Robotica

Transcript

1 SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL UNIDADE BLUMENAU SUPERIOR EM TECNOLOGIA DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL TCC - ROBÓTICA ÉDERSON BATISTA BERTI TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO Blumenau – SC - 2012 2 ÉDERSON BATISTA BERTI Trabalho de Conclusão de Curso Apresentado no Curso Superior em Tecnologia da Automação Industrial – Blumenau – Como requisito parcial para conclusão do curso. Professor orientador Jean Carlos Strutz Blumenau 2012 3 SUMÁRIO INTRODUÇÃO..................................................................................................................7 1 REVISÃO DE LITERATURA........................................................................................8 1.1 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS............................................................................8 1.2 ELOS DE LIGAÇÃO..............................................................................................8 1.3 TIPOS DE JUNTA..................................................................................................8 1.3.1 Juntas deslizantes (prismáticas)....................................................................9 1.3.2 Juntas rotativas (revolução).........................................................................10 1.3.3 Junta bola de encaixe (esféricas).................................................................11 1.4 VOLUME DE TRABALHO..................................................................................13 1.5 GRAUS DE LIBERDADE....................................................................................14 1.6 TIPOS DE SISTEMA DE CONTROLE................................................................15 1.6.1 Controle.......................................................................................................15 1.6.2 Trajetória continua.......................................................................................15 1.6.3 Trajetória controlada....................................................................................17 1.6.4 Controle inteligente......................................................................................17 1.6.5 Controle ponto a ponto................................................................................18 1.7 MOVIMENTAÇÃO...............................................................................................19 1.7.1 Dinâmica do braço robótico.........................................................................19 1.7.2 Precisão dos movimentos...........................................................................22 1.7.3 Cadeias cinemáticas...................................................................................23 1.8 APLICAÇÕES INDUSTRIAIS (ESCOLHA DO TIPO DE ROBÔ)........................25 1.8.1 Área de aplicação........................................................................................26 1.8.2 Tipo de trabalho...........................................................................................27 1.9 CLASSIFICAÇÃO DE ROBOS, 5 TIPOS DE ROBOS........................................30 1.9.1 Cartesiano....................................................................................................30 1.9.2 Scara............................................................................................................32 1.9.3 Cilíndrico.......................................................................................................33 4 1.9.4 Articulado......................................................................................................35 1.9.5 Esférico.........................................................................................................36 2 METODOLOGIA..........................................................................................................38 3 CONSIDERAÇÕES FINAIS.........................................................................................39 REFERÊNCIAS...............................................................................................................40 5 INTRODUÇÃO Um robô industrial é definido pela ISO ( International Organization for Standardization) como manipulador programável, reprogramável com três eixos ou mais. Os primeiros robôs industriais surgiram nos anos 50 nos Estados Unidos com o crescimento da indústria automotiva. Esse estudo tem como propósito mostrar alguns dos diversos tipos de sistemas robóticos mais utilizados na indústria. Além da abordagem da nomenclatura de cada um dos modelos, serão abordadas as características construtivas. Os tipos de aplicação/Vantagens/Desvantagens e a importância do uso de robôs(redução de custo, tarefas de risco, aumento de produtividade, controle de qualidade) para as industrias. Serão abordados temas sobro os modelos de robôs cartesiano, esférico, articulado e scara. Nestes modelos serão descritas as diversas partes de formação de cada modelo, bem como características de construção, vantagens e desvantagens de uso de cada modelo, tabela comparativa de valores de implantação, além de características que devem ser observadas antes de definir o modelo robótico mais adequado para a aplicação. 6 1 REVISÃO DE LITERATURA 1.1 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS Manipulador mecânico refere-se principalmente ao aspecto mecânico e estrutural do robô. Consiste da combinação de elementos estruturais rígidos (elos) conectados entre si através de articulações (juntas), sendo o primeiro corpo denominado base e a última extremidade terminal, onde será vinculado o componente efetuador (garra ou ferramenta). 1.2 ELOS DE LIGAÇÃO Numa junta qualquer, o elo que estiver mais próximo da base é denominado elo de entrada. O elo de saída é aquele mais próximo do órgão terminal. É inevitável que os elos rígidos apresentem algum grau de flexibilidade quando submetidos a esforços durante a realização de uma tarefa, sejam estes de natureza estática ou dinâmica. Portanto, nos robôs, a estrutura deve ser projetada para apresentar elevada rigidez aos esforços de flexão e torção. Os materiais mais empregados nas estruturas são alumínio e aço. Mais recentemente têm sido usadas fibras de carbono e de vidro, materiais termoplásticos e plásticos reforçados. 7 1.3 TIPOS DE JUNTA Devido à existência de juntas (eixos) o braço manipulador de um robô é capaz de se mover para várias posições em tarefas diversas. Existem dois tipos de movimento de junta, linear e rotacional. A liberdade do robô se limita na quantidade de juntas existentes, ou seja, quanto mais juntas mais liberdade terá o robô. A maioria dos robôs possui de três a seis eixos, e são divididos em duas classes: eixo do corpo e eixo da extremidade do robô. As juntas que permitem movimentar a ferramenta terminal são