PRÓLOGO Vitor Ferreira Romano

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PRÓLOGO
Vitor Ferreira Romano
I - AUDIÊNCIA
O livro "Robótica Industrial: Aplicação na Indústria de Manufatura e de Processos" é
estruturado de forma a servir como um guia prático sobre robótica industrial a empresários,
executivos e profissionais liberais que tenham alguma formação técnica e desejam se atualizar ou
travar seus primeiros conhecimentos no tema.
O material exposto neste livro é suficientemente abrangente para ser utilizado como texto
básico para cursos de formação em Universidades (graduação, pós-graduação e extensão), no
sistema SENAI e escolas técnicas.
II - ORGANIZAÇÃO DO LIVRO
Os capítulos foram separados em três partes visando uma melhor organização dos assuntos
abordados no livro.
A primeira parte denominada "Fundamentos Elementares" contém os sete capítulos iniciais
que propiciam ao leitor as informações necessárias para uma completa noção do que é a ciência
robótica.
Na segunda parte, "Robótica Aplicada", estão localizados os capítulos que relacionam-se
mais diretamente a situações típicas de robótica aplicada em atividades de manufatura.
Finalmente na parte denominada "Complementos", o leitor terá acesso às potencialidades de
uso de robôs nas mais diversas áreas e a uma abordagem consistente sobre temas econômicos e
sociais.
Os resumos dos conteúdos de cada capítulo são mostrados a seguir.
PARTE 1 – FUNDAMENTOS ELEMENTARES
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO À ROBÓTICA INDUSTRIAL
Este capítulo visa introduzir ao leitor os conceitos básicos sobre a robótica industrial.
Inicialmente é apresentado um resumo sobre o desenvolvimento dos robôs dentro de um contexto
histórico. A seguir são discutidos aspectos relativos a sistemas robóticos como algumas
definições de robô, os componentes necessários para que um robô seja construído, seus
principais tipos e configurações. Os componentes que promovem a interação entre o robô
industrial e o meio a ser trabalhado, como garras mecânicas e ferramentas especiais também são
analisados. Finalizando, são apresentadas informações sobre a evolução histórica do número de
robôs industriais instalados no Brasil e alguns exemplos de aplicações.
CAPÍTULO 2: MODELAGEM E CONTROLE DE ROBÔS
O capítulo dois é essencialmente voltado para mostrar os fundamentos teóricos que
envolvem os sistemas robóticos. Os conceitos aqui apresentados fornecem a capacitação básica
para a modelagem matemática de quaisquer configuração de robô, a partir de suas informações
dimensionais. Os modelos de cinemática direta, cinemática inversa e dinâmica são abordados de
maneira clara e objetiva, assim como os aspectos relacionados ao controle de robôs. No anexo do
capítulo dois encontram-se diversos exemplos práticos de modelagem cinemática de robôs
existentes no mercado e noções de simulação.
CAPÍTULO 3: INTEGRAÇÃO DE SINAIS E DADOS
Este capítulo trata da integração de robôs industriais no âmbito de sistemas de automação
industrial. O capítulo divide-se da seguinte forma: na seção 3.2 são definidos os conceitos básicos
sobre sinais, modos de comunicação e outros tópicos fundamentais para a compreensão dos
desafios tecnológicos encontrados na integração de robôs industriais em sistemas de automação
industrial. Na seção 3.3 os principais protocolos para comunicação em plantas robotizadas são
apresentados, assim como suas vantagens e desvantagens. A seção 3.4 enfoca as principais
tecnologias para interconexão entre os dispositivos sensores e atuadores de robôs industriais e a
seção 3.5 discute aspectos referentes à incorporação de robôs industriais no contexto de
integração vertical de sistemas de automação, onde informações provenientes do chamado chão-
de-fábrica são disponibilizadas para sistemas gerenciais de planejamento e controle de produção.
CAPÍTULO 4: INTERAÇÃO DE ROBÔS NO AMBIENTE
O objetivo deste capítulo é apresentar sensores e suas tecnologias que são necessários para
que o robô possa interagir com os ambientes de trabalho. Inicialmente é necessário, contudo,
distinguir entre sensores que são utilizados pelo robô para controlar seu movimento e sensores
que são utilizados para auxiliar nas suas tarefas. Ao final deste capítulo o leitor será capaz de
responder as seguintes perguntas: O que são sensores internos e externos de um robô? Como
pode-se detectar a presença de objetos na área de trabalho do robô? Como pode-se medir
distâncias entre um sensor e objetos no ambiente? Como pode-se medir forças de contato entre
um sensor e um objeto que se deseja manipular? Outro aspecto especificamente abordado neste
capítulo refere-se a visão robótica. Na seção 4.2 são relacionados três aspectos da formação de
imagens: a geometria, a radiometria e o sensoreamento. Deste modo, são descritos os processos
envolvidos na transformação da imagem ótica em imagem elétrica e finalmente em imagem
digital, a qual pode então ser tratada por um computador. Na seção 4.3 examinam-se alguns
tópicos importantes do processamento de imagens digitais, incluindo filtragem, binarização,
detecção de bordas e segmentação de imagens. A determinação de parâmetros úteis para
identificar e localizar objetos na cena é descrita na seção 4.4, onde o reconhecimento de objetos é
abordado. Finalmente, o item 4.5 descreve algumas aplicações típicas de visão computacional em
robótica.
CAPÍTULO 5: AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE ROBÔS INDUSTRIAIS
Neste capítulo, são definidos os parâmetros imprescindíveis para se quantificar a eficácia
com que um robô executa uma tarefa. Os tópicos principais aqui mencionados versam sobre a
importância e a utilização da avaliação de desempenho, onde são descritas as características
para esta avaliação estabelecidas em normas internacionais e as condições de teste
normalizadas. A seguir é apresentada uma orientação para a seleção das características de
desempenho a serem testadas para algumas aplicações dos robôs. Adicionalmente, descreve-se
os procedimentos para a realização de testes comparativos entre robôs diferentes e indica-se os
métodos de medição recomendados pelas normas para a avaliação de desempenho.
CAPÍTULO 6: PROGRAMAÇÃO E SIMULAÇÃO DE ROBÔS
Inicialmente é descrito o problema básico a ser enfrentado quando deseja-se efetuar a
programação de um robô. Em um segundo momento são mencionadas as características básicas
de uma linguagem de programação e faz-se um breve histórico da sua evolução. Neste capítulo o
leitor é inserido no contexto de manufatura automatizada, capacitando-o a utilizar as principais
ferramentas de programação e simulação existentes no mercado. Os métodos de programação
on-line e off-line são extensamente analisados, bem como as linguagens de programação de
robôs industriais. Um especial enfoque é dado à simulação de robôs, onde programas de
simulação comerciais e didáticos de robôs industriais são apresentados. Por fim, foram incluídos
alguns exemplos com listagens de programas de tradicionais fabricantes de robôs.
CAPÍTULO 7: SELEÇÃO DE ROBÔS: ALGUNS ASPECTOS
Este capítulo refere-se a seleção de robôs com abordagens econômica e técnica focadas em
duas partes principais. Uma parte dedicada aos macro aspectos econômicos de sistemas
robotizados como a análise inicial de custo de implementação - identificação das soluções
alternativas de fabricação, estudo de viabilidade, escolha da tarefa a ser robotizada, ponderação
de critérios não econômicos e etc - e a análise detalhada de custo como avaliação de período,
depreciação e exigências fiscais. Outra parte é dedicada aos micro aspectos na seleção de robôs,
que se referem ao projeto detalhado do sistema robotizado. Dentre estes tem-se a análise das
características do trabalho, planejamento de métodos de trabalho e processos, projeto do arranjo
físico, medidas de desempenho, e a integração da ergonomia humana e de robôs.
PARTE 2 – ROBÓTICA APLICADA
CAPÍTULO 8: SOLDAGEM ROBOTIZADA
O estado da arte da soldagem robotizada é apresentada de forma abrangente neste capítulo.
Inicialmente são analisados os principais processos de soldagem robotizada como MIG/MAG e
TIG, soldagem e cortea laser, soldagem e corte à plasma e soldagem por resistência elétrica por
pontos. A seguir são mencionados os aspectos relacionados à programação de robôs para a
soldagem, incluindo as definições de termos e controles básicos freqüentemente utilizados em
soldagem robotizada, uma seqüência ideal para a implementação de programa e um exemplo de
seqüência de programação em soldagem com eletrodo sólido contínuo sob proteção gasosa
(GMAW). O projeto de juntas e tolerâncias para a soldagem robotizada, bem como alguns critérios
para a aplicação, escolha e aquisição de robôs, além da monitoração em processos de soldagem
a arco são aqui discutidos. A última seção trata dos problemas inerentes à robotização do
processo de soldagem.
CAPÍTULO 9: MONTAGEM
Este capítulo inicia-se com a apresentação de informações relativas ao processo de
montagem na indústria de manufatura. São definidas as principais operações de montagem e
analisadas as características e componentes dos sistemas manuais e robotizados. No item
relativo ao projeto orientado à montagem vem apresentadas uma série de recomendações
