Introdução - IFSC Campus Joinville

ROBÓTICA (ROB74) – AULA 1
INTRODUÇÃO A ROBÓTICA
PROF.: Michael Klug
PROGRAMA
• Introdução a Robótica:
– Origens
– Componentes
– Aplicações
– Classificação
– Cinemática: Direta, Inversa, Diferencial (Jacobiano)
– Controle: Geração/Planejamento de Trajetórias
– Programação de Robôs Industriais
– Projeto
Contexto Geral
• O que é Robótica?
Contexto Geral
• O que é Robótica?
Contexto Geral
• O que é Robótica?
Contexto Geral
• O que é Robótica?
Contexto Geral
• O que é Robótica?
Máquinas que...
• Realizam tarefas que envolvem movimentos:
maior mobilidade e habilidade que máquinas
tradicionais;
• São comandadas por computador
• São programáveis
• Possuem comunicação com o meio (tato,
visão, proximidade)
• Têm capacidade de autoprogramação
Máquinas que...
Estrutura de Máquinas
Origens
• Manipulação remota
• Dispositivos de
manipulação de
materiais (George
Devol, 1954,
Unimation)
• Duas tecnologias antecessoras: comando
numérico e manipulação remota
Robótica Industrial
• Estrutura geral de um sistema robótico
Tarefa (referência de
posição, força, trajetórias)
Controle e
Supervisão
Acionamento
Mecânico
Sensores
Componentes
Tipos de Juntas
Exemplo
• SCARA
3 juntas de rotação
1 junta de translação
4 graus de liberdade
Obs: muitas vezes
Número de Juntas
≠
Graus de Liberdade
Estrutura da Cadeia Cinemática
• Cadeia Cinemática Aberta (Robôs Seriais)
Estrutura da Cadeia Cinemática
• Cadeia Cinemática Fechada (Robôs Paralelos)
Envelope de Trabalho
• Envelope/Volume de trabalho é o espaço em
que o robô pode manipular a extremidade de
seu punho;
• Configurações Seriais:
– Cartesiano (PPP)
– Cilíndrico (RPP)
– Esférico (RRP)
– Scara (RRP)
– Vertical Articulado (RRR)
Classificação dos Robôs
Configurações Seriais
• Cartesiano (XYZ)
Configurações Seriais
• Cartesiano
Configurações Seriais
• Cilíndrico
Configurações Seriais
• Cilíndrico
Configurações Seriais
• Cilíndrico
Configurações Seriais
• Esférico (Polar)
Configurações Seriais
• Esférico (Polar)
Configurações Seriais
• Esférico (Polar)
Configurações Seriais
• Scara
Configurações Seriais
• Vertical Articulado
Configurações Seriais
• Vertical Articulado
Configurações Paralelas
• Delta (3 GdL)
Configurações Paralelas
• Tricept (3 GdL)
Configurações Paralelas
• Orthoglide (3 GdL)
Configurações Paralelas
• Quattro (4 GdL)
Configurações Paralelas
• Plataforma de Stewart (6 GdL)
Comparação ET
Admite-se: juntas rotacionais varrem 360 graus e juntas
prismáticas são todas iguais e deslocam o
comprimento L;
Seriais X Paralelos
NÍVEL
MECANISMO
CONTROLE
CARACTERÍSTICAS
Inércia
Volume de Trabalho
Aparência
Fabricação
Controle de posição no
espaço de trabalho
Controle de força no
espaço de trabalho
Detecção de Forças
Erro de Posição
Erro de controle de
Forças
Perto de Pontos
Singulares
Dinâmica
MANIPULADOR
SERIAL
Grande
Grande *
Antropomórfica
Difícil
MANIPULADOR
PARALELO
Pequena *
Pequeno
Base Estrutural
Fácil *
Difícil
Fácil *
Fácil *
Difícil
Difícil
Acumulado
Fácil *
Média *
Média *
Acumulado
Degeneração no
controle de força
Grande movimento
do atuador
Complicada *
Diminuição de
exatidão no
posicionamento
Grande força no
atuador
Muito mais
complicada
GdL X GdM
• Graus de Liberdade (GdL) – movimentos independentes
• Graus de Movimento (GdM)
GdL X GdM
OBS: Geram uma outra classificação de Robôs.
Classificação Segundo GdL’s
• Robôs de Propósito Geral (6 GdL): conseguem
atingir qualquer posição e orientação no
espaço de trabalho.
• Robôs Redundantes (GdM > GdL): quando
possuem articulações adicionais, utilizados
para alcançar locais de difícil acesso
contornando obstáculos (ou robôs com
trilhos).
• Robôs Limitados (< 6 GdL): movimentação
limitada.
GdL X GdM
• Sistemas com 1 eixo
GdL X GdM
• Sistemas com 2 eixos
• Sistemas com 3 eixos
Aplicações
• Manipulação de materiais: não há transformação
dos objetos:
*Palletização;
*Carregamento
*Preparação de máquinas
* Empacotamento
• Fabricação:
*Soldagem
* Pintura
*Colagem e selamento
*Montagem (mec. e elet.)
• Inspeção e medição:
*Qualidade
*Corte (laser, jato)
*Acabamento
Aplicações
• Motivações para aplicação na indústria
– Tarefas repetitivas e em ambientes insalubres
– Precisão
– Qualidade
– Rapidez
– Marketing
– Redução de custos
Aplicações - Paralelo
• Simuladores de vôo e de automóveis;
• Montagem de placas de circuito impresso;
• Processo de fresagem de alta velocidade;
OBS: como a força é distribuída entre diversos
elos paralelos e só há um “estágio de elos” antes
do efetuador, o peso do robô e seu momento de
inércia são reduzidos, possibilitando a realização
de tarefas precisas em alta velocidade.
Ferramentas
• Exemplos:
Ferramentas
• Exemplos:
Ferramentas
• Exemplos:
Ferramentas
• Exemplos:
Estatísticas
Estatísticas
• Citação IFR (International Federation of Robotics)
Estatísticas
Estatísticas
Estatísticas
Mercado no Brasil
• Maiores consumidores:
– Setor automobilístico (montadoras e fornecedores de
autopeças): ~65%
– Médias e pequenas empresas: ~18%
Robótica
• TEMAS ATUAIS:
– Controle de Força;
– Cooperação;
– Programação;
– Projeto de robôs.
Cinemática
• Direta:
• Espaço das juntas
– q=[q1 q2 ... qn]’
• Espaço operacional
– x=[px py pz α θ γ]
Cinemática
• Inversa:
• Espaço operacional
– x=[px py pz α θ γ]
• Espaço das juntas
– q=[q1 q2 ... qn]’
Cinemática
• Trajetórias
• ponto-a-ponto
• Contínuas
- path motion
Cinemática Diferencial
• Relacionar velocidades das juntas e do
efetuador;
• Matriz Jacobiana:
Programação
• Caixa de Comando (teach/flex - pendant)
Programação
• Linguagens de Programação:
– VAL II (Unimation)
– AML (IBM)
– PDL-2 (Comau)
– RAPID (ABB)
– ACL (Eshed)
– Exemplo:
• MOVL P1
• MOVC P2,P3,P4
• WAIT S2