Braço Robótico-Aprendizagem

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CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA 
PAULA SOUZA 
FACULDADE DE TÉCNOLOGIA DE ITU 
“DOM AMAURY CASTANHO” 
 
 
 
HENRIQUE MACEDO NEGOCEKI 
LEONARDO COSTA 
VINICIUS ARMELIN LISBOA 
 
 
 
 
 
PROTÓTIPO DE BRAÇO ROBÓTICO ARTICULADO PARA APRENDIZADO 
DE CRIANÇAS E JOVENS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ITU 
Novembro/2019 
 
 
HENRIQUE MACEDO NEGOCEKI 
LEONARDO COSTA 
VINICIUS ARMELIN LISBOA 
 
 
 
 
 
 
PROTÓTIPO DE BRAÇO ROBÓTICO ARTICULADO PARA APRENDIZADO 
DE CRIANÇAS E JOVENS 
 
 
 
 
Trabalho de Graduação apresentado a 
Banca Examinadora da Faculdade de 
Técnologia de Itu “Dom Amaury 
Castanho”, como exigência parcial para 
conclusão do Curso de Técnologia em 
Mecatrônica Industrial, sob a orientação 
do professor Eduardo Lisboa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
ITU 
Novembro/2019 
 
 
HENRIQUE MACEDO NEGOCEKI 
LEONARDO COSTA 
VINICIUS ARMELIN LISBOA 
 
 
 
 
PROTÓTIPO DE BRAÇO ROBÓTICO ARTICULADO PARA APRENDIZADO 
DE CRIANÇAS E JOVENS 
 
 
 
Trabalho de Graduação apresentado a 
Banca Examinadora da Faculdade de 
Técnologia de Itu “Dom Amaury 
Castanho”, como exigência parcial para 
conclusão do Curso de Técnologia em 
Mecatrônica Industrial, sob a orientação 
do professor Eduardo Lisboa. 
 
 
 Aprovado em: 
 
 
Prof: 
 
 
Prof: 
 
 
Prof: 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
O Protótipo de Braço Robótico Articulado desenvolvido pelo grupo tem a 
como foco a seguinte questão: Como a automação pode contribuir para 
aprendizagem de crianças e jovens? 
O Protótipo tem como objetivo transmitir o conhecimento sobre as áreas 
da Mecânica, Eletrônica e Computação para as crianças e os jovens de todas 
as escolas, de forma a realiza-lo através de atividades práticas desenvolvidas 
em grupos ou até mesmo individuais, para isso, as crianças e os jovens 
poderão ter o contato direto com o Protótipo desenvolvendo atividades de 
programações, cálculos matemáticos e até análises físicas. Outra forma é a 
possibilidade de comanda-lo através do controle desenvolvido para controla-lo. 
O Protótipo foi desenvolvido com base no modelo de Braço Robótico 
Articulado ou Revoluto, sua configuração é conhecida como LRR. Seu modelo 
possui 3 graus de liberdade sendo o ultimo elo o local onde está fixado o Orgão 
Terminal o qual é um Eletroimã. Cada grau de liberdade possui 
respectivamente 180°, 90° e 270° aproximadamente, para poderem atuar. 
Foram utilizados motores de passo Nema 23 e 17 para a motorização 
das juntas onde acoplamos polias e correias dentadas para a transmissão dos 
movimentos. Toda a parte de controle e acionamento do Protótipo foi 
programada pelo Microcontrolador PIC18F4550. Durante a execução do 
Controle com os botões de acionamento, foi decidido deixar três botões 
disponíveis com o intuito de impulsionar os jovens a inovarem no protótipo, ou 
seja, desenvolverem uma nova programação onde esses botões não utilizados 
possam ser utilizados. 
Pode-se dizer que o protótipo está elaborado de forma a disponibilizar 
tanto melhorias como funções a serem aplicadas, para quem for ter o contato 
com o mesmo, tenha o interesse de realizá-las. 
 
Palavras Chave: Mecatrônica, automação, robótica, Educação. 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
The Articulated Robotic Arm Prototype developed by the group focuses on the 
following question: How can automation contribute to the learning of children 
and young people? The Prototype aims to transmit the knowledge on the areas 
of Mechanics, Electronics and Computing to children and young people of all 
schools, in order to realize it through practical activities developed in groups or 
even individual, for this, the Children and young people will have direct contact 
with the Prototype by developing programming activities, mathematical 
calculations and even physical analysis. Another way is the possibility of 
commanding it through the control developed to control it. The Prototype was 
developed based on the Articulated or Revoluto Robotic Arm model, its 
configuration is known as LRR. Its model has 3 degrees of freedom and the last 
link is the place where the terminal organ is fixed which is an electromagnet. 
Each degree of freedom has approximately 180 °, 90 ° and 270 ° respectively, 
to be able to act. Nema 23 and 17 stepper motors were used to drive the joints 
where we coupled pulleys and toothed belts for the transmission of movements. 
The entire control and drive part of the Prototype was programmed by the 
PIC18F4550 Microcontroller. During the execution of the Control with the 
pushbuttons, it was decided to make three buttons available in order to propel 
young people to innovate in the prototype, that is, to develop a new 
programming where these unused buttons can be used. It can be said that the 
prototype is designed to provide both improvements and functions to be 
applied, for those who have contact with it, have the interest to realize them. 
 
Keywords: Mechatronics, automation, robotics, Education. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
➢ Ilustração 1.: Sistema Mecânico Ativo .................................................... 18 
➢ Ilustração 2.: Sistema Mecânico Passivo ............................................... 18 
➢ Ilustração 3.: Sistema de Processo Industrial Automatizado .................. 22 
➢ Ilustração 4.: Classificação e Tipos de Automação ................................ 22 
➢ Ilustração 5.: Modelo de Automação Fixa .............................................. 23 
➢ Ilustração 6.: Modelo de Automação Programável ................................. 24 
➢ Ilustração 7.: Modelo de Automação Flexível ......................................... 24 
➢ Ilustração 8.: Sistema de Produção Automotivo Automatizado .............. 26 
➢ Ilustração 9.: Parte de Controle de um Sistema ..................................... 27 
➢ Ilustração 10.: Sensor Indutivo ............................................................... 28 
➢ Ilustração 11.: Sensor Capacitivo ........................................................... 28 
➢ Ilustração 12.: Sensor Magnético ........................................................... 28 
➢ Ilustração 13.: Sensor de Distância Ultrassonico ................................... 30 
➢ Ilustração 14.: Sensor de Proximidade ................................................... 31 
➢ Ilustração 15.: Sensor de Toque ............................................................ 31 
➢ Ilustração 16.: Primeiro Robô no Mundo – Televox ................................ 33 
➢ Ilustração 17.: Robô Unimate da Kawasaki ............................................ 34 
➢ Ilustração 18.: Modelo de Braço Robótico .............................................. 36 
➢ Ilustração 19.: Elos, Juntas e Base do Braço Robótico .......................... 39 
➢ Ilustração 20.: Microcontrolador PIC 18F4550 ....................................... 41 
➢ Ilustração 21.: Microcontrolador ATMega328 (Arduino) ......................... 41 
➢ Ilustração 22.: Movimentos Rotacionais do Punho no Braço Robotico .. 44 
➢ Ilustração 23.: Braço Robótico Cartesiano (LLL) .................................... 45 
➢ Ilustração 24.: Braço Robótico Esférico ou Polar (TRL) ......................... 45 
➢ Ilustração 25.: Braço Robótico Cilindrico (LVL) ...................................... 45 
➢ Ilustração 26.: Braço Robótico SCARA (VRL) ........................................ 45 
➢ Ilustração 27.: Braço Robótico Articulado ou Revoluto (LRR) ................ 46 
➢ Ilustração 28.: Braço Robótico Educacional LEGO Mindstorm (NXT) .... 50 
➢ Ilustração 29.: Placa com PIC18F4550 inferior ...................................... 53 
➢ Ilustração 30.: Placa do Controle inferior ................................................ 53 
➢ Ilustração 31.: Bobina e Rotor de um motor de passo ........................... 55 
➢ Ilustração 32.: Microcontrolador PIC18F4550 - Pinagem .......................58 
 
 
➢ Ilustração 33.: MOSFET IRF640N .......................................................... 59 
➢ Ilustração 34.: simbologia Chave Óptica ................................................ 60 
➢ Ilustração 35.: Circuito Chave Óptica ..................................................... 61 
➢ Ilustração 36.: Base ................................................................................ 62 
➢ Ilustração 37.: Suporte do Braço ............................................................ 62 
➢ Ilustração 38.: Braço............................................................................... 63 
➢ Ilustração 39.: Ante Braço ...................................................................... 63 
➢ Ilustração 40.: Suporte Atuador .............................................................. 64 
➢ Ilustração 41.: Polia e Correia Dentada .................................................. 66 
➢ Ilustração 42.: Montagem Final .............................................................. 69 
➢ Ilustração 43.: Montagem Final .............................................................. 69 
➢ Ilustração 44.: Esquema Eletronica de Controle .................................... 73 
➢ Ilustração 45.: Controle PCB .................................................................. 74 
➢ Ilustração 46.: PIC com Fonte PCB ........................................................ 74 
➢ Ilustração 47.: Fim de Curso PCB .......................................................... 74 
➢ Ilustração 48.: Fim de Curso PCB .......................................................... 74 
➢ Ilustração 49.: Chave Óptica PCB .......................................................... 75 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE IMAGENS 
➢ Imagem 1.: Motor de Passo NEMA 23 .................................................... 54 
➢ Imagem 2.: Motor de Passo NEMA 17 .................................................... 54 
➢ Imagem 3.: Drivers TB6560 ................................................................... 56 
➢ Imagem 4.: Microcontrolador PIC18F4550 .............................................. 57 
➢ Imagem 5.: Eletroimã .............................................................................. 59 
➢ Imagem 6.: Chave fim de curso .............................................................. 60 
➢ Imagem 7.: Fonte 24V ............................................................................. 61 
➢ Imagem 8.: Mancal 15mm ....................................................................... 64 
➢ Imagem 9.: Polia e Correia dentada ........................................................ 65 
➢ Imagem 10.: Rolamento 15 x 28 x 7........................................................ 67 
➢ Imagem 11.: Peças da Estrutura ............................................................. 69 
➢ Imagem 12.: Eixos de Fixação ................................................................ 70 
➢ Imagem 13.: Eixos das Juntas ................................................................ 70 
➢ Imagem 14.: Elo das Juntas .................................................................... 71 
➢ Imagem 15.: Elo da Base ........................................................................ 72 
➢ Imagem 16.: Braço Estruturado .............................................................. 72 
➢ Imagem 17.: Braço montado ao Suporte ................................................. 73 
➢ Imagem 18.: Placa de Controle ............................................................... 75 
➢ Imagem 19.: Placa do PIC18F4550 ........................................................ 75 
➢ Imagem 20.: Protótipo Braço Robótico.................................................... 76 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE QUADROS 
➢ Quadro 1.: ........................................................................................... 39 
➢ Quadro 2.: ........................................................................................... 42 
➢ Quadro 3.: ........................................................................................... 43 
➢ Quadro 4.: ........................................................................................... 47 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
Introdução ................................................................................................. 13 
CAPÍTULO I 
1. Mecatrônica: Definição ....................................................................... 16 
1.1. Mecatrônica e Automação ............................................................... 18 
1.2. Automação Industrial ....................................................................... 19 
1.2.1. Tipos de Automação ...................................................................... 22 
1.2.1.1. Automação Fixa .......................................................................... 23 
1.2.1.2. Automação Programável ............................................................ 23 
1.2.1.3. Automação Flexível ..................................................................... 24 
1.2.2. Automação e Mecanização ............................................................ 25 
1.2.3. Sistemas Automatizados .............................................................. 25 
1.2.3.1. Sistema Operacional .................................................................. 26 
1.2.3.2. Sistema de Controle .................................................................... 26 
1.2.4. Sensores na Automação ................................................................ 27 
1.2.4.1. Sensores na Robótica ................................................................ 28 
1.2.4.2. Sensores Próprioceptivos ......................................................... 30 
1.2.4.2.1. Sensor de Distância ................................................................. 30 
1.2.4.2.2. Sensor de Proximidade ............................................................ 30 
1.2.4.2.3. Sensor de Toque ...................................................................... 31 
1.2.4.3. Sensores na Educação ............................................................... 31 
1.3. A Robótica ........................................................................................ 32 
1.3.1. História ............................................................................................ 33 
1.3.2. Braço Robótico .............................................................................. 36 
1.3.2.1. Características do Braço Robótico ........................................... 37 
1.3.2.1.1. Motores .................................................................................... 38 
1.3.2.1.2. Elos e Juntas ............................................................................ 39 
1.3.2.1.3. Programação ............................................................................ 40 
1.3.2.1.4. Graus de Liberdade ................................................................. 42 
1.3.2.1.5. Configurações de Robô ........................................................... 44 
1.3.2.1.6. Orgão Terminal ........................................................................ 46 
1.3.2.1.7. Sistemas de Acionamentos ..................................................... 46 
1.3.2.1.8. Métodos de Acionamentos ...................................................... 48 
 
 
1.3.3. Impacto Social da Robótica .......................................................... 49 
1.3.4. Robótica na Educação ................................................................... 50 
 
CAPITULO II 
2.1. Projeto Eletrônico ............................................................................. 53 
2.2. Motor de Passo ................................................................................. 54 
2.2.1. Funcionamento do Motor de Passo .............................................54 
2.2.2. Dados Técnicos ............................................................................. 55 
2.3. Drivers TB6560 .................................................................................. 56 
2.3.1. Dados Técnicos ............................................................................. 56 
2.4. Microcontrolador PIC18F4550 .......................................................... 56 
2.4.1. Como usar o PIC ............................................................................ 57 
2.4.2. Pinagem ......................................................................................... 58 
2.4.3. Dados Técnicos ............................................................................. 58 
2.5. Eletroimã ........................................................................................... 58 
2.5.1. Dados Técnicos ............................................................................. 59 
2.6. MOSFET IRF640 ................................................................................ 59 
2.7. Chave Fim de Curso Mecânico ....................................................... 60 
2.8. Chave Óptica .................................................................................... 60 
2.9. Fonte .................................................................................................. 61 
2.9.1. Dados Técnicos ............................................................................. 61 
2.10. Projeto Mecanico ............................................................................ 61 
2.11. Mancal ............................................................................................. 64 
2.11.1. Dados Técnicos ............................................................................ 65 
2.12. Polia e Correia Dentada ................................................................. 65 
2.12.1. Dados Técnicos ........................................................................... 65 
2.13. Rolamento ....................................................................................... 66 
2.13.1. Dados Técnicos ........................................................................... 67 
2.14. Programação .................................................................................. 67 
 
CAPITULO III 
3.1. Projeto Mecânico .............................................................................. 69 
3.1.1. Usinagem ....................................................................................... 70 
3.1.2. Montagem ...................................................................................... 71 
 