voltadas para a otimização do projeto do produto para a montagem em geral e para a montagem
robotizada mais especificamente. Exemplos complementam os tópicos estudados.
CAPÍTULO 10: SISTEMAS PERIFÉRICOS PARA ROBÔS INDUSTRIAIS
Este capítulo aborda aspectos relacionados a equipamentos denominados periféricos,
utilizados na composição do cenário de atuação de um sistema robótico. Estes equipamentos são
fundamentais para a realização das tarefas operacionais, localizando-se de forma determinada no
chão de fábrica para que ocorram as condições perfeitas de interação com o robô. O controle de
movimentação dos equipamentos periféricos é vinculado diretamente à unidade de controle do
robô geralmente através de sinais enviados por sensores que monitoram o cenário de atuação.
Na intenção de se realizar um trabalho direcionado ao mercado nacional, buscou-se enfatizar a
utilização do sistema robótico em áreas distintas e em especial na área automobilística, que
agrega a maior parte dos investimentos em automação. São mencionadas algumas experiências
acumuladas na área de manufatura pelo SENAI, inclusive algumas aplicações em indústrias e
exemplos desenvolvidos nos próprios laboratórios da rede SENAI. Sistemas periféricos bastante
usados em robótica como mesas “JIG” e esteiras transportadoras são analisados e empregados
em estudos de caso em processos de pintura, pulverização térmica e montagem.
PARTE 3 – COMPLEMENTOS
CAPÍTULO 11: TENDÊNCIAS E APLICAÇÕES ESPECIAIS
Inicialmente é mostrado um estudo dos sistemas de telerobótica que se utilizam da internet
como meio de controle. Posteriormente é apresentada uma metodologia para o desenvolvimento
de sistemas robóticos teleoperados via internet, a qual vem demostrada nas seguintes situações:
um manipulador com dois graus de liberdade, um robô industrial comercial, um robô móvel
didático e um robô móvel comercial. Os sistemas desenvolvidos demonstram que a teleoperação
via internet de sistemas robóticos e de outras equipamentos é viável, mesmo utilizando-se uma
taxa de transmissão de dados com baixa largura de banda. Outro aspecto muito explorado neste
capítulo refere-se aos variados tipos de robôs especiais e suas aplicações, como robôs móveis
com patas e esteiras, robôs para operações de limpeza, robôs de segurança, robôs submarinos,
robôs usados em explorações espaciais, robôs hospitalares, robôs de entretenimento e etc. Uma
breve discussão sobre as tendências futuras da robótica finaliza o capítulo.
CAPÍTULO 12: ASPECTOS ECONÔMICOS E SOCIAIS DA ROBÓTICA
O objetivo deste capítulo é abordar questões relativas aos aspectos econômicos e sociais do
uso de robótica, e de automação em geral, analisando como uma empresa deveria tomar suas
decisões de investimento quanto a esses equipamentos, e tecer comentários sobre os impactos
nos seus recursos humanos. Informações úteis ao empresário que deseja investir na área de
automação e robótica foram incluídas, como as principais instituições (e seus mecanismos) que
oferecem linhas de crédito ou financiamentos específicos para investimentos em
automação/robótica e novas tecnologias. Também são indicadas instituições que prestam
serviços que visam contribuir à gestão empresarial, a otimização da capacidade produtiva, ao
padrão de qualidade dos produtos e serviços, treinamento, capacitação do profissional e outros.
O tema impacto nos recursos humanos é tratado na perspectiva de como as empresas que se
modernizam tratam o macro-tema recursos humanos, em particular suas estratégias de
qualificação.
III - SEQÜÊNCIAS PARA CONSULTAS
Há diversas maneiras de o leitor consultar os assuntos que compõe este livro. O arranjo dos
capítulos em três partes visa essencialmente facilitar a manipulação deste material de acordo com
a necessidade identificada.
--------- Seqüências -------- **** Parte a ser completada ****
IV - CONTEÚDO DO LIVRO (Features) **** Parte a ser completada ****
IV.1. CD
IV.1.1. Programa de simulação RobLib
O programa de simulação RobLib (Robot Library), desenvolvido pelos professores J. A.
Tenreiro Machado e Nuno Miguel Fonseca Ferreira no Departamento de Engenharia Eletrotécnica
e de Computação da Universidade de Porto (Portugal), permite a simulação da cinemática, da
dinâmica e de algoritmos de controle de posição e força para robôs de duas juntas com estruturas
do tipo RR ou RP. No modelo estão incluídos fenômenos não-lineares tais como folgas,
flexibilidade estrutural, atritos não-lineares, saturação nos atuadores e quantificação da resolução
finita dos sensores localizados nas juntas.
Dentre os recursos disponíveis destacam-se: a visualização dos parâmetros cinemáticos e
dinâmicos e de desenho esquemático do robô; o planejamento de trajetórias retilíneas no espaço
cartesiano ou no espaço das juntas; a "animação" do robô; a possibilidade de escolha de diversas
estratégias e algoritmos de controle; e a apresentação gráfica das variáveis de entrada e de saída
do robô, como a posição, a velocidade, a aceleração e os binários, bem como os seus erros em
relação à trajetória de referência.
O manual com as instruções do programa em português encontra-se no CD. O RobLib opera
em ambiente Windows e seus comandos estão escritos em língua inglesa.
IV.1.2. Programa de simulação (demo); Workspace
IV.1.3. Filmes e fotos com exemplos aplicados de robôs em indústrias (ABB, FANUC,
 COMAU, Motoman etc.).
IV.1.4 Filmes e fotos de robôs em ambientes especiais.
IV.2. Indicação de referências complementares
IV.2.1. livros, revistas, congressos, feiras
IV.2.2. Sites Consultados:
IV.3. Glossário de termos técnicos
V - AGRADECIMENTOS **** Parte a ser completada ****
Os autores agradecem . . . SENAI, FINEP . . . Autosimulations, ABB, UFES, UFMG, UFPE,
UFRGS, UFRJ/COPPE, UFSC, UNB, UNICAMP, EPUSP, Universidade do Porto, Instituto
Politécnico de Coimbra.
. . . os autores do 1o capítulo o dedicam ao prof. Jan Leon Scieszko por tê-los sempre incentivado
ao longo de suas carreiras.
. . . o autor do 2o capítulo
VI - COMO NOS CONTATAR **** Parte a ser completada ****
 http://www.recope.livrorobotica.com.br
http://www
PREFÁCIO
José Reinaldo Silva
Até bem pouco tempo atrás, os robôs, particularmente os manipuladores, vinham sendo
vistos como o último e mais elevado estágio da utilização de objetos (transformados) da natureza
para estender a capacidade de realização do ser humano. O caráter de estágio avançado sendo
era dado não apenas pelo grau de autonomia mas também pela observância das características
do seu próprio criador.
Recentemente porém o “charme” destes artefatos - notadamente o aspecto humanóide -
passou a dar lugar a ponderações de custo/benefício sobre sua utilização, principalmente na
última fase de racionalização da produção industrial. Entretanto, estes questionamentos, se bem
que pertinentes e até oportunos, enfrentam também uma realidade de internacionalizaçãoda
produção onde se exige um grau de repetitividade e precisão muito maiores do que se praticava
anteriormente.
O que se pode esperar desta discussão (deixando de lado neste momento os seus aspectos
político-econômicos) é sem dúvida uma maior clareza na utilização de insumos e da automação
em geral no processo industrial, em especial da robótica. Certamente já é reconhecido que as
características dos robôs devem ser orientadas pela ergonomia da função que este deve exercer,
mesmo que (e talvez especialmente nestes casos) estas os levem para longe das características
“humanas”. Também já é quase consenso que a uma boa programação – envolvendo aí a
integração do robô com os demais artefatos do processo de fabricação - é a base para o uso
racional e mais proveitoso dos robôs na fase de globalização. Portanto a tendência atual (no que
diz respeito a Automação Industrial) é extrair dos robôs, através da programação e interação com
sistemas de supervisão, uma maior flexibilidade de ação no ambiente de produção – o que vai
além do que a sua reconhecida capacidade de repetição com precisão pode oferecer.
Este debate globalizante encontra o Brasil, neste final de século, com menos de duas mil
unidades instaladas (em 1997), mas com um crescimento vertiginoso nos últimos anos,
principalmente nas montadoras de automóveis, na base de 500% da base instalada. Ao lado
deste crescimento fantástico (que certamente busca o uso convencional da robótica) surge, no
Brasil, um novo cliente para os fabricantes de robô, vindo da média empresa, em busca de um
valor agregado para seu produto que seja reconhecido internacionalmente. Este novo cliente tem
novas necessidades e exigências, ainda não plenamente atendidas pelo mercado, principalmente
por falta de pessoal treinado e capacidade para além da programação reflexa, criar e implementar
novas soluções.
Podemos portanto prever um gargalo na implantação de robôs no país, dado que não existem
hoje mais que 30 cursos superiores com disciplinas de robótica, e praticamente não existem
cursos de treinamento voltados ao mercado1, além dos cursos de programação e treinamento de
usuários fornecidos pelos fabricantes (quando as unidades são vendidas). Isto é sem dúvida
insuficiente, principalmente para atender à nova demanda a que nos referimos nos parágrafos
anteriores.
 
