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?

Ver enquadramento deste post aqui.

2. Resumo do Livro: Investigação Operacional

Curso: Licenciatura em Informática da Universidade Aberta (pré-Bolonha)
Disciplina: Investigação Operacional
Resumo do Livro: Investigação Operacional, Universidade Aberta, 2002; ISBN: 972-674-371-0

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

Eis alguns desses participantes:

• Botões de pressão (para efectuar o comando manual)
A sua função é gerar mensagens na linha de Bus que farão agir os actuadores.
Podem possuir 1, 2 ou 4 canais.
Cada botão é parametrizável por canal, podendo os diversos canais de cada botão ter
parametrizações diferentes. Estes botões poderão ser parametrizados/configurados para memorizar cenários (cada um destes cenários pode agrupar num único comando acções simultâneas para até 8 grupos independentes de actuadores: iluminação, persianas, aquecimento, etc), sendo permitido o comando de um cenário por canal;
Ou seja: Imaginemos a seguinte situação – Temos um botão de pressão de 2 canais e pretendemos que quando o premimos de manhã os estores da sala abram, as luzes do pátio se apaguem, e a TV seja ligada; quando o premimos à noite, pretendemos que a TV se desligue, as luzes do pátio acendam e o aquecimento do quarto se ligue por 15 minutos.
Cada uma destas duas situações constitui um exemplo daquilo que se designa por cenário e, neste caso, pode ser configurado no mesmo botão de pressão, um cenário em cada um dos 2 canais do botão.

• Sensores
Sensores interiores/exteriores – todos os sensores digitais são integrados no sistema através de entradas binárias (ver à frente) que transformam os sinais eléctricos destes em mensagens para a linha de bus.

REG – Montagem em calha DIN (elementos compactos).

REG_MODUL – Montagem em calha DIN (elementos modulares).

• Actuadores
Os actuadores recebem as mensagens emitidas pelos sensores e actuam em conformidade com essas mensagens e a programação que foi feita pelo utilizador.
Podem dividir-se em dois grupos:
Os actuadores de comutação e os actuadores de regulação

• Comandos de infravermelhos
Consiste em três componentes:
Emissor, receptor e descodificador de infravermelhos (descodifica e transforma o sinal eléctrico em mensagens para a linha de bus);
São os normais comandos à distância, similares ao nosso comando da TV, que permitem actuar sobre os dispositivos actuadores (lâmpadas, aquecedor, torradeira, etc), em vez de usar um botão de pressão.

• Saídas binárias
São contactos livres de tensão, com um acoplador de bus integrado (EEPROM parametrizável), que operam consoante as informações enviadas através da linha de bus, actuando directamente sobre os circuitos de potência (o que está ligado à tomada – aquecedor, TV, fogão, etc.).

• Entradas binárias
São participantes de bus de forma modular, com acoplador de bus integrado, que permitem receber informações digitais, de sensores e outra aparelhagem, transformando-as em mensagens para a linha de bus que, por sua vez, farão actuar as saídas binárias;

• Sistema de montagem rápida
Sistema constituído por aparelhagem modular e em forma de balastro e por unidades lógicas parametrizáveis de montagem em tecto falso. Este sistema está dotado de cabos e fichas pré-fabricadas, reduzindo substancialmente o tempo e custos de montagem.
Evitam que tenhamos que alterar/desmontar e substituir todas as tomadas, interruptores e respectivas caixas, usando em vez disso estes módulos onde os aparelhos depois se irão ligar ou de onde sairão as ligações para as caixas de aparelhagem referidas.

Funcionamento do sistema EIB

O sistema é controlado por eventos, isto é, acontecimentos.
A sua espinha dorsal percorre todo o edifício ou habitação.
Os sensores e actuadores ligam-se à linha de bus.

Uma vez ligados todos os dispositivos, podem trocar informação que é transmitida em série, de acordo com certas regras (protocolo de bus).
Para isso é necessário que a informação obtida pelos sensores seja armazenada em pacotes ou mensagens. São estes pacotes que serão enviados, através do bus, a um ou mais actuadores.

Por exemplo, um sensor de luz pode não estar somente programado para comunicar com certas lâmpadas, mas também para comunicar com as persianas das janelas, enviando-lhes mensagens para abrirem ou fecharem, de acordo com a luz do dia.

Para que tudo isto funcione, os sensores e actuadores possuem um endereço físico.
Deve então proceder-se a uma programação das configurações para decidir quais sensores comunicam com quais actuadores. Isto permite a criação de uma única função ou uma comunicação em grupo (criação de uma cena ou cenário, de que vimos um exemplo atrás).

Em traços gerais o funcionamento de um sistema domótico EIB consiste em fazer chegar a todos os sensores e actuadores de uma instalação EIB uma tensão de aproximadamente 29Vdc.

Esta tensão é transmitida por um par trançado de fios de 0.8 mm2 de secção.

Os elementos sensores da instalação transmitem através do bus as mensagens correspondentes às ordens que recebem do exterior (botão de pressão, por exemplo).
Todos os restantes elementos do bus recebem a mensagem mas só reagem os elementos aos quais o telegrama é destinado/endereçado (actuador).

Protocolo de Comunicação

É o conjunto de regras que todos os dispositivos do sistema têm de obedecer ou, dito de outra forma, todos têm de falara a mesma linguagem para se poder entender e comunicar.

Todos os dispositivos do sistema comunicam entre si utilizando sinais binários.

Em função do meio de transmissão ter-se-á diferentes velocidades de transmissão.

Quando se produz no bus EIB uma variação dos níveis de tensão diz-se que este está a enviar um 0 (zero) lógico quando o sinal retorna a zero e nesse estado permanece diz-se que o sistema está a enviar um 1 (um) lógico.

A mensagem é, no bus EIB, enviada segundo um mapeamento da informação. O pacote de informação, que o emissor envia, tem uma série de dados estruturados e quando chega ao receptor é devolvido numa trama de informação que indica se a mensagem foi ou não bem recebida.

Todas e cada uma das mensagens são divididas nos campos da figura seguinte.

– Controlo (8 bits)
– Endereço do emissor (16 bits)
– Endereço do destinatário. (16 bits +1 bit)
– Contador (3 bits)
– Longitude (4 bits)
– LSDU (Link Service Data Unit): Informação a transmitir (até 16×8 bits)
– Byte de comprovação. (8 bits)

(continua…)