Definição e Elementos de um Robô Manipulador Mecânico

DEFINIÇÃO DE ROBÔ 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 ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM ROBÔ INDUSTRIAL MANIPULADOR MECÂNICO Um MANIPULADOR MECÂNICO é constituído pela 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 ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM ROBÔ INDUSTRIAL 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 termoplásticos e plásticos reforçados 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 ELOS GRAUS DE LIBERDADE DE UM ROBÔ ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM ROBÔ INDUSTRIAL Dentre os componentes de transmissão mais usados temse 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 São componentes que convertem energia elétrica hidráulica ou pneumática em potência mecânica SISTEMA DE TRANSMISSÃO ATUADORES ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM ROBÔ INDUSTRIAL 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 Apresenta 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 ATUADORES HIDRÁULICOS ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM ROBÔ INDUSTRIAL 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 pontoaponto 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 ATUADORES PNEUMÁTICOS ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM ROBÔ INDUSTRIAL Os atuadores eletromagnéticos são os mais utilizados em robôs principalmente atuadores do tipo motores de corrente contínua e de passo Quando associados a sensores poderem ser empregados tanto para o controle de força quanto da posição do robô A programação de seus movimentos é relativamente simples já que estes podem ser controlados por sinais elétricos permitindo desta forma a utilização de controladores de movimento ATUADORES ELETROMAGNÉTICOS ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM ROBÔ INDUSTRIAL Os MOTORES TIPO CORRENTE CONTÍNUA CC são compactos e geralmente o valor de torque mantémse 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 consequentemente o aumento de torque necessários à transmissão de potência mecânica ao elemento movido MOTORES TIPO CORRENTE CONTÍNUA ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM ROBÔ INDUSTRIAL 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 MOTORES TIPO PASSO ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM ROBÔ INDUSTRIAL 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 MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM ROBÔ INDUSTRIAL 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 SENSORES ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM ROBÔ INDUSTRIAL 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 UNIDADE DE CONTROLE ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM ROBÔ INDUSTRIAL 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 UNIDADE DE POTÊNCIA ELEMENTOS CONSTITUINTES DE UM ROBÔ INDUSTRIAL 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 transportálo a uma posição préestabelecida e após alcançar tal posição soltálo A ferramenta tem como função realizar uma ação ou trabalho sobre uma peça sem necessariamente manipulála EFETUADOR Classificações de Robôs quanto a Estrutura Mecânica Robô de Coordenadas CartesianasPórtico juntas prismáticas PPP Classificações de Robôs quanto a Estrutura Mecânica Robô de Coordenadas Cilíndricas juntas PPR Classificações de Robôs quanto a Estrutura Mecânica Robô de Coordenadas Esféricas juntas PRR Classificações de Robôs quanto a Estrutura Mecânica Robô SCARA juntas PRP Classificações de Robôs quanto a Estrutura Mecânica Robô Articulado ou Antropomórfico Classificações de Robôs quanto a Geração Tecnológica PRIMEIRA GERAÇÃO 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 Classificações de Robôs quanto a Geração Tecnológica SEGUNDA 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 Classificações de Robôs quanto a Geração Tecnológica PRIMEIRA 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 Classificações de Robôs quanto à participação de Operador Humano Participação do Operador em Ambientes Estruturados É possível estabelecer um sistema de controle capaz de gerenciar e monitorar as tarefas com a mínima participação de um operador Neste caso classificase 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 Classificações de Robôs quanto à participação de Operador Humano Participação do Operador em Ambientes Não Estruturados Devido à dificuldade de serem quantificados determinados parâmetros de processo ou ao elevado custo para obtêlos dentro de certas especificações a utilização do poder decisório do operador no gerenciamento do sistema de controle tornase fundamental para a realização das tarefas determinadas Neste caso o sistema é classificado como TELEOPERADO Os sistemas baseados em TELEOPERAÇÃO 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 Aspectos a serem relevados em Projeto de Robôs 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 sistemascomponentes e comunicação ao operador e Testes de desempenho Classificações de Robôs quanto a Estrutura Mecânica Robô Paralelo Este robô apresenta configuração tipo plataforma e mecanismos em forma de cadeia cinemática fechada O volume de trabalho resultante é aproximadamente semiesférico