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

Apontamentos de Robótica / Ficha de Trabalho 3

Parte 3

6. Juntas

As juntas podem ser:
6.1. – Junta Prismática ou Linear
O movimento é em linha recta. São formadas por duas hastes que deslizam uma na outra.

6.2. – Junta Rotativa
Gira em torno de um eixo de rotação, à maneira das cadeiras giratórias ou das dobradiças das portas.

6.3. – Junta Esférica
É a combinação de três juntas de rotação, o que permite a rotação em torno dos três eixos.

6.4. – Junta Cilíndrica
É formada por duas juntas, uma rotativa e outra prismática.

6.5. – Junta Planar
É formada por duas juntas lineares, pelo que realiza movimentos em duas direcções.

6.6. – Junta Parafuso
É formada por um parafuso com uma porca, e que executa um movimento parecido com o da junta prismática, mas, aqui com movimento segundo o eixo central (movimento do parafuso).

Os Robots Industriais utilizam, mais comummente, apenas juntas rotativas e lineares.

6.7. Tipos de Juntas Rotativas

As juntas rotativas podem ser divididas de acordo com as direcções dos elos de entrada e de saída em relação ao eixo de rotação:

6.7. 1. – Rotativa de Torção ou Torcional T
Os elos de entrada e de saída têm a mesma direcção do eixo de rotação da junta.

6.7.2. – Rotativa Rotacional R
Os elos de entrada e de saída são perpendiculares ao eixo de rotação da junta.

6.7.3. – Rotativa Revolvente V
O elo de entrada possui a mesma direcção do eixo de rotação, mas o elo de saída é perpendicular a este.

Figura 5 – Representação esquemática de juntas

Na prática as coisas são um pouco diferentes da teoria, isto é, as soluções encontradas para fabricar os robots não seguem estritamente as classificações teóricas aqui explicitadas, aparecendo muitas vezes em situações mistas, e de difícil distinção.
Ou seja, a sua construção específica pode tornar ambígua a classificação/nome do braço.
A figura abaixo mostra um destes casos, em que um mesmo manipulador pode ser representado de duas formas distintas. O seu movimento é igual em ambos os esquemas, sendo que poderia ser denominado de TVR ou VRR, sem erro.
Para que a identificação seja única (só nesse caso é que as identificações servem de alguma coisa, não é?), devemos encontrar uma geometria em que os elos sejam formados por, no máximo, dois segmentos lineares. Assim sendo, a configuração VRR seria a correcta.

Figura 6 – Duas configurações distintas mas que originam movimentação idêntica: TVR e VRR

7. Questionário (II)

1. Quantos tipos de juntas conhece?
2. Caracterize cada um desses tipos
3. Identifique as juntas abaixo representadas quanto ao tipo

4. Quais os tipos de juntas que mais se utilizam na prática?
5. Quais os tipos de juntas rotativas que conhece?
6. Qual o parâmetro que permite dividir as juntas rotativas nos tipos que mencionou na questão anterior?
7. Em qual tipo de juntas rotativas o elo de entrada possui a mesma direcção do eixo de rotação?
8. Na prática o tipo/nome de um braço é sempre inequívoco? Explique.
9. Para que a classificação de um braço seja única como devemos proceder?
10. Qual o tipo de juntas que realiza movimentos em duas direcções?
11. Qual o tipo de junta que é formado por uma combinação de três outras. E qual é o tipo dessas três juntas?

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Apontamentos de Robótica / Ficha de Trabalho 2

Parte 2

4. Fundamentos da Tecnologia de Robótica
Vamos ver agora quais são as características dos robots industriais que permitem seleccionar um determinado braço de robot para um determinado processo produtivo.
Veremos também os fundamentos teóricos dos elementos que definem essas características físicas do braço, bem como o seu desempenho dinâmico e o sistema de controlo.

4.1. Nomenclatura

Os modos de classificação/agrupamento são muitos, como por exemplo, quanto:
– à Aplicação;
– à Cadeia Cinemática;
– ao Tipo de Actuadores;
– à Anatomia, etc.

Mesmo a palavra robot pode ter muitos significados:
– Veículo Autónomo;
– Humanóide;
– ou um simples Braço com movimentos programáveis.

O grau de interactividade que podem manter com agentes externos a si próprio permite classificá-los em:
– Totalmente autónomos;
– Programáveis;
– Sequenciais;
– Inteligentes.

No nosso caso vamos circunscrever-nos aos robots industriais.
Definição
São máquinas projectadas para substituir o trabalho humano em situações de desgaste físico ou mental, em situações perigosas e/ou repetitivas, no processo produtivo em fábricas industriais.

Conclusão: dos três apontados acima, o que nos interessa aqui são os braços mecânicos programáveis.
Definição
Trata-se pois de um dispositivo composto por um circuito electrónico computorizado, programável, de controlo e um mecanismo articulado chamado manipulador.

