Schill ing, Prentice-Hall , 1990. Industrial Ro botics: Technolog y, Programming, and Applications – M. P. Grover et al ., McGraw-Hill , 1986. Mechanics and Cont rol of Robots – K. Gupta, Springer Verlag , 1997. Industrial Ro botics Handboo k – V. Hunt, Industrial Press Inc. , 1983. Nota Este documen to não substitui a bibliografia. Trata-se de resumos, de c arácter não total mente completo e, por vez es, de densidade variável na abo rdagem dos diversos assuntos. Capítulo 1 Introdução Robótica Industrial – V. S antos Introdução 1-2 1. Introdução 1.1 Origem do t ermo 'robot' Em português há o termo al ternativo "robô". O term o eslavo Robota significa trabalhos forçados ou escravos, e teve a sua divulg ação numa peça de 1921 de Karel Č apek. Numa evolução do mito passando pelo sonho de Č apek (entre outros) até à ficção dos tempos correntes, o conceito de robot ou ser vo do homem tem ocu pado a mentalidade do ser humano. Um exemplo contemporâneo dessa realidade foi dado pelo grande c ontributo de Isaac Asimov, que che gou a definir as Leis da Robótica po r volta de 1950: 1ª Lei: Um robot não pode m altratar um ser humano, ou pela sua passividade deixar que um ser humano seja maltrat ado. 2ª Lei: Um robot deve obedec er às ordens dadas por um ser humano, excepto se entrarem em c onflito com a 1ª lei. 3ª Lei: Um robot deve proteger a sua própria existência desde que ess a protecção não entre em conf lito com a 1ª ou 2ª lei. 1.2 Algumas definições de Robot e Robóti ca Texto da FAQ comp.rob otics "Dispositivos elec tromecânicos pré-programáveis pa ra execução de uma variedade de funções." Dicionár io Webster: "Dispositivo a utomático que execut a funções normalmente at ribuídas a humanos ou uma máquina com a forma d e um humano." E SHED Roboti cs, 1984 "Um robot é um braço mecânico; um manipulador conc ebido para levar a cabo muitas tarefas dife rentes, e capaz de ser programado sucessivamente. Para levar a cabo as tarefas atribuí das, o robot move componentes, obj ectos, ferramentas e out ros dispositivos esp eciais por meio de movimentos e pontos pre-programado s." Em 1986, P. McKerr ow propôs para robot a seguinte definição: "Um robot é uma máquina que pode ser programada para f azer um a variedad e de tarefas, do mesmo modo que um computador é um circuit o electrónico qu e pode ser programado para fazer uma variedade de tarefas." McKerrow "Robótica é a disciplina que e nvolve: a) o projecto, construç ão, controlo e programação de robots; b) o uso de robots para resolver problemas; c ) o estudo dos processos de controlo, s ensores e algoritmos usados em humanos, animais e máquinas, e; d) a aplicação destes proc essos de controlo e destes algoritmos para o projec to de robots." The Robot In stitute of America “Um robot é manipulador multi-f uncional, programável, p rojectado para mover materiais, componentes, fe rramentas ou dispositiv os especiais através de moviment os programáveis variáveis para a execução de uma variedade de tarefas.” Standard Internatio nal ISO 8373:1994(E/F) : “Manipulating indus trial robot: Automat ically controlled, rep rogrammable multipurpose manipulator programmable in three or more axes, which may be either fixe d to place or Robótica Industrial – V. S antos Introdução 1-3 mobile, of us e in industrial automation applications. The robot includes - the manipulato r - the control system ( hardware and software) ” Usualmente o termo Robótic a emprega-se para indicar a discipl ina associada ao uso e progra mação de robots, e a expressão Engenharia Robótica é mais específico e refere-se à construção de robots e dispositivos robótico s. Nem todos os sistemas auto máticos são robots; os si stemas automáticos de funções fixas, como alguns brinquedos com mobili dade ou mesmo u ma máquina de Comando Numérico não são consideradas r obots. Para ter ess e est atut o, dev erá o d ispo siti vo te r uma ca pacidade de programação e, mais ainda, de alguma adaptação ao pr oblema prático. Claramente , um robot pr essupõe um sistema que inter age fisicamente pe lo movimento de cert as componentes me cânicas. 1.3 Classificação de robots 1.3.1 Gerações (c ronologi camente) 1ª- Robots executo res ( playback ) - repetem uma se quência de instruç ões pré-gravada c omo a pintura ou sold adura. 2ª- Robots controlados por sensores - possuem malhas fechadas de realimentação sensori al. Tomam decisões com base nos sensore s. 3ª- Robots controlados por visão - a malha fecha da de controlo inclui um sistema de visão (imagem que é processada) 4ª- Robots com contro lo adaptativo - o robo t pode reprogramar as s uas acções com base nos seus sensores. 