·
Engenharia de Produção ·
Automação Industrial
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Recomendado para você
Texto de pré-visualização
Conceitos Básicos de Robótica Industrial Núcleo de Educação a Distância wwwunigranriocombr Rua Prof José de Souza Herdy 1160 25 de Agosto Duque de Caxias RJ Reitor Arody Cordeiro Herdy PróReitoria de PósGraduação e Pesquisa PROPEP Emilio Antonio Francischetti PróReitoria de Administração Acadêmica PROAC Carlos de Oliveira Varella Núcleo de Educação a Distância NEAD Márcia Loch Produção Fábrica de Soluções Unigranrio Desenvolvimento do material Leonardo Resende Copyright 2019 Unigranrio Nenhuma parte deste material poderá ser reproduzida transmitida e gravada por qualquer meio eletrônico mecânico por fotocópia e outros sem a prévia autorização por escrito da Unigranrio PróReitoria de Graduação PROGRAD Virginia Genelhu de Abreu Francischetti PróReitoria de PósGraduação Lato Sensu e Extensão PROPEX Nara Pires Sumário Conceitos Básicos de Robótica Industrial Objetivo 04 Introdução 05 1 Inteligência Artificial 06 2 Aplicação dos Robôs na Indústria 07 3 Dispositivos Controladores Utilizados na Robótica 11 Síntese 19 Referências 20 4 Automação Industrial Objetivo Introduzir conceitos básicos de robótica industrial Introdução Diversas tarefas exigem muito mais do que a ação humana pode realizar Para executálas fazse necessário o uso da robótica uma área que tem como objetivo integrar técnicas e algoritmos que criam robôs industriais A robótica envolve diferentes campos da engenharia como mecânica elétrica inteligência artificial entre outras Na área de produção em série a robótica é fortemente utilizada na automatização de processos O avanço tecnológico leva a indústria a precisar de um aprofundamento cada vez maior no conhecimento de robótica industrial 5 Automação Industrial 1 Inteligência Artificial A inteligência artificial é objeto de interesse de todos que gostam de automação e robótica industrial O principal elemento quando se pensa em inteligência artificial é o robô O nome robô vem da palavra tcheca robotnik que significa servo ROSÁRIO 2005 Karel Capek em 1923 foi o primeiro a utilizar esse termo porém a ideia de construção de um robô surgiu no início do século XX As pesquisas desenvolvidas para a criação de robôs começaram após a Segunda Guerra Mundial quando construíram um equipamento chamado Teleoperador MasterSlave que tinha como função manipular materiais radioativos O sistema era constituído por um manipulador master que era movido diretamente por um manipulador humano que definia a sequência de movimentos desejados e um outro chamado slave que reproduzia os movimentos ditados pelo master Sistemas de transmissão mecânicos eram responsáveis pela comunicação entre eles A inspiração se deu em função de objetivar a melhoria na qualidade dos produtos e no aumento da produção industrial Em 1950 Isaac Asimov SCIAVICCO SICILIANO 1995 definiu as leis da robótica Um robô não pode maltratar um ser humano ou pela passividade em deixar um ser humano ser maltratado Um robô deve obedecer às ordens dadas por um ser humano exceto se entrarem em conflito com a afirmação anterior Um robô deve proteger sua própria existência desde que não entre em conflito com as duas afirmações acima Com a evolução dos microprocessadores e a criação dos microcontroladores a robótica vive em permanente processo de ascensão e evolução Nem todos os sistemas automáticos são robôs podemos citar como exemplo os sistemas automáticos de funções fixas como brinquedos com mobilidade ou máquinas que realizam processos numéricos Para ser caracterizado como robô é necessário associar propriedades mecânicas com algoritmos de programação e energização via sistemas elétricos FU et al 1987 6 Automação Industrial O objetivo de um sistema de produção é a agregação de valores a produtos a partir de processos a serem estabelecidos como o tratamento de materiais por meio de matériasprimas peças básicas ou conjunto específico de peças A finalidade do sistema de produção é transformar esses materiais em um produto processado com valor comercial mais alto graças à valorização Os produtos processados são utilizados no acabamento de produtos finais Os robôs industriais que ficam no chão de fábrica de uma empresa estão associados aos objetivos da automatização industrial BOUTEILLE et al 1997 Veja abaixo tais objetivos especificados Redução de custos de produtos fabricados em função da redução do número de pessoas envolvidas na produção Aumento da quantidade de produtos produzidos em um dado período Melhor aproveitamento de matériaprima com redução das perdas e otimização do aproveitamento e economia de energia Melhoria nas condições de trabalho em função da eliminação de atividades que geram perigo ou insalubridade em seu contato direto Evolução na qualidade do produto em função do controle dos parâmetros de produção Realização de tarefas que seriam impossíveis de forma manual ou intelectual Por exemplo a montagem de peças em tamanho reduzido coordenação de movimentos de alta complexidade e atividades que geram velocidade no processo Assim