Para saber qual o manipulador/robot que mais se adequa a um determinado trabalho, há que analisar:
. Anatomia
. Volume de Trabalho
. Sistema de Accionamentos
. Sistema de Controlo
. Desempenho e Precisão
. Órgãos Terminais
. Sensores
. Programação.

Então, vamos lá!

4.2. Anatomia dos Braços Mecânicos Industriais

É composta por braço e pulso.

O braço é formado por elementos denominados elos, que são unidos por juntas de movimento relativo, e onde são acoplados os accionadores para que estes efectuem os movimentos individualmente, sendo dotados de capacidade sensorial (sensores), e actuando de acordo com o que foi programado no sistema de controlo.

O braço fixa-se à base por um lado e ao punho por outro.

O punho é formado por várias juntas próximas entre si, que permitem a orientação do órgão terminal nas posições que correspondem à tarefa a ser realizada.

Na extremidade do punho há um órgão terminal (mão ou ferramenta) que é quem executa a tarefa exigida pela aplicação.

Figura 2 – Esquema de elos e juntas

O elo mais próximo da base recebe o nome de elo de entrada.
Por sua vez, o elo mais próximo do órgão terminal tem o nome de elo de saída.

Figura 3 – Sequência de elos num braço robot

Eis o esquema de um braço robótico completo, com todas as partes que falámos atrás:

5. Questionário (II)
1. Os braços robóticos podem ser classificados tendo em conta várias características. Dê exemplo de três delas.
2. Quando falamos em robot, esta palavra pode ter vários significados. Explicite três deles.
3. Classifique os braços robóticos quanto ao seu grau de interactividade com elementos externos.
4. O que entende por robot industrial?
5. O que entende por braços mecânicos programáveis?
6. Quando tem uma determinada tarefa que gostaria que fosse executada por um manipulador mecânico programável, quais as características desse manipulador que tem de estudar para saber se o mesmo se adequa à tarefa a realizar?
7. Quais os dois elementos principais que formam os braços mecânicos industriais?
8. Quais os elementos que formam o braço?
9. Ao braço é fixado um órgão terminal, numa das suas extremidades. E na outra?
10. Qual a função do punho/pulso do braço robótico?
11. Qual a função do órgão terminal? Que outros nomes pode ter?
12. Qual o nome do elo mais próximo da base? E o mais próximo do órgão terminal?
13. Identifique os vários elementos de um braço robótico.

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Apontamentos de Robótica / Ficha de Trabalho 1

Parte 1

Robótica

Automação da Produção

1. História da Robótica

O termo robot foi cunhado pelo escritor checo Karel Capek, que o utilizou pela primeira vez em 1920, numa das suas peças teatrais.
O significado original era “actividade forçada”.
A partir daí a palavra foi sendo cada vez mais utilizada e acabou por ser traduzida para todas as línguas.
Inicialmente, os robots criados ou idealizados apresentavam formas humanas, mas com o aparecimento do computador, este tomou para si a quase totalidade do significado do termo, pois estas máquinas “prometiam” pensar como o ser humano, tida como uma função de nível superior ao “mero” agir como um ser humano.
No entanto tudo isto se passava nas cabeças dos cientistas da cibernética, pois os mais “terra-a-terra” engenheiros industriais criaram os primeiros robots exactamente para agirem como os humanos, designadamente para executarem tarefas difíceis, perigosas e mesmo impossíveis para os humanos. Ou seja, com estas características, estamos mesmo a ver que foram as indústrias quem primeiro se aproveitou dos robots, pois estes aumentavam a produção (e, assim, o lucro), eliminando as tarefas perigosas para os trabalhadores (mais uma forma de poupar, ao fim e ao cabo…)

Hoje em dia, a robótica industrial, como estas bases tão antigas deixam entender, está particularmente desenvolvida, e a maioria das fábricas encontram-se totalmente, ou quase, automatizadas, tendo os poucos humanos que lá trabalham a única tarefa de manter os robots a operarem de forma normal. E isto enquanto a automatização não for total, num devir que em que, eventualmente, a automatização se confundirá com a robótica, com os robots a serem decompostos nas suas partes funcionais mais adequadas para cada operação industrial, formando o todo da fábrica um grande ser omnipresente e omnipotente que tomará conta de si próprio, sem qualquer ajuda humana necessária.
Estes (os actuais) robots industriais são capazes de realizar tarefas, podem ser programados e possuem uma força elevada.
Também existem em desenvolvimento muitos robots com forma humana, ou de outros animais, como, por exemplo, o conhecido Asimo, da Honda, e outros brinquedos do tipo, mas tratam-se sobretudo de robots que se destinam ao entretenimento e a servirem de base a experiências na área, sendo incapazes de realizar tarefas úteis e produtivas.