1 Os SENAIS parecem ser a única exceção.
 Este fato é preocupante, já que o crescimento surpreendente da base instalada e o
surgimento da nova clientela baseada na pequena e média empresa (o cliente do futuro)
demandarão profissionais treinados em diversos níveis, variando desde o engenheiro de sistemas
e o projetista até o programador/supervisor do sistema. Este processo certamente envolve uma
disseminação e até uma vulgarização do uso dos robôs.
É ainda mais alarmante que até ano 2000 nenhuma proposta tenha aparecido para tratar este
problema. Principalmente se levarmos em conta que, para a pequena e média empresa que se
apresenta como um cliente importante (dado o seu número) soluções individualizadas são
inviáveis pelo custo que estas implicam. Assim, a entrada destas empresas no mercado
comprador de robôs parece vir acompanhado de muita confusão e exigências não atendidas.
Pensando neste problema, e tendo como sua principal função a assistência à pequena e
média empresa a Sub-rede de Automação da Manufatura do RECOPE, financiada pela FINEP,
resolveu propor a vários agentes com potencialidade para atacar este problema, em particular ao
SENAI, uma parceria para lançar o que certamente é o primeiro livro de robótica preocupado não
somente com a parte conceitual mas com o uso prático dos robôs, consubstanciado por exercícios
feitos em simuladores e filmes com exemplos de aplicações.
O livro pretende ser um instrumento auto-contido, que pode ser aplicado em cursos
convencionais de graduação em Mecatrônica, Engenharia Mecânica ou Engenharia Elétrica,
assim como em cursos de treinamento de nível técnico ou superior de curta duração. Esta larga
faixa de audiência é de fato um desafio para os autores e para a Sub-Rede de Automação da
Manufatura, que foi obrigada a reunir uma equipe de 17 doutores abrangendo os mais diversos
aspectos da utilização de robôs, desde a conceituação e modelagem, até a aplicação e aos
aspectos de impacto econômico e social. Acrescente-se este time a participação do Prof. Jack
Owen (University of Cranfield, UK), um dos criadores do simulador (de mercado) que acompanha
o livro.
A Sub-Rede de Automação da Manufatura, composta hoje por 20 instituições de pesquisa e
ensino espalhadas por dez estados da união mais o Distrito Federal, envolvendo o trabalho de 84
pesquisadores da área de Automação, nos temas de Modelagem e Gestão, Design de Sistemas e
Chão de Fábrica é também parte da rede européia ICIMS-NOE (Intelligent Control and Integrated
Manufacturing Systems-Network of Excellence).
O leitor atento poderá depreender das páginas deste livro muito da experiência acadêmica e
prática destes pesquisadores e algo do trabalho pioneiro que estes vêm – mesmo antes da
criação da sub-rede – desenvolvendo, diretamente na área de robótica ou indiretamente ligado a
esta.
Prof. Dr. José Reinaldo Silva
Coordenador Nacional da Manet
Manufacturing Automation Network
GLOSSÁRIO DE TERMOS TÉCNICOS
Ambiente estruturado - É o ambiente onde os parâmetros necessários à operacionalidade do
sistema robótico podem ser identificados e quantificados.
Ambiente remoto - É o ambiente no qual está localizada uma máquina teleoperada.
Antropometria - Avaliação quantitativa dos movimentos realizados por um operador humano.
Atuador - É o componente que converte energia elétrica, hidráulica ou pneumática, em potência
mecânica. Através dos sistemas de transmissão, a potência mecânica gerada pelos atuadores é
enviada aos elos para que os mesmos se movimentem.
Autonomia - É a capacidade de um sistema funcionar adequadamente em seu ambiente sem a
necessidade de intervenção humana.
Automação – Operação de controle automático de um aparato, processo ou de um sistema por
meio de um sistema mecânico ou eletrônico que substitui a observação, esforços e a decisão
humana.
Automação flexível - Tipo de automação, que mediante programação, permite realizar tarefas
distintas de acordo com o produto a ser manufaturado.
Automação rígida - Tipo de automação que permite realizar uma única tarefa, sendo que a
execução de uma nova tarefa implica em ajustes físicos mecânicos e/ou elétricos.
Barramento - Topologia de comunicação na qual um meio físico único interliga vários
dispositivos.
Caminho ("path") - É a curva gerada no volume de trabalho pela extremidade do efetuador
durante a realização de uma tarefa.
Carga máxima ("payload") – É a máxima carga que um robô pode manipular satisfatoriamente
durante a sua operação normal.
Cinemática direta – Relaciona-se com a determinação da trajetória do manipulador conhecendo-
se os deslocamentos das juntas.
Cinemática inversa – Relaciona-se com a determinação dos deslocamentos das juntas a partir
do conhecimento da trajetória do manipulador.
Compressão de imagens - É o método utilizado para reduzir o tamanho físico de uma imagem,
de forma a otimizar a sua utilização pelo usuário.
Comunicação multi-ponto - A comunicação de um dispositivo pode ser feita simultaneamente
com diversos outros dispositivos.
Comunicação paralela - Forma de transmissão na qual vários sinais são transmitidos de maneira
simultânea, usando-se vários canais de transmissão.
Comunicação ponto a ponto - Há comunicação direta entre dois dispositivos através de um
meio físico, normalmente de uso dedicado para a interligação, conectando o transmissor ao
receptor.
Comunicação serial - Forma de transmissão onde os sinais são transmitidos serialmente por
uma linha única de transmissão.
Desvio ("drift") – É a tendência de um sistema de gradualmente se mover da resposta desejada.
Dinâmica direta – Relaciona-se com a determinação de uma certatrajetória a partir da aplicação
de torques e/ou forças nas juntas.
Dinâmica inversa – Relaciona-se a determinação dos torques e/ou forças, exercidas nas juntas,
necessárias para que o manipulador percorra uma determinada trajetória e exerça uma força
desejada.
Elos – Elementos estruturais geralmente rígidos que conectados entre si através de juntas,
formam o manipulador mecânico. São denominados também como corpo ou link.
Efetuador – É o elemento de ligação entre o robô e o meio que o cerca. Pode ser do tipo garra ou
ferramenta. O principal escopo de uma garra é pegar um determinado objeto, transportá-lo a uma
posição pré-estabelecida e após alcançar tal posição, soltá-lo. A ferramenta tem como função
realizar uma ação ou trabalho sobre uma peça, sem necessariamente manipulá-la.
Encoder – É um transdutor usado para converter posições lineares e de rotação para dados
digitais.
Ferramentas - São efetuadores que têm como função realizar uma ação ou trabalho sobre uma
peça, sendo relacionadas principalmente a operações de processamento e controle de qualidade.
Flexibilidade de garra – Capacidade de uma garra para contornar uma determinada parte que
possua formas irregulares e adaptar-se à orientação do objeto manipulado.
Garras – São efetuadores capazes de realizar a preensão de objetos visando operações de
movimentação ou manipulação.
Grau de liberdade – É o número mínimo de variáveis independentes de posição que precisam
ser especificadas para se definir inequivocamente a localização de todas as partes de um
mecanismo.
Inteligência artificial - São métodos computacionais que visam desenvolver um nível de
raciocínio e inferência em máquinas.
Interfaces de comunicação externas - Permitem a interligação com dispositivos externos ao
robô.
Interfaces de comunicação internas - Interconectam dispositivos que são montados ou
acoplados diretamente ao hardware de controle.
Junta – Articulação que vincula dois elos adjacentes e permite realizar movimento de rotação ou
translação entre estes.
Lógica fuzzy - É a lógica não aristotélica em que um fato pode ser verdadeiro, falso ou meio
verdadeiro, utilizada para caracterizar computacionalmente a imprecisão típica dos seres
humanos.
Manipulador – Mecanismo que consiste, normalmente, de uma série de segmentos (corpos) ou
elos conectados entre si por juntas rotativas ou prismáticas, sendo o primeiro corpo denominado
base e o último extremidade terminal, onde será vinculado o componente efetuador (garra ou
ferramenta).
Mapeamento - É a organização dos dados sensoriais em uma forma apropriada para serem
utilizados pelo robô móvel para a navegação autônoma no ambiente.
Matriz jacobiana - É um operador que relaciona linearmente as velocidades no espaço de juntas
às velocidades linear e angular no espaço operacional (cartesiano) de um manipulador.
Mesa “JIG” - Equipamento periférico usado para controlar o posicionamento das peças a serem
manipuladas/trabalhadas por robô.
Movimentação contínua - Movimentação do robô através de pontos com pequenos incrementos
entre si, armazenados ao longo de uma trajetória previamente percorrida.
Movimentação controlada de trajetória - Movimentação do robô envolvendo o controle
coordenado de todas as juntas para percorrer uma trajetória desejada ao longo de dois pontos.
Movimentação ponto a ponto - Movimentação do robô de uma posição a outra sem considerar o
trajeto intermediário entre os pontos.
Navegação - É a movimentação do robô no ambiente, com base em dados sensoriais,
odométricos e de mapas armazenados.
Odometria - É a estimativa com base em modelos cinemáticos da posição e orientação do robô
em seu ambiente.
Placa de captura de imagens - É o equipamento que converte a imagem recebida por uma
câmera de vídeo em informações adequadas ao uso em computadores.
Planejamento de tarefa - É o método pelo qual um robô realiza a escolha da tarefa a ser
realizada com base nas ordens de um operador humano.
Planejamento de trajetória - É o método no qual um robô escolhe a trajetória ótima com base na
tarefa a ser realizada, definida ou por um operador ou por um sistema de planejamento de tarefas.
Precisão de posição - É a diferença entre a posição programada e a posição real do robô, após
a execução do movimento programado.
Processamento de imagens - É a transformação e obtenção de informações de uma imagem
para a utilização em processos de medição, posicionamento ou orientação de dispositivos.
Processamento de sinais - É a transformação de sinais elétricos ou de dados de forma a
otimizar ou obter informações para posterior utilização por outros sistemas.
Programação "off-line" - Processo pelo qual a programação dos robôs é desenvolvida, parcial
ou completamente, sem a necessidade do uso do robô.
Programação "on-line" - Processo que utiliza métodos de programação por ensino para aplicar
um programa de controle no controlador do robô.
Repetitividade - Expressa a capacidade de o robô retornar repetidamente a uma determinada
postura, sob as mesmas condições operacionais.
Resolução – O menor movimento incremental que pode ser produzido por um robô. Serve como
uma indicação da acurácia.
Resolver – Aparelho rotativo ou linear que converte movimento mecânico em sinais elétricos
analógicos que representam movimento ou posição.
Robô industrial - Máquina manipuladora com vários graus de liberdade controlada
automaticamente, reprogramável, multifuncional, que pode ter base fixa ou móvel para utilização
em aplicações de automação industrial (ISO 10218, 1998).
Robô móvel - É um robô que permite movimentação própria sobre o solo, modificando sua
posição em relação a um referencial fixo.
Robô de inspeção – Robô destinado a verificar as condições de um sistema como montagens,
defeitos, localização de componentes, reconhecimento de peças e etc.
Sensor – Dispositivo que detecta um fenômeno físico e envia informações para um equipamento
de controle.
Sensores infravermelhos - São sensores que utilizam luz infravermelha como sinal emitido e lido
para medição de distâncias ou temperatura.
Sensores táteis - São sensores ativados através do toque ou colisão, sendo utilizados em robôs
como sistema de segurança do sistema.
Sensores ultrasônicos - São sensores que utilizam pulsos de som de alta freqüência para medir,
através do tempo de viagem da onda, a distância do sensor até um objeto próximo.
Sinais analógicos - São sinais que apresentam valores variando continuamente no tempo.
Sinais binários (lógicos ou booleanos) - São caracterizados por apenas dois valores possíveis,
sendo usualmente associados à ocorrência de eventos tais como ligado e desligado, verdadeiro e
falso, abre/fecha etc.
Sinais digitais - São sinais que apresentam uma discretização em seus valores de amplitude,
sendo caracterizados pela presença de pulsos de amplitude fixa.
Sistemas de transmissão - Componentes mecânicos cuja função é transmitir potência mecânica
dos atuadores aos elos.
Soldagem robotizada - Soldagem com robô que executa operações de soldagem, após
programação, sem ajuste ou controle por parte do operador de solda.
Tacogerador - é um dispositivo acoplado ao eixo do motor que fornece um valor de tensão
analógico proporcional à velocidade angular do eixo do motor
Teleoperação - É a metodologia utilizada para controlar dispositivos à distância, usualmente
recebendo informações do ambiente remoto.
Teleoperador - É o equipamento controlado à distância através de um sistema de teleoperação.
Telepresença - É uma forma de teleoperação na qual o usuário, através de dispositivos
especiais, tem a sensação de estar atuando diretamente sobre o ambiente remoto.
Trajetória - É a seqüência no tempo das configurações intermediárias do manipulador entre as
configurações inicial e final para uma dada tarefa.
Transdutor - Aparelho que converte uma forma de energia em uma outra.
Unidade de controle - Responsável pelo gerenciamento e monitoração dos parâmetros
operacionais requeridos para realizar as tarefas do robô. Os comandos de movimentaçãoenviados aos atuadores são originados de controladores de movimento (computador industrial,
CLP, placa controladora de passo) e baseados em informações obtidas através de sensores.
Unidade de potência - É responsável pelo fornecimento de potência necessária à movimentação
dos atuadores.
Pontos singulares - São os locais geométricos do volume de trabalho onde a matriz jacobiana é
não inversível.
Postura - É o conjunto formado pelas três coordenadas cartesianas e pelos três ângulos do ponto
de medição.
Postura comandada - É a postura especificada através da programação do robô;
Postura atingida - É a postura alcançada em resposta à postura comandada com o robô
funcionando em modo automático.
Volume de trabalho (espaço de trabalho, "workspace") – É o volume gerado pelo somatório dos
posicionamentos possíveis do efetuador, dada uma configuração de robô.
Volume de trabalho efetivo – Corresponde ao volume de trabalho realizado pelo manipulador
segundo uma determinada tarefa.
Volume de trabalho global ("dextrous workspace") – É aquele em que o efetuador pode ser
descrito em todos os posicionamentos possíveis pela configuração do robô.
Volume de trabalho limite (reachable workspace) – É aquele em que o efetuador do robô é
descrito ao menos em uma orientação de forma controlada.
CAPÍTULO 1 
 