podemos concluir que um sistema de produção automatizado torna o processo mais efetivo e menos suscetível a perdas e desperdício na produção 2 Aplicação dos Robôs na Indústria Os robôs industriais dentro do âmbito dos equipamentos industriais são classificados como máquinas automáticas programáveis 7 Automação Industrial B Sistema E Dispositivo de programação de tarefa C Controlador F Memória de tarefa D Manipulador G Dispositivo de sincronização A Fonte Figura 1 Partes de um sistema robótico Fonte Adaptado de SenaiSP 2003 Perceba que na Figura 1 cada bloco tem uma funcionalidade específica O bloco A é a fonte de alimentação do sistema O bloco B representa um grupo de sensores que determinam as condições de operação do processo O bloco C realiza o controle do sistema robótico O bloco D representa as engrenagens acionadores e elementos de transmissão O bloco E apresenta os dispositivos de entrada e saída que realizam a programação do sistema por um operador O bloco F armazena as tarefas programadas e executa as tarefas aprendidas O bloco G permite a coordenação do sistema robótico com o meio externo Os robôs industriais são divididos em dois grupos manipulação de materiais diversos e fabricação 8 Automação Industrial Nos dois casos ele modifica o ambiente mudando algo existente de lugar e criando um novo ambiente para a fabricação Informações da Sobracon Sociedade Brasileira de Comando Numérico Automatização Industrial e Computação Gráfica afirmam que no ano de 1995 existiam 550 robôs em operação nas indústrias brasileiras SPONG 1989 Já em 1998 foram registrados 1800 robôs dentre os quais 65 estavam localizados na indústria automobilística Figura 2 Exemplo de célula robotizada Fonte Overdrill No ano 2000 já se contabilizavam 5000 robôs número equivalente a 06 dos robôs existentes no mundo Essa quantidade é ainda insignificante se comparada aos países desenvolvidos De acordo com ROMANO 2002 o crescimento do número de robôs se deve a investimentos privados realizados na indústria automobilística As aplicações dos robôs na indústria brasileira são de naturezas diversas ocorrem desde processos de soldagem por resistência manipulação de materiais soldagem pintura e acabamento O nível de automação na indústria automobilística gira em torno de 90 embora em alguns setores já tenham chegado à totalidade no processo de automação Carros autônomos já estão sendo testados e atingem 100 de nível de automação 9 Automação Industrial Figura 3 Braço robótico em linha de produção Fonte Dreamstime O transporte e a manipulação de materiais ocorrem quando o robô move materiais ou componentes de uma posição para outra Um robô industrial é responsável pelo transporte de componentes e materiais O transporte de componentes é feito em condições humanas adversas e que requer baixa complexidade sendo realizado por uma garra na parte terminal Ela é projetada para atender às demandas de peso forma e tipo de material dos referidos componentes Dividese em dois grupos distintos transferência de materiais e alimentação de máquinas Na transferência de materiais o objetivo é mover os componentes de uma localização para outra Utilizase um sistema de pick and place no qual um robô captura um componente e o deposita em outra posição Na alimentação de máquinas o robô é responsável pela transferência de um equipamento de produção para outro equipamento Ele pode fazer o carregamento o descarregamento ou os dois procedimentos As aplicações podem ser em Equipamentos de fundição injetada Equipamento de injeção de plásticos 10 Automação Industrial Máquinas Ferramentas Equipamentos de prensagem Equipamentos de tratamento térmico A globalização é responsável por diversas modificações no mundo influenciando na política nas relações sociais no desenvolvimento tecnológico nas formas de trabalho etc Um desses fatores fortemente alterados pelo processo de globalização é a intensa robotização na produção industrial As indústrias estão cada vez mais introduzindo robôs no processo produtivo Essas máquinas são programadas para executar movimentos rápidos padronizados e eficazes aumentando assim a produção final Porém as consequências são drásticas para os trabalhadores pois esse fenômeno agrava o desemprego Fonte Mundo Educação 3 Dispositivos Controladores Utilizados na Robótica A robótica é uma área muito extensa os microcontroladores são uma das suas bases de aplicação Esse sistema não apresenta uma elevada complexidade e é de fácil implementação para a maioria dos utilizadores Os microcontroladores mais utilizados são Microcontroladores Atmel AVR ATmega ATtiny etc Microcontroladores PIC Microchip Technology PIC16 PIC24 etc Microcontroladores baseados em arquitetura ARM Algumas dessas placas microcontroladas têm sido criadas em ambientes de desenvolvimento Um exemplo é a plataforma Arduino que é baseada na família de microcontroladores Atmel AVR o Basic Stamp que se fundamenta nos microcontroladores PIC Lego NTX que por sua vez se apoiam na Importante 11 Automação Industrial arquitetura ARM Nossos estudos serão embasados nas tecnologias Atmel AVR PIC Microchip Technology e arquitetura ARM