 
3.1.2.1. ETAPA 1 ...................................................................................... 71 
3.1.2.2. ETAPA 2 ...................................................................................... 71 
3.1.2.3. ETAPA 3 ...................................................................................... 72 
3.1.2.4. ETAPA 4 ...................................................................................... 72 
3.2. Projeto Eletrônico ............................................................................. 73 
 
CAPITULO IV 
4.1. Testes ................................................................................................ 77 
4.2. Problemas e Falhas .......................................................................... 77 
4.3. Soluções ........................................................................................... 78 
4.4. Melhorias ........................................................................................... 79 
CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................................................................... 81 
REFERÊNCIAS ......................................................................................... 83 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
INTRODUÇÃO 
 
 
Atualmente, o conceito da indústria 4.0 tem se tornado mais presente. 
Nessa nova metodologia de produção, a automação industrial está substituindo 
quase tudo, favorecendo as tarefas mecânicas repetitivas. 
O processo de aperfeiçoamento tecnológico que milhares de indústrias 
retratam hoje, vem de grandes mudanças que aconteceram nas últimas 
décadas. No século XXI, novas formas de interação entre humano e máquina, 
facilitam não só novas formas para realização das tarefas que há nas 
indústrias, como também a velocidade de produção de entrega de mercadorias. 
Devido à automação industrial estar sendo muito utilizada nas empresas nos 
últimos anos, as produções tendem a aumentar cada vez mais, elevando os 
custos e minimizando falhas nas operações. Pode-se considerar a automação 
uma das principais áreas industriais que necessita de mais investimento e 
pesquisa. 
O avanço da tecnologia pode favorecer e ao mesmo tempo causar 
impacto para a sociedade. Muitos processos estão mudando, alguns robôs 
estão sendo criados para realizar tarefas por vontade própria, e isso pode tanto 
acarretar em uma melhor produção como também refletir no desemprego. 
Atualmente há milhares de empresas que utilizam de um braço robótico 
industrial para aperfeiçoar e garantir a automação necessária, oferecendo 
novos produtos para o consumidor final. Depender de um braço robótico 
industrial reforça a necessidade de investimento do setor para o futuro. 
Os braços robóticos estão em muitas áreas, tais como na indústria 
automobilística, em cirurgias, em caminhões de lixo, em poda de árvores, na 
construção de muros de tijolos, e na demolição dos mesmos. Desenvolvedores 
estão aprimorando o projeto para determinadas funções necessárias, visando a 
realização de cada trabalho proposto. 
Recentemente programas que disponibilizam o trabalho, o estudo 
teórico e prático com a robótica LEGO, tem sido implantados em algumas 
escolas particulares, porém até então ainda não foi visto o desenvolvimento 
 
14 
 
robótico industrial para aplicação nas escolas, o que de fato poderia transmitir a 
ideia e a noção de como funciona um robô industrial. 
O braço robótico controlado é muito utilizado em diversas funções 
industriais, sendo geralmente programado para determinadas funções com 
precisão. O custo do equipamento é bem alto se comparado com a mão-de-
obra humana. 
Se comparado com um braço humano possui a mesma fisiologia, pode 
ter as mesmas articulações, movimento do ombro, arco de articulação do 
cotovelo, pulso e garra. 
O mesmo foi pensado para trabalhar com movimentos mais complexos 
do que de um braço humano, pois, em um braço robótico a variedade de 
aplicações que podem ser inseridas como atuadores são tão diversas quanto 
uma mão. 
De acordo com o exposto anteriormente, surgiu a seguinte questão: 
Como a automação pode contribuir para aprendizagem de crianças e jovens? 
Com este trabalho, será desenvolvido um protótipo de um braço 
robótico, seguindo as informações introduzidas anteriormente seguindo então 
padrões técnicos para que as crianças e os jovens de hoje em dia possam 
entender o funcionamento do mesmo. 
Os objetivos específicos consistiram em: 
• Fazer a programação no PIC18F4550; 
• Desenvolver o protótipo (parte Mecânica) no Inventor; 
• Criar um joystick para controlar o braço; 
• Testar e validar o protótipo; 
Este trabalho justifica-se pela importância no manuseio de um braço 
robótico para o aprendizado de crianças e jovens, quanto ao futuro relacionado 
ao chão de fábrica de uma empresa 4.0. 
O braço robótico poderá ser capaz de se movimentar em 90° na vertical, 
180° na horizontal e aproximadamente 270° onde contém um eletroímã no topo 
do braço, tudo comandado por um controle desenvolvido com um layout fácil e 
pratico para que não haja dificuldade de entendimento da parte das crianças e 
jovens. Um programa que permitirá que o braço robótico se movimente como 
um braço humano, conforme comando e controlado porpush botton com maior 
 
15 
 
possibilidade de articulação e movimentação. O Braço Robótico é dotado de 3 
graus de liberdade. 
A segurança e aprendizado das crianças e jovens, se beneficiam em 
circunstâncias onde não há ameaças em seu local de estudo, mas sim 
aprendizado, experiência e conhecimento para ambos. 
O estudo nos mais variados requisitos, desenvolve o raciocínio lógico 
das crianças com programação em áreas mecânica e eletrônica, 
proporcionando experiência. Crianças e jovens aprendendo desde cedo que a 
maioria das indústrias atuais estão voltadas para a área da robótica, poderão 
se preparar para o futuro profissional, competindo em vagas de emprego 
disputadas. 
 
16 
 
CAPÍTULO I - BRAÇO ROBÓTICO PARA APRENDIZADO DE CRIANÇAS E 
JOVENS 
 
 
1. Mecatrônica: Definição 
 
A Mecatrônica consiste: “(...) em uma área interdisciplinar que combina a 
engenharia mecânica, engenharia eletrônica e as ciências da computação.” 
(SCHWEITZER, 1996 apud ROSÁRIO, 2005, p. 7). 
 
(...) na combinação das áreas de mecânica, controle, microeletrônica 
e ciências da computação, numa abordagem de engenharia 
concorrente com uma visão simultânea das possibilidades nas 
diferentes disciplinas envolvidas em contraste com as abordagens 
tradicionais que em geral tratam os problemas separadamente (VAN 
BRUSSEL, 1996 apud ROSÁRIO, 2005, p. 8) 
 
 
De certa forma uma disciplina depende da outra, por exemplo, temos casos 
em que a mecânica depende das partes de controle e microeletrônica, assim como 
em outros casos ambas dependem da mecânica, o que torna a Mecatrônica uma 
área completamente diversificada. 
 
(...) na combinação de mecânica e eletrônica, considerando as 
ciências da computação uma ferramenta integrante das engenharias, 
com o objetivo de melhoras a operação, aumentar a segurança e 
reduzir custos de maquinas e equipamentos. (SALMINEM, 1996 
apud ROSÁRIO, 2005, p.8) 
 
 
Quando são unidas as engenharias, mecânica e eletrônica, o que seria um 
simples sistema deficiente de alguma disciplina, se torna um sistema versátil com a 
atuação de diversas disciplinas, dessa forma, se usarmos um sistema produtivo 
como exemplo, pode-se afirmar que este sistema dificilmente apresentará falhas de 
forma a assegurar a segurança e a qualidade de tal produto, diminuindo a 
manutenção e o gasto com equipamentos, o que impactaria diretamente nos custos 
destas áreas. 
 
 
 
 
 
17 
 
(...) em uma filosofia de projeto, baseada na integração da 
microeletrônica, da computação e do controle em sistemas 
mecânicos, com o propósito de obter a melhor solução de projetos e 
produtos com certo grau de ‘inteligência’ e ‘flexibilidade’. (ACAR, DA 
UNIVERSIDADE DE LOUGHBOROUGH, NA INGLATERRA, 1996 
apud ROSÁRIO, 2005, p. 8) 
 
 
“A mecatrônica envolve a integração concorrente das áreas de mecânica, 
eletroeletrônica, ciência da computação e controle, devendo extrair o que há de mais 
adequado em cada uma das áreas.” (ROSÁRIO, 2005, p. 9) 
Segundo Rosário (2006) a Mecatrônica teve um grande impulso com o 
surgimento dos robôs, de fato, a robótica teve grande auxilio com o desenvolvimento 
dos microprocessadores, atuadores e sensores, com o intuito de combinarem todos 
em um único sistema. 
Com base em todos os estudos feitos sobre esta área, pode-se afirmar que o 
termo Mecatrônica já vem sendo utilizado desde o período pós Segunda GM. As 
indústrias daquela época passaram a pensar na questão da qualidade e da 
quantidade de seus produtos. Perceberam então, que o uso de recursos 
tecnológicos inovadores eram tão necessários quanto qualquer outra coisa, a fim de 
evoluir fortemente os setores de Manufatura da empresa. Quanto mais tecnologia 
inovadora, mais flexível se tornava um setor produtivo. 
De acordo com Rosário (2005, p. 2) “Os sistemas produtivos têm sido 
condicionados a assegurar competência em vista de um mercado crescente de 
exigências (...)”. 
Pesquisas apontam que na atualidade a corrida entre empresas com base à 
aquisição e manutenção da qualidade de seus produtos, pode ser considerada o 
ponto chave para que o mercado abrisse suas portas visando a entrada de novas 
tecnologias, tornando os processos cada vez mais flexíveis de acordo com as 
necessidades das mesmas. 
“Investimentos em tecnologia privilegiam a inovação como vantagem 
competitiva.” (ROSÁRIO, 2005, p. 3). Assim, o uso de novos componentes como, 
sensores, atuadores, circuitos integrados foram tornando-se completamente 
necessários nas indústrias. 
 
 
 
 
18 
 
1.1. Mecatrônica e Automação 
 
No ramo da Mecatrônica, a Mecânica e a Eletrônica atuam em conjunto com 
as linguagens de programação. Na eletrônica teve o surgimento dos circuitos 
integrados ou microprocessadores, conhecidos também como microcontroladores 
capazes de integrar qualquer sistema mecânico através das programações, pode-se 
dizer que através da eletrônica é possível realizar qualquer função mecânica, seja 
ela sistêmica ou humana, de certa forma, agilizando processos e garantindo maior 
qualidade e segurança, contudo, chegamos no termo Automação. 
O uso dos componentes tornou-se algo essencial para que um sistema 
mecatrônico pudesse funcionar de forma eficaz para as situações desejadas, pois 
qualquer que seja o sistema, independente de seus fatores de entrada, seus fatores 
de saída devem ser diversificados para abrangerem todos os tipos de atividades 
possíveis. 
Dentro da Mecatrônica existem dois termos um pouco semelhantes porem 
com um único diferencial, os termos são Sistemas Mecânicos Ativos e Sistemas 
Mecânicos Passivos. Uma vez que o sistema tenha a intervenção humana, o 
sistema já se torna passivo, de acordo com Rosário (2005, p.16) “(...) pode 
acontecer de um sistema mecatrônico passivo passar a executar uma nova função, 
nesse caso o sistema deve ser projetado e construído novamente. ” 
 
 
Ilustração 1. Sistema Mecânico Ativo Ilustração 2. Sistema Mecânico Passivo 
Fonte: https://slideplayer.com.br/slide/361566/, 2015 
 
https://slideplayer.com.br/slide/361566/
 
19 
 
 
Para muitos profissionais a mecatrônica surgiu com base nos robôs, por conta 
do funcionamento robótico, outras áreas foram sendo desenvolvidas, como sensores 
e atuadores, controle, entre outras. “O grande avanço na área da robótica somente 
foi possível com o surgimentos do microprocessador” (ROSÁRIO, 2005, p.7) 
 
A automação e a robotização, buscam em um primeiro desafio, 
eliminar a interferência do homem nos processos e produtos, 
resultando em produtos com melhor qualidade e processos com 
maior produtividade. (MAQUINAS NA ERA DA MANUFATURA 
AVANÇADA, p. 3) 
 
Dentro da Automação é sempre necessário estar se adaptando e se 
atualizando, as inovações que surgem durante o tempo, para cada nova situação 
sempre haverá uma inovação a se fazer. 
 
Inovar é fazer coisas diferentes ou de maneiras diferentes. É sair da 
rotina, é experimentar novas soluções ou mesmo formular outros 
problemas. É usar a criatividade para satisfazer necessidades não 
satisfeitas ou insuficientemente satisfeitas. (ROSÁRIO, 2005, p. 4). 
 
Pelo fato de conter tantas áreas interligadas, a Mecatrônica se tornou uma 
referencia para quem ainda esta decidindo em que se especializar. A junção da 
mecânica, com a eletrônica, com o controle programável e com a informática, fez 
com que surgissem novos setores industriais, novas vagas de emprego, novos 
cursos, novas especializações. 
“Os conceitos da mecatrônica podem ser empregados numa vasta gama de 
aplicações, como na Automação Industrial.” (ROSÁRIO , 2005, p. 4) 
 
1.2. Automação Industrial 
O surgimento da Automação deve-se pelo surgimento das tecnologias ao 
redor do mundo, com o desenvolvimento das áreas da mecânica, eletrônica e 
computação, foi capaz de desenvolver uma área voltada completamente para a 
Automação, a Mecatrônica. 
Desde muito tempo, segundo Fuentes (2016), a automação já vem 
acontecendo,desde os períodos pré-históricos quando o homem inventou a roda e 
até mesmo os moinhos de vento. De certa forma essas coisas foram sendo 
 
20 
 
aperfeiçoadas até que a automação começou a ter um alto destaque na sociedade 
no século XVIII, quando o homem já começa a ter uma certa evolução no modo de 
produção para poder produzir mais. Fuentes (2016) ainda relata que, já no século 
XIX chegaram a energia elétricas com o surgimento das usinas e o aço, o que 
impactou para o crescimento das industrias nos setores produtivos, comunicativos e 
transportadores. E já no século seguinte (XX), ocorre o surgimento dos 
computadores, servomecanismos, e controladores, coisas que até o século XXI 
ainda continuam se desenvolvendo. 
Segundo Rosário (2005, p. 5) “(...) a mecatrônica surgiu com o 
desenvolvimento dos robôs.” Contudo os robôs já são autômatos com uma historia 
relativamente longa, pois há relatos de um autômato que existiu em 2000a.C. Os 
robôs foram ter uma maior atenção no século XX durante as Revoluções Industriais. 
 Segundo Ayres (2007) o grande catalisador para os autômatos foi a 
Revolução Industrial, com ela foi capaz de desenvolver equipamentos e 
componentes capazes de estruturar dispositivos automáticos a fim de automatizar 
produções. O autor ressalta ainda que as produções em larga escala realizavam 
trabalhos repetitivos e pesados, com isso foram desenvolvidos equipamentos com 
ligamentos e juntas de forma linear para realizar esses serviços substituindo os 
braços e pernas. As Revoluções Industriais impactaram fortemente nas industrias, 
pois foi com suas modificações que o ser humano foi vendo a necessidade de se 
aperfeiçoar através do estudo ao ponto de poderem fazer parte das inovações feitas 
no ramo da industria. 
Com base na história industrial, o surgimento das maquinas já na primeira 
revolução industrial mostrou como seriam as coisas nos dias de hoje. Claramente, é 
visível que uma maquina hoje em dia é altamente necessária dentro de uma 
empresa. Com o passar do tempo o ser humano foi obrigado a se adaptar 
rapidamente as máquinas para não ficar para trás, ou seja, o mercado, a industria, 
exigiam cada vez mais uma boa qualificação das pessoas. 
Hoje, com a Industria 4.0 ou 4º Revolução Industrial, percebe-se que a cada 
Revolução Industrial, fica mais visível que o futuro será das maquinas, onde diversas 
atividades humanas serão substituídas por sistemas automatizados. 
A automação industrial de um sistema é um procedimento onde todas as 
tarefas realizadas por operadores manualmente nos setores produtivos, são 
 