2. Automação

2.1. Definição:
É uma tecnologia composta por sistemas electrónicos, eléctricos, mecânicos, pneumáticos, hidráulicos e computacionais e destina-se a controlar processos produtivos industriais.

2.2. Exemplos:
2.2.1. Linhas de Montagem Automóvel (fábrica da AutoEuropa, em Palmela)

2.2.2. Linhas de Montagem de Outros Produtos

2.2.3. Máquinas Tipo CNC (Controlo Numérico Computorizado)
São máquinas que realizam o mesmo tipo de tarefas mas que apresentam uma grande flexibilidade e versatilidade. Pense-se no corte de uma chapa, por exemplo. Através de simples programação podemos indicar à máquina o formato e dimensões da peça final que queremos, podendo esses parâmetros serem mudados de valor de uma forma muito fácil através do terminal d o computador. Mais interessante ainda: a mesma máquina, sendo-lhe mudadas algumas peças pode passar a ser uma máquina construção de parafusos com determinadas características, também elas facilmente alteráveis informaticamente.
Este tipo de máquinas usam-se muito também como tornos mecânicos, máquinas capazes de tornear (fazer) peças metálicas, das mais simples às mais complexas, a partir da matéria prima em bruto.

2.2.4. Robots (aka braços robóticos, manipuladores,…)

2.3. Tipo de Automação
Existem três tipos de automação:
– Fixa
– Flexível
– Programável

2.3.1. Automação Fixa
Neste caso, as máquinas são específicas para o produto a ser produzido, pelo que produzem grande quantidade de um único produto ou produtos semelhantes.

Características:
– O volume de produção é elevado
– O custo da máquina é elevado
– O custo do produto é baixo

Exemplos – produção de lâmpadas, fabricação de papel, fabricação de garrafas, etc.

Neste tipo de automação o investimento inicial na máquina é muito elevado, pelo que todo o projecto deve ser muito bem estudado para evitar prejuízos, que é o que acontecerá se a quantidade de artigos vendida não for muito elevada, o que, por sua vez, será uma consequência inevitável se o preço do produto não for competitivo. Por outro lado as vendas devem ser intensivas e rápidas pois o risco de obsolescência, nestes tempos de evolução tecnológica e volatilidade dos gostos, pode ser grande.

2.3.2. Automação Flexível
Está entre os dois outros tipos.

Características:
– O volume de produção é médio e a máquina pode ser programada para produzir
outro produto, ainda que da mesma família;
– O custo do produto e da máquina são médios.

Exemplo de aplicação – Linha de montagem automóvel.

2.3.3. Automação Programável
É a mais flexível das três.

Características
– O volume de produção é baixo;
– Os produtos de elevado valor acrescentado e caros.
– A máquina é altamente programável (assim se adquire a flexibilidade de produção),
os produtos por ela produzidos podem ser muitos e muito diferentes entre si.

Exemplos: máquinas CNC e robots industriais.

A figura seguinte mostra a relação entre o volume de produção e a diversidade de produtos, para os 3 modos de automação. Como se vê, quanto maior uma das características, menor a outra, como já havíamos referido no texto.

Figura 1 – Distribuição dos processos de automação quanto à diversidade de produtos e volume de produção.

A robótica é, de todos os processos de automação, aquele que mais se aproxima da Automação Programável.
Portanto, os volumes de produtos produzidos não são elevados, mas o robot é altamente flexível a adaptável à fabricação de vários produtos diferentes.

O robots são totalmente programáveis, possuem braços móveis, aplicando-se, por exemplo em:

a . Carregamento e descarregamento de máquinas

b. Soldadura a ponto ou outra forma

c. Pintura

d. Processo de conformação ou fabricação

3. Questionário
1. Qual o significado original da palavra robot, no contexto em que foi criada?
2. Por que motivo as formas dos robots passaram dos primordiais em forma humana para outros menos antropomórficos?
3. Quais as funções gerais que, desde o início, foram destinadas aos robots industriais?
4. Quais as principais características que apresentam os robots industriais?
5. O que entende por automação industrial?
6. Qual a diferença entre automação e robótica?
7. Dê três exemplos de utilização prática da automação industrial.
8. Explique o que é e para que serve uma máquina CNC
9. Quais os tipos de automação que conhece?
10. Quais as características da automação fixa?
11. Dê dois exemplos de automação flexível.
12. Os produtos resultantes da automação fixa são apresentam um pequeno valor acrescentado. Porquê?
13. Que tipo de produtos resultam da automação programável? Porquê?
14. Quanto maior a diversidade de produtos fabricados, maior é o volume de produção. Verdadeiro ou Falso?
15. Dê três exemplos práticos de aplicação do braços robóticos.