Microcontroladores Atmel AVR Um grande exemplo de placa de prototipagem que utiliza essa tecnologia é o hardware programável arduino O arduino pode ser definido como um microcontrolador de placa única projetado para tornar o processo mais acessível em projetos diversos O hardware consiste em um dispositivo open source de grande simplicidade projetado para um microcontrolador Atmel AVR de 8 bits Um modelo novo é projetado para uma versão Atmel ARM de 32 bits O software trabalha com uma linguagem de programação padrão e do bootloader que funciona no microcontrolador McROBERS 2015 Figura 4 Modelo de um arduino Uno Fonte Wikimedia O arduino pode ser definido como um minicomputador que pode ser programado para processar entradas e saídas entre eles os componentes externos que podem ser conectados a ele Podemos caracterizar o arduino como uma plataforma de computação física ou embarcada Esse sistema funciona da seguinte forma Pode detectar quando uma porta é aberta ou fechada ou quando um determinado evento acontece Dada essa característica percebese que o arduino é utilizado para desenvolver objetos interativos ser conectado a um computador a uma rede de computadores ou à internet para envio e recebimento de dados 12 Automação Industrial Figura 5 Microcontrolador Atmel AVR Fonte Wikimedia Características do microcontrolador Atmel AVR Consiste em um core de processamento memória de programa não volátil FLASH memória volátil RAM estática SRAM memória de dados persistentes não volátil EEPROM e bits fuselock permitem configurar alguns parâmetros especiais do AVR Arquitetura de memória Harvard memória de programa e memória de dados separadas A memória volátil SRAM é contínua A maior parte das instruções têm 16 bits de tamanho e é este o tamanho de cada palavra na memória de programa FLASH O conjunto de instruções foi pensado para melhorar a conversão de código C em assembly Fonte Microcontrolandos 2015 Microcontroladores PIC Microchip Technology PIC16 PIC24 etc O microcontrolador PIC Peripheral Interface Controller foi criado em 1975 pela General Instruments O chip inicialmente denominado PIC 1650 foi o primeiro a ser desenvolvido Dez anos depois foi acrescentada uma memória EEPROM e o circuito foi convertido no verdadeiro microcontrolador PIC Após alguns anos a Microchip Technology começou a fabricar esses microchips Importante 13 Automação Industrial Figura 6 Microcontrolador PIC16F877A Fonte Wikimedia Todos os microcontroladores PIC usam uma arquitetura Harvard ou seja sua memória de programa está conectada à CPU em mais de 8 linhas Existem microcontroladores de 12 14 e 16 bits dependendo da largura do barramento Exceto os monstros de 16 bits PIC 24FXXX e PIC 24HXXX todos os microcontroladores têm arquitetura de Harvard de 8 bits e pertencem a um dos três grandes grupos Portanto dependendo do tamanho da palavra do programa há a primeira a segunda e a terceira categoria de microcontroladores ou seja microcontroladores de 12 14 ou 16 bits Como eles têm o núcleo similar de 8 bits todos usam o mesmo conjunto de instruções e o esqueleto básico de hardware conectado a unidades mais ou menos periféricas Microcontroladores baseados em arquitetura ARM Esse processador foi desenvolvido pela empresa Acorn Computers Limited em Cambridge Inglaterra entre os anos de 1983 e 1985 Foi o primeiro processador da família RISC fabricado para o uso comercial baseandose no processador Berkeley RISC I Seu núcleo ARM se manteve basicamente no mesmo tamanho durante sua evolução A evolução da segunda versão para a sexta foi de 30000 transistores para 35000 transistores uma evolução tímida A arquitetura ARM primeiramente Acorn RISCMachine atualmente Advanced RISC Machine é uma arquitetura de processador de 32 bits utilizada com maior frequência em sistemas embarcados 14 Automação Industrial Essa arquitetura visa à obtenção do melhor desempenho possível tendo as vantagens da simplicidade ocupação de pouco espaço e baixo consumo de energia Processadores ARM têm grande versatilidade visto que possuem poucas instruções de programação São mais comumente encontrados em PDAs celulares calculadoras periféricos equipamentos POS e aplicações industriais Os processadores ARM constituem em 90 dos processadores embarcados RISC de 32 bits Figura 7 Processador ARM da empresa Altera Fonte Wikimedia Os processadores da família ARM apresentam as seguintes características As instruções somente processarão soma subtração etc valores que estiverem nos registradores Sempre armazenam os resultados em algum registrador Instruções fixas de 32 bits de largura com exceção das instruções Thumb compactas de 16 bits alinhadas em 4 bytes consecutivos da memória com execução condicional com poderosas instruções de carga e armazenamento de múltiplos registradores capacidade de executar operações de deslocamento e na ULA com uma única instrução executada em um ciclo de clock Formato de instruções de 3 endereços isto é os dois registradores operandos e o registrador de resultado são independentemente especificados 15 Automação Industrial 15 registradores de 32 bits para uso geral Manipulação de periféricos