INTRODUÇÃO À ROBÓTICA INDUSTRIAL 
 
Vitor Ferreira Romano e Max Suell Dutra 
 
 
 
 
 
1.1 - INTRODUÇÃO 
1.1.1 - Breve Histórico sobre Robôs 
Desde os primórdios de sua origem, o ser humano sempre se utilizou de ferramentas e 
utensílios que o auxiliaram na realização de diversas atividades cotidianas relacionadas às suas 
necessidades de sobrevivência. 
Para a civilização ocidental o conceito de evolução humana está diretamente associado ao 
grau de desenvolvimento tecnológico adquirido ao longo do tempo, através do aperfeiçoamento 
destes objetos. Portanto, a motivação de se criar máquinas que possam substituir o homem na 
realização de tarefas, é uma característica da própria cultura ocidental. A primeira referência 
explícita a este conceito foi escrita por Aristóteles (séc. IV a.C.): “se os instrumentos pudessem 
realizar suas próprias tarefas, obedecendo ou antecipando o desejo de pessoas . . .” 
Ao longo dos séculos, diversas invenções propiciaram a necessária bagagem tecnológica 
para a gradual substituição do homem pela máquina, porém, somente quando ocorre de forma 
sistemática a aplicação da ciência à indústria há uma concreta alteração do cenário, resultando na 
sociedade industrial. Já no fim do século XVI, Francis Bacon preconizava a idéia “. . . de que o 
saber devesse produzir seus frutos na prática, de que a ciência devesse ser aplicável à indústria, 
de que os homens tivessem o dever sagrado de se organizarem para melhorar e transformar as 
condições de vida” (DE MASI, 1999). 
 A partir da máquina a vapor desenvolvida por James Watt em 1769, houve um acentuado 
progresso em termos de automação de processos produtivos. A produção industrial em larga 
escala e os meios de transporte revolucionaram social e economicamente as relações humanas. 
Até meados do século XX, o processo de produção foi baseado no emprego de máquinas 
projetadas especificamente para a fabricação em série de produtos de uma mesma característica, 
visando uma elevada produtividade, volume e qualidade. Este modelo é denominado automação 
rígida e foi bastante difundido pelo empresário Henry Ford no início do século. 
O avanço tecnológico das últimas décadas teve reflexo direto na organização das indústrias, 
as quais buscam minimizar seus custos industriais através da adoção de diversos modelos de 
produção. Neste contexto, destacam-se a automação programável, relativa à fabricação em série 
de pequenos e médios lotes de produtos, e a automação flexível, referida à fabricação de lotes 
variáveis de produtos diversos. 
Os robôs industriais têm sido muito utilizados nos processos de automação programável e 
flexível, pois são essencialmente máquinas capazes de realizar os mais diversos movimentos 
programados, adaptando-se às necessidades operacionais de determinadas tarefas e 
empregando garras e/ou ferramentas oportunamente selecionadas. 
O termo robô foi originalmente utilizado em 1921 pelo dramaturgo checo Karen Capek, na 
peça teatral “Os Robôs Universais de Russum (R.U.R.)” como referência a um autômato que 
acaba rebelando-se contra o ser humano. Robô deriva da palavra "robota" de origem eslava, que 
significa "trabalho forçado". 
Na década de 40, o escritor Isaac Asimov tornou popular o conceito de robô como uma 
máquina de aparência humana não possuidora de sentimentos, onde seu comportamento seria 
definido a partir de programação feita por seres humanos, de forma a cumprir determinadas 
regras éticas de conduta. O termo robótica foi criado por Asimov para designar a ciência que se 
dedica ao estudo dos robôs e que se fundamenta pela observação de três leis básicas 
(SCHIAVICCO, SICILIANO, 1995): 
1a . Um robô não pode fazer mal a um ser humano e nem consentir, permanecendo inoperante, 
 que um ser humano se exponha a situação de perigo; 
2a . Um robô deve obedecer sempre às ordens de seres humanos, exceto em circunstâncias em 
 que estas ordens entrem em conflito com a 1a lei; 
3a . Um robô deve proteger a sua própria existência, exceto em circunstâncias que entrem em 
 conflito com a 1a e 2a leis. 
A base tecnológica para os atuais robôs industriais foi desenvolvida a partir de pesquisas 
iniciadas logo após a Segunda Grande Guerra Mundial, quando foi construído um equipamento 
denominado teleoperador "master-slave" empregado em atividades de manipulação de materiais 
radioativos. O sistema era formado de um manipulador "master", movido diretamente por um 
operador humano responsável pelas seqüências de movimentos desejados, e um manipulador 
"slave" capaz de reproduzir os movimentos realizados remotamente pelo "master". Os vínculos 
entre os manipuladores "master" e "slave" eram realizados através de sistemas de transmissão 
mecânicos (FU et al., 1987). 
A UNIMATION Inc. instalou o primeiro robô industrial, denominado UNIMATE, no chão-de-
fábrica de uma empresa em 1961. O projeto deste robô resultou da combinação entre os 
mecanismos articulados e garras usados no teleoperador "master-slave" e a tecnologia de 
controle desenvolvida em máquinas operatrizes com comando numérico. Desde então, o 
constante desenvolvimento tecnológico nas áreas de mecânica, eletrônica digital, ciência da 
computação, materiais e logística da produção contribuiu para o aumento da confiabilidade nos 
componentes empregados em projetos de robôs e a redução dos custos para a sua 
implementação em atividades industriais. 
O maciço investimento em robôs industriais no processo produtivo observado nas últimas 
décadas, deve-se principalmente às crescentes necessidades impostas pelo mercado de se obter 
sistemas de produção cada vez mais automatizados e dinâmicos. Devido às características de 
flexibilidade de programação e adaptação a sistemas integrados de manufatura, o robô industrial 
tornou-se um elemento importante neste contexto. 
Um sistema de produção tem por objetivo agregar valor a produtos, ou seja, a partir de uma 
entrada de materiais a serem processados: matérias-primas, peças básicas ou conjuntos de 
peças (sub-grupos); o sistema de produção irá fazer algum processo de transformação sobre 
estes materiais, resultando em produtos processados com valor comercial mais elevado. Estes 
podem ser produtos acabados aptos a serem comercializados diretamente no mercado ou ainda 
produtos intermediários que serão utilizados posteriormente na construção de produtos acabados. 
O uso de robôs industriais no chão-de-fábrica de uma empresa está diretamente associado 
aos objetivos da produção automatizada, a qual visa (BOUTEILLE at al., 1997): 
• Reduzir custos dos produtos fabricados, através de: diminuição do número de pessoas 
envolvidas no produção, aumento da quantidade de produtosem um dado período 
(produtividade), melhor utilização de matéria-prima (redução de perdas, otimização do 
aproveitamento), economia de energia e etc.; 
• Melhorar as condições de trabalho do ser humano, por meio da eliminação de atividades 
perigosas ou insalubres de seu contato direto; 
• Melhorar a qualidade do produto, através do controle mais racional dos parâmetros de 
produção; 
• Realizar atividades impossíveis de serem controladas manualmente ou intelectualmente, 
como por exemplo, a montagem de peças em miniatura, a coordenação de movimentos 
complexos e atividades muito rápidas (deslocamento de materiais). 
 