21 
 
transferidas para conjuntos tecnológicos considerando que possa ocorrer eventos, a 
fim de manter a segurança e a qualidade. (BERTULUCCI, 2013). 
Com a automação industrial o objetivo é desenvolver mecanismos que 
possam produzir com melhor qualidade e menor custo. (BERTOLUCCI, 2013). 
A quantidade de melhorias que uma Automação Industrial pode transmitir 
para uma companhia, industria ou instituição é tão grande que para cada caso existe 
um tipo de Automação. O caso mais específico da Automação está relacionado aos 
setores produtivos, ou seja, sua função tem uma certa variação em relação a sua 
especialidade. 
Com a Automação Industrial pode-se aumentar a quantidade e a qualidade de 
produção, controlar a quantidade de matéria-prima utilizada nos setores da industria, 
garantir segurança para funcionários e até mesmo realizar trabalhos que 
manualmente não seriam capazes de ser realizados. (BERTOLUCCI, 2013) 
A automação industrial ocorre quando, através dos avanços tecnológicos 
adaptados àquele tipo de processo de fabricação, seja criado um produto e que 
ainda possa conectar as etapas utilizadas no processo garantindo assim um bom 
custo-benefício. (SILVA, 2019) 
Pode-se dizer que com a Automação podemos alcançar níveis altos de 
produtos e processos, as exigências de mercado, clientes, podem ser facilmente 
atendidas com a combinação das diversas áreas envolvidas dentro da automação. 
“(...) quando você automatiza seus processos industriais, pode coletar dados 
toda vez que precisa. Na verdade, você pode fazer isso sempre que um processo 
acontecer.” (AUTOMÇÃO DE PROCESSOS, p. 4). 
Os dados são obtidos de através de sinais emitidos por sensores, os quais 
correspondem a uma sequência de programação pré estabelecida capaz de gravar 
esses dados em memórias ou banco de dados a fim de serem usados como 
informações da industria. 
 
 
 
22 
 
 
Ilustração 3. Sistema de Processo Industrial Automatizado 
Fonte: https://blog.saipos.com/sistema-de-gestao-para-restaurantes-o-que-e-erp/ 
 
“Basicamente, a automação industrial pode ser dividida em duas modalidades 
quanto aos tipos de processos: processos da manufatura e processos contínuos.” 
(FUENTES, 2016, p. 17). Os processos de manufatura são aqueles responsáveis 
por realizarem um maio numero produtos, como por exemplo em industrias 
automobilísticas. O processo de manufatura é responsável por garantir a 
movimentação mecânica de todas as partes envolvidas no processo automatizado 
onde todas as maquinas funcionam em conjunto. Já um processo continuo é 
completamente ao contrario, onde um sistema depende do outro, portanto é um 
sistema menos dinâmico. Ainda sim existem industrias onde os dois processos 
atuam juntos, um exemplo são as industrias de bebidas. 
De fato a automação consiste em trocar os serviços humanos por 
componentes automatizados, sistemas de interfaces, robôs, sensores, entre outros, 
dessa forma é capaz de dividir alguns tipo de automação. 
 
1.2.1. Tipos de Automação 
 
 
Ilustração 4. Classificação e Tipos de Automação 
http://www.profelectro.info/tag/automacao-industrial/page/4/ 
http://www.profelectro.info/tag/automacao-industrial/page/4/
 
23 
 
Segundo a Fersiltec (2019), 
 
1.2.1.1. Automação Fixa: 
Este tipo de automação tem como característica a inflexibilidade de ser 
modificada, para ser modificada ela precisa de um novo projeto com novas funções. 
Uma vantagem deste tipo de automação é que reduz o custo do produto, aumenta a 
produtividade e garanti a eficiência do processo. 
“É utilizada quando o volume de produção dever ser muito elevado, e o 
equipamento é projetado adequadamente para produzir altas quantidades de um 
único produto (...)” (BAYER, 2011, p. 18) 
 
 
Ilustração 5. Modelo de Automação Fixa 
Fonte: https://fersiltec.com.br/blog/tipos-de-automacao-industrial-ideal-empresa/ 
 
1.2.1.2. Automação Programável: 
Uma automação programável é a ideal para um processo no qual serão feitos 
diferentes produtos, ou seja, a cada mudança de produto basta selecionar a troca de 
programa no controlador, porem o único problema neste tipo de automação é o 
tempo demandado para cada troca de programa, o que possui uma certa variação 
de acordo com o produto a ser feito. 
“Esse tipo de automação é utilizado quando o volume de produção de cada 
item é baixo.” (BAYER, 2011, p. 19) 
O item a ser fabricado pode ter uma certa variabilidade, pois não é o 
influenciador no processo, e sim como será feito, que por exemplo, os equipamentos 
usados neste tipo de processo são as maquinas CNC, capazes de memorizar 
programas para cada produto, ou seja, o equipamento é ligado diretamente com um 
outro setor da empresa por uma rede onde é transmitido todos os dados da maquina 
e através de um controlador é capaz de operar o equipamento a fim de controlar o 
que, quanto e quando produzirá algum produto. 
 
24 
 
 
Ilustração 6. Modelo de Automação Programável 
Fonte: https://sigga.com.br/blog/automacao-industrial/ 
 
1.2.1.3. Automação Flexível: 
Neste tipo de automação a combinação de códigos que podem ser 
controladas pelos operadores são bem diversas, com isso a possibilidade de 
programar uma produção com uma variedade maior de produtos sem perda de 
tempo com ajustes e setups é bem maior. 
“A automação flexível também é conhecidacomo sistema de Manufatura 
Integrada por Computador (CIM) e, em geral, parece ser mais indicado para o 
volume médio de produção.” (BAYER, 2011, p.19) 
Bayer ainda destaca que os equipamentos deste tipo de processo é capaz de 
desenvolver diversos modelos de produtos porem de forma mais limitada que no 
processo anterior. A sua diversificação não esta nos tipos de produtos e sim nas 
características do produto, como dimensões diferentes e materiais diferentes, e para 
manter o controle desse processo é tudo através de um computador central onde é 
capaz de monitorar toda a atividade do sistema. 
 
 
Ilustração 7. Modelo de Automação Flexível 
 
 
25 
 
1.2.2. Automação e Mecanização 
Segundo Bayer (2011), existe uma diferença entre esses dois aspectos mas 
no entanto estão interligados. A Mecanização consiste em substituir o trabalho do 
homem por maquinas mecanizadas. Já a automação alem de ter as maquinas como 
trabalhadoras, permite que as maquinas se autorregulem sem precisar do homem. 
Nas palavras de Fuentes (2016), a mecanização elimina os esforços físicos 
por maquinários capazes de realizar determinados trabalhos, já a automação, nada 
mais é do que a realização dos trabalhos com maquinas controladas 
automaticamente, assim elas próprias podem realizar suas correções, medições e 
até operação, sem que haja uma intervenção do homem. 
 
1.2.3. Sistemas Automatizados 
 
Os sistemas da Automação podem estar interligados dentro de um único 
processo ou podem ser diversos processos. Existem sistemas para setores 
produtivos, comerciais, controles e até transportes. Para que esses sistemas 
funcionem são usados componentes mecânicos, eletrônicos, pneumáticos, 
hidráulicos entre muitos outros dos quais são capazes de atuarem automaticamente 
em um sistema através de uma programação ou uma ligação. 
Os sistemas automatizados só foram introduzidos nos processos de produção 
das industrias quando percebeu-se a necessidade de produzir com maior precisão e 
maior velocidade. (GOMES, 2011) 
Os sistemas mais comuns utilizados na Automação são as linhas de 
produções movidas por esteiras. A forma continua e rápida deste tipo de processo 
torna o sistema dinâmico e preciso, a quantidade de tecnologia necessária para que 
este tipo de sistema funcione em perfeita sincronia as vezes é algo absurdo, pois o 
primeiro modelo deste sistema surgiu com Henry Ford em 1913, que de fato, 
naquela época o potencial tecnológico do mundo ainda não era tão abundante 
quanto hoje em dia, onde em conjunto com essas esteira já temos braços robóticos 
realizando tarefas braçais. 
 
 
26 
 
 
Ilustração 8. Sistema de produção automotivo automatizado 
Fonte: http://www.blsistemas.com.br/quais-sao-os-usos-da-automacao-industrial-no-brasil/ 
 
Cada vez mais os segmentos da área de produção industrial, como geração e 
distribuição de energia, transportes e armazenamento de materiais, entre outros, 
todos requerem o investimento de novos sistemas e máquinas automatizadas. 
(BERTOLUCCI, 2016). 
Os sistemas de processos no passado eram mais separados, cada sistema 
no seu lugar, porem com o passar do tempo, esses sistemas passaram a atuar em 
conjunto, a fim de otimizar todo o processo. Hoje o processo é dividido em duas 
partes, Operacional e Controle. 
Segundo Bertolucci (2016): 
 
1.2.3.1. Sistema Operacional: 
Esta parte do processo é ligada diretamente no sistema, pois é a junção de 
elementos que fazem com que as maquinas realizem as operações desejadas. Esta 
parte envolve elementos como, sensores, atuadores, pistões, motores e etc. 
 
1.2.3.2. Sistema de Controle: 
Nesta parte temos a aplicação do CLP. Até algum tempo ainda eram usados 
lógicas de relés, temporizadores, entre outros, hoje os CLPs são capazes de 
realizares todas essas funções, ligado diretamente em um computador industrial, o 
operador terá somente a necessidade de receber informações e enviar 
programações. 
 
27 
 
 
 Ilusrtação 9. Parte de Controle de um Sistema 
Fonte: https://www.citisystems.com.br/o-que-e-automacao-industrial/ 
 
1.2.4 Sensores da Automação 
 
Os sensores existem dois tipos, digitais e analógicos, os digitais com apenas 
dois tipos sinais, on e off, já os analógicos dependem da variação de tensão e 
corrente neles aplicada onde existirá um nível para que funcionem. O controle 
destes sensores muitas vezes são feitos em entradas e saídas de outros 
componentes da área da Eletrônica, podem ser acionado automaticamente através 
de programações ou mecanicamente através de um botão. 
 
Um sistema sensorial é também mais facilmente adaptável a uma 
maior variedade de tarefas, atingindo desta forma um maior grau de 
universalidade e que no limite se repercutirá em custos de produção 
e de manutenção menores. (QUERES, 2017, p. 224) 
 
 
Um sensor é um dispositivo capaz de fazer a detecção de objetos externos, 
no ambiente físico, e no mesmo instante, responder com eficiência para algumas 
entradas provenientes de um ambiente físico. (BERTOLUCCI, 2018) 
Seguindo a ideia de Bertolucci, o sensor funciona como nossos olhos e 
ouvidos e mãos, são basicamente representantes dos sentidos humanos no mundo 
da robótica. Através deles pode-se “dar vida” a um sistema automatizado, ou seja, o 
sistema funcionará sozinho onde suas ações serão baseadas em programações. 
 
Um sensor nem sempre tem as características elétricas necessárias 
para ser utilizado em um sistema de controle. Normalmente o sinal 
de saída deve ser manipulado e isso geralmente é realizado com um 
circuito de interface para produção de um sinal que possa ser lido 
pelo controlador. (Fuentes, 2016, p. 23) 
https://www.citisystems.com.br/o-que-e-automacao-industrial/
 
28 
 
1.2.4.1. Sensores na Robótica 
 
Existem alguns tipos de sensores bastante utilizados nas industrias e na 
robótica, como os sensores indutivos, capacitivos e até os magnéticos. 
De acordo com Fuentes (2016, p.24) os indutivos são os sensores capazes 
de captar a oscilação do campo magnético de qualquer material com a característica 
metálica sem a necessidade de que o material o toque. A oscilação do campo 
magnético faz com que o sensor ative seu sinal de saída. Já os capacitivos tem o 
mesmo principio porem possuem um acionamento diferente e podem captar 
qualquer tipo de material, o que faz com que o sensor acione e mande o sinal para a 
saída é a oscilação no dielétrico do sensor. E por fim os magnéticos que fazem a 
captação do campo magnético dos imãs acionando um contato NA na saída. 
 
 
Ilustração 10. Sensor Indutivo 
 
Ilustração 11. Sensor Capacitivo Ilustração 12. Sensor Magnético 
 
 
Sabe-se que os sensores são grandes emissores de sinais como forma de 
reconhecimento de alguma atividade dentro de um sistema automatizado. Para que 
o sistema funcione em perfeição, é necessário que os sensores estejam em perfeito 
funcionamento, pois qualquer sinal contrario ao correto pode acarretar em falhas no 
software ou hardware. 
 
O uso de sensores permite que um robô possa interagir com o 
ambiente que o rodeia, podendo percebê-lo através dos sensores e 
modificá-los por meio de atuadores. Isto não ocorre nas operações 
 
29 
 
pré-programadas onde um robô é projetado para realizar tarefas 
repetitivas por meio de um conjunto de funções programadas. 
(QUERES, 2017, p. 224) 
 
Segundo Rosário (2005, p.87) “Um bom entendimento dos princípios de 
funcionamento dos sensores é fundamental tanto para sua perfeita utilização como 
para a correta execução do projeto de dispositivos robóticos.” 
Ainda de acordo com Rosário (2005) pode-se separar esses sensores em 
dois grupos, proprioceptivos e heteroceptivos. Os Proprioceptivos são aqueles 
sensores capazes de monitorar a parte interna do sistema robótico, com eles é 
capaz de monitorar a angulação, o torque, a velocidade, o posicionamentos e até a 
velocidade linear das juntas, onde, ao monitorar todasessas variáveis é emitido um 
sinal para o controlador todo momento, para que o controlador possa corresponder 
no tempo certo. Já os Heteroceptivos são os sensores capazes de monitoras as 
atividades externas do robô, ou seja, esses sensores tem a capacidade de detectar 
o tipo de material e até mesmo uma pessoa, para essas ocasiões sensores como 
sensores capacitivos, indutivos ou até magnéticos são necessários, mas também 
podemos usar sensores de pressão e de níveis dependendo dos sistemas. 
Dentro dos Proprioceptivos tem-se alguns principais sensores utilizados em 
robótica, como por exemplo, Sensores de Força e Momento, Encoders, Sensores de 
Toque e de Proximidade e também Sensores de Posicionamento, Inércia e 
Distancia. 
De acordo com Ribeiro (2004) apud (QUERES, 2017) estes também podem 
ser classificados em dois tipo, Ativos e Passivos. Os Ativos são aqueles que emitem 
energia para o ambiente, como por exemplo sensores laser ou ultrassônicos. Já os 
Passivos são aqueles que recebem energia do ambiente, como por exemplo 
sensores ópticos ou de luminosidades como o fotoelétrico. 
 