de IO como dispositivos mapeados na memória com suporte a interrupções Conjunto de instruções aberto a extensões por meio de coprocessador incluindo a adição de novos registradores e tipos de dados ao modelo do programador Pipelines de 3 e 5 estágios Baixo consumo de energia Tamanho do núcleo reduzido Leia o texto indicado e saiba como foi a disputa ocorrida no Vale do Silício pelo domínio do mercado de computação e eletrônica durante os anos de 1950 e 1965 Fonte Produção Virtual Raspberry pi O Raspberry pi é um computador de tamanho reduzido que pode ser conectado a um monitor ou à TV utilizando como periféricos teclado e mouse padrão Foi desenvolvido no Reino Unido pela fundação Raspberry Pi e seu hardware é integrado em uma única placa Figura 9 Raspberry pi model 3 Fonte Wikimedia Leia mais Saiba Mais 16 Automação Industrial O Raspberry pi pode ser explorado para computação e usa linguagens de programação como Python e Lua Possui as mesmas funcionalidades de um computador só que com tamanho reduzido e baixo custo Também pode substituir o arduino em algumas aplicações que exijam mais complexidade e poder de processamento A versão mais atualizada do Raspberry pi é a versão 3 O modelo inicial foi o Raspberry pi zero criado com uma configuração simples para custar US 5 Apesar de ter sido desenvolvido custar menos e ter a metade do tamanho da Model A essa placa dispões de um hardware mais poderoso O processador é um singlecore de 1 GHz diante do único núcleo da Model A a 07 GHz Para saber mais sobre o Raspberry leia o texto indicado e veja como a linha de placas com o nome Raspberry Pi é a mais variada e conta com produtos mais baratos antigos ou simples Fonte Techtudo 2016 Em relação à memória conta com 1 GB contra apenas 256 MB da Model A e apresenta saída micro HDMI tendo capacidade para transmitir vídeo a 1080p e 60 quadros por segundo As limitações dessa versão são causadas pelo próprio tamanho do computador Com pouco espaço portas USB tiveram de ser sacrificadas há apenas uma no formato micro USB O slot para cartão microSD e a saída de som foram mantidas Figura 10 Modelo de um Raspberry pi zero Fonte Wikimedia Leia mais Saiba Mais 17 Automação Industrial O model B da terceira geração é atualmente o mais evoluído do Raspberry pi Ele se destaca pelo aumento de performance e pela tecnologia embarcada O processador sobe a 12 GHz mantendo os quatro núcleos e é capaz de trabalhar em 64 bits já a memória RAM continua em 1 GB Os grandes diferenciais entretanto são a inclusão de interfaces sem fio de diversos tipos Há Bluetooth e WiFi inclusos no pacote desobrigando o usuário a ligar periféricos com essas funcionalidades em projetos que apliquem a placa Em relação às demais interfaces a Model B da terceira geração oferece uma cópia exata daquilo que é encontrado no Model B da segunda geração GPIO de 40 pinos um total de quatro portas USB interface Ethernet HDMI saída de som interfaces de câmera e tela além de slot para cartão de memória micro SD 18 Automação Industrial Síntese Nesta unidade de aprendizagem falamos sobre a história e origem da robótica Foram apresentadas as aplicações na indústria como esse sistema aumentou a produção e contribuiu para evolução da robótica no Brasil diminuindo a desvantagem em comparação com a evolução mundial Por fim descobrimos alguns dos microcontroladores mais utilizados em robótica mostrando sua simplicidade e aplicações gerais e entendemos que as configurações desses microcontroladores têm por objetivo destacar a importância na evolução da robótica industrial 19 Automação Industrial Referências BOUTEILLE D BOUTEILLE N CHANTREUIL S et al Les automatismes programables 2 ed Toulouse Cépaduèséditions 1997 FU KS GONZALES RC LEE CSG Robotics control censing vision and intelligence 1 edMcGrawHill Book Inc International Edition Nova York 1987 McROBERTS M Arduino básico 2 ed São Paulo Novatec 2015 MUNDO EDUCAÇÃO A robotização na produção industrial Disponível em httpsmundoeducacaoboluolcombrgeografiaarobotizacaona producaoindustrialhtm Acesso em 10 mai 2019 OVERDRILL Célula robotizada Disponível em httpwwwoverdrill combrcelularobotizada Acesso em 10 mai 2019 PRODUÇÃO VIRTUAL UFPB A Lei de Moore Disponível em http producaovirtualufpbbrbooksedusantanaoldarqlivrolivrochunked ch01s07html Acesso em 10 mai 2019 ROMANO V DUTRA M Introdução à robótica industrial Robótica Industrial Aplicação na Indústria de Manufatura e de Processo São Paulo Edgard Blücher 2002 ROSÁRIO J M Princípios de mecatrônica Pearson Educación Madrid 2005 20 Automação Industrial SCIAVICCO L SICILIANO B Robotica industriale modellistica e controllo di manipolatori 1 ed McGrawHill Inc Milão 1995 SPONG M W VIDYASAGAR M Dynamics and control of robot manipulators Disponível em httphomedeibpolimiitginirobotdocs spongpdf Acesso em 13 mai 2019 SENAI SP Robótica Disponível em httpwwwadororoboticacom RBSENAIpdf Acesso em 10 mai 2019 TECHTUDO Raspberry Pi Conheça os modelos e saiba qual o mais indicado para você Disponível em httpswwwtechtudocombrlistas noticia201603raspberrypiconhecaosmodelosesaibaqualomais indicadoparavocehtml Acesso em 10 mai 2019 21 Automação Industrial
