Slide - Aula 3 - Topologias de Robôs Manipuladores - 2023-1

DIG ELE041 – MANIPULADORES ROBÓTICOS Aula 3: Topologiasde RobôsManipuladorese Espaçodas Configurações Professor: M.Sc. Gilmar Pereira Da Cruz Júnior Departamento De Engenharia Elétrica - UFMG DIG ELE041 – MANIPULADORES ROBÓTICOS Aula 3 Topologiasde RobôsManipuladorese Espaçodas Configurações Professor: M.Sc. Gilmar Pereira Da Cruz Júnior gilmarpcruzjunior@gmail.com - gilmarpcjunior@ufmg.br Departamento De Engenharia Elétrica - UFMG AGENDA 1. Estruturas de Robôs Manipuladores: 1.Representação simbólica; 2.Classificação de Robôs Manipuladores; 3.Arranjos Comuns; 4.Punho e Efetuador Final. 2. Espaço das Configurações: 1.Espaço das configurações C; 2.Espaço de Trabalho W; 3.Graus de Liberdade. Estruturas de Robôs Manipuladores Um robô manipulador é composto por: ◦ Elos ("links" - partes fixas); ◦ Juntas (partes móveis); Juntos forma uma "Cadeia cinemática": ◦ Cadeia cinemática aberta: ◦ Robôs seriais (Braços manipuladores). ◦ Cadeira cinemática fechada: ◦ Robôs paralelos (plataformas). Estruturas de Robôs Manipuladores Representação Simbólica Tipos de Juntas: ◦ Revolução (Rotativa); ◦ Prismática (Translacional). Eixo de Movimentação: ◦ Acopla-se um sistema de coordenadas no Elo (corpo rígido); ◦ Movimentação acoplada ao eixo "Z". Estruturas de Robôs Manipuladores Classificação de Robôs Manipuladores Existem diferentes Classificações para robôs manipuladores. Algumas das classificações são: ◦ Cadeia Cinemática; ◦ Fontes de Energia; ◦ Área de Aplicação; ◦ Método de Controle; ◦ Geometria; Estruturas de Robôs Manipuladores Classificação de Robôs Manipuladores Existem diferentes Classificações para robôs manipuladores. Algumas das classificações são: ◦ Cadeia Cinemática; ◦ Fontes de Energia; ◦ Área de Aplicação; ◦ Método de Controle; ◦ Geometria; ◦ Cadeia Cinemática: ◦ Seriais; ◦ Paralelos; ◦ Hibridos. Estruturas de Robôs Manipuladores Classificação de Robôs Manipuladores Existem diferentes Classificações para robôs manipuladores. Algumas das classificações são: ◦ Cadeia Cinemática; ◦ Fontes de Energia; ◦ Área de Aplicação; ◦ Método de Controle; ◦ Geometria; ◦ Fontes de Energia: ◦ Pneumático; ◦ Elétrico; ◦ Hidráulico. Estruturas de Robôs Manipuladores Classificação de Robôs Manipuladores Existem diferentes Classificações para robôs manipuladores. Algumas das classificações são: ◦ Cadeia Cinemática; ◦ Fontes de Energia; ◦ Área de Aplicação; ◦ Método de Controle; ◦ Geometria; ◦ Área de Aplicação: ◦ Montagem: ◦ Geralmente menores (elétricos); ◦ Pick and Place; ◦ Não-montagem: ◦ Robôs maiores e robustos: ◦ Soldagem; ◦ Pintura; ◦ Carregadores; ◦ Etc. Estruturas de Robôs Manipuladores Classificação de Robôs Manipuladores Existem diferentes Classificações para robôs manipuladores. Algumas das classificações são: ◦ Cadeia Cinemática; ◦ Fontes de Energia; ◦ Área de Aplicação; ◦ Método de Controle; ◦ Geometria; ◦ Método de Controle: ◦ Servos; ◦ Controle em malha fechada; ◦ Ponto-a-ponto; ◦ Caminho-contínuo; ◦ Não-servos: ◦ Controle em malha aberta; Estruturas de Robôs Manipuladores Classificação de Robôs Manipuladores Existem diferentes Classificações para robôs manipuladores. Algumas das classificações são: ◦ Cadeia Cinemática; ◦ Fontes de Energia; ◦ Área de Aplicação; ◦ Método de Controle; ◦ Geometria; ◦ Geometria: ◦ Considerando as 3 primeiras juntas: ◦ Articulado (RRR); ◦ Esférico (RRP); ◦ Scara (RRP); ◦ Cilíndrico (RPP); ◦ Cartesiano (PPP); Estruturas de Robôs Manipuladores Arranjos Comuns Geometria Articulada (RRR): ◦ Manipuladores antropomórficos ou revolutos: Estruturas de Robôs Manipuladores Arranjos Comuns Geometria Esférica (RRP): ◦ Movimentação com coordenadas esféricas; Estruturas de Robôs Manipuladores Arranjos Comuns Geometria SCARA (RRP): ◦ Selective Compliant Articulated Robot for Assembly Estruturas de Robôs