Outra classificação agrupa os sensores pelo tipo de grandeza que 
avaliam. Assim, há sensores de distância (laser, ultrassom), 
sensores de posicionamento absoluto do robô (por exemplos 
sistemas de GPS), sensores ambientais (que indicam temperatura, 
umidade), sensores inerciais (que indicam componentes diferenciais 
da posição do robô como, por exemplo, aceleração ou velocidade) 
(RIBEIRO, 2004 apud QUERES, 2017, p. 228) 
 
 
 
 
30 
 
1.2.4.2. Sensores Proprioceptivos 
Os proprioceptivos como mencionado, tem a capacidade de emitir sinais de 
acordo com os comportamentos internos do robô, ou, funcionam em proporção as 
atividades externas do robô. 
Segundo Queres (2017) há vários sensores, tais como: 
 
1.2.4.2.1. Sensor de Distancia: 
Funciona por 3 modos, o primeiro é a emissão de um feixe de luz emitido a 
uma certa distancia e quando interferido, através de um calculo é dado a distancia 
do objeto interferente, o segundo funciona através da distorção do feixe de luz, ou 
seja quando houver diferença entre os feixes de luz a diferença será o valor da 
distancia, já o terceiro modo é um sinal ultrassônico, onde a distancia é calculada 
através da diferença entre a distancia do objeto que refletiu o som e a distancia total 
do som. 
 
 
Ilustração 13. Sensor de Distancia Ultrassônico 
https://www.dx.com/p/new-hc-sr04-ultrasonic-sensor-distance-measuring-module-3-3v-5v-
compatible-for-arduino-2062050.html#.XbX6hFVKjIU 
 
 
1.2.4.2.2. Sensor de Proximidade: 
O Sensor de proximidade é relativamente parecido com o de Distancia porem 
não tem a capacidade de calcular valores de distancia. Sua capacidade perceptiva 
de um objeto esta ligada com os Sensores Capacitivos, indutivos e infra-vermelhos. 
O sensor detecta o objeto através do campo magnético, caso seja capacitivo ou 
indutivo, emitido por ele fazendo com que o mesmo acione, ou seja qualquer 
alteração na capacitância ou detecção de um outro campo magnético o sensor 
detecta a presença do objeto. No caso do Infra-vermelho o sensor detecta o objeto 
no momento da interrupção do infra-vermelho emitido. 
https://www.dx.com/p/new-hc-sr04-ultrasonic-sensor-distance-measuring-module-3-3v-5v-compatible-for-arduino-2062050.html#.XbX6hFVKjIU
https://www.dx.com/p/new-hc-sr04-ultrasonic-sensor-distance-measuring-module-3-3v-5v-compatible-for-arduino-2062050.html#.XbX6hFVKjIU
 
31 
 
 
Ilustração 14. Sensores de Proximidade 
https://www.automacaor3.com.br/sensores-de-proximidade 
 
 
1.2.4.2.3. Sensor de Toque: 
Estes sensores funcionam quando o sensor ou o objeto encostam um no 
outro. Normalmente estes sensores estão localizados na ponta do mecanismo 
robótico, local que tem ação direta com os objetos. Existem situações em que são 
posicionados vários sensores de toques, como por exemplo, em garras, sua função 
é emitir um sinal permitindo o controle de força e velocidade de ação da garra. 
O sensores de toque possuem dois tipo, os binários, onde funcionam em 
forma de microinterruptores, e os analógicos, onde emitem informação em 
proporção á força aplicada, fazendo com que o mecanismo robótico possa entender 
o meio em que atua. 
 
 
Ilustração 15. Sensor de Toque 
 
 
1.2.4.3. Sensores na Educação 
Os sensores empregados na Educação são menos específicos com os 
utilizados na Industria, obviamente. Mas de certa forma, as características possuem 
certas semelhanças. 
https://www.automacaor3.com.br/sensores-de-proximidade
 
32 
 
No ramo educacional a robótica esta ligada diretamente com os kits LEGO, 
esses possuem sensores: infravermelhos, de rotação, de luz, de toque e até de 
visão. 
Segundo Rosário (2005), os kits educacionais da LEGO para robótica 
educacional funcionam de forma a ligar os conhecimentos do alunos tanto na área 
da robótica com o da informática, pois as programações utilizadas veem direto dos 
próprios softwares instalados para esses fins. 
 
1.3. A Robótica 
Assim como já foi mencionado algumas vezes neste trabalho, a robótica tem 
uma alta ligação com Automação. Por possuir um nível tecnológico extremamente 
alto nos dias de hoje, espera-se que sua área seja da mais sofisticada com relação 
as outras, exigindo um grau de conhecimento um tanto elevado. 
” A área de robótica é altamente multidisciplinar, ao abranger diversas áreas 
das engenharias, o que torna seu estudo tanto intrigante quanto complexo.” 
(CARRARA, 2015, p. 1) 
A robótica tem como característica a capacidade de unir diversas áreas, como 
mecânica, eletrônica e computação. Com o avanço tecnológico das mesmas, foi 
possível avançar com a robótica ao ponto de desenvolvimento de algoritmos para 
interfaces homem-maquina, que ainda segundo Carrara (2015) ajudou com o 
desenvolvimento de braços robóticos, os quais se tornaram eficazes no 
desenvolvimento de tarefas humana, capazes de realizar tarefas repetitivas com 
maior velocidade e qualidade, ajudando assim a saúde dos humanos e o setor 
produtivo das empresas, que passaram a usar os braços robóticos com maior 
frequência já que com o desenvolvimento de programações, o custo dos robos 
reduziram. 
Já que a finalidade da robótica é substituir o trabalho do ser humano, para 
que o sistema robótico funcione é necessário que haja um controle a distancia do 
mesmo, de modo a garantir a segurança dos operadores. 
Correia (2003) apud (SÍMPLICIO, 2016 p. ), destaca: 
 
Na maior parte dos casos, o manuseio do robô à distância é feito por 
meio de algum tipo de controle que pode ser feito principalmente por 
linguagem de programação, determinando a trajetória completa do 
robô de forma preestabelecida. 
 
33 
 
Para compreender melhor o uso da robótica na industria, na sociedade, é 
preciso entender também seu surgimento, afinal o termo robô é um assunto 
discutido a um tempo onde os filmes eram teatros. 
 
1.3.1. História 
Segundo Rosário (2005), Bayer (2011) e Carrara (2015) a robótica já existe 
desde inicio do século XX, quando sua primeira menção foi feita por Kapel Kapec, 
um novelista e escritor de uma peça teatral onde eram usados robôs com formas 
humanas em 1920. Seu termo originou-se da palavra tcheca Robota, cujo significado 
é o trabalho escravo. Quando traduzido para o inglês, neste caso, “Robot”, Asimov 
faz o uso da palavra em seu livro “Eu, Robo” de 1950, onde o termo robótica foi 
relacionado pela primeira vez para o estudo da ciência dos sistemas robóticos 
Os avanços tecnológicos que tiveram desde o inicio do século XX até os dias 
atuais, serviram de grande ajuda para o desenvolvimento da robótica. Muito se fala 
nela depois do surgimento do primeiro robô. 
Em 1924, surgiu o primeiro modelo de robô mecânico. Na época o engenheiro 
elétrico da Westinghouse, Roy J. Wensley, desenvolveu uma unidade de controle 
supervisionada. (AYRES, 2007). 
 
 
Ilustração 16. PrimeiroRobô do mundo – Televox 
 
Em sua pesquisa, Ayres destaca o surgimento do primeiro robô automático, 
criado por George Devol e Engelberg em 1954, com isso surgiu as primeiras ideias 
para o Unimate, primeiro robô industrial. Desde então o Unimate passou a ser uma 
referencia na área da robótica naquela época, o que fez com que industrias 
 
34 
 
automobilísticas investissem no modelo para suas linhas de produção, já que sua 
capacidade ia alem da de um ser humano, assim aumentando mais do que o dobro 
a produção. Empresas como General Motor, logo depois BMW, Mercedez Bens, 
Volvo, entre outras, passaram a utilizar o Unimate para serviços de solda o que 
ajudou tbm com a melhoria na saúde dos funcionários que trabalhavam naquela 
área. Engelberg ainda, com o propósito de expandir o robô para o mercado, fechou 
contrato com a Kawasaki, empresa japonesa localizada em Toquio, para a 
fabricação do Unimate. 
 
 
Ilustração 17. Robô Unimate da Kawasaki 
Fonte: https://robotics.kawasaki.com/en1/anniversary/history/history_02.html 
 
 
Seguindo a mesma ideia dos outros criadores, em 1981 , Takeo Kanade 
desenvolve o primeiro braço robótico com motores acoplados nas jutas para a 
realização de movimentos mais preciso, destaca Ayres (2007). 
A ideia do uso da robótica nas industriais surgiu com a finalidade de melhorar 
a saúde dos trabalhadores, aumentar a produtividade e a qualidade dos produtos, já 
que os robôs possuem seus graus de liberdade fazendo com que eles possam 
realizar tarefas que o homem não poderiam realizar e aplicarem forças que o 
homem também não teriam capacidade de aplicar, contudo, Rosário (2005) destaca, 
em 1940 foi estabelecido por Isaac Asimov as Leis da robótica: 
 
1ª Um robô não pode ferir um ser humano ou permanecer passivo 
deixando um ser humano exposto ao perigo; 
2ª Um robô deve obedecer as ordens dadas pelo ser humano, exceto 
se tais ordens estiverem em contradição com a primeira lei; 
3ª Um robô deve proteger sua existência na medida em que essa 
proteção não esteja em contradição com a primeira e segunda lei; 
https://robotics.kawasaki.com/en1/anniversary/history/history_02.html
 
35 
 
4ª Um robô não pode causar mal a humanidade e nem permitir que 
ela própria o faça; (lei criada por Asimov em 1984). 
 
 
Com base nas leis da robótica os seres humanos então passam a aplica-las 
em todos os projetos envolvendo robótica, logicamente com os uso dos 
componentes certos e programações correta usadas nos robôs, é lógico que as 
quatro leis serão obedecidas. Com as ligações corretas e a linguagem de 
programação exata, o uso de componentes representantes dos sentidos humanos 
podem exercer as ações feitas pelos humanos através de sensores. Com isso 
começam a surgir os robôs industriais, capazes de realizar atividades humanas 
repetitivas e perigosas nas linhas de produção. 
 
 Em 1963 a American Machine & Foundry Company (AMF), introduz 
no mercado uma versão de um robô comercial (Versatran). São 
desenvolvidos diversos projetos de braços para manipuladores, tais 
como o braço Roehampton e o braço Edinburgh. (ROSÁRIO 2005, 
p.144) 
 
Como mencionado acima, após o surgimentos dos braços robóticos, as 
industriais partiram para o ramo da automação para então introduzirem os mesmo 
nas linhas de produção já a fim de melhorar os processos. “Sem duvida a 
automação industrial foi e é um grande impulsionador da tecnologia de robótica” 
(ROSÁRIO 2005, p.145). 
Além da tecnologia de robótica, também impulsionou alguns pontos 
socialmente, o fato das industrias optarem pela mão de obra barata no passado, fez 
com que os representantes das industrias ao aplicar a robotização para automatizar 
processos pensassem nos gastos com mão de obra e nos gastos com a automação. 
Claramente a vantagem esta na automação, porem um dos pontos negativos da 
automação continua sendo o desemprego, e que só não aumentou ainda por conta 
de órgãos trabalhistas como o Sindicato dos trabalhadores, que com um grande 
poder social ainda impede que as empreses demitam seus funcionários a fim de 
substitui-los por máquinas, nessa situação, a empresa induz seus funcionários a 
melhoria de qualificação na mão de obra 
 
As características apresentadas pelos manipuladores robóticos 
podem ser usadas em conjunto para substituir o trabalho do homem 
em casos complicados e perigosos como operações em ambientes 
 
36 
 
hostis e prática de trabalhos repetitivos (CAMPBELL et al., 2008 
apud SIMPLÍCIO, 2016, p.91). 
 
Muitas atividades realizadas pelos humanos foram facilmente substituídas por 
elementos robóticos capazes de realizar uma e até mais tarefas humanas, como os 
braços robóticos, capazes de substituir até 100 funcionários dependendo da 
atividade. 
 