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Recomendado para você
Texto de pré-visualização
Conceitos Básicos de Robótica Industrial Núcleo de Educação a Distância wwwunigranriocombr Rua Prof José de Souza Herdy 1160 25 de Agosto Duque de Caxias RJ Reitor Arody Cordeiro Herdy PróReitoria de PósGraduação e Pesquisa PROPEP Emilio Antonio Francischetti PróReitoria de Administração Acadêmica PROAC Carlos de Oliveira Varella Núcleo de Educação a Distância NEAD Márcia Loch Produção Fábrica de Soluções Unigranrio Desenvolvimento do material Leonardo Resende Copyright 2019 Unigranrio Nenhuma parte deste material poderá ser reproduzida transmitida e gravada por qualquer meio eletrônico mecânico por fotocópia e outros sem a prévia autorização por escrito da Unigranrio PróReitoria de Graduação PROGRAD Virginia Genelhu de Abreu Francischetti PróReitoria de PósGraduação Lato Sensu e Extensão PROPEX Nara Pires Sumário Conceitos Básicos de Robótica Industrial Objetivo 04 Introdução 05 1 Inteligência Artificial 06 2 Aplicação dos Robôs na Indústria 07 3 Dispositivos Controladores Utilizados na Robótica 11 Síntese 19 Referências 20 4 Automação Industrial Objetivo Introduzir conceitos básicos de robótica industrial Introdução Diversas tarefas exigem muito mais do que a ação humana pode realizar Para executálas fazse necessário o uso da robótica uma área que tem como objetivo integrar técnicas e algoritmos que criam robôs industriais A robótica envolve diferentes campos da engenharia como mecânica elétrica inteligência artificial entre outras Na área de produção em série a robótica é fortemente utilizada na automatização de processos O avanço tecnológico leva a indústria a precisar de um aprofundamento cada vez maior no conhecimento de robótica industrial 5 Automação Industrial 1 Inteligência Artificial A inteligência artificial é objeto de interesse de todos que gostam de automação e robótica industrial O principal elemento quando se pensa em inteligência artificial é o robô O nome robô vem da palavra tcheca robotnik que significa servo ROSÁRIO 2005 Karel Capek em 1923 foi o primeiro a utilizar esse termo porém a ideia de construção de um robô surgiu no início do século XX As pesquisas desenvolvidas para a criação de robôs começaram após a Segunda Guerra Mundial quando construíram um equipamento chamado Teleoperador MasterSlave que tinha como função manipular materiais radioativos O sistema era constituído por um manipulador master que era movido diretamente por um manipulador humano que definia a sequência de movimentos desejados e um outro chamado slave que reproduzia os movimentos ditados pelo master Sistemas de transmissão mecânicos eram responsáveis pela comunicação entre eles A inspiração se deu em função de objetivar a melhoria na qualidade dos produtos e no aumento da produção industrial Em 1950 Isaac Asimov SCIAVICCO SICILIANO 1995 definiu as leis da robótica Um robô não pode maltratar um ser humano ou pela passividade em deixar um ser humano ser maltratado Um robô deve obedecer às ordens dadas por um ser humano exceto se entrarem em conflito com a afirmação anterior Um robô deve proteger sua própria existência desde que não entre em conflito com as duas afirmações acima Com a evolução dos microprocessadores e a criação dos microcontroladores a robótica vive em permanente processo de ascensão e evolução Nem todos os sistemas automáticos são robôs podemos citar como exemplo os sistemas automáticos de funções fixas como brinquedos com mobilidade ou máquinas que realizam processos numéricos Para ser caracterizado como robô é necessário associar propriedades mecânicas com algoritmos de programação e energização via sistemas elétricos FU et al 1987 6 Automação Industrial O objetivo de um sistema de produção é a agregação de valores a produtos a partir de processos a serem estabelecidos como o tratamento de materiais por meio de matériasprimas peças básicas ou conjunto específico de peças A finalidade do sistema de produção é transformar esses materiais em um produto processado com valor comercial mais alto graças à valorização Os produtos processados são utilizados no acabamento de produtos finais Os robôs industriais que ficam no chão de fábrica de uma empresa estão associados aos objetivos da automatização industrial BOUTEILLE et al 1997 Veja abaixo tais objetivos especificados Redução de custos de produtos fabricados em função da redução do número de pessoas envolvidas na produção Aumento da quantidade de produtos produzidos em um dado período Melhor aproveitamento de matériaprima com redução das perdas e otimização do aproveitamento e economia de energia Melhoria nas condições de trabalho em função da eliminação de atividades que geram perigo ou insalubridade em seu contato direto Evolução na qualidade do produto em função do controle dos parâmetros de produção Realização de tarefas que seriam impossíveis de forma manual ou intelectual Por exemplo a montagem de peças em tamanho reduzido coordenação de movimentos de alta complexidade e atividades que geram velocidade no processo Assim podemos concluir que um