Curso Profissional de Electrónica, Automação e Comando
Disciplina de Automação e Comando
Módulo: Robótica

Apontamentos de Robótica / Ficha de Trabalho 5

Parte 5

10. Cadeias Cinemáticas

Uma das principais características de um braço robótico é a sua capacidade de carga, ou seja, o peso máximo que consegue mover (erguer e manipular) sem que a precisão seja afectada.
Esta característica é sempre medida na posição mais desfavorável que, geralmente, é na posição de máxima extensão do braço.

Para melhorar esta característica há que aliviar o peso do próprio manipulador, podendo-se adoptar accionamento indirecto (ver à frente), ou usar cadeias cinemáticas fechadas total ou parcialmente.

10.1. – Robot de cadeia cinemática aberta
Partindo-se da base, podemos chegar ao punho através de um único caminho numa sequência elo-junta-elo.
Neste tipo de cadeia, costumamos ter um braço articulado do tipo revoluto.

10.2. – Robot de cadeia cinemática fechada
Existem vários caminhos da base até ao punho. Vários elos podem estar ligados entre si, de forma que podemos percorrer, por exemplo, um caminho que parta da base, regresse a ela por outro caminho, após atingir o punho.
Como exemplos deste tipo de robot temos os robots pórticos (“gantry”), que se utilizam na manipulação e armazenagem de materiais.

Existem outros manipuladores que apresentam parte da cadeia aberta e outra parte fechada, sendo conhecidos como de cadeia parcialmente fechada.

A figura seguinte apresenta um braço de cadeia cinemática parcialmente fechada.

Figura 9 – Representação esquemática de braço robótico com cadeia parcialmente fechada

Possui apenas um grau de liberdade, apesar de ter 4 articulações e 3 elos.
O accionamento deve ser feito por um único motor, ligado a uma das duas articulações da base.
Estas cadeias permitem que o motor de accionamento de uma dada junta possa ser fixado mais próximo da base, o que permite reduzir a inércia do conjunto e aumentar a velocidade e precisão do braço.

Na figura seguinte mostramos um braço revoluto de cadeia parcialmente fechada, da marca ABB, e ao seu lado um de cadeia fechada, da Fanuc.

Figura 10 – Manipuladores de cadeia parcialmente fechada (à esquerda) e fechada (à direita)

A representação esquemática das junções ou articulações não motoras nos braços com cadeia fechada é diferente da usada nas juntas motoras.
Costuma-se usar a mesma representação utilizada nas juntas, mas em tamanho menor.
Por outro lado, é frequente, nesses braços, a existência de 3 ou mais articulações ou juntas fixadas ao mesmo elo.

A figura abaixo mostra alguns exemplos de representações de articulações não motoras em tais braços.

Figura 11 – Representação esquemática de articulações não motoras

11. Questionário (V)
1. Uma das principais características de um braço robótico é a sua capacidade de carga.
Diga o que entende por capacidade de carga e como deve ser medida
2. Quais os 2 métodos que conhece para melhorar a capacidade de carga de um robot?
3. Qual a finalidade das cadeias cinemáticas nos robots?
4. Que tipos de cadeias cinemáticas conhece?
5. O que entende por robot de cadeia cinemática aberta?
6. O que entende por robot de cadeia cinemática fechada?
7. O que entende por robot de cadeia cinemática parcialmente fechada?
8. Qual o tipo de braço articulado em que mais é utilizada a cadeia cinemática aberta?
9. Dê um exemplo de um tipo de robot em que é utilizada a cadeia cinemática fechada.
10. Qual a grande vantagem de se utilizar a cadeia cinemática parcialmente fechada num robot?
11. Para os dois robots a seguir mostrados, diga qual o tipo de cadeia cinemática que cada um deles utiliza.

12. Quais as diferenças de representação esquemática entre a que é usada nas juntas motoras e a que se utiliza nas juntas não motoras dos braços com cadeias cinemáticas fechadas?

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Apontamentos de Robótica / Ficha de Trabalho 4

Parte 4

8. Graus de Liberdade

Os graus de liberdade são um dos parâmetros mais importantes dos braços robóticos, pois são eles que determinam os movimentos que o robot pode fazer no espaço a duas ou três dimensões.

Cada junta define um ou dois graus de liberdade, pelo que o número de graus de liberdade de um robot se obtém fazendo uma soma de todos os graus de liberdade impostos por cada uma das suas juntas.

Quando o movimento pode ocorrer em apenas um único eixo, diz-se que a junta tem um grau de liberdade; caso o movimento se possa dar em mais do que um eixo, a junta tem dois graus de liberdade, como na figura abaixo é mostrado.

Figura 7 – Braços com um e dois graus de liberdade

Quanto maior for o número de graus de liberdade, maior é a complexidade da cinemática, a dinâmica e o controlo do braço.

O número de graus de liberdade de um robot está associado ao número de variáveis posicionais independentes que permitem definir a posição de todas as partes de forma unívoca.

Os movimentos robóticos podem ser separados em movimentos do braço e do punho.

Em geral, os braços têm 3 accionadores e uma configuração 3GL, numa configuração que permita que o órgão terminal alcance um ponto qualquer dentro de um espaço limitado em redor do braço.

8.1. – Em qualquer braço podem ser identificados três tipos de movimento independentes:
8.1.1. – Vertical Transversal
Movimento vertical do punho, para cima ou para baixo.
8.1.2. – Rotacional Transversal
Movimento do punho horizontalmente, para a esquerda e para a direita.
8.1.3. – Radial Transversal
Movimento de aproximação ou afastamento do punho.

Os punhos apresentam 2 ou 3 graus de liberdade.

As juntas dos punhos são agrupadas num volume pequeno para que não movimentem em demasia o órgão terminal quando são accionadas.

8.2. – Os movimentos do punho têm nomes específicos:
8.2.1. – Roll / Rolamento
Rotação do punho em torno do braço
8.2.2. – Pitch / Arfagem
Rotação do punho para cima e para baixo
8.2.3. – Yaw / Guinada
Rotação do punho para a esquerda e para a direita

Figura 8 – Movimentos possíveis aos punhos com 3GL

9. Questionário (IV)

1. Por que motivo são os Graus de Liberdade um dos parâmetros mais importantes do braços robóticos?
2. Explique como se determina o número de graus de liberdade de um robot.
3. O que entende por “junta com um grau de liberdade”?
4. O que entende por “junta com dois graus de liberdade”?
5. Que tipo de movimentos apresenta um robot?
6. Caracterize o movimento Rotacional Transversal.
7. Quantos graus de liberdade pode apresentar, no máximo, um punho de robot?
8. Quais os tipos de movimento possíveis a um punho?
9. Caracterize o movimento Yaw/Guinada
10. A figura representa os movimentos possíveis num punho com 3 Graus de Liberdade. Cada junta é responsável por cada um dos movimentos.
Identifique, junto de cada junta, o movimento pelo qual ela é responsável.