1.3.2. Braços Robóticos 
 
 
Ilustração 18. Modelo de Braço Robótico 
Fonte: https://www.istockphoto.com/br/foto/bra%C3%A7o-rob%C3%B3tico-
3drenderiza%C3%A7%C3%A3o-isolado-no-fundo-branco-gm904691400-
249485741 
 
O braço robótico é composto pelo braço e punho. O braço consiste 
de elementos denominados elos unidos por juntas de movimento 
relativo, onde são acoplados os acionadores para realizarem estes 
movimentos individualmente, dotados de capacidade sensorial, e 
instruídos por um sistema de controle. O braço é fixado à base por 
um lado e ao punho pelo outro. O punho consiste de várias juntas 
próximas entre si, unidas por elos compactos, que permitem a 
orientação do órgão terminal nas posições que correspondem à 
tarefa a ser realizada. Na extremidade do punho existe um órgão 
terminal (mão ou ferramenta) destinada a realizar a tarefa exigida 
pela aplicação. (GROOVER, 1988 apud CARRARA, 2015, p.8) 
 
Suas aplicações são das mais variadas possíveis, pois um braço robótico 
hoje em dia pode ser empregado em diversas áreas hoje em dia, desde áreas da 
medicina até áreas industriais (mais comum). Suas finalidades são as mais diversas 
que se pode imaginar, a forma como o braço ira atuar no sistema onde será 
empregado pode varias de ação para ação, hoje em dia a maioria dos braços 
funcionam realizando um movimento bastante comum chamado “pick and place” ou 
“escolher e colocar”. 
https://www.istockphoto.com/br/foto/bra%C3%A7o-rob%C3%B3tico-3drenderiza%C3%A7%C3%A3o-isolado-no-fundo-branco-gm904691400-249485741
https://www.istockphoto.com/br/foto/bra%C3%A7o-rob%C3%B3tico-3drenderiza%C3%A7%C3%A3o-isolado-no-fundo-branco-gm904691400-249485741
https://www.istockphoto.com/br/foto/bra%C3%A7o-rob%C3%B3tico-3drenderiza%C3%A7%C3%A3o-isolado-no-fundo-branco-gm904691400-249485741
 
37 
 
Segundo Bayer (2011), o uso da robótica pode haver vantagens quando 
inseridas no mercado, vatagens como: custo, pois o robô possui um vida útil longa o 
bastante para gerar lucros a uma empresa que no começo precisou gastar um alto 
valor para adquirir, melhoria na produtividade, pois o mesmo pode realizar tarefas 
com maior velocidade continuamente, melhoria na qualidade do produto, pois alem 
de realizar com maior velocidade as operações, o robô possui um nível de precisão 
melhor que o de um humano e no Gerenciamento de Produção, pois empresas 
manufaturadas totalmente dependente de serviços humanos impactam 
drasticamente na produção para o recolhimento dos dados produtivos, no caso de 
um automação nesses processos estes dados podem serem colhidos digitalmente, 
deixando o sistema automatizado e continuo. 
De acordo com sua definição, dependendo de suas programações, sensores 
e atuadores instalados, o material a ser pegado pode ser muito bem selecionado. 
Hoje com o grande número de sensores e atuadores existente no mercado a 
finalidade de um braço robótico pode variar bastante, podendo até ser empregado 
em um sistema onde ele poça automaticamente trocar seus atuadores. 
Segundo Bayer (2011) o Braço robótico depende de um controlador onde 
está localizado todos os componentes programáveis responsáveis pela atuação do 
braço e perto do controladoruma fonte de alimentação HV, para manter o 
controlador e o braço em funcionamento. Os componentes localizados no 
controlador são: Unidade Lógica de Comando, Interface de Programação, Interface 
Lógica, Unidade de Potencia, e um Transformador de Alimentação. 
No braço pode-se definir diversas características, desde a forma como vai 
atuar até a quantidade de vezes a fazer uma ação. Para isso é definido tipos de 
juntas, elos, para que possa ser estabelecido seu grau de liberdade e sua angulação 
de forma que não danifique suas partes. 
 
1.3.2.1. Características do Braço Robótico 
O Braço Robótico em si é composto por diversas partes, todas interligadas, 
assim como o braço do ser humano, o Braço Robótico necessita ter todos os seus 
ligamentos em seus definitivos lugares, para que funcione perfeitamente. 
Os manipuladores robóticos são compostos por membros conectados por 
juntas em uma cadeia cinemática aberta. As juntas podem ser rotativas (revolutas), 
o que permite somente movimentação entre dois membros (elos), ou podem ser 
 
38 
 
prismáticas (lineares), permitindo assim somente movimentações lineares relativas a 
dois membros. (COCOTA, 2005) 
Começando pela ponta do braço, temos o que chamamos de Efetuadores ou 
Atuadores, esses podem ser pontas de solda, câmeras, sensores ou no mais 
comum, garras, já que a finalidade do braço é pegar o objeto e movimenta-lo dentro 
do seu espaço de trabalho. Após a ponta do mesmo, os outros membros são as 
parte responsáveis pelo posicionamento do Atuador, responsáveis por definir a 
posição desejada do mesmo. Para que os membros do braço estejam em perfeita 
sintonia e ligação, é necessário um conjunto de peças que são os elos e as juntas. 
 
1.3.2.1.1. Motores: 
 
Os acionamentos são responsáveis por motores de passo ou servo motores. 
Segundo Santos (2007) o servo motores são componentes eletromecânicos 
que ao receber um sinal elétrico em sua entrada podem ter seu eixo posicionado em 
alguma posição angular, por conta disso o servo motor é bastante utilizado em 
robótica já que o movimento de seu eixo é bastante preciso, e por conta disso o 
mesmo é normalmente empregado no acionamento de garras robóticas. 
“(...) Os servos-motores podem ser considerados como sendo motores 
comandados em posição (angular ou linear), (...)” (CARRARA, 2015, p. 23). 
Diante disso, cabe ressaltar que enquanto o sinal permanecer na entrada, o 
motor manterá sua posição angular. Os Servos trabalham em modo trifásico onde 
através da frequência ajustada pelo sistema de controle, é possível se controlar a 
velocidade. 
Já o motor de passo, segundo Brites (2008), são componentes que 
transforma os sinais elétricos em movimentos mecânicos com pequenas variações 
angulares chamadas de passo, o passo esta diretamente ligado aos pulsos elétricos 
recebidos nas entradas, através da frequência de pulsos, o motor pode variar sua 
velocidade, já seu sentido de giro tem uma variação em relação a quantidade de 
pulsos recebidos. 
Segundo Carrara (2015) este motor possui: giro nos dois sentidos, variações 
incrementais de precisão angular, repetição exata dos movimentos, baixo torque e 
até possibilidade de controle digital. 
 
 
39 
 
Os motores de passo podem ser bipolares ou unipolares. Em ambos 
os casos as fontes utilizadas são de tensão contínua e requerem um 
circuito digital que produza as sequências de sinais para que o motor 
funcione corretamente. (CARRARA, 2015, p. 26) 
 
Nos motores unipolares são usados as quatro fases com tensão positiva, 
assim o retorno acontece por uma linha somente. Já o bipolares, atuam com duas 
fases, neste caso os pares de fases representam os dois sentidos de giro, dessa 
forma é necessário um chaveamento do tipo ponte H para que o mesmo faça a 
inversão da corrente mudando assim o sentido de giro do motor. 
Esses motores estão localizados nas juntas, entre os elos de ligação, são 
eles os responsáveis pelos movimentos do robô. 
 
1.3.2.1.2. Elos e Juntas: 
 
Ilustração 19. Elos, Juntas e Base do Braço Robótico 
Fonte: https://www.ime.usp.br/~adao/roboticaindustrial.pdf 
 
“Os elos são unidos por juntas motorizadas que lhes permitem um movimento 
relativo, com o acionamento monitorado pelo sistema de controle.” (BAYER, 2011, 
p.38) 
” Numa junta qualquer, o elo que estiver mais próximo da base é denominado 
elo de entrada. O elo de saída é aquele mais próximo do órgão terminal” 
(CARRARA, 2015, p.8) 
“Num braço mecânico antropomórfico (que se assemelha ao braço humano), 
os elos são denominados sequencialmente de base, braço e antebraço.” 
(CARRARA, 2015, p.8) 
A juntas do braço robótico é o elemento que define a quantidade de 
movimentos que aquela região do braço pode realizar, ou também conhecido como 
Graus de Liberdade do braço robótico. É por conta delas que o mesmo é capaz de 
 
40 
 
realizar uma quantidade maior de tarefas em pouco tempo em comparação com um 
ser humano. “(...), a maioria deles possui de três a seis eixos, os quais podem ser 
divididos em dois classes: eixo do corpo e eixo da extremidade do robô.” (ROSÁRIO, 
2006, p.154). 
Os eixos, ou juntas, são divididos de acordo com sua definição e sua 
característica em relação ao robô. A seguir, segue os tipos juntas: 
- Prismática ou Linear: move-se somente em linha reta; 
- Rotacional: Gira em torno de uma linha imaginária ou haste vertical e seus 
movimentos são semelhantes ao de uma dobradiça; 
- Esférica: funciona utilizando três juntas de rotação e permite movimentação 
em ter eixos distintos; 
- Cilíndrica: composta por uma junta prismática e outra rotacional; 
- Planar: sãos duas juntas prismáticas atuando em direções diferentes; 
- Fuso: Semelhante a junta prismática, ela funciona em uma única direção 
porem com rotação em função do eixo de fuso central. 
Segundo Carrara (2015, p.9) as juntas rotativas ainda podem atuar de acordo 
com a caracterização de seus elos, tanto de entrada como o de saída. São elas: 
- Rotativa de Torção: os elos de entrada e de saída têm a mesma direção do 
eixo de rotação da junta. (Elo de entrada – mais próximo da base; Elo de 
saída – mais perto do órgão terminal). 
- Rotativa Rotacional: os elos de entrada e de saída são perpendiculares ao 
eixo de rotação da junta. 
- Rotativa Resolvente: elo de entrada possui a mesma direção do eixo de 
rotação, mas o elo de saída é perpendicular a este. 
 
1.3.2.1.3. Programação: 
 
O braço robótico possui, além das juntas, elos e os seus tipo de atuadores, as 
partes eletrônicas, que também fazem parte do conjunto robótico. Com o avanço 
tecnológico da eletrônica, e da computação, foi possível desenvolver chips, 
microprocessadores, microcontroladores responsáveis por toda a parte programável 
do robô, o uso de softwares onde são capazes de memorizar bibliotecas e listas de 
funções que o robô possa executar tem se tornado bastante usual pois são capazes 
de fazer todas as funções que um computador antigamente seria responsável. 
 
41 
 
 
Ilustração 20. Microcontrolador PIC 18F4550 
http://newportcom.com.br/pic18f4550.html 
 
Ilustração 21. Microcontrolador ATMega328 (Arduino) 
https://www.filipeflop.com/produto/placa-uno-r3-cabo-usb-para-arduino/ 
 
Segundo Carrara (2015), as programações podem ser executadas de acordo 
com os tipos de dispositivos de entrada como por exemplo, joysticks, mouses, 
teclados, entre outros. Esses métodos de entrada são características de homem 
maquina, estes mandam sinais para os controladores os quais através da 
programação enviarão um sinal para os acionadores que realizam os movimentos do 
sistema robótico. 
São usados quatro tipos de programação, programação por aprendizagem; 
programação por linguagem textual; programação mecânica e programação de 
célula de trabalho. 
No quadro 1 a seguir, são apresentadas as descrições das programações: 
 
Quadro 1.: Tipos de Programações usadas na Robótica 
ProgramaçãoDescrição 
1º) Aprendizagem Esta programação é a mais utilizada pois é utilizada no 
método de ponto a ponto. Este método consiste numa 
programação capaz de memorizar um movimento e 
grava-lo como inicio, assim após gravar outras posições, 
é possível programar o robô para que o mesmo execute 
as posições de um ponto ao outro. Este tipo de 
programação depende de um joystick onde o mesmo 
envia sinais para o controlador par que este possa 
transmitir o sinal para os acionadores. O Joystick é 
dotado de botões direcionais e botões que podem 
memorizar a posições (ângulos e o deslocamento) das 
juntas. O fato desta programação permitir a memorização 
de pontos de posições, permite com que o controle possa 
comandar o robô de ponto a ponto, marcando um inicio e 
http://newportcom.com.br/pic18f4550.html
https://www.filipeflop.com/produto/placa-uno-r3-cabo-usb-para-arduino/
 
42 
 
um fim de uma trajetória. Com isso o robô é capaz de 
realizar curva e mudanças de direções com facilidade. 
Uma das vantagens desta programação é que esta 
programação pode ser realizada até com carga o que 
aumenta a precisão dos movimentos porem uma das 
desvantagens é a parada nos movimentos para realizar 
alguma mudança na programação. 
2º) Linguagem Textual Esta programação esta relacionada com o uma 
programação codificada onde os códigos são palavras na 
língua inglesa. Cada código corresponde a uma ação de 
alguma junta. Todos as programações dos robôs são 
desenvolvidas com este tipo de programação. 
Nesta programação, uma linha de código só é realizada 
após o término de uma outra linha. 
3º) Mecânica A Programação Mecânica é mais utilizada em operações 
simples. São utilizados atuadores pneumáticos para 
realização dos trabalhos os quais correspondem a sinais 
de chaves de fim de curso e até chaves – elétricas. É um 
tipo de programação utilizada normalmente em sistemas 
fixos. 
4º) Célula de Trabalho Esta forma de programação permite que o próprio 
controlador realize as funções programadas para serem 
executadas. Sua forma de corresponder as atuações do 
manipulador esta ligada aos sensores que captam 
informações externas e emitem sinais para o controlador 
fazendo com que o acionador realize o trabalho, por conta 
dessa automatização esta programação pode ser 
adaptada a diversos tipos de produtos e processos. 
Fonte: Adaptado de Carrara (2015) por Costa, Macedo e Armelim (2019) 
 
1.3.2.1.4. Graus de Liberdade: 
 
Os Graus de Liberdade conceituam a quantidade de movimentos que uma 
junta do braço robótico é capaz de fazer em seu espaço bidimencional ou 
tridimencional, ou seja, dependendo da quantidade de eixos dimencionais que a 
junta se movimenta define a quantidade de Graus de Liberdade dela, que pode ir de 
uma a três graus. “Cada junta define um ou dois graus de liberdade, e, assim, o 
número de graus de liberdade do robô é igual à somatória dos graus de liberdade de 
suas juntas.” (CARRARA, 2015, p.10). Ele ainda destaca que o Grau de Liberdade 
está interligado com a quantidade de variáveis posicionais independentes que 
definem as posições de cada parte de forma única. 
Segundo Fu, 1987 apud (CARRARA, 2015), as juntas usadas nos braços 
responsáveis pela junção dos elos de ligação, podem ser rotativas, prismáticas, 
cilíndricas, esféricas, de parafusos e planares. 
Carrara (2015) destaca alguns modelos de juntas como: 
 
43 
 
• A junta prismática ou linear move-se em linha reta. São compostas de duas 
hastes que deslizam entre si; 
• A junta rotacional gira em torno de uma linha imaginária estacionária 
chamada de eixo de rotação. Ela gira como uma cadeira giratória e abrem 
e fecham como uma dobradiça; 
• A junta esférica funciona com a combinação de três juntas de rotação, e 
permite rotações em torno de três eixos distintos; 
• A junta cilíndrica é composta por duas juntas, uma rotacional e uma 
prismática; 
• A junta planar é composta por duas juntas prismáticas, e realiza 
movimentos em duas direções; 
• A junta tipo fuso ou parafuso é constituída de um parafuso e uma rosca que 
executa um movimento semelhante ao da junta prismática, porém, com 
movimento de rotação no eixo central (movimento do parafuso). 
 
Os movimentos robóticos podem ser separados em movimentos do 
braço e do punho. Em geral os braços são dotados de três 
acionadores e uma configuração 3GL, numa configuração que 
permita que o órgão terminal alcance um ponto qualquer dentro de 
um espaço limitado ao redor do braço. (CARRARA, 2015, p.10) 
 
O Braço possui 3 tipos de movimentos, o qual ele está limitado a realizar 
dentro de seu espaço geométrico, são eles: 
 
• Vertical Transversal: o punho se movimenta para cima e para baixo 
• Rotacional Transversal: o punho se movimento para direita e para 
esquerda. 
• Radial Transversal: o punho se aproxima ou se afasta. 
 