1.2 - ASPECTOS SOBRE SISTEMAS ROBÓTICOS 
1.2.1 - Definição de Robô 
Segundo a Robotic Industries Association (RIA), robô industrial é definido como um 
"manipulador multifuncional reprogramável projetado para movimentar materiais, partes, 
ferramentas ou peças especiais, através de diversos movimentos programados, para o 
desempenho de uma variedade de tarefas” (RIVIN, 1988). 
Uma definição mais completa é apresentada pela norma ISO (International Organization for 
Standardization) 10218, como sendo: "uma máquina manipuladora com vários graus de 
liberdade controlada automaticamente, reprogramável, multifuncional, que pode ter base fixa ou 
móvel para utilização em aplicações de automação industrial". 
Um robô industrial é formado pela integração dos seguintes componentes (RIVIN, 1988, 
SEERING, SCHEINMAN, 1985, WARNECKE et al., 1985, SCIESZKO, 1988, BORODIN, 1988). 
a) manipulador mecânico: refere-se principalmente ao aspecto mecânico e estrutural do robô. 
Consiste da combinação de elementos estruturais rígidos (corpos ou elos) conectados entre si 
através de articulações (juntas), sendo o primeiro corpo denominado base e o último extremidade 
terminal, onde será vinculado o componente efetuador (garra ou ferramenta). 
• elos: 
É inevitável que os elos rígidos apresentem algum grau de flexibilidade quando submetidos a 
esforços durante a realização de uma tarefa, sejam estes de natureza estática ou dinâmica. 
Portanto, nos robôs, a estrutura deve ser projetada para apresentar elevada rigidez aos 
esforços de flexão e torção. Os materiais mais empregados nas estruturas são alumínio e 
aço. Mais recentemente têm sido usados fibras de carbono e de vidro, materiais termo-
plásticos e plásticos reforçados. 
• junta: 
Em robótica geralmente utiliza-se dois tipos básicos de juntas para compor um par cinemático 
formado por dois elos adjacentes: junta de rotação ou junta prismática (translação). O uso 
destas juntas visa tornar mais simples o processo de montagem e/ou fabricação dos 
componentes mecânicos que compõe uma junta. Outra vantagem refere-se ao controle do 
movimento relativo entre os elos que depende de apenas uma variável de posição. 
O número de graus de liberdade que um robô apresenta é o número de variáveis 
independentes de posição que precisam ser especificadas para se definir a localização de 
todas as partes do mecanismo, de forma inequívoca. O robô industrial é normalmente uma 
combinação de elos e juntas em forma de cadeia cinemática aberta. Portanto, o número de 
juntas equivale ao número de graus de liberdade. 
• sistema de transmissão: 
A movimentação de cada corpo ocorre devido a transmissão de potência mecânica 
(torque/força e velocidade angular/linear) originada de um atuador. Os sistemas de 
transmissão são componentes mecânicos cuja função é transmitir potência mecânica dos 
atuadores aos elos. 
Dentre os componentes de transmissão mais usados tem-se engrenagens (dentes retos, 
helicoidais, cremalheira e pinhão, cônicas), fusos de esferas recirculantes, correias e polias 
dentadas, correntes, cabos, fitas de aço, engrenagens planetárias e engrenagens 
harmônicas. 
A escolha destes componentes depende de parâmetros de projeto como a potência 
transmitida, os tipos de movimentos desejados e a localização do atuador em relação à junta 
controlada. As características mais importantes de desempenho operacional em sistemas de 
transmissão são a rigidez e a eficiência mecânica. 
b) atuadores: São componentes que convertem energia elétrica, hidráulica ou pneumática, em 
potência mecânica. Através dos sistemas de transmissão a potência mecânica gerada pelos 
atuadores é enviada aos elos para que os mesmos se movimentem. 
• atuadores hidráulicos e pneumáticos: 
Os atuadores hidráulicos e pneumáticos podem ter a forma de cilindros lineares para gerar os 
movimentos lineares, ou motores para proporcionar deslocamentos angulares. Ambos são 
conectados a válvulas direcionais (pré-atuadores) que gerenciam a direção do deslocamento 
do fluido nos atuadores, a partir de sinais gerados de uma unidade de comando. O custo das 
válvulas direcionais de alto desempenho ainda permanece elevado. 
Os atuadores hidráulicos permitem a implementação de controle contínuo e acurado de 
posicionamento e velocidade devido a incompressibilidade do fluido (óleo hidráulico), 
resultando numa elevada rigidez, porém isso pode tornar instável o controle de força. Outra 
característica é a elevada relação entre a potência mecânica transmitida pelo atuador e o seu 
peso, o que possibilita a construção de unidades compactas de alta potência. Uma bomba é 
utilizada para fornecer o óleo hidráulico para o atuador hidráulico através das válvulas 
direcionais. 
Os atuadores pneumáticos são utilizados em robôs industriais que operam com 
movimentação de cargas entre posições bem definidas limitadas por batentes mecânicos, o 
que caracteriza o movimento ponto-a-ponto. A baixa rigidez destes atuadores devido à 
compressibilidade do fluido (ar comprimido), permite que sejam obtidas operações suaves, 
porém esta característica o torna pouco preciso quanto ao controle de posicionamento entre 
as posições limites. A natureza binária do movimento destes atuadores (posição estendida ou 
retraída) implica em um controle simples e de baixo custo. Utiliza-se um compressor para 
fornecer o ar comprimido ao atuador pneumático através das válvulas direcionais. Para um 
correto funcionamento dos atuadores, convém a instalação de unidades de preparação (filtro, 
dreno, regulador de pressão com manômetro e etc.) no circuito de ar comprimido antes da 
entrada deste nas válvulas direcionais. 
• atuadores eletromagnéticos: 
Os atuadores eletromagnéticos são os mais utilizados em robôs, principalmente atuadores do 
tipo motores de corrente contínua e de passo. Como vantagens pode-se citar a grande 
variedade de fabricantes disponíveis no mercado, o fato de os motores elétricos quando 
associados a sensores poderem ser empregados tanto para o controle de força quanto da 
posição do robô, e a facilidade de se programar seus movimentos, já que estes podem ser 
controlados por sinais elétricos, permitindo desta forma a utilização de controladores de 
movimento. 
Os motores tipo corrente contínua (cc) são compactos e geralmente o valor de torque 
mantém-se numa faixa constante para grandes variações de velocidade, porém necessitam 
de sensores de posição angular (encoder) e de velocidade (tacômetro) para o controle de 
posicionamento em malha fechada (servocontrole). A máxima eficiência mecânica destes 
motores normalmente ocorre a velocidades elevadas, portanto é comum o uso de redutores 
de velocidade para se obter a redução de velocidade e conseqüentemente o aumento de 
torque necessários à transmissão de potência mecânica ao elemento movido. Atualmente os 
fabricantes de robôs utilizam os motores cc sem escovas ("brushless") devido à reduzida 
manutenção, decorrente da diminuição de desgastes e otimização da dissipação térmica 
entre o rotor e o estator. 
Os motores tipo passo podem funcionar em controle de malha aberta em posição e 
velocidade e são facilmente interligados a unidades de comando de baixo custo, porém a 
curva de torque decresce com o aumento da velocidade e em baixas velocidades podem 
gerar vibrações mecânicas. São mais empregados na movimentação de garras. 
Os motores de corrente alternada,os motores lineares e atuadores do tipo solenóide têm sido 
cada vez mais empregados em projetos de manipuladores mecânicos. Recentes pesquisas 
indicam que os materiais com memória de forma têm bom potencial para serem usados na 
construção de atuadores. 
c) sensores: Fornecem parâmetros sobre o comportamento do manipulador, geralmente em 
termos de posição e velocidade dos elos em função do tempo, e do modo de interação entre o 
robô e o ambiente operativo (força, torque, sistema de visão) à unidade de controle. As juntas 
utilizadas para vincular os elos de um robô são normalmente acopladas a sensores. 
d) unidade de controle: Responsável pelo gerenciamento e monitoração dos parâmetros 
operacionais requeridos para realizar as tarefas do robô. Os comandos de movimentação 
enviados aos atuadores são originados de controladores de movimento (computador industrial, 
CLP, placa controladora de passo) e baseados em informações obtidas através de sensores. 
 
Figura 1.1 - Robô industrial de seis graus de liberdade. 
 
e) unidade de potência: É responsável pelo fornecimento de potência necessária à 
movimentação dos atuadores. A bomba hidráulica, o compressor e a fonte elétrica são as 
unidades de potência associadas aos atuadores hidráulico, pneumático e eletromagnético, 
respectivamente. 
f) efetuador: É o elemento de ligação entre o robô e o meio que o cerca. Pode ser do tipo garra 
ou ferramenta. O principal escopo de uma garra é pegar um determinado objeto, transportá-lo a 
uma posição pré-estabelecida e após alcançar tal posição, soltá-lo. A ferramenta tem como 
função realizar uma ação ou trabalho sobre uma peça, sem necessariamente manipulá-la. 
 
1.2.2 - Classificações de Robôs 
1.2.2.1 - Quanto à Estrutura Mecânica 
Diversas combinações de elementos (juntas e elos) podem ser realizadas para se obter uma 
configuração desejada. De acordo com a Federação Internacional de Robótica (International 
Federation of Robotics - IFR), as principais configurações básicas quanto à estrutura mecânica 
são as seguintes (IFR, 2000, SCHIAVICCO, SICILIANO, 1995): 
a) Robô de Coordenadas Cartesianas/Pórtico (cartesian/gantry robot): 
Este tipo de robô possui três juntas prismáticas (PPP), resultando num movimento composto 
de três translações, cujos eixos de movimento são coincidentes com um sistema de coordenadas 
de referência cartesiano. Uma variante deste robô é a configuração tipo pórtico (gantry). O volume 
de trabalho gerado é retangular. 
 
 
 (a) (b) 
Figura 1.2 - Robôs Cartesianos: (a) tipo convencional - volume de trabalho, (b) tipo pórtico. 
 
b) Robô de Coordenadas Cilíndricas (cylindrical robot): 
Nesta configuração, os eixos de movimento podem ser descritos no sistema de coordenadas 
de referência cilíndrica. É formado por duas juntas prismáticas e uma de rotação (PPR), 
compondo movimentos de duas translações e uma rotação. Neste caso, o volume de trabalho 
gerado é cilíndrico. 
 