sistema de produção automatizado torna o processo mais efetivo e menos suscetível a perdas e desperdício na produção 2 Aplicação dos Robôs na Indústria Os robôs industriais dentro do âmbito dos equipamentos industriais são classificados como máquinas automáticas programáveis 7 Automação Industrial B Sistema E Dispositivo de programação de tarefa C Controlador F Memória de tarefa D Manipulador G Dispositivo de sincronização A Fonte Figura 1 Partes de um sistema robótico Fonte Adaptado de SenaiSP 2003 Perceba que na Figura 1 cada bloco tem uma funcionalidade específica O bloco A é a fonte de alimentação do sistema O bloco B representa um grupo de sensores que determinam as condições de operação do processo O bloco C realiza o controle do sistema robótico O bloco D representa as engrenagens acionadores e elementos de transmissão O bloco E apresenta os dispositivos de entrada e saída que realizam a programação do sistema por um operador O bloco F armazena as tarefas programadas e executa as tarefas aprendidas O bloco G permite a coordenação do sistema robótico com o meio externo Os robôs industriais são divididos em dois grupos manipulação de materiais diversos e fabricação 8 Automação Industrial Nos dois casos ele modifica o ambiente mudando algo existente de lugar e criando um novo ambiente para a fabricação Informações da Sobracon Sociedade Brasileira de Comando Numérico Automatização Industrial e Computação Gráfica afirmam que no ano de 1995 existiam 550 robôs em operação nas indústrias brasileiras SPONG 1989 Já em 1998 foram registrados 1800 robôs dentre os quais 65 estavam localizados na indústria automobilística Figura 2 Exemplo de célula robotizada Fonte Overdrill No ano 2000 já se contabilizavam 5000 robôs número equivalente a 06 dos robôs existentes no mundo Essa quantidade é ainda insignificante se comparada aos países desenvolvidos De acordo com ROMANO 2002 o crescimento do número de robôs se deve a investimentos privados realizados na indústria automobilística As aplicações dos robôs na indústria brasileira são de naturezas diversas ocorrem desde processos de soldagem por resistência manipulação de materiais soldagem pintura e acabamento O nível de automação na indústria automobilística gira em torno de 90 embora em alguns setores já tenham chegado à totalidade no processo de automação Carros autônomos já estão sendo testados e atingem 100 de nível de automação 9 Automação Industrial Figura 3 Braço robótico em linha de produção Fonte Dreamstime O transporte e a manipulação de materiais ocorrem quando o robô move materiais ou componentes de uma posição para outra Um robô industrial é responsável pelo transporte de componentes e materiais O transporte de componentes é feito em condições humanas adversas e que requer baixa complexidade sendo realizado por uma garra na parte terminal Ela é projetada para atender às demandas de peso forma e tipo de material dos referidos componentes Dividese em dois grupos distintos transferência de materiais e alimentação de máquinas Na transferência de materiais o objetivo é mover os componentes de uma localização para outra Utilizase um sistema de pick and place no qual um robô captura um componente e o deposita em outra posição Na alimentação de máquinas o robô é responsável pela transferência de um equipamento de produção para outro equipamento Ele pode fazer o carregamento o descarregamento ou os dois procedimentos As aplicações podem ser em Equipamentos de fundição injetada Equipamento de injeção de plásticos 10 Automação Industrial Máquinas Ferramentas Equipamentos de prensagem Equipamentos de tratamento térmico A globalização é responsável por diversas modificações no mundo influenciando na política nas relações sociais no desenvolvimento tecnológico nas formas de trabalho etc Um desses fatores fortemente alterados pelo processo de globalização é a intensa robotização na produção industrial As indústrias estão cada vez mais introduzindo robôs no processo produtivo Essas máquinas são programadas para executar movimentos rápidos padronizados e eficazes aumentando assim a produção final Porém as consequências são drásticas para os trabalhadores pois esse fenômeno agrava o desemprego Fonte Mundo Educação 3 Dispositivos Controladores Utilizados na Robótica A robótica é uma área muito extensa os microcontroladores são uma das suas bases de aplicação Esse sistema não apresenta uma elevada complexidade e é de fácil implementação para a maioria dos utilizadores Os microcontroladores mais utilizados são Microcontroladores Atmel AVR ATmega ATtiny etc Microcontroladores PIC Microchip Technology PIC16 PIC24 etc Microcontroladores baseados em arquitetura ARM Algumas dessas placas microcontroladas têm sido criadas em ambientes de desenvolvimento Um exemplo é a plataforma Arduino que é baseada na família de microcontroladores Atmel AVR o Basic Stamp que se fundamenta nos microcontroladores PIC Lego NTX que por sua vez se apoiam na Importante 11 Automação Industrial arquitetura ARM Nossos estudos serão embasados nas tecnologias Atmel AVR PIC Microchip Technology e arquitetura ARM Microcontroladores Atmel