O punho pode conter de dois a três graus de liberdade, contudo, realizando 
seus movimentos em demasia ao serem acionadas para que o órgão terminal não 
se mova. Os movimentos são três, são eles: 
 
• Roll (rolamento): rotação em torno do braço. 
• Pitch (Arfagem): rotação para cima e para baixo. 
 
44 
 
• Yaw: (Guinada): rotação para direita e para esquerda. 
 
 
Ilustração 22. Movimentos Rotacionais do Punho no Braço Robotico 
 
1.3.2.1.5. Configurações de Robo: 
 
“Em resumo, a base sustenta o corpo, que movimenta o braço, que posiciona 
o punho, que orienta o orgão terminal, que executa a ação.” (CARRARA, 2015, p.14) 
A Base é o começo do robô, é a parte que irá sustentar o braço e todo o 
conjunto robótico, podendo ser fixada em diversos locais, definindo então seu 
espaço de trabalho. Preso na base temos o braço, é a parte do robô responsável por 
mover o atuador (garras, pistões, pinças, etc.), o braço pode realizar movimentos 
com até 3 graus de liberdade, como mostrado anteriormente (Roll, Pitch, Yaw), 
através desses movimentos, é capaz definir o sentido de ação do atuador localizado 
na região do punho do braço, que de acordo com Carrara (2015), o punho é dotado 
de movimentos destinados a orientar (apontar) o órgão terminal, o qual não faz parte 
da anatomia do braço mas é o que determinara a ação no sistema. 
Carrara (2015) ainda destaca que as juntas dos Robôs possuem 
características quanto ao seu tipo de movimentação descrevendo-as com letras: T 
para Torcional e R para Rotacional. A quantidade de letras e a quantidade de cada 
letra vai determinar a quantidade de juntas utilizadas em cada cadeia de elo. Essa 
configuração serve tanto para a base como para os braços e para o punho 
 
Quadro 2. – Esquema de notação para designar configurações de robôs 
Configuração do Robô – Braço e Corpo Símbolos 
Configuração Cartesiana L L L 
 
45 
 
Configuração Cilindrica L V L 
Configuração Articulada ou Revoluta L R R 
Configuração Esférica T R L 
Configuração SCARA V R L 
Fonte: Adaptado de Carrara (2015) por Costa, Macedo e Armelim (2019) 
 
Quadro 3. – Esquema de notação para designar configurações do pulso 
Configuração do Robô - Punho Símbolos 
Configuração Punho de 2 Eixos R T 
Configuração Punho de 3 Eixos T R T 
Fonte: Adaptado de Carrara (2015) por Costa, Macedo e Armelim (2019) 
 
 
 
Ilustração 23. Braço Robótico Cartesiano (LLL) Ilustração 24. Braço Robótico 
Esférico ou Polar(TRL) 
 
 
 
Ilustração 25. Braço Robótico Cilindrico (LVL) Ilustração 26. Braço Robótico 
SCARA(VRL) 
 
46 
 
 
 
Ilustração 27. Braço Robótico Articulado ou Revoluto (LRR) 
 
A configuração usada no desenvolvimento dos Robôs definem suas formas 
de atuar e onde podem atuar. Com isso é capaz de separa-los em modelos que hoje 
são desenvolvidos até mesmo pelas industrias. 
 
1.3.2.1.6. Orgão Terminal: 
 
“Na robótica, o termo órgão terminal é usado para descrever a mão ou 
ferramenta que está conectada ao pulso” (GROOVER, 1988 apud CARRARA, 2015, 
p.18). 
O orgão terminal tende a ser uma das partes mais delicadas do projeto, poisdepende somente dele o que o braço robótico ira agarrar, o que só é possível 
detectar através de sensores ligados diretamente no órgão. Seus atuadores podem 
ser: Garras com dois ou mais dedos, Imãs ou Eletroimãs, Ventosas, ganchos e até 
colheres. 
“O órgão terminal é o responsável por realizar a manipulação de objetos em 
diferentes tamanhos, formas e materiais, porém esta manipulação depende da 
aplicação ao qual se destina.” (CARRARA, 2015, p.19). 
 
1.3.2.1.7. Sistemas de Acionamentos: 
 
Os sistemas de acionamentos segundo Groover (1988) apud (Carrara, 2015), 
são responsáveis pelos movimentos e desempenhos das juntas do robô. Seus 
acionamentos podem ser elétricos, hidráulicos e pneumáticos. 
 
47 
 
 
Os atuadores hidráulicos possuem torque e velocidade de resposta 
sendo adequados para atuar com cargas pesadas. (...) Os atuadores 
pneumáticos são mais baratos e simples, mas não podem ser 
controlados com precisão. Atualmente os motores elétricos, CA e 
CC, por serem mais acessíveis e silenciosos, são os mais atrativos 
para serem empregados em robótica. (ENGELBERGER, 1995 apud 
ROSÁRIO, 2005, p.164). 
 
Carrara (2015) descreve sobre os acionamentos hidráulicos, pneumáticos e 
elétricos: 
 
• Acionamento Hidráulico: 
Este tipo de acionamento depende de motores, cilindros, bombas, tanques e 
válvulas. Os motores mais usados são os motores de palhetas de engrenagens e de 
lóbulos. A característica principal deste acionamento, por depender desse tipos de 
componentes, é que é vantajoso é sistemas onde a carga a ser conduzida é muito 
pesada, ou seja o motor da junta responsável pelo acionamento da mesma, 
necessita de um alto torque. 
O problema em relação a esse método é que sua precisão não é tão boa 
quanto a dos motores elétricos é um tipo acionamento que possui um custo elevado 
em relação aos outros pois necessita de componentes para os cuidados do fluido 
hidráulico mais o custo com manutenção por conta de vazamentos. 
 
• Acionamento Pneumático: 
Neste modelo de acionamento percebe-se que há uma certa semelhança com 
o modelo hidráulico, porem o que difere um do outro é o fato de que o acionamento 
pneumático possuir somente uma velocidade maior, pois sua precisão e torque são 
inferiores aos outros. Por este motivo, este tipo de acionamento costuma atuar de 
forma totalmente recolhida ou totalmente estendida. Suas funções podem ser 
separaçã ode peças, fixação de componentes e até mesmo movimentação de 
materiais. 
O acionamento pneumático por ser um método simples, é mais utilizado em 
automação fixa do que programável, por conta de suas limitações quanto a mudança 
de tarefas. Este acionamento pode ser controlado, por chaves fim - de - curso ou até 
mesmo PLC. 
 
48 
 
 
• Acionamento Elétrico: 
Este método de acionamento depende de motores DC, Servo motores e 
Motores de Passo. Como já mencionado antes, estes motores possuem um baixo 
índice de velocidade e torque, porem a precisão no controle dos mesmos são 
elevadas em comparação aos hidráulicos e pneumáticos. 
Para a obtenção de mais torque, acoplado nos motores temos os redutores, 
quanto mais torque maior o custo do motor. O Redutor vai fazer com que o motor 
perca em velocidade e ganhe em torque, porem uma vez que diminui um para 
aumentar o outros, gera problemas par alguns processos industriais onde se 
necessita de velocidade e potencia para a realização de tarefas contínuas, de modo 
que a linha não pare. 
Os motores elétricos pode-se dizer que se relaciona melhor com braços 
robóticos pequenos e médios quando que os hidráulicos se identificam melhor com 
os grandes que necessitam de mais torque. 
Segundo Rosário (2005) os sistemas de acionamentos estão ligados 
diretamente com a parte de controle do braço robótico. Para controlar o acionamento 
dos atuadores, existem dois tipos: servo controlados e não servo controlados. 
Os Não Servo Controlados são dotados de chaves no final do curso de cada 
junta. Essas chaves determinam o final ou o inicio do curso, por tanto o robô só é 
acionado no momento em que é identificado o posicionamento da junta em relação a 
chave, neste caso o controlador não tem ação nenhuma sobre o acionamento. 
Já os Servo Controlados utilizam de sensores internos (ou proprioceptivos) 
para identificarem a posição final de cada eixo, assim emitindo um sinal para o 
controlador, que ao receber o sinal tem a capacidade de controlar a velocidade de 
atuação do eixo, fazendo com que o robô possa atuar em diversas velocidade e 
parar na posição em que o sensor identificar. 
 
1.3.2.1.8. Métodos de Acionamentos 
 
Segundo Groover (1988) apud (CARRARA, 2015) em alguns casos os 
atuadores elétricos tendem a ser mais pesados que os hidráulicos e pneumáticos, 
por conta disso dificulta sua colocação diretamente nas juntas do braço robótico, 
neste caso o atuador é posicionado separado da junta usando meios de transmissão 
 
49 
 
para o acionamento, com isso pode-se separar os métodos de acionamentos em 
Diretos e Indiretos, detalhados no quadro a seguir: 
 
Quadro 4.: Métodos de Acionamentos usados na robótica 
Acionamento Descrição 
Acionamento Direto Neste método, ao atuador é fixado diretamente no elo motor do 
braço, ou seja, acionamento direto. Com isso a precisão e o 
rendimento do motor é melhor, porem como são motores 
elétricos não possuem um torque elevado, o que torna 
necessário o uso de redutores a fim de diminuir a velocidade e 
aumentar o torque. 
Acionamento Indireto No Acionamento indireto, já existe uma enorme diferença, pois 
este acionamento é para casos em que o motor elétrico possui 
um peso elevado em relação ao elo, dificultando o rendimento 
de movimentação do braço, com isso o acionador é acoplado 
separadamente da junta, ou seja, acionamento indireto. Por 
conta do acoplamento separado, este método funciona através 
de transmissões de Correrias, Engrenagens, Rodas dentadas, 
Polias, entre outros. 
O único problema em relação a este método de acionamento, 
é que por conta do uso de sistemas de transmissões, o 
desempenho do braço robótico cai por conta de 
escorregamentos na polia, flexão de vínculos e até folgas das 
engrenagens. 
Fonte: COSTA, MACEDO e ARMELIM, com base nos dados de Carrara (2015) 
 
1.3.3. Impacto Social da Robótica 
Como visto antes a Robótica possui dentro de sua área, diversos modelos de 
atuação. De acordo com suas configurações pode-se desenvolver uma variedade 
enorme de programações de funções a serem executadas, em vários níveis, desde 
os níveis mais sofisticados, utilizados em industrias até os mais básicos, utilizados 
em escolas técnicas como meio de ensino. 
O avanço tecnológico que esta área vem tendo desde o surgimento da 
Industria e da necessidade de Automação, alavancou diversas áreas de industria 
onde cada uma esta interligada com a outra. Nos dias atuais já não se fala de 
Mecânica sem falar da Eletrônica, até porque com o avanço tecnológico foi capaz de 
desenvolver sistemas onde estas duas áreas trabalham juntos, ainda sem 
mencionar a área da computação. Através disso, foram desenvolvidas cursos em 
faculdade e escola técnicas com a finalidade de ensinar e preparar o ser humano 
para estas áreas. 
 
50 
 
Atualmente dentro destes cursos técnicos, a variedade de conteúdo 
envolvendo mecânica, eletrônica e computação não é pouco, mas cabe ao ser 
humano definir em qual área atuar. 
Segundo Rosário (2005) o impacto social da robótica na industria acarretou em 
um alto nível de desemprego pois os braços robóticos com o passar dos anos foi 
ficando mais barato, o que fez com que a industria não pensasse duas vezes em 
optar pela trocar do trabalho manual pelo trabalho automatizado, já que o mesmo 
realizava as mesmas tarefas 24h por dia de domingo a domingo e com produtos em 
alta qualidade. Diante disso a mobilização que os órgãos trabalhistas e do governo 
deveriam ter a fim de impedir o desemprego seria a implantaçãode programas 
educacionais para os mesmo para que possam acompanhar o desenvolvimento 
industrial para que não fiquem para trás. 
 
1.3.4. Robótica na Educação 
Silva (2016) destaca o uso da robótica em escolas publicas onde a aplicação 
de tecnologia é muito baixa. Ela faz menção aos projetos utilizados por professores 
e até atuante de áreas envolvendo robótica com aplicação de robôs da Lego 
Mindstorm, o qual foi desenvolvido especialmente para aplicação escolar. 
Em comparação o Kit LEGO Mindstorm pode ser facilmente comparado com o 
arduino. Em meio ao ambiente pedagógico, ambos posssuem facilidade de 
aplicação para o desenvolvimento de práticas disciplinares, tanto para quem 
entendo ou não de programação e eletrônica. 
 
 
 
Ilustração 28. Braço Robótico Educacional LEGO Mindstorm (NXT) 
https://lugbrasil.com/forum/index.php?topic=6363.0 
 
 
https://lugbrasil.com/forum/index.php?topic=6363.0
 
51 
 
Analisando os projetos mencionados por Silva (2016), pode-se concluir que o 
uso destes Kits de robótica no ambiente educacional, possibilitou o desenvolvimento 
positivo dos alunos envolvidos. Auxílios na área de matemática, ciência, informática, 
física, são os mais mencionados. A parte disto, o desenvolvimento em atividades em 
grupo também apresenta dados positivos, pois alem de trabalhar a habilidade de 
interação, também envolve os alunos individualmente em varias funções. As funções 
dentro dos grupos de alunos nos projetos utilizando LEGO Mindstorm, vão desde o 
contato direto com o robô até a parte programável. De certa forma o intuito da 
atividade é preparar os alunos para áreas de montagem, manutenção, programação, 
já que o Kit é dotado de sensores e motores a serem programados. 
“A abordagem proposta e aplicada neste trabalho tem como objetivo instigar o 
estudante na investigação e concretização dos conceitos de algoritmos e robótica.” 
(SILVA, 2016, p.1191) 
 
Maisonnette (2002), utiliza o termo robótica educativa e o define 
como sendo o controle de mecanismos eletro-eletrônicos através de 
um computador, transformando-o em uma máquina capaz de 
interagir com o meio ambiente e executar ações definidas por um 
programa criado pelo programador a partir destas interações. (ZILLI, 
2004, p.39) 
 
O objetivo da Robótica na educação envolve diversas áreas de estudo e 
aprendizado, levando o aluno e até mesmo o professor a interagirem com o mundo 
da robótica, o foco esta em: melhorar as habilidades de pesquisa, trabalhar em 
equipe, trabalhar o raciocínio lógico, realizar montagens, analisar conceitos, 
investigar problemas e desenvolver soluções, entre outros. 
Segundo Maisonette (2002) apud (ZILLI, 2004, p.39) com a robótica 
educacional, através de observações o aluno é capaz de construir seu próprio 
conhecimento e no momento em que o aluno aprende de sua forma, o conhecimento 
se adapta a sua estrutura mental assim o significado daquilo é importante o 
suficiente para que fique memorizado. 
 