 
(a) (b) 
Figura 1.3 - Robô de coordenadas Cilíndricas: (a) volume de trabalho, (b) robô. 
 
c) Robô de Coordenadas Esféricas (spherical robot): 
Neste tipo de robô os eixos de movimento formam um sistema de coordenadas de referência 
polar, através de uma junta prismática e duas de rotação (PRR), compondo movimentos de uma 
translação e duas rotações. Para esta configuração, o volume de trabalho gerado é 
aproximadamente uma esfera. 
 
 
 
(a) (b) 
Figura 1.4 - Robô de coordenadas Esféricas: : (a) volume de trabalho, (b) robô. 
 
d) Robô SCARA: 
É um robô que apresenta duas juntas de rotação dispostas em paralelo para se ter 
movimento num plano e uma junta prismática perpendicular a este plano (PRR), apresentando 
portanto uma translação e duas rotações. O SCARA é muito empregado em tarefas de montagem 
de componentes de pequenas dimensões, como placas de circuitos eletrônicos. O volume de 
trabalho gerado por este tipo de robô é aproximadamente cilíndrico. 
 
 
(a) (b) 
Figura 1.5 - Robô tipo SCARA: (a) volume de trabalho, (b) robô. 
 
e) Robô Articulado ou Antropomórfico (articulated robot): 
Nesta configuração, existem ao menos três juntas de rotação. O eixo de movimento da junta 
de rotação da base é ortogonal às outras duas juntas de rotação que são simétricas entre si. Este 
tipo de configuração é o que permite maior mobilidade a robôs. Seu volume de trabalho apresenta 
uma geometria mais complexa em relação as outras configurações. 
 
 
 
(a) (b) 
Figura 1.6 - Robô Articulado (cortesia ABB): (a) volume de trabalho, (b) robô. 
 
f) Robô Paralelo (parallel robot): 
Este robô apresenta configuração tipo plataforma e mecanismos em forma de cadeia 
cinemática fechada. O volume de trabalho resultante é aproximadamente semi-esférico. 
 
 
(a) (b) 
Figura 1.7 - Robô Paralelo (IFR, 2000): (a) esquema, (b) exemplo de robô. 
 
1.2.2.2 - Quanto a geração tecnológica 
 Outra classificação (RIVIN, 1988), (ROSEN, 1985), refere-se às gerações tecnológicas 
dos robôs industriais. A primeira geração é a dos robôs denominados de seqüência fixa, os quais 
uma vez programados podem repetir uma seqüência de operações e para realizar uma operação 
diferente devem ser reprogramados. O ambiente de interação do robô na fábrica deve estar 
completamente estruturado (parametrizado), pois as operações exigem o posicionamento preciso 
dos objetos a serem trabalhados. A maioria dos robôs industriais em uso pertence a esta geração. 
 Os robôs de segunda geração possuem recursos computacionais e sensores que 
permitem ao robô agir em um ambiente parcialmente estruturado, calculando em tempo real os 
parâmetros de controle para a realização dos movimentos. Algumas atividades como pegar uma 
peça que está deslocada de sua posição ideal e reconhecer uma peça a ser manipulada dentre 
um conjunto de peças variadas, são características desta geração. 
 A terceira geração de robôs apresenta inteligência suficiente para se conectar com 
outros robôs e máquinas, armazenar programas e se comunicar com outros sistemas 
computacionais. É capaz, por exemplo, de tomar decisões em operações de montagem, como 
montar uma adequada combinação de peças, rejeitar peças defeituosas e selecionar uma 
combinação correta de tolerâncias. O emprego deste tipo de robô em processos industriais ainda 
é incipiente. 
1.2.2.3 - Quanto à participação de operador humano 
O grau de envolvimento do operador humano no processo de controle de um sistema 
robótico é determinado pela complexidade que o meio de interação apresenta e pelos recursos 
disponíveis para o processamento dos dados necessários à execução das tarefas. 
Em ambientes estruturados, onde os parâmetros necessários à operacionalidade do sistema 
podem ser identificados e quantificados, é possível estabelecer um sistema de controle 
capaz de gerenciar e monitorar as tarefas com a mínima participação de um operador. Neste caso 
classifica-se este sistema como robótico. 
A maioria das atividades automatizadas relacionadas às indústrias, como soldagem por 
pontos ou contínua, fixação de circuitos integrados em placas, pintura de superfícies, 
movimentação de objetos e montagem de peças, operam em ambientes estruturados. 
Já em ambientes não estruturados, devido à dificuldade de serem quantificados determinados 
parâmetros de processo ou ao elevado custo para obtê-los dentro de certas especificações, a 
utilização do poder decisório do operador no gerenciamento do sistema de controle torna-se 
fundamental para a realização das tarefas determinadas. Neste caso, o sistema é classificado 
como teleoperado.Há diversas aplicações em ambientes não estruturados onde um computador pode processar 
parte das informações a serem enviadas do ambiente manipulado ao operador humano e vice-
versa. Apesar de esta situação ter conceitualmente um operador humano no comando 
operacional, observa-se algum grau de autonomia do sistema. 
Os sistemas baseados em teleoperação (ver capítulo 11) são normalmente utilizados em 
manipulações envolvendo atividades em ambientes não estruturados como mineração, 
recuperação de satélites, manipulação de materiais radioativos em usinas ou centros de 
pesquisas nucleares, e exploração de petróleo e gás em plataformas marítimas. 
 
1.2.3 - Projeto de Robô 
O projeto de um robô é necessariamente interdisciplinar e envolve a utilização de 
conhecimentos de várias áreas clássicas como: 
• Engenharia mecânica: a qual fornece metodologias para o estudo de estruturas e 
mecanismos em situações estáticas e dinâmicas; 
• Engenharias elétrica e eletrônica: fornecem técnicas para o projeto e integração de sensores, 
interfaces, atuadores e controladores; 
• Teoria de controle: formula e avalia algoritmos ou critérios de inteligência artificial que 
realizam os movimentos desejados e controlam as interações entre robô e o ambiente; e 
• Ciência da computação: propicia ferramentas para a programação de robôs, capacitando-os à 
realização das tarefas especificadas. 
Neste tipo de projeto deve-se ainda considerar entre outros aspectos: 
• dimensionamento de atuadores, mecanismos, circuitos eletrônicos (hardware), unidades de 
controle e potência; 
• cálculos estruturais; 
• fabricação e montagem de peças de precisão; 
• seleção de materiais; 
• planificação dos movimentos; 
• simulação e modelagem; 
• desenvolvimento de técnicas de programação para o sistema de controle, 
sistema operacional, diagnose de sistemas/componentes e comunicação ao operador; e 
• testes de desempenho. 
Os robôs são máquinas de programação flexível projetadas para operar em diversas situações, 
logo, as especificações de operação fornecidas pelo fabricante são de caráter geral e relacionam-
se a: volume de trabalho, capacidade de carga, velocidade máxima, precisão e repetibilidade. 
Com a implementação de um sistema robótico em uma fábrica, devem ainda ser analisados 
aspectos relacionados às áreas econômica e social, como: análise de custos e benefícios, 
mudanças organizacionais na estrutura da empresa e investimentos diretos e indiretos na 
produção, redução do número de empregados e remanejamentos. 
 
1.3 - EFETUADORES 
Os fabricantes de robôs especificam nos catálogos as informações relativas às características 
dimensionais e de desempenho dos robôs, como acurácia, repetibilidade, carga máxima de 
manipulação, número de graus de liberdade, volume de trabalho e etc. Estes dados fornecem ao 
usuário subsídios suficientes para que se tenha uma ordem de grandeza das condições 
operacionais de um determinado robô. 
As informações indicadas nos catálogos relacionam-se essencialmente à extremidade 
terminal do manipulador mecânico, ou seja, ao último elo. Portanto, torna-se necessária a inclusão 
de um componente capaz de promover a interação entre a extremidade terminal do manipulador 
mecânico e o objeto a ser trabalhado. Este componente é o efetuador. 
Os efetuadores podem ser divididos em dois grandes tipos: as ferramentas especiais e as 
garras mecânicas. As ferramentas têm como função realizar uma ação ou trabalho sobre uma 
peça, sendo relacionadas principalmente a operações de processamento e controle de qualidade. 
Enquanto as ferramentas especiais realizam trabalho, durante a sua movimentação ou 
quando já posicionadas pelo manipulador, as garras mecânicas são associadas a preensão 
(agarramento) de objetos visando operações de movimentação ou manipulação. O principal 
escopo de uma garra é pegar um determinado objeto, transportá-lo a uma posição pré-
estabelecida e após alcançar tal posição, soltá-lo (TANIE, 1985). 
Os efetuadores usados em robótica são padronizados de tal forma a permitir uma vinculação 
fácil à extremidade terminal do robô industrial e geralmente podem ser controlados pela mesma 
unidade de controle do robô, através de interfaces apropriadas. 
 
1.3.1 - Ferramentas Especiais 
As ferramentas são geralmente rigidamente fixas às extremidades terminais dos robôs, não 
possuindo movimentação relativa a estes. A função primordial do robô nestes casos é posicionar 
e orientar a ferramenta em relação à peça que será trabalhada. 
O uso de ferramentas está associado diretamente às tarefas a serem realizadas. Dentre as 
ferramentas mais tradicionais utilizadas em operações de processamento estão: o porta-eletrodo, 
a pistola de aspersão (para pó, jateamento de superfícies e etc.), a pistola de pintura, as tochas 
para soldagem TIG e MIG/MAG, o dispositivo para soldagem/corte à plasma, o conjunto de pinças 
para soldagem por pontos, o dispositivo para soldagem/corte à laser, o porta-esmeriladora, o 
maçarico para corte oxiacetilênico, a pistola para limpeza por jato d'água, a pistola para corte por 
jato d'água e etc. 
 
