Curso Automação Industrial Aula 1 – Introdução a Robótica

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Curso Automação Industrial Aula 1 – Introdução a Robótica Prof. Giuliano Gozzi Disciplina: CNC - Robótica

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Cronograma Introdução a Robótica Estrutura e Características Gerais dos Robôs Robôs e seus Periféricos Aplicações de Robôs (seminário em grupo) Programação de Robôs Laboratório Introdução ao Comando numérico (CN) Prova (P1) Características Gerais de CNC CAD/CAM e Funções de Programação Funções de Programação (continuação) Programação de CNC Laboratório Célula de Manufatura Prova (P2)

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Aula 1 – Introdução a Robótica Conceitos básicos Histórico Classificação dos robôs Vantagens da utilização

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Definição de Robôs A palavra “robot” foi introduzida pelo escritor tcheco Karel Capek no seu drama satírico R.U.R. (Rossum’s Universal Robots) Deriva da palavra tcheca “robota” que significa trabalho Máquina automática que executa funções atribuídas a seres humanos

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Definição de Robôs Robótica Industrial Manipuladores multi-aplicação, multi-funcional e reprogramável Realização de tarefas repetitivas normalmente atribuídas a humanos Normalmente sem capacidade de mobilidade

Robótica Móvel Possui capacidade de mobilidade Realiza as suas próprias decisões utilizando o feedback que recebe do seu ambiente

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Definição de Robôs Robótica: termo utilizado para indicar a disciplina associada ao uso e programação de robôs. Engenharia Robótica: refere-se à construção de robôs e dispositivos robóticos. Nem todos os sistemas automáticos são robôs; os sistemas automáticos de funções fixas, como alguns brinquedos com mobilidade ou mesmo uma máquina de Comando Numérico não são consideradas robôs. Para ser uma robô o dispositivo deverá tem uma capacidade de programação e, mais ainda, de alguma adaptação ao problema prático. Claramente, um robô pressupõe um sistema que interage fisicamente pelo movimento de certos componentes mecânicos.

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Histórico 1921 – ROBOTA: palavra Tcheca que significa “trabalhador forçado”, usada por Karel Capek numa peça teatral satírica, intitulado R.U.R. (Rossum´s Universal Robots). 1926 – Elektro e Sparko no filme alemão Metrópolis. 1940 - Oak Ridge e Argonne National Labs manipuladores mecânicos remotos para materiais radioativos. 1942 – ROBÓTICA: palavra inventada por Isaac Asimov, para denominar a ciência que lida com robôs. 1950 – Handyman (General Electric) e Minotaur I (General Mills) com atuação elétrica e pneumática. 1954 – George C. Devol: manipulador cuja operação podia ser programada (“programmed articulated transfer device”).

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Histórico 1959 – George C. Devol e Joseph F. Engelberger: introdução do primeiro robô industrial, Unimate da Unimation Inc. 1962 – H. A. Ernst: MH 1 mão mecânica com sensores táteis, controlada por computador. 1968 – Shakey: robô móvel desenvolvido no SRI (Stanford Research Institute). 1973 – WAVE: primeira linguagem de programação para robôs (SRI). 1978 – PUMA (Programmable Universal machine for Assembly). 1987 – Subsumption Architectures – Rodney Brooks (MIT). 2001 – Robô humanóide da Honda: capacidade de locomoção, visão, olfato, tato e voz.

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Leis da Robótica (Isaac Asimov, 1940) 1ª Lei: Um robô não pode ferir um humano ou por negligência das suas ações, permitir que um ser humano venha a ser ferido. 2ª Lei: Um robô deve obedecer às ordens dadas por humanos, exceto quando essas ordens estiverem em conflito com a primeira lei. 3ª Lei: Um robô deve proteger a sua própria existência, exceto quando contrariar a primeira ou a segunda leis.

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Quando Utilizamos os Robôs? Os primeiros robôs industriais começaram a ser comercializados e utilizados com o objetivo de se substituir o ser humano em tarefas em que ele, o ser humano, não poderia realizar, por causa de suas próprias limitações físicas, ou por envolverem condições desagradáveis ou extremas, tipicamente contendo: Calor excessivo, Ruído elevado e constante, Gases tóxicos e ou poeira, Risco de contaminação química ou radioativa, Esforço físico extremo e continuado, Processos sem interrupção, longos e contínuos, Tarefas que exigem vários movimentos simultâneos, Operações que requerem grande precisão na sua execução, Necessidade de uniformidade na produção, Trabalhos monótonos, repetitivos, “chatos”, Risco de morte.