Ao desenvolver um projeto em forma de maquete ou protótipo, ocorre 
a interação entre o aluno e seus colegas na criação e execução, 
ensinando-o a respeitar, colaborar, trocar informações, compreender, 
se organizar e ter disciplina, levando-o a resolução de problemas. 
(ZILLI, 2004, p.42) 
 
52 
 
De certa forma, de acordo com a citação que Zilli faz sobre desenvolver um 
projeto, o aluno e o professor aprendem juntos. A troca de experiências que envolve 
o trabalho com a robótica influencia positivamente na Carrera de ambos. Os alunos 
que tem o contato com o ramo da robótica automaticamente aprende na prática, a 
aplicação, o conceito de todas as áreas envolvidas. 
 
O que se tira de tudo isso, em um modo geral, é que a aplicação de um braço 
robótico como meio educacional em uma instituição de ensino pode proporcionar 
diversas atividade e interação do ser humano com as maquinas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
53 
 
CAPÍTULO II - MATERIAIS E MÉTODOS 
 
2.1. Projeto Eletrônico 
 Para a elaboração do projeto eletrônico foi feito duas placas de circuito 
impresso, uma com o Microcontrolador PIC18F4550 para fazer as programações do 
braço robótico e com duas fontes (uma de 5V e outra de 3V) juntas na mesma placa 
para a alimentação do PIC (manda o sinal para os motores de passo) e do 
eletroímã. 
 
Ilustração 29.: Placa com PIC18F4550 Inferior. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
 Foi feito também uma placa para o controle onde poderemos fazer a 
movimentação das articulações do braço robótico acionando os push bottons fixados 
na mesma 
 
Ilustração 30.: Placa do Controle Inferior. 
Fonte: Autores, 2019. 
 Agora vamos mostrar alguns dos componentes eletrônicos utilizados na 
confecção do braço robótico: 
 
54 
 
2.2. Motor de Passo: 
Por meio de pesquisas realizados pelo grupo chegamos à conclusão de que 
serão necessários 3 motores de passo (Dois Nema 23 e um Nema 17) para fazer o 
deslocamento do braço robótico. 
 
Imagem 1.: Motor de Passo Nema 23. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
 
 
Imagem 2.: Motor de passo Nema 17. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
A rotação de um motor de passo é dividida em vários passos, ou ângulos e é 
possível regular a velocidade e o torque do motor, assim sendo muito utilizados 
quando se é necessária uma maior precisão. 
 
2.2.1. Funcionamento do Motor de Passo: 
Os motores de passo usam bobinas para atrair o rotor através do campo 
magnético indutivo. 
 
55 
 
 
Ilustração 31.: Bobina e rotor de um motor de passo. 
Fonte: Autor, Ano. 
 
 
Quando uma bobina é energizada é criado um campo magnético e um lado 
do imã é atraído para ela, então quando é acionado duas bobinas o rotor fica entre 
elas e assim podendo ter vários passos. 
 
2.2.2. Dados Técnicos: 
- 6 Fios (Acompanha chicote) (Pode Ser ligado na configuração 6 fios, 5 –Fios e 
4 Fios); 
- Pode ser ligado em bipolar ou unipolar; 
- Corrente de Entrada: 2; 
- Resistência: 2 Ohm; 
- Tensão de Operação: 12-36 Volts; 
- Passos por volta: 200; 
- Passo: 1.8; 
- Torque: 9,9 Kgf/cm / 0,99 Nm; 
- Peso: 675g; 
- Fabricante: Minebea; 
- 56(L)x56(A)x53(C) mm³; 
- Comprimento do eixo: 24mm; 
- Diâmetro do eixo: 6.35mm. 
 
 
 
 
 
56 
 
2.3. Driver TB6560: 
Como vamos usar 3 motores de passos para acioná-los necessitaremos de 
três drivers TB6560 para isso. 
 
 
Imagem 3.: Drivers TB6560. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
Com esse componente é possível fazer ajustes automáticos nos parâmetros 
do motor, assim, diminuindo os problemas de ruídos, aquecimento e vibração. 
Também possibilita uma movimentação mais suave e em velocidades mais altas. 
 
2.3.1. Dados Técnicos: 
- Tensão de operação: 10V-35VDC (Recomendado fonte chaveada de 
24VDC); 
- Opto-acoplador de alta velocidade 6N137 que garante alta velocidade sem 
perda de passos; 
- Circuito Toshiba TB6560AHQ; 
- Proteção contra sub-tensão; 
- Proteção contra sobrecorrente; 
- Corrente nominal: ± 3A (Pico 3.5A); 
- Modos de operação: 1/1, 1/2, 1/8 , 1/16; 
- Dimensões: 50 x 75 x 35 mm. 
 
2.4. Microcontrolador PIC18F4550: 
Para controlar os motores de passo é necessário um microcontrolador e para 
fazer esta função foi escolhido o microcontrolador PIC18F4550, assim possibilitando 
fazer a programação dos motores, fim de curso e do controle. 
 
 
57 
 
 
Imagem 4.: Microcontrolador PIC18F4550. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
Os microcontroladores são chips inteligentes (processador) que possuem 
entradas, saídas e uma memória. 
 
2.4.1. Como usar o PIC: 
É necessário ter conhecimento em linguagem de programação em C++, ter 
um software próprio para realizar a programação e um kit para facilitar a conexão do 
microcontrolador com o computador. 
No software onde realiza-se a programação é necessário declarar como uma 
variável cada entrada do chip de modo a controla-lo com os acionadores enviando 
sinais para os terminais. 
Faz parte da popular família demicrocontroladores série PIC18F, possui alto 
valor de memória RAM e Flash o que o torna ideal para para aplicações de 
monitoramento onde é exigido conexões com computadores de forma periódica para 
fazer upload, downloads de dados e atualizações de firmware 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
58 
 
2.4.2. Pinagem: 
 
 
Ilustração 32.: Microcontrolador PIC18F4550-Pinagem. 
Fonte: Autor, Ano. 
 
2.4.3. Dados Técnicos: 
- Microcontrolador: PIC18F4550; 
- Tensão de alimentação máxima: 5.5V; 
- Memória Flash: 32KB; 
- Memória RAM: 2048 Bytes; 
- Memória EEPROM: 256 Bytes; 
- Temperatura de operação: -40 a 85 ºC 
 
2.5. Eletroímã: 
Após muitas pesquisas para tentar definir um tipo de atuador para o braço 
robótico chegamos à conclusão que o eletroímã será a melhor opção pois com ele 
será possível pegar matérias ferromagnéticos e com apenas um acionamento por 
botão. 
Por conta de sua simplicidade e tamanho, a escolha do eletroímã se deu por 
conta de ser uma ferramenta de acionamento prática e de fácil fixação, já que o 
braço robótica tem a finalidade de ensino, a necessidade de algo não tão complexo 
é melhor para o uso no atuador. 
 
59 
 
 
Imagem 5.: Eletroímã. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
Este componente é formado por um núcleo de ferro e envolto por uma bobina. 
Quando passa uma corrente elétrica pela bobina (acionando) gera um campo 
magnético deixando-o imantado e consequentemente podendo atrair materiais 
ferromagnéticos. 
 
2.5.1. Dados Técnicos: 
Tensão de operação: 3V; 
 
2.6. MOSFET IRF640: 
O Mosfet irf640 será usado como uma chave para fazer o acionamento do 
eletroímã. 
 
Ilustração 33.: MOSFET IRF640N 
https://www.baudaeletronica.com.br/transistor-irf640-mosfet-de-canal-n.html 
 
https://www.baudaeletronica.com.br/transistor-irf640-mosfet-de-canal-n.html
 
60 
 
Quando manda um sinal HIGH para o Gate ele satura, então ele passa a 
funcionar como uma chave fechada passando uma corrente do Dreno para o Source 
e não deixa a corrente voltar para o Gate assim evitando que queime o PIC. 
Quando manda um sinal LOW para o Gate ele abre o circuito assim 
desabilitando o eletroímã. 
 
2.7. Chave fim de curso mecânico: 
Com o funcionamento de interromper a movimentação em ambas as direções, 
esquerda e direita. Assim, limitando o ângulo de liberdade do braço robótico. 
 
 
Imagem 6.: Chave fim de curso mecanico 
Fonte: autor, 2019 
 
2.8. Chave óptica: 
A chave óptica funciona da mesma forma do que um fim de curso mecânico, 
porém, no diferencial deste componente, não necessita de atrito para finalizar o 
determinado processo ou iniciar o processo. 
 
Ilustração 34.: simbologia Chave Óptica 
Fonte: 
 
O circuito para o funcionamento adequado da componente chave óptica com 
uma alimentação de 5 Volts. 
 
61 
 
 
Ilustração 35.: Circuito chave Óptica 
Fonte: 
 
2.9. Fonte 24V 
Nesta parte além das fontes já feitas juntamente do PIC a de 3V e de 5V será 
necessário também de uma fonte de 24V para alimentar os motores de passo. 
 
 
Imagem 7.:: Fonte 24V. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
2.9.1. Dados Técnicos: 
- Tensão de Alimentação: 100 - 240 VAC; 
- Tensão de Saída: 24VDC; 
- Corrente Máxima de Saída: 10ª. 
 
2.10. Projeto Mecânico 
 Nesta fase serão abordados os materiais utilizados na construção da parte 
mecânica com base em pesquisas e orientações dos professores. 
 
62 
 
 O material escolhido para confecção do projeto mecânico foi o MDF “Medium 
Density Fiberboard” chapa de madeira de fibra de média densidade produzida pelo 
processo de aglutinação juntamente com resinas sintéticas e aditivos. E o design 
todo desenvolvido no programa Inventor. 
 
 
Ilustração 36.: Base. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
 
Ilustração 37.: Suporte do Braço. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
63 
 
 
 
Ilustração 38.: Braço. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
 
 
Ilustração 39.: Antebraço. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
64 
 
 
Ilustração 40.: Suporte Atuador. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
2.11. Mancal: 
O mancal foi fixado na chapa inferior para servir de apoio para o eixo que é 
um elemento giratório, que movimentará a base do braço robótico. 
 
 
Imagem 8.: Mancal de 15mm. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
Muitas máquinas possuem mancais, pois sua função é basicamente 
posicionar um elemento de máquina que gira em relação a outro reduzindo o atrito 
entre as partes. 
 
 
 
65 
 
2.11.1. Dados Técnicos: 
-Material: Alumínio; 
-Diâmetro interno: 15mm; 
-Com rolamento. 
 
2.12. Polia e Correia Dentada: 
Uma parte muito importante era a definição dos motores para movimentação 
do braço robótico, mas um outro problema surge, que é onde serão deixados esses 
motores. 
Pensou-se em colocar diretamente nos eixos do braço robótico o motor, 
porém a carga em cima da junta seria muito alta. Então por meio de pesquisas e 
conversas com o orientador foi definido que será realizada uma transmissão por 
polia e correia dentada, assim os motores poderão ser melhor distribuídos e não 
será colocada uma carga alta no braço robótico. 
Serão usadas 6 polias e 3 correias dentadas para fazer a transmissão da 
rotação do motor. 
 
 
Imagem 9.: Polia e Correia Dentada. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
2.12.1. Dados Técnicos: 
- POLIA GT2 60 DENTES; 
- Material: Alumínio; 
- Passo: 2mm; 
- Furo: 8mm; 
- Diâmetro da polia: 42mm; 
- Largura do canal: 7mm. 
 
66 
 
- POLIA GT2 20 DENTES; 
- Material: Alumínio; 
- Passo: 2mm; 
- Furo: 6mm; 
- Diâmetro da polia: 16mm; 
- Largura do canal: 7mm. 
 
- CORREIA GT2 6MM; 
- Comprimento ( circunferência ): 200mm / 300mm; 
- Largura: 6mm; 
- Material: Borracha; 
- Passo: 2mm. 
 
 
Ilustração 41.: Polia e Correia Dentada. 
Fonte: Autor, Ano. 
 
 
2.13. Rolamento: 
Outra parte importante era definir como seriam feitas as juntas do braço 
robótico, e por meio de pesquisas e conversas com o professor orientador ficou 
definido que serão usados rolamentos e que serão fixado junto do braço, assim 
também possibilitando o fácil deslizamento do eixo do braço. 
 
 
67 
 
 
Imagem 10.: Rolamento 15 x 28 x 7. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
Os rolamentos servem para minimizar a fricção entre as peças da máquina e 
suportar carga. Os rolamentos geralmente são feitos com um anel externo e outro 
interno e com esferas entre eles. 
 
2.13.1. Dados Técnicos: 
- Rolamento 6902-2rs; 
- Material: Aço; 
- Diâmetro Interno: 15mm; 
- Diâmetro Externo: 28mm; 
- Espessura: 7mm. 
 
2.14. Programação 
 Assim como na eletrônica, a programação caminha junto, neste programa 
consiste em acionar o eletroímã, motores de passo através de botões que foram pré-
estabelecidos na parte da programação e dois tipos de fim de curso, mecânico e 
óptico. Necessita ficar atento as portas do microcontrolador usados onde será saída 
ou entrada de sinal. 
São três motores de passo, cada motor há dois botões que indica qual deverá 
ser o ser o sentido de giro dele. Para fazer funcionar o motor de passo, necessita de 
dois sinais, direção e pulso. 
A direção e o pulso é controlado pelo sinal de saída do terminal do 
microcontrolador, a diferença entre os dois é que a direção apenas necessita 
mandar o sinal alto (5 volts) ou baixo (0 volts) (HIGH/LOW) e não exige que mande 
 
68 
 
várias vezes o sinal, na parte do pulso requer o pulso de uma quantidade de tempo 
de 10ms, pois o motor de passo trabalha com pulsos, ou seja, a cada 10ms o 
microcontrolador manda pulso para o motor. 
Os fins de curso trabalham como chaves, ao ser acionado, ele envia sinal alto 
(HIGH) para a porta do microcontrolador e em outra porta, manda sinal baixo (LOW) 
os terminais do motor parar de funcionar. 
 A Programação foi desenvolvida no software CCS C Compiler onde utiliza a 
linguagem de programação C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
69 
 
CAPÍTULO III – MONTAGEM 
 
 Neste capítulo vamos falar sobre todo o processo de montagem e confecçãodo braço robótico, tanto a parte mecânica, eletrônica e programação afim de 
demonstrar todo o processo de desenvolvimento como, métodos de montagem, o 
que foi utilizado no processo e os testes. 
 
3.1. Projeto Mecânico 
 
 No projeto mecânico foi utilizado o software INVENTOR com a função de 
confeccionar a parte estrutural do braço robótico já em seu estado final com a 
finalidade de apresenta-lo como deve ser. 
 
Ilustração 42. / Ilustração 43.: Montagem final 
Fonte: Autores, 2019 
 
 Foi utilizado também ferramentas para auxílio na confecção dos elementos 
necessários para o braço robótico, como por exemplo: 
 O corte do MDF foi terceirizado por uma empresa especializada na área, com 
o uso de máquinas de corte a lazer para confecção das chapas que é constituído o 
braço robótico. 
 