1.3.2 - Garras Mecânicas 
1.3.2.1 - Analogias com a Mão Humana 
SALISBURY e CRAIG (1982) após pesquisarem cerca de seiscentas configurações diferentes 
de garras chegaram a conclusão que, em termos cinemáticos, uma garra na configuração de mão 
humana é a que possui maior versatilidade para realizar a manipulação de objetos dos mais 
variados tipos e inclusive formas irregulares, sendo capaz de exercer apenas a força estritamente 
necessária para que estes objetos sejam seguros com estabilidade e com segurança. 
Para efeito de comparação, observa-se que uma garra com dois dedos pode manipular com 
sucesso aproximadamente 40% dos objetos das mais diferentes formas. Uma garra com três 
dedos poderia manipular 90% de todos objetos, e uma na configuração com quatro dedos poderia 
manipular em torno de 99% destes objetos (MATSUOKA, 1995). 
Embora uma garra com a configuração de mão humana possa apresentar elevada 
versatilidade em função de seus muitos graus de liberdade, sua utilização em robôs industriais 
não é conveniente devido a sua complexidade de construção e controle. 
O número grande de juntas neste tipo de garra permite adaptá-la a muitas formas diferentes 
de objetos a serem manipulados, permitindo a preensão de um maior número de formas de 
objetos que as garras convencionais. Porém, a programação torna-se extremamente complexa. A 
manipulação eficiente de garras com múltiplos dedos, que cooperam entre si, requer um sistema 
de controle mais sofisticado contendo retroalimentação de sinais provenientes de sensores de tato 
(força, ótico, estensômetros e etc.) e planejamento de trajetórias. 
Quando se utiliza uma garra com apenas dois dedos (forquilha), a falta de versatilidade de 
manipulação ou destreza (dexterity) exige que o programador modele com grande precisão os 
objetos a serem seguros ou manipulados. Nos projetos deste tipo de garra, normalmente se 
considera que os modelos dos objetos que estão sendo manipulados estão disponíveis ou podem 
ser facilmente obtidos. Quando se deseja que o manipulador opere em ambientes desconhecidos 
de trabalho ou que ele manipule uma maior variedade de objetos com diferentes formas, esta 
modelagem é difícil de ser empregada. Já uma garra na configuração de mão humana com maior 
número de graus de liberdade (sistema redundante) pode-se adequar a incertezas do modelo 
simplesmente, por exemplo, pela retroalimentação dos sensores de tato. O maior desafio é 
manter a controlabilidade do sistema redundante devido aos vários graus de liberdade. 
Basicamente existem dois modos estáveis de se promover a preensão de um objeto através 
de garras: a preensão com precisão e a preensão com segurança (TANIE, 1985). O modo com 
precisão é na maioria das vezes realizado utilizando-se principalmente as pontas dos dedos, 
como por exemplo no trabalho manual realizado por uma costureira através da agulhae fio. No 
modo com segurança existe o contato do objeto com os dedos e a palma da mão, como por 
exemplo um tenista segurando a sua raquete. 
O estudo da mão humana sob o ponto de vista cinemático requer uma análise tanto do 
esqueleto quanto dos ligamentos. A mão pode ser considerada como um sistema formado por 
ossos (elos), ligamentos (juntas) e músculos (atuadores). Estes elementos formam os dedos e a 
palma e permitem a realização de movimento entre os elos. As juntas são tencionadas pelos 
ligamentos, tendões e músculos. O movimento nas junta é obtido pela força dos músculos e é 
restringido pelos músculos e articulações dos ossos. 
A mão é formada por vinte e sete ossos, mais de vinte articulações e a sua ação envolve o 
uso de trinta e três músculos diferentes. Formada por cinco dedos, ela possui capacidade de 
executar inúmeros movimentos, que podem ser divididos em dois grupos fundamentais: 
movimentos com preensão e movimento sem preensão, nos quais o objeto é manipulado 
mediante impulsão ou levantamento. 
Os tipos básicos de preensão de diferentes objetos podem ser vistos na figura 1.8. Desta 
figura pode-se notar as vantagens da utilização de uma mão com cinco dedos. Os tipos básicos 
de preensão são denominados: cilíndrico, ponta de dedo, gancho, palmar, esférico e lateral 
(ISO/DIS, 1998). 
 
 
Figura 1.8 – Seis tipos básicos de preensão de uma mão humana (TANIE, 1985). 
 
1.3.2.2 - Formas de Preensão 
Além da divisão por números de dedos, deve-se observar a forma de preensão. Nos 
desenhos esquemáticos da figura 1.9, pode-se notar as preensões internas e externas de 
diversas garras (ISO/DIS, 1998). 
Além destes fatores, diversos outros devem ser considerados tanto para a especificação e 
seleção quanto para o projeto das garras mecânicas ou das ferramentas específicas. Dentre estes 
fatores podem ser citados: forma, peso, material e rigidez do objeto a ser manipulado, velocidade 
e aceleração do manipulador durante a realização da tarefa, estabilidade do agarramento, 
ambiente de trabalho, etc. 
 
 
Figura 1.9 – Preensões típicas de diversos tipos de garras (ISO/DIS 14539, 1998). 
 
 
1.3.2.3 - Tipos de Garras Industriais 
Enquanto nos centros de pesquisas de todo o mundo procura-se projetar garras mecânicas 
tão complexas como as dos seres humanos, nas indústrias as garras são, na sua grande maioria, 
compostas de apenas dois ou três dedos e uma junta de rotação em cada dedo. Entre as figuras 
1.10 e 1.13 são apresentadas algumas garras utilizadas na indústria. 
 
 
(a) (b) 
 
(c) 
Figura 1.10 – Garra com dois dedos intercambiáveis (cortesia Shunk GmbH.). 
 
Em alguns casos deseja-se que a garra possua capacidade de exercer força e exibir uma 
destreza que só pode ser conseguida com dedos especiais. Na figura 1.11 pode-se observar um 
tipo de garra com esta característica, onde os dedos, quando sob pressão interna de algum fluido 
exerce a força diretamente sobre o objeto manipulado. 
 
 
 
Figura 1.11 – Garra com Dedos Flexíveis (Cortesia Sommer GmbH). 
 
Mesmo com esta capacidade, existem objetos que para serem manipulados com segurança 
necessitam de garras com pelo menos três dedos. Um exemplo clássico deste tipo é o da 
preensão de esferas ou peças com superfície cilíndrica. Um exemplo deste tipo de garra pode ser 
visto na figura 1.12. 
 
 
Figura 1.12 – Garra Mecânica com três dedos (cortesia Shunk GmbH.). 
 
Garras pneumáticas são muito empregadas para a movimentação de objetos com superfície 
plana e massa reduzida, como chapas metálicas, caixas e etc. 
 
 
 (a) (b) 
Figura 1.13 - (a) Ventosas; (b) Garra pneumática (cortesia Shunk GmbH.). 
 
1.3.3 - Especificação de uma Garra 
Como os efetuadores do tipo garra mecânica entrarão em contato direto com o objeto a ser 
manipulado, diversos fatores devem ser considerados no momento de sua especificação para o 
uso em robôs ou durante a fase de projeto de efetuadores. 
Segundo a norma ISO/DIS 14539 (1998), os principais itens são: 
• Geometria dos dedos e da palma; 
• Posicionamento dos dedos na palma; 
• Forma dos dedos e seus movimentos durante o agarramento; 
• Número e posicionamento dos atuadores; 
• Número e posicionamento dos sensores; 
• Mecanismos de transmissão da potência; 
• Mecanismo de fixação efetuador / manipulador; 
• Tipo e força de agarramento; 
• Tempo de operação (de agarramento, tempo do ciclo); 
• Tipo de sistema de controle empregado (força e/ou posição); 
• Número e material dos dedos; 
• Número de graus de liberdade dos dedos; 
• Geometria, peso, temperatura máxima e mínima, propriedades magnéticas e características 
da superfície do objeto a ser manipulado. 
 
1.4 - APLICAÇÕES DE ROBÔS INDUSTRIAIS 
1.4.1 - Generalidades 
A própria definição de robô industrial como sendo um "manipulador multifuncional 
reprogramável projetado para movimentar materiais, partes, ferramentas ou peças especiais, 
através de diversos movimentos programados, para o desempenho de uma variedade de tarefas", 
já fornece uma idéia das variadas aplicações que podem ser realizadas com este equipamento. 
Conforme mencionado anteriormente, as características operacionais de um robô industrial, 
dependem essencialmente de sua configuração, das indicações de desempenho indicadas nos 
catálogos dos fabricantes e das tarefas planejadas a serem realizadas. 
Para cada tarefa, geralmente faz-se uso de diferentes efetuadores, os quais são selecionados 
especificamente para promover a correta interação entre a extremidade terminal do manipulador 
mecânico e o objeto a ser trabalhado. 
Os principais fabricantes de robôs industriais oferecem aos usuários diferentes configurações 
de manipuladores. Entretanto, alguns fabricantes se especializaram em produzir determinados 
tipos de robôs para aplicações específicas, obtendo desta forma melhores desempenhos 
operacionais. 
Dentre as mais importantes empresas que fabricam robôs industriais encontram-se: ABB 
Robotics AB, Adept Technologies Inc., Brown & Shape, COMAU SPA, FANUC LTD, Kawasaki 
Robotics Inc., KUKA Roboter GmbH, Motoman Inc., Stäubli AG e Sony Co. 
Uma das aplicações mais comuns de robôs industriais é a soldagem. Aproximadamente 25% 
dos robôs são empregados em diferentes aplicações de soldagem. 
A montagem de componentes corresponde a cerca de 33% das aplicações de robôs (1997). 
Muitos destes são empregados pelas indústrias automobilísticas e de eletrônica. 
Processos de empacotamento e paletização ainda permanecem com pequenos índices de 
aplicação com robôs, contribuindo com 2,8% do número total (1997). Esta área de aplicação deve 
crescer em função do aumento da capacidade de manipulação dos robôs. 
A indústria alimentícia é uma área que deve contribuir consideravelmente no futuro com a 
aplicação de robôs industriais (IFR, 2000). 
A maioria das atividades relacionadas a robôs industriais em processos de produção 
envolvem operações de movimentação, processamento e controle de qualidade. A seguir são 
apresentadas algumas destas atividades. 
• Movimentação: 
- movimentação de peças entre posições definidas; 
- transporte de peças entre esteira transportadora e máquinas operatrizes; 
- carregamento e descarregamento de peças em máquinas operatrizes; 
- carregamento e descarregamento de peças em magazines; 
- paletização. 
• Processamento: 
- soldagem por resistência elétrica (pontos) ou a arco (contínua); 
- fixação de circuitos integrados em placas; 
- pintura e envernizamento de superfícies; 
- montagem de peças; 
- acabamento superficial; 
- limpeza através de jato d'água e abrasivos; 
- corte através de processos por plasma, laser, oxi-corte ou jato d'água; 
- fixação de partes com parafusos, deposição de cola, rebites; 
- empacotamento. 
• Controle de qualidade: 
- inspeção por visão; 
- verificação dimensional depeças através de sensores. 
 