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Limitações de Custo O maior fator que impede a adoção em massa de robôs nas indústrias é seu alto custo. O tempo que se leva para se recuperar o investimento em um robô, depende dos custos de compra, instalação e manutenção, além do treinamento e qualificação de funcionário e operários. Este tempo não é fixo, depende da fábrica ou indústria onde o robô será instalado e de sua aplicação. Devemos considerar as seguintes condições: Número de empregados substituídos pelo robô, Número de turnos por dia, Produtividade comparada a seu custo, Custo de projeto e manutenção, Custo dos equipamentos periféricos, Enfim: a sua relação custo / benefício.

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Robô X Humano

O Robô Não se cansa Não necessita de salário Não tira férias e nem licença maternidade Pode manter uma qualidade uniforme na produção Não necessita de condições ambientais especiais Não corre o risco de morrer Possui precisão em seus movimentos

O ser humano capacidade de aprendizado Aprende com a experiência Tem capacidade de criar Pode realizar movimentos complexos Possui uma memória superior a dos robôs Realiza simultaneamente diversas tarefas Seus sensores ainda não foram superados Toma decisões frente a situações inesperadas

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Classificação dos robôs Gerações (cronologicamente) Robôs executores – repetem uma seqüência de instruções pré-gravada como a pintura ou soldagem. Robôs controlados por sensores – possuem malhas fechadas de realimentação sensorial. Tomam decisões com base nos sensores. Robôs controlados por visão – a malha fechada de controle inclui um sistema de visão (imagem que é processada). Robôs com controle adaptativo – o robô pode reprogramar as suas ações com base nos seus sensores. Robôs com inteligência artificial – usa técnicas de inteligência artificial para tomar as suas decisões e até resolver problemas.

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Classificação dos robôs Nível de inteligência do controlador (pela JIRA – Japan Industrial Robot Association) Dispositivos manuais – operados por pessoas. Robôs de seqüências fixas. Robôs de seqüências variáveis – onde o operador pode mudar a seqüência com facilidade. Robôs executores – onde o operador humano guia o robô a executar uma tarefa fixa. Robôs controlados numericamente – o operador fornece o programa do movimento, em vez de o ensinar manualmente Robôs inteligentes – percebem e interagem com alterações no ambiente.

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Classificação dos robôs Nível de controle dos programas no controlador Inteligência artificial – instruções de alto nível que serão decompostas pelo sistema em funções de mais baixo nível. Modo de controle – os movimentos do sistema são modelizados incluindo as interações dinâmicas entre os diferentes mecanismos. Servo-sistema – os atuadores controlam os parâmetros do dispositivo usando os dados sensoriais nas malhas de controle.

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Classificação dos robôs Linguagem de programação Sistema guiados – o operador indica os movimentos que o robô deve fazer. Programação ao nível do robô – o utilizador escreve um programa a especificar as seqüências de movimentos que o robô terá que executar. Programação ao nível de tarefa – o programador especifica apenas as ações a tomar sobre os objetos que o robô manipulará.

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Robótica Fixa Versus Robótica Móvel As três categorias principais dos robôs são: Os manipuladores – Robôs industriais Os veículos auto-guiados (AGV) Os robôs móveis

As principais diferenças entre estas categorias incidem nos seguintes pontos: Conhecimento continuo da posição (verdade nos braços), Aplicações distintas (manipulação e transporte), Necessidade de percepção do ambiente (crucial nos móveis), Tipo de programação usada (normalmente mais exigente nos robôs móveis).

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Robô Autônomo Sojourner Robô autônomo Sojourner, foi enviado a Marte pela NASA (Agência Aeroespacial dos Estados Unidos) para a pesquisa e exploração do planeta vermelho (1997).

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Robô Submarino Scorpio 45

Este robô é equipado com câmeras de vídeo, e um braço mecânico, foi utilizado em agosto de 2005 em uma operação conjunta de resgate, composta por especialistas da Rússia, Inglaterra e estados Unidos

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Definição de Robô Manipulador Instituto Americano de Robótica Um robô é um manipulador reprogramável, multi-funcional, projetado para mover materiais, peças, ferramentas ou dispositivos especiais em movimentos variáveis programados para a realização de uma variedade de tarefas.

Mikell Grover Um robô industrial é uma máquina multi-aplicação e programável possuindo certas características antropomórficas.

Dicionário Webster Um robô é um dispositivo automático que efetua a função normalmente atribuída a homens ou a máquinas na forma de um homem.

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Robô Manipulador Típico Punho

Junta

Ligação

Base

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Componentes Básicos de um Robô Industrial Manipulador Estrutura Estrutura mecânica (Ligações, Juntas, base, etc.).

Atuadores Motores, cilindros pneumáticos, etc., que permitem o movimento das juntas do robô.

Controle Controla as juntas do robô e é a interface com o utilizador

Ferramenta A ferramenta tem por objetivo a manipulação de objetos e é concebida de acordo com as necessidades de manipulação

Teach pendant Console de controle manual e de programação do robô.

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