AVR Um grande exemplo de placa de prototipagem que utiliza essa tecnologia é o hardware programável arduino O arduino pode ser definido como um microcontrolador de placa única projetado para tornar o processo mais acessível em projetos diversos O hardware consiste em um dispositivo open source de grande simplicidade projetado para um microcontrolador Atmel AVR de 8 bits Um modelo novo é projetado para uma versão Atmel ARM de 32 bits O software trabalha com uma linguagem de programação padrão e do bootloader que funciona no microcontrolador McROBERS 2015 Figura 4 Modelo de um arduino Uno Fonte Wikimedia O arduino pode ser definido como um minicomputador que pode ser programado para processar entradas e saídas entre eles os componentes externos que podem ser conectados a ele Podemos caracterizar o arduino como uma plataforma de computação física ou embarcada Esse sistema funciona da seguinte forma Pode detectar quando uma porta é aberta ou fechada ou quando um determinado evento acontece Dada essa característica percebese que o arduino é utilizado para desenvolver objetos interativos ser conectado a um computador a uma rede de computadores ou à internet para envio e recebimento de dados 12 Automação Industrial Figura 5 Microcontrolador Atmel AVR Fonte Wikimedia Características do microcontrolador Atmel AVR Consiste em um core de processamento memória de programa não volátil FLASH memória volátil RAM estática SRAM memória de dados persistentes não volátil EEPROM e bits fuselock permitem configurar alguns parâmetros especiais do AVR Arquitetura de memória Harvard memória de programa e memória de dados separadas A memória volátil SRAM é contínua A maior parte das instruções têm 16 bits de tamanho e é este o tamanho de cada palavra na memória de programa FLASH O conjunto de instruções foi pensado para melhorar a conversão de código C em assembly Fonte Microcontrolandos 2015 Microcontroladores PIC Microchip Technology PIC16 PIC24 etc O microcontrolador PIC Peripheral Interface Controller foi criado em 1975 pela General Instruments O chip inicialmente denominado PIC 1650 foi o primeiro a ser desenvolvido Dez anos depois foi acrescentada uma memória EEPROM e o circuito foi convertido no verdadeiro microcontrolador PIC Após alguns anos a Microchip Technology começou a fabricar esses microchips Importante 13 Automação Industrial Figura 6 Microcontrolador PIC16F877A Fonte Wikimedia Todos os microcontroladores PIC usam uma arquitetura Harvard ou seja sua memória de programa está conectada à CPU em mais de 8 linhas Existem microcontroladores de 12 14 e 16 bits dependendo da largura do barramento Exceto os monstros de 16 bits PIC 24FXXX e PIC 24HXXX todos os microcontroladores têm arquitetura de Harvard de 8 bits e pertencem a um dos três grandes grupos Portanto dependendo do tamanho da palavra do programa há a primeira a segunda e a terceira categoria de microcontroladores ou seja microcontroladores de 12 14 ou 16 bits Como eles têm o núcleo similar de 8 bits todos usam o mesmo conjunto de instruções e o esqueleto básico de hardware conectado a unidades mais ou menos periféricas Microcontroladores baseados em arquitetura ARM Esse processador foi desenvolvido pela empresa Acorn Computers Limited em Cambridge Inglaterra entre os anos de 1983 e 1985 Foi o primeiro processador da família RISC fabricado para o uso comercial baseandose no processador Berkeley RISC I Seu núcleo ARM se manteve basicamente no mesmo tamanho durante sua evolução A evolução da segunda versão para a sexta foi de 30000 transistores para 35000 transistores uma evolução tímida A arquitetura ARM primeiramente Acorn RISCMachine atualmente Advanced RISC Machine é uma arquitetura de processador de 32 bits utilizada com maior frequência em sistemas embarcados 14 Automação Industrial Essa arquitetura visa à obtenção do melhor desempenho possível tendo as vantagens da simplicidade ocupação de pouco espaço e baixo consumo de energia Processadores ARM têm grande versatilidade visto que possuem poucas instruções de programação São mais comumente encontrados em PDAs celulares calculadoras periféricos equipamentos POS e aplicações industriais Os processadores ARM constituem em 90 dos processadores embarcados RISC de 32 bits Figura 7 Processador ARM da empresa Altera Fonte Wikimedia Os processadores da família ARM apresentam as seguintes características As instruções somente processarão soma subtração etc valores que estiverem nos registradores Sempre armazenam os resultados em algum registrador Instruções fixas de 32 bits de largura com exceção das instruções Thumb compactas de 16 bits alinhadas em 4 bytes consecutivos da memória com execução condicional com poderosas instruções de carga e armazenamento de múltiplos registradores capacidade de executar operações de deslocamento e na ULA com uma única instrução executada em um ciclo de clock Formato de instruções de 3 endereços isto é os dois registradores operandos e o registrador de resultado são independentemente especificados 15 Automação Industrial 15 registradores de 32 bits para uso geral Manipulação de periféricos de IO como dispositivos