ROBÓTICA INDUSTRIAL
Paulo Roberto
Chiarolanza Vilela
ASPECTOS CONSTRUTIVOS DE
MANIPULADORES ROBÓTICOS
AULA 04
CONTEÚDO
Exercício
Sensores
Acionamento e Controle de Robôs
Garras e Ferramentas
Garras e Ferramentas
Exercício (para o final da aula): uma granja
deseja automatizar o processo de
embalagem de ovos. Projete um sistema
totalmente automatizado, detalhando, na
forma de desenhos e fluxogramas, o sistema
utilizado. Não pode haver influência humana
no processo, nem mesmo após a galinha
botar o ovo! Indique o tipo de robô usado, o
seu end effector, esteiras, válvulas, etc.
Sensores
Informações sobre comportamento do robô e
ambiente de atuação.
Podem ser separados em duas categorias
principais:
–
Internos ou Proprioceptivos: variáveis do próprio
robô
–
Externos ou exteroceptivos: informações do
ambiente
Sensores
A maior parte dos robôs industriais é de primeira geração:
– Tarefas pré-programadas, repetitivas, sensores internos situados nas juntas
Tais sensores internos podem ser:
– Encoders (*incremental ou absoluto) – Resolvers
– Potenciômetros multivoltas
* Mais utilizado em razão do baixo custo e da precisão proporcionada para a maioria das aplicações.
Sensores
Encoder:
– Dispositivo eletromecânico que converte rotação angular do eixo do robô em pulsos de onda quadrada.
– Possível conhecer sentido da rotação, posição e velocidade, usando apenas um sensor no eixo do robô
Sensores
Sensores
Restrições da utilização de robôs de primeira
geração:
– Não apresentam informações sobre o ambiente
– Somente úteis em casos particulares
Exemplo de aplicação de 1ª Geração:
– Soldagem por resistência na indústria automobilística:
Peças muito precisas
Características acomodatícias
Sensores
Nova geração de robôs:
– Controlador do robô usa Sensores Internos + Externos como informação para controle
– Melhor controle em malha fechada
– Operações complexas com maior facilidade:
Agarrar objetos em posição/orientação aleatória Seguir objetos em movimento
Montagem de dispositivos mecânicos
Controle de qualidade
Busca e identificação de objetos
Sensores
Sensores externos encontrados em robôs:
– Sensores de Segurança para proteção humana (cortinas de
luz, ultrassom, barreiras mecânicas, sensores de pressão)
– Determinação de distância a obstáculos e reconhecimento de objetos (Sensores de contato e Sensores ópticos (não são sensores óticos, de som))
– Determinação de proximidade de peças a manipular
(Sensores indutivos, capacitivos, efeito hall, ultrassônicos e laser)
Acionamento e Controle de Robôs
Atuadores: convertem um tipo de energia qualquer em energia mecânica
Na robótica, os mais comuns são: – Pneumática:
Baratos e simples
Baixa precisão – Elétrica:
CA ou CC. Mais acessíveis e silenciosos. Mais usados em robótica – Hidráulica:
torque e velocidade de resposta. Cargas pesadas.
Equipamentos periféricos (bombas, tanques de armazenamento de fluido) exigem manutenção frequente. Geram grande ruído.
Acionamento e Controle de Robôs
Controle dos atuadores dos robôs pode ser efetuado de duas formas: – Servocontrolados:
Sensores internos identificam a posição de cada eixo e sua velocidade
Controlador determina a quantidade de energia que vai para os atuadores, permitindo velocidade variável e diversas posições
Programáveis no modo ensino-repetição (playback) ou por alto nível – Não servocontrolados:
Chaves de fim de curso nas juntas
Controlador só identifica o início e o fim de movimento
Robô de baixo custo.
Tarefas tipo pick and place (pegar e colocar)
Acionamento e Controle de Robôs
O sistema de acionamento de um braço
robótico pode ser classificado, conforme a
sua forma de movimento, como:
–
Driver de Rotação: motor que provoca no eixo
uma resposta em forma de rotação
–
Driver deslizante: cilindro hidráulico ou
pneumático (direto) ou motor (indireto) através de
correias, polias ou engrenagens, convertendo o
movimento rotativo em linear.