Imagem 11.: Peças para estrutura 
Fonte: Autor/2019 
 
 
70 
 
3.1.1. Usinagem 
 
Foi utilizado o torno mecânico para confecção dos divisores e dos eixos do 
braço robótico. 
 Os divisores são eixos de impressoras velhas e quebradas de aço inoxidável 
que foram retiradas para ser utilizada como meio de reaproveitamento. Também foi 
utilizado o cocinete para fazer a rosca na ponta do divisor afim de trava-lo com uma 
porca parlock para melhor fixação. 
 
 
Imagem 12.: Eixos de Fixação 
Fonte: Autor/2019 
 
 Dois eixos do braço robótico são de polipropileno por ser um material mais 
leve do que o aço, o seu uso tem a finalidade de reduzir a carga exercida na junta 
do braço. Um outro eixo é de aço inoxidável que será utilizado no suporte para a 
base do braço. 
 
 
Imagem 13.: Eixos das Juntas 
Fonte: Autores, 2019 
 
71 
 
 
 Depois de utilizarmos o torno mecânico para fazer os eixos e os divisores, foi 
utilizado também a fresadora convencional para fazer pequenos chanfros nos eixos 
com a finalidade de dar o torque no braço assim tirando a necessidade de utilizar 
chaveta. 
 
3.1.2. Montagem 
 
Após esta etapa começamos a fazer as montagens do braço robótico 
utilizando os componentes e peças já adquiridos. 
 
3.1.2.1. Etapa 1: Junção dos elos. 
 
Nesta etapa foi feita a união das chapas do braço com os divisores e fixados 
com as porcas parlock como monstra a figura ”. 
 
 
Imagem 14.: Elos das Juntas 
Fonte: Autores, 2019 
 
3.1.2.2. Etapa 2: Montagem da Base. 
 
 Para fazer a montagem da base foi utilizado parafusos 71llen de 3 milímetros 
e foram feitos pequenos furos na chapa inferior para a colocação de porcas afim de 
melhorar a fixação da base como ilustra a figura N a seguir. 
 
72 
 
 
Imagem 15.: Elo da Base 
Fonte: Autores, 2019 
 
3.1.2.3. ETAPA 3: União dos braços com a base. 
 
 No próximo passo foi feito a junção dos braços com a base para analise das 
juntas e furos com relação a alinhamento . 
 
 
Imagem 16.: Braço Estruturado 
Fonte: Autores, 2019 
 
3.1.2.4. ETAPA 4: Fixação ao Suporte 
 
Foi montado todo o protótipo fixando-o na base para inicio dos testes e 
levantamento de dados sobre o funcionamento. 
 Por fim foi colocado os rolamentos nas chapas onde não deverá haver 
movimento, os eixos servem para fazer as juntas do braço robótico e a ligação entre 
os elos, os motores foram colocados nos locais já definidos no projeto mecânico, as 
polias e as correias que servirão para fazer a transmissão da rotação do motor para 
os eixos e assim movimentar os elos. Por fim colocamos tudo no suporte onde terá 
 
73 
 
um mancal com um eixo de aço onde será feito o movimento de rotação também 
através de uma transmissão de polia e correia movida pelo motor NEMA 23. 
 
 
Imagem 17.: Braço Montado ao Suporte 
Fonte: Autores, 2019 
 
3.2. Projeto Eletrônico 
No projeto eletrônico foi utilizado o software PROTEUS para confecção da 
placa de circuito impresso e para efetuar testes no circuito. As placas de circuito 
impresso após desenvolvidas no PROTEUS são transferidas para o software 
FletCAM onde é feito a leitura dos parâmetros projetados para o desenvolvimento da 
placa eletrônica. 
 
 
Ilustração 44.: Esquema Eletrônico de controle 
Fonte: Autores, 2019. 
 
74 
 
 
 
Ilustração 45.: controle PCB. Ilustração 46.: PIC com Fonte PCB. 
Fonte: Autores, 2019. Fonte: Autores, 2019. 
 
 
 
 
Ilustração 47.: Fim de curso PCB. Ilustração 48.: Fim de curso PCB. 
Fonte: Autores, 2019. Fonte: Autores, 2019 
 
75 
 
 
Ilustração 49.: Chave óptica PCB. 
Fonte: Autores, 2019. 
 
Foi impresso todos estes circuitos na máquina CNC e soldados os 
componentes na placa de fenolite. 
 
 
Imagem 18.: Placa de Controle com Botões Imagem 19.: Placa PIC18F4550 
Fonte: Autor, 2019 Fonte: Autor, 2019 
 
 
Após esta etapa foi feito a junção do projeto eletrônico com o projeto 
mecânico, demos início aos testes para verificação de possíveis problemas a serem 
resolvidos e melhorias a serem feitas. 
 
 
76 
 
 
Imagem 20.: Protótipo Braço Robótico 
Fonte: Autor, 2019 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
77 
 
CAPITULO IV 
 
4.1. Testes 
 Nesta fase será apresentado os testes feitos ao decorrer da montagem do 
braço robotico. Cabe ressaltar que o projeto tem a finalidade de movimentar cargas 
que não possuem um peso específico, pois os testes tambem vão servir para poder 
definir o peso maximo de carga que o braço ira aguentar. 
 Os primeiros testes a ser feito depois da fixação dos motores de passo foi 
verificar as ligações de cabo e se os mesmos aguentariam levantar toda a estrutura 
do braço robotico, A fim de identificar possiveis falhas de movimentação em relação 
aos seus acionadores. 
 Os testes seguintes, foram incrementar os fins de cursos e a chave optica 
para analisar a área de movimentação do braço, o qual define seu volume de 
trabalho quanto ao seu limite de movimentação, o uso dos mesmos servem para 
evitar possiveis danos a estrutura do braço, fios de ligação e até mesmo proteção ao 
ambiente externo. 
 Assim que analisado o funcionamento dos sensores e dos motores, os testes 
finais definem qual a carga maxima que o braço irá aguentar e por quanto tempo 
aguentará, isto realizando o teste com todos os movimentos possiveis do braço. 
 
4.2. Problemas e Falhas 
Logo após os primeiros testes, o grupo deparou-se com pequenas falhas na 
programação do controlador e no funcionamento dos motores. As pequenas falhas 
do controlador se referem a questões como interferencia de sinais entre o 
acionamento de um botão para o outro, ou seja, houve momentos e que o botão 
acionava outra não. Lógicamente cada botão possui uma ligação separada 
conectada com o respectivo motor, porem a falha na programação da-se por conta 
dos pulsos gerados pelo acionamento do botão, ou seja, manutenções seriam feitas 
nas linhas de programações do robo de modo a singularizar a frequencia emitida 
pelo sinal do acionador. 
Ainda nos primeiros testes percebeu-se falhas com relação a movimentação 
das juntas dos robôs, no qual as mesmas são movidas por correrias que estão 
 
78 
 
interligadas no eixo do motor fixado em um dos elos do braço. A falha deu-se por 
conta do excesso de carga exercida diretamente na junta, ou sejá a potencia 
necessaria para o motor realizar o movimento era maior do que a que o motor 
suportava, esse excesso de carga foi gerado por conta da distancia entre a 
ferramenta do Orgão Terminal e a Base. A distancia quanto maior for, maior será a 
força peso por conta do peso material em função da força gravitacional aplicada na 
área do braço robótico que esta suspensa e presa somenta pela extremidade do 
braço. 
Alguns outros problemas que foram levantados pela equipe tambem, agora 
na fase de motagem e não de testes, foram que alguns furos não estavam batendo 
em relação ao dimencionamento dos parafusos. Neste caso foram feitos ajustes, 
considerando que o material utilizados (MDF) possui facilidade para ajustesimprevistos, alguns dos ajustes foram a fixação interna usando cantoneiras e para 
fixação da base, foi acrescentado o uso de porcas parlock para maior pressão na 
fixação para manter a rigidez. 
Ainda na fase de montagem, como mencionado anteriormente, foi destacado 
um problema com relação ao peso dos elos em relação a base e os motores, oq 
dificultou seu acionamento, com tudo foi adaptado eixos de polipropileno para uso 
nos eixos das juntas, que neste caso foram subsistuidos pelos eixos de aço, os que 
estavam interferindo no peso. 
Voltando a fazer menção aos testes de acionamentos, conseguiu-se analisar 
que ainda com as alterações feitas para redução de peso, os motores continuaram a 
apresentar falhas. 
 
4.3. Soluções 
Diante dos problemas e das falhas encontradas durante todo o processo de 
montagem e testes do projeto, as soluções adotadas pelo grupo foram improvisadas 
e adaptadas para que o protótipo funcionado dentro dos padrões o mais rapido 
possivel. 
Em relação ao problema encontrado com o controlador do robô, adotamos um 
meio de funcionamento, onde os botôes são todos independentes e para que 
possam controlar o braço livremente foi alterado na programação. Essa alteração 
 
79 
 
dava-se por retirar o acionamento do eletroimâ para que fosse possivel movimentar 
o robô. 
Como o Braço estava com dificuldades de movimentação quanto ao seu peso 
e seu tamanho, foi modificado os material do eixo das juntas,o qual fica preso aos 
rolamentos. A troca foi feito do material aço para o material polipropileno, pois por 
ser um protótipo ainda pequeno e não tão robusto, é coerente que as juntas não 
precisam ser tão rigidas assim aumentando o peso aplicado nas juntas, o que faz 
com que os motores necessitem trabalhar com mais torque e mais potência para a 
realização dos movimentos. 
Um outro problema que foi resolvido ao mesmo tempo em relação aos 
movimentos foi a redução de um dos elos, pois o braço por estar com um tamanho 
elevado em função da distancia do orgão terminal e da base, os motores sofriam 
com o excesso de potencia e torque que precisavam realizar para movimentar, 
nesse caso reduziu-se um dos elos e a fermmanta (eletroimã) foi adaptado para ser 
um usado com um elo a menos, de modo que com a forma adaptada do projeto 
possa ter controle total da ferramente podendo pegar objetos em qualquer posição. 
 
4.4. Melhorias 
A equipe do protótipo construiu um sistema de controle onde é capaz de 
realizar melhorias para um possivel projeto de outra equipe. Como o projeto tem 
como finalidade o ensino tecnológico para as escolas técnicas e faculdades, a opção 
de melhorias como opção de desenvolvimento de atividades práticas no robô é 
totalmente voltada para a educação. 
Uma das melhorias que destaca-se como ponto principal é a implantação da 
memória robótica, ou seja, um programa onde o braço robótica possa reproduzir 
seus movimentos automaticamente, podemos chamar esta situação de Inteligencia 
Artificial, onde o protótipo tem a capacidade de memorizar todos os tipos de 
movimentos realizados em uma operação, fazendo isso ponto-a-ponto, onde após a 
gravação dos movimentos o controlador possa definir qualqer ponto como ponto 
inicial e/ou ponto final. 
Lógicamente a ideia de melhorias vai surgir com o desenvolvimento das 
atividades propostas por outras pessoas a qual o braço estará disponivel. A equipe 
pensou neste aspecto com a finalidade de induzir os professores e alunos a 
 
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pensarem juntos em melhorias para o desenvolvimento do protótipo. Assim como 
pode-se melhorar na parte programável do robo, toda sua estrutura, suas 
dimensões, e até mesmo motores, podem serem alterados desde que não fuja da 
ideia principal do projeto, ensinar crianças e jovens com o desenvolvimento de 
automação e robótica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
Como apresentado neste trabalho, pode-se concluir o modelo e as 
características definitivas do protótipo. Se trata de um Braço Robótico Articulado 
Revoluto (LRR), Rosário (2006) destaca que este modelo de braço robótico é um 
modelo muito utilizado pelas industrias automobilísticas, mesmo sendo um modelo 
de baixa rigidez e com variações de inércia, ainda é o modelo que possui uma área 
de atuação maior que a de qualquer outro. 
Foi optado por este modelo pois a vantagem de poder realizar qualquer 
movimento dentro de seus limites de articulação permite que possa ser usado 
diversos modelos de ferramentas em sua extremidade. Com isso o protótipo deste 
trabalho esta equipado com um eletroímã, acionado por um dos botões do controle 
desenvolvido. O Braço Robótico com isso tem a capacidade de pegar materiais 
metálicos tanto na vertical quanto na horizontal, respeitando seus limites de atuação. 
Para este tipo de execução, o mesmo necessita de flexibilidade e rigidez em seus 
movimentos, para isso foi usado eixos de polipropileno para se ter uma junta não tão 
pesada, já que o material usado em sua estrutura é o MDF e os rolamentos com a 
finalidade de proporcionar maior flexibilidade em seus movimentos. 
Para finalizar, a finalidade do Braço Robótico em especifico, é servir como 
material de estudo e prática de ensino para a matéria de automação e até robótica 
para os alunos das instituições. Para isso foi aplicado no controle, botões adicionais 
sem funções para que, se em algum momento, alguém decidir aplicar mais funções 
ao projeto, ou até mesmo trocar funções, fazer o uso dos mesmos, como por 
exemplo incluir em sua programação a função de memorizar as posições e os 
deslocamentos do braço e programa-lo para reproduzir os movimento, ou até 
mesmo trocar o atuador, substituindo o eletroímã por uma outra ferramenta. 
Enfim, como material de estudo, o braço robótico poderá fazer parte de 
trabalhos em equipes com o intuito no desenvolvimento de programas para o 
microcontrolador PIC18F4550, analise de esforços e momento de força na atuação 
das juntas e elos, entre outros conteúdos disciplinares. 
Seguindo a ideologia do protótipo, ou seja, auxiliar na aprendizagem de 
crianças e jovens sobre robótica e automação, as crianças e jovens que forem ter o 
contato com o mesmo, poderá controla-lo através do controle desenvolvido, onde 
 
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poderá analisar os tipos de movimentos realizados pelo robô, a forma como funciona 
o acionamento do eletroímã quando seu acionador for apertado, assim entendendo 
o funcionamento básico do mesmo, poderá perceber como funciona as relações de 
transmissões quando os motores forem acionados pelos botões de cores 
respectivas a dos motores, os quais estão identificados com as cores Azul, Verde e 
Amarelo, onde o motor Azul é o Nema 23, responsável pelo movimento do elo Base 
e o motor Verde e o motor Amarelo são os Nema 17, responsáveis pela 
movimentação do segundo elo e do elo atuador e por ultimo poderão utilizar os 
outros botões, cinzas e transparentes deixados livres de programações para que os 
alunos possam desenvolver ideias para os mesmos como forma de melhorias. 
Já em relação ao protótipo apresentado, conclui-se que o mesmo está em 
funcionamento, sem apresentar falhas grotescas o que poderia acarretar em 
problemas estruturais ao braço e também sem apresentar falhas que não 
correspondam ao seu meio de funcionamento. O protótipo apresentado essa 
exposto a melhorias avançadas e pode servir como meio de ensino prático para 
alunos e até mesmo professores interessados em seu desenvolvimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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