mapeados na memória com suporte a interrupções Conjunto de instruções aberto a extensões por meio de coprocessador incluindo a adição de novos registradores e tipos de dados ao modelo do programador Pipelines de 3 e 5 estágios Baixo consumo de energia Tamanho do núcleo reduzido Leia o texto indicado e saiba como foi a disputa ocorrida no Vale do Silício pelo domínio do mercado de computação e eletrônica durante os anos de 1950 e 1965 Fonte Produção Virtual Raspberry pi O Raspberry pi é um computador de tamanho reduzido que pode ser conectado a um monitor ou à TV utilizando como periféricos teclado e mouse padrão Foi desenvolvido no Reino Unido pela fundação Raspberry Pi e seu hardware é integrado em uma única placa Figura 9 Raspberry pi model 3 Fonte Wikimedia Leia mais Saiba Mais 16 Automação Industrial O Raspberry pi pode ser explorado para computação e usa linguagens de programação como Python e Lua Possui as mesmas funcionalidades de um computador só que com tamanho reduzido e baixo custo Também pode substituir o arduino em algumas aplicações que exijam mais complexidade e poder de processamento A versão mais atualizada do Raspberry pi é a versão 3 O modelo inicial foi o Raspberry pi zero criado com uma configuração simples para custar US 5 Apesar de ter sido desenvolvido custar menos e ter a metade do tamanho da Model A essa placa dispões de um hardware mais poderoso O processador é um singlecore de 1 GHz diante do único núcleo da Model A a 07 GHz Para saber mais sobre o Raspberry leia o texto indicado e veja como a linha de placas com o nome Raspberry Pi é a mais variada e conta com produtos mais baratos antigos ou simples Fonte Techtudo 2016 Em relação à memória conta com 1 GB contra apenas 256 MB da Model A e apresenta saída micro HDMI tendo capacidade para transmitir vídeo a 1080p e 60 quadros por segundo As limitações dessa versão são causadas pelo próprio tamanho do computador Com pouco espaço portas USB tiveram de ser sacrificadas há apenas uma no formato micro USB O slot para cartão microSD e a saída de som foram mantidas Figura 10 Modelo de um Raspberry pi zero Fonte Wikimedia Leia mais Saiba Mais 17 Automação Industrial O model B da terceira geração é atualmente o mais evoluído do Raspberry pi Ele se destaca pelo aumento de performance e pela tecnologia embarcada O processador sobe a 12 GHz mantendo os quatro núcleos e é capaz de trabalhar em 64 bits já a memória RAM continua em 1 GB Os grandes diferenciais entretanto são a inclusão de interfaces sem fio de diversos tipos Há Bluetooth e WiFi inclusos no pacote desobrigando o usuário a ligar periféricos com essas funcionalidades em projetos que apliquem a placa Em relação às demais interfaces a Model B da terceira geração oferece uma cópia exata daquilo que é encontrado no Model B da segunda geração GPIO de 40 pinos um total de quatro portas USB interface Ethernet HDMI saída de som interfaces de câmera e tela além de slot para cartão de memória micro SD 18 Automação Industrial Síntese Nesta unidade de aprendizagem falamos sobre a história e origem da robótica Foram apresentadas as aplicações na indústria como esse sistema aumentou a produção e contribuiu para evolução da robótica no Brasil diminuindo a desvantagem em comparação com a evolução mundial Por fim descobrimos alguns dos microcontroladores mais utilizados em robótica mostrando sua simplicidade e aplicações gerais e entendemos que as configurações desses microcontroladores têm por objetivo destacar a importância na evolução da robótica industrial 19 Automação Industrial Referências BOUTEILLE D BOUTEILLE N CHANTREUIL S et al Les automatismes programables 2 ed Toulouse Cépaduèséditions 1997 FU KS GONZALES RC LEE CSG Robotics control censing vision and intelligence 1 edMcGrawHill Book Inc International Edition Nova York 1987 McROBERTS M Arduino básico 2 ed São Paulo Novatec 2015 MUNDO EDUCAÇÃO A robotização na produção industrial Disponível em httpsmundoeducacaoboluolcombrgeografiaarobotizacaona producaoindustrialhtm Acesso em 10 mai 2019 OVERDRILL Célula robotizada Disponível em httpwwwoverdrill combrcelularobotizada Acesso em 10 mai 2019 PRODUÇÃO VIRTUAL UFPB A Lei de Moore Disponível em http producaovirtualufpbbrbooksedusantanaoldarqlivrolivrochunked ch01s07html Acesso em 10 mai 2019 ROMANO V DUTRA M Introdução à robótica industrial Robótica Industrial Aplicação na Indústria de Manufatura e de Processo São Paulo Edgard Blücher 2002 ROSÁRIO J M Princípios de mecatrônica Pearson Educación Madrid 2005 20 Automação Industrial SCIAVICCO L SICILIANO B Robotica industriale modellistica e controllo di manipolatori 1 ed McGrawHill Inc Milão 1995 SPONG M W VIDYASAGAR M Dynamics and control of robot manipulators Disponível em httphomedeibpolimiitginirobotdocs spongpdf Acesso em 13 mai 2019 SENAI SP Robótica Disponível em httpwwwadororoboticacom RBSENAIpdf Acesso em 10 mai 2019 TECHTUDO Raspberry Pi Conheça os modelos e saiba qual o mais indicado para você Disponível em httpswwwtechtudocombrlistas noticia201603raspberrypiconhecaosmodelosesaibaqualomais indicadoparavocehtml Acesso em 10 mai 2019 21 Automação Industrial