Acionamento e Controle de Robôs
Formas de acionamento de um
braço robótico:
–
Acionamento Elétrico
–
Acionamento Hidráulico
–
Acionamento Pneumático
Acionamento e Controle de Robôs
Acionamento Elétrico: – CC, CA ou motor de passo
– Robôs novos: CC devido a facilidade de controle e precisão – Principais vantagens:
Eficiência com controle preciso
Estrutura simples
Fácil manutenção
Fonte de energia acessível
Custo relativamente pequeno – Principais Desvantagens:
Impossibilidade de manter momento constante nas mudanças de velocidade de rotação
Acionamento e Controle de Robôs
Acionamento Hidráulico:
– Motor rotativo (bomba) + cilindro para movimentos deslizantes – Controle feito por válvulas que regulam a pressão do óleo nas
duas partes do cilindro e que impulsionam o pistão
Acionamento e Controle de Robôs
Acionamento Hidráulico:
– Principais Vantagens:
Momento alto e constante sob uma grande faixa de velocidades
Precisão de operação (menor que elétrico, maior que pneumático,
devido ao óleo ser virtualmente incompressível)
Mantem alto momento quando parado
– Principais desvantagens:
Fonte de Energia cara
Manutenção cara e intensa
Válvulas de precisão caras
Acionamento e Controle de Robôs
Acionamento Pneumático:
–
Similar ao hidráulico na estrutura
–Ar no lugar de óleo
–
Empregado em sistemas de automação simples
Pouco usado em robôs (movimento) devido à alta compressibilidade do ar
Muito usado para abrir e fechar garras
Acionamento e Controle de Robôs
Acionamento Pneumático:
– Principais Vantagens:
Velocidade alta Custo pequeno Fácil manutenção
Momento constante em grande faixa de velocidades Alto momento sem danos quando parado
– Principais Desvantagens:
Ausência de precisão Vibração
Acionamento e Controle de Robôs
Resumindo:
– O driver elétrico é melhor em aplicações envolvendo:
Alta precisão de posição;
Transferência de carga de tamanho pequeno e médio;
Pequenas ambientes para sistemas de compressores de óleo e ar; – O driver hidráulico trabalha melhor em situações envolvendo:
Transferência de cargas pesadas ( de 2.000 pounds ou mais);
De média para alta precisão na localização e velocidade; – O driver pneumático é preferível em aplicações envolvendo:
Baixa precisão;
Necessidade de baixo custo;
Altas velocidades;
Transferências de pequenas e médias cargas.
Acionamento e Controle de Robôs
Classificação pela forma de conexão:
– Driver direto:
o motor é montado diretamente na junta que ele irá mover
– Driver indireto:
o motor é montado longe da junta, próximo da base
Elementos de transmissão como correntes, correias, diferenciais e engrenagens.
– As vantagens do driver indireto sobre o direto:
Redução do peso do braço mecânico;
Permite mudanças na velocidade de rotação das juntas.
– As desvantagens do driver indireto sobre o direto:
Falta de precisão da operação da junta devido a liberdade mecânica dos pontos de conexão entre os dispositivos de transferência;
Acionamento e Controle de Robôs
Classificação pela forma de conexão:
Garras e Ferramentas
Ferramenta Terminal:
– End Effector
– Montado na extremidade mais distante da base do robô – Objetivo:
Agarrar ferramentas ou objetos
Realizar transferência de um lugar a outro
– Exemplos de Ferramenta Terminal:
Pistola de solda Garras
Pulverizadores de tinta
Garras e Ferramentas
A ferramenta terminal é de extrema importância na execução
de uma tarefa, portanto é necessário que o mesmo seja adequadamente projetado e adaptado as condições do seu meio e área de trabalho.
Existem dois tipos de atuadores: Garras e Ferramentas.
Inicialmente trataremos das Garras, por serem elementos de
uso mais geral.
As ferramentas, de uso específico, serão tratadas mais para frente na disciplina
Garras e Ferramentas
A garra é comparável a mão humana.
Não é capaz de simular seus movimentos, resultando na limitação dos movimentos a uma faixa de operações.