5ª- Robots com in teligência ar tificial - usa té cnicas de inte ligência ar tificial para tomar as suas decisões e até resolv er problemas. 1.3.2 Nível de inteligência do controlador (pela JIRSA) Dispositivos manuais - operados por pessoas Robots de sequên cias fixas Robots de sequênc ias variáveis - onde o operador pode mudar a sequência com facilida de. Robots execut ores ( playback ) - onde o operador humano guia o rob ot a executar uma tarefa fixa. Robots controlados num ericamente - o operador fornece apenas o programa do movi mento, em vez de o ensinar man ualmente Robots inteligentes - percebem e interagem com altera ções no ambiente. 1.3.3 Nível de c ontrolo dos programas no controlador Inteligência ar tificial - instruções de alto nível que se rão decompostas pelo sistem a em funções de mais baixo nív el. Modo de controlo - os movi mentos do sis tema são m odelizados incluindo as interacções dinâmicas en tre os diferentes m ecanismos. As trajec tórias são planeadas à partida, bem como os pontos de c ontacto com os elementos a trabalhar (manipu lar). Deste modelo é formulada uma estratégia e os comandos de cont rolo são envia dos para próximo nível mais baixo. Servo-sistema - os actuadores controlam os parâm etros do dispositivo us ando os dados sensoriais nas malhas de controlo. 1.3.4 Linguagem de pr ogramaçã o Sistema guiados - O operador indica os movimentos que o robot deve fazer Programação a o nível do robot - O utilizador escreve um prog rama a especificar as sequências de movimentos qu e o robot terá de ex ecutar. Programação ao nível de tarefa - o programador especifi ca apenas as acçõe s a tomar sobre os objectos que o r obot manipulará. 1.4 Alguns marcos na hi stória da robótica 1801 – J. Jacqua rd inventou um tear programá vel 1959 – Primeiro robot comerci al introduzido pela Plan et Corporation. Era controlado po r fins- de-curso e excêntricos Robótica Industrial – V. S antos Introdução 1-4 1960 – Primeiro robot “Uni mate”. Princípios de contro lo nu mérico e actuadores hidrá ulicos. No ano segu inte foi instal ado na Ford. 1968 – Um robot móvel desenvolvido no Stanford Research Institute: “Shakey”. Câmara de vídeo e sens ores de contacto. 1971 – O braço de Stanford desenvolvido pela Univ ersidade de Stanfor d com actuação eléctrica. 1973 – Pr imeira linguag em de programação de robots: WAVE segu ida em 1974 pela linguagem AL. As duas deram lu gar mais tarde ao apare cimento da VAL, linguagem comercial da Unimati on 1978 – PUMA introdu zido pela Unimation 1979 – SCARA desenvolvido na Univerisdade de Yamanashi com introdução comerci al em 1981. 1981 – Robot com actuação directa (“di rect drive”) desenvolvido na CMU 1983 – Projecto para uma lin ha flexível de montagem automatizada com o uso de r obots. 1997 – A Honda anuncia o primei ro robot humanó ide que sobe escadas. 1.5 Os manipuladores robóticos 1.5.1 Robótica fixa versus robótica móvel As três categorias principais de robots são - Os manipul adores - robots industriais - Os veículos auto-guiados (AGV) - Os robots móveis As principais diferenças entre estas ca tegorias incidem nos seguinte s pontos: - Conheci mento contínuo da posição (verdade nos braços) , - Apl icações distintas (manipulação e transporte), - Nec essidade de percepção do ambie nte (crucial nos móveis), - ti po de programação usada (normalmente mais exi gente nos robot móveis). 1.5.2 Elementos principais de um ma nipulador (ou robot industrial) 1.5.2.1 Braço e punho (arm-wrist) O braço é a parte do manipulador que está normalme nte associada ao posicionamento (x, y, z) no espaço físico c artesiano, ou ope racional. O pu nho afecta essen cialmente a orien tação ( θ , φ , ψ ) da garra, pinça ou outros end-effector. Todavia, é muito comum que h aja efeitos cruzados – o br aço afectar també m a orientação e o pu nho afectar a posição cartesia na Estes componentes de um manipulador são consti tuídos por partes rígidas, o s elos ( links ), ligadas entre si pelas juntas ( joints ) El o El o Junta Figura 1.1 - Elo s e junta de um manipul ador 1.5.2.2 O controlador Unidade capaz de ger ar informação de activaç ão de um ou mais actuador es com base num algoritmo de controlo. Esse algoritmo pode l evar em linha de co nta o comando desejado, o es ta do corrente do actuador,

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