Manipuladores Arranjos Comuns Geometria Cilíndrica (RPP): ◦ Movimentação com coordenadas cilíndricas; Estruturas de Robôs Manipuladores Arranjos Comuns Geometria Cartesiana (PPP): ◦ Movimentação com coordenadas cartesianas; Estruturas de Robôs Manipuladores Punho e Efetuador Punho Esférico: ◦ O punho de um manipulador robótico (braço manipulador) refere-se às 3 última juntas (entre o braço e a mão - efetuador). ◦ Geralmente é composto por juntas rotativas e formam um punho esférico: Efetuador Final: ◦ Ferramenta acoplada ao punho: ◦ Garra; ◦ Tocha de solda; ◦ Eletroímã; ◦ Ferramentas de corte; ◦ Etc. Espaço das Configurações Espaço das Configurações C Configuração "q" de um Robô: ◦ A configuração de um robô caracteriza as disposição do robô para uma determinada posição de cada uma de suas juntas. Espaço das Configurações Espaço das Configurações C O espaço de configurações C de um robô A é o conjunto de todas as configurações q possíveis para esse robô. Exemplos: ◦ Robô com uma junta prismática; ◦ Robô com duas juntas prismáticas; ◦ Robô com três ou mais juntas prismáticas; ◦ Robô com uma junta rotativa; ◦ Robô com duas juntas rotativas; ◦ Robô com "n" juntas rotativas; ◦ Combinações de juntas prismáticas e rotativas; Conjunto de todas as configurações Espaço das Configurações Espaço das Configurações C Robô com uma junta prismática: ◦ Análogo a um trem sobre um trilho; ◦ Configuração: ◦ Espaço das configurações: Espaço das Configurações Espaço das Configurações C Robô com duas juntas prismáticas: ◦ Robô CNC (Comando Numérico Computadorizado); ◦ Configuração: ◦ Espaço das configurações: Produto cartesiano Espaço das Configurações Espaço das Configurações C Robô com três ou mais juntas prismáticas: ◦ Robô cartesiano de 3 juntas; ◦ Configuração: ◦ Espaço das configurações: Robô com n-juntas prismáticas: • Produto cartesiano de n retas reais; Espaço das Configurações Espaço das Configurações C Robô com uma junta rotativa: ◦ Robô articulado de um link e uma junta rotativa; ◦ Configuração: ◦ Espaço das configurações: Espaço do Círculo Toróide de uma dimensão Espaço das Configurações Espaço das Configurações C Robô com duas juntas rotativas: ◦ Robô planar de um duas juntas rotativas: ◦ Configuração: ◦ Espaço das configurações: Toróide ( ) Espaço das Configurações Espaço das Configurações C Robô com "n" juntas rotativas: ◦ Robô articulado de n-juntas; Espaço das Configurações Espaço das Configurações C Robô com juntas prismáticas e rotativas: ◦ SCARA; ◦ Configuração: ◦ Espaço das configurações: Espaço das Configurações Espaço de Trabalho W Espaço de Trabalho é o espaço físico no qual o robô é capaz de estar considerando o seu espaço de configurações. ◦ No mundo real o Espaço Físico pode possuir uma, duas ou três dimensões reais; ◦ O espaço ocupado pelo robô em W quando ele se encontra na configuração q é dado pelo mapeamento do espaço das configurações em W. Espaço das Configurações Espaço de Trabalho W Espaço de Trabalho é o espaço físico no qual o robô é capaz de estar considerando o seu espaço de configurações. Exemplo: Robô circular: Espaço das Configurações Espaço de Trabalho W Espaço de Trabalho é o espaço físico no qual o robô é capaz de estar considerando o seu espaço de configurações. Exemplos : Espaço das Configurações Graus de Liberdade de um Robô Graus de Liberdade se refere ao número possível movimentações livres em um robô. Sendo assim: "O grau de liberdade (DoF – do inglês Degrees of Freedom) de um robô manipulador serial é determinado pelo número de juntas que o compõem." ◦ Geralmente um manipulador possui 6 DoF (3 para posição e 3 para orientação); ◦ Manipulador Atuado: possui 6 DoF; ◦ Manipulador Redundante: possui mais do que 6 DoF; ◦ Manipulador Sub-atuado: possui menos do que 6 DoF; DoF para Manipuladores Paralelos são determinados pelo Critério de Grübler.