Podem manusear objetos de diferentes tamanhos, formas e
materiais.
São divididas em vários tipos de classe:
– Garra de dois dedos; – Garra de três dedos;
– Garra para objetos cilíndricos; – Garra para objetos frágeis; – Garra articulada;
– Garra a vácuo e eletromagnética, – Adaptador automático de garras.
Garras e Ferramentas
Garra de dois dedos:
–
Tipo mais comum e com grande variedade.
–Diferenciados um do outro pelo tamanho e/ou
movimento dos dedos
Movimento paralelo
Movimento de rotação
–
Principal desvantagem:
limitação da abertura dos dedos
Restringe a sua operação em objetos cujo tamanho não exceda esta abertura máxima.
Garras e Ferramentas
Garras e Ferramentas
Garra de dois dedos:
Garras e Ferramentas
Garra de três dedos:
– São similares aos de dois dedos
– Permitem segurar
objetos de forma circular, triangular e irregular com maior firmeza
– Os dedos são
articulados e formados por diversos vínculos
Garras e Ferramentas
Garra para objetos cilíndricos:
–
Dois dedos com vários semicírculos chanfrados
–Permitem segurar objetos cilíndricos de vários
diâmetros diferentes
–
As principais desvantagens são:
O seu peso que deve ser sustentado pelo robô durante
a operação;
A limitação de movimentos causada pelo comprimento da garra.
Garras e Ferramentas
Garras e Ferramentas
Garra para objetos frágeis:
–
Próprias para exercer um certo grau de força
durante a operação de segurar algum corpo, sem
causar algum tipo de dano ao mesmo.
–
Formado por dois dedos flexíveis, que se curvam
para dentro, de forma a agarrar um objeto frágil
–
Controle é feito por um compressor de ar
Garras e Ferramentas
Garras e Ferramentas
Garra articulada:
–
Projetados para agarrar objetos de diferentes
tamanhos e formas.
–
Vínculos são movimentados por pares de cabos,
onde um cabo flexiona a articulação e o outro a
estende.
–
Sua destreza em segurar objetos de formas
irregulares e tamanhos diferentes se deve ao
grande número de vínculos
Garras e Ferramentas
Garras e Ferramentas
Garra à vácuo:
–
São projetadas para prender uma superfície lisa
durante a ação do vácuo
–
Ventosas de sucção conectadas a bomba de ar
comprimido, que predem superfícies como
chapas metálicas e caixas de papelão.
–
Para reduzir o risco de mal funcionamento devido
a perda de vácuo, é comum usar mais do que
uma ventosa de sucção
Garras e Ferramentas
Garras e Ferramentas
Garra à vácuo:
Garras e Ferramentas
Garras e Ferramentas
Garra Eletromagnética:
– Segurar objetos que podem ser magnetizados (aço e
níquel) através de um campo magnético.
– Estes objetos devem possuir um lugar específico na qual a garra passa atuar.
Garras à vácuo e eletromagnéticas são muito
eficientes, uma vez que eles podem segurar objetos
de vários tamanhos e não necessitam de grande
precisão no posicionamento da garra.
Garras e Ferramentas
Garras e Ferramentas
Adaptador automático de Garra:
– Surgiu da necessidade de se ter uma garra capaz de segurar todos os tipos de objetos.
– Automatic Gripper Changer: adaptador que permite que uma garra seja rapidamente ligada ou removida do braço do robô.
– Restrições:
Os adaptadores devem ser ligados ao braço do robô de um mesmo modo e deve conectar de maneira idêntica suas unidades de drive, se elétrica, mecânica ou pneumática.
– Desvantagens:
O peso adicional na extremidade do braço do robô;
Complicações tecnológicas são uma fonte potencial de mal funcionamento;
Acréscimo no custo do robô;
Tempo gasto na troca das garras.
Garras e Ferramentas
Desenvolvimento e produção de garras é um estágio
importante no projeto de robôs para tarefas
particulares.
Fabricantes vendem robôs sem o atuador final.
– As garras e as ferramentas são escolhidas e adaptadas pela equipe de engenharia que instala o robô no local de trabalho.
– Este é um estágio crítico da instalação, requerendo um alto