1.4.2 - Aplicação de Robôs no Brasil 
A população mundial instalada de robôs de seis eixos é estimada em 790.000 unidades 
(1999), sendo no Brasil em torno de 4500 unidades. Portanto, o Brasil contribui com 
aproximadamente 0,6% do número total de robôs industriais instalados no mundo. 
As indústrias ligadas ao setor automobilístico, como montadoras e fornecedoras de auto-
peças são as maiores usuárias de robôs industriais no país. Cerca de 900 unidades (20% do total) 
foram empregadas em pequenas e médias indústrias. 
 A figura 1.14 apresenta um gráfico do histórico da evolução do número de robôs 
industriais de seis eixos no Brasil. Observa-se que houve um acréscimo de 900% no número de 
robôs nos últimos cinco anos e a tendência é de crescimento (ROMANO, 2000). 
Figura 1.14 - Evolução histórica do número de robôs industriais de seis eixos no Brasil. 
 A empresa ABB Robotics AB é a líder no mercado brasileiro com 33% das vendas. Na 
tabela 1.1 pode-se observar a distribuição de robôs industriais de seis eixos por aplicação 
industrial desta empresa no mercado brasileiro. 
 
Tabela 1.1 - Distribuição percentual de robôs ABB no Brasil. 
Aplicação Industrial Percentual 
Soldagem por pontos 33 % 
Movimentação / paletização 25% 
Soldagem por arco 18 % 
Pintura 10 % 
Outros (montagem, acabamento, corte por jato-d'água, oxi-corte) 14 % 
 
Nas figuras a seguir são apresentados alguns exemplos de aplicação de robôs industriais no 
Brasil. 
 
0
1000
2000
3000
4000
5000
1995 1996 1997 1998 2000 *
Robôs
 
Figura 1.15 - Pintura de carroceria de caminhão (cortesia Scania Latin America Ltda.). 
 
 
Figura 1.16 - Soldagem na fabricação de assentos (cortesia Marcopolo Ltda.). 
 
 
Figura 1.17 - Manutenção de turbinas de aeronaves (cortesia Viação Aérea São Paulo) 
1.5 - REFERÊNCIAS 
BORODIN, N., Machine Design, 1 ed., MIR Publishers, Moscow,1988. 
BOUTEILLE, D., BOUTEILLE, N., CHANTREUIL,S., at al., Les Automatismes Programables, 
Cépaduès-éditions, 2 ed., Toulouse, 1997. 
CRAIG, J., Introduction to Robotics: Mechanics & Control, Addison-Wesley Publishing Co., 1 ed., 
Massachusetts, 1986. 
CUTKOSKY, M. R., "On Grasp Choice, Grasp Models, and the Design of Hands for Manufacturing 
Tasks", IEEE Trasactions on Robotics and Automation, v. 5, n.3, pp. 269-279 ,1989. 
DE MASI, D., A Sociedade Pós-Industrial, Editora SENAI, 2 ed., São Paulo, 1999. 
DUTRA, M. S., Projeto, Construção, Modelagem Matemática e Testes Experimentais de uma 
Garra Mecânica com Quatro Dedos, Tese de M.Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil, 1990. 
FU, K.S., GONZALES, R.C., LEE, C.S.G., Robotics - Control, Sensing, Vision and Intelligence, 
McGraw-Hill Book Inc., International Edition, 1 ed., New York, 1987. 
GILBERTSON, R. G., Muscle Wires – Project Book, 3 ed., Mondotronics Inc., California, 1994. 
HIMENO, S. , TSUMURA, H., "The locomotive and control mechanism of the human finger and its 
applications to robotics", In: Proceedings of the ’83 International Conference on Advanced 
Robotics, pp. 261-269, 1983. 
IFR – International Federation of Robotics, http://www.ifr.org, 2000. 
ISO 10218 - Manipulating Industrial Robots - Safety, ISO Publications, France, 1992. 
ISO/DIS 14539 - Manipulating Industrial Robots: Vocabulary of object handling with end effectors 
and of characteristics of grasp-type grippers, ISO Publications, France, 1998. 
TANIE, K., "Design of Robot Hands". In: Nof, S. Y. (ed), Handbook of Industrial Robotics, 1 ed., 
chapter 8, New York, John Wiley & Sons, 1985. 
MATSUOKA, Y., Embodiment and Manipulation Learning Process for a Humanoid Hand, M.Sc. 
Dissertation, Massachussets Institute of Technology, USA, 1995. 
PHAN, D. T., HEGINBOTHAM, W. B., Robot Grippers, IFS (Publications) Ltd., EUA, 1986. 
RIVIN, E., Mechanical Design of Robots, 1 ed., McGraw-Hill Inc., New York, 1988. 
ROMANO, V.F., "Automação e Robótica", In: Notas de Aula curso de graduação em Engenharia 
Mecânica EE-UFRJ, Rio de Janeiro, 1994. 
ROMANO, V.F., "Brazilian Investments and Applications in Robotics". In: Preprints of the 
Workshop on Integration In Manufacturing & Beyond - IIMB' 2000, p.4, Bordeaux, France, Sept. 
2000. 
ROSEN, C.A., "Robots and Machine Intelligence". In: Nof, S. Y. (ed), Handbook of Industrial 
Robotics, 1 ed., chapter 3, New York, John Wiley & Sons, 1985. 
SALISBURY, J. K.; CRAIG, J. J., "Articulated Hands: Force Control and Kinematic Issue", 
International Journal of Robotics Research, v.1, n. 1, pp.4-17, USA, 1982. 
SCHIAVICCO, L., SICILIANO, B., Robotica Industriale - Modellistica e Controllo di Manipolatori, 1 
ed., McGraw-Hill Inc., Milano, 1995. 
SCIESZKO, J.L., "Projeto de Robôs", In: Notas de aula curso de graduação em Engenharia 
Mecânica EE-UFRJ, Rio de Janeiro, 1988. 
SEERING, W. P., SCHEINMAN, V., "Mechanical Design of an Industrial Robot". In: Nof, S. Y. (ed), 
Handbook of Industrial Robotics, 1 ed., chapter 4, New York, John Wiley & Sons, 1985. 
WARNECKE, H. J., SCHRAFT, R. D., WANNER M. C., "Mechanical Design of Robot System". In: 
Nof, S. Y. (ed), Handbook of Industrial Robotics, 1 ed., chapter 5, New York, John Wiley & Sons, 
1985. 
 
 CAPÍTULO 2 
 
MODELAGEM E CONTROLE DE ROBÔS 
 
João Maurício Rosário 
 
 
 
 
 
2.1 - INTRODUÇÃO 
Um robô industrial pode ser definido como um sistema mecânico articulado que tem como 
objetivo principal executar operações pré-definidas. Isto é realizado através de um Supervisor de 
Controle que deverá especificar o que o manipulador deverá fazer para que o mesmo possa 
realizar as tarefas especificadas. Normalmente ele é constituído de seis graus de liberdade, e o 
posicionamento de sua ferramenta de trabalho é especificado através do controle de modo 
apropriado de suas variáveis articulares ou de juntas. 
Desta maneira, sua trajetória é definida através de um conjunto de ângulos/translações 
associados ao movimento angular/linear de cada grau de liberdade do robô, que após algoritmo 
de interpolação, servirão como sinal de referência para o controlador de posição de cada junta 
robótica que realizará uma comparação com os sinais provenientes dos transdutores de posição 
das juntas. 
Diversas aplicações industriais, exigem que o robô trabalhe de acordo com a posição e 
orientação do seu elemento terminal em relação ao sistema de coordenadas de trabalho, como 
por exemplo, um robô trabalhando em conjunto com uma máquina de comando numérico, numa 
célula automatizada com outros robôs, ou ainda quando o mesmo é dotado de um sistema de 
visão. Neste último caso, a interpretação das imagens se efetuará em relação ao sistema de 
coordenadas de trabalho (em duas ou três dimensões), e as informações extraídas das mesmas 
serão transmitidas ao Sistema de Supervisão após tratamento apropriado. 
O Supervisor de Controle, ou unidade de controle, é responsável pela geração dos sinais de 
referência individuais ao longo do tempo, para cada junta do robô. Através de uma malha de 
controle de posição independente para cada junta, estes sinais são comparados com os valores 
atuais (obtidos através dos sensores de posição articulares), que faz com que a configuração de 
um robô seja controlada a partir de um valor desejado, independente do movimento desejado e da 
carga transportada pelo robô. 
Entretanto, os valores das variáveis articulares utilizados como sinal de referência na malha 
de controle de posição das juntas quando comparados com os valores das juntas podem traduzir 
num erro, que aumenta com a sua velocidade de operação. Conseqüentemente, a implementação 
de um controlador de posição para um robô industrial exige o conhecimento da precisão 
cinemática do movimento do manipulador. 
Para estabelecermos estratégias de controle de posição de juntas robóticas eficientes e 
precisas (erro próximo de zero), o movimento do robô é descrito através de equações diferenciais 
levando-se em consideração a sua arquitetura construtiva, a massa dos diferentes elementos, as 
inércias e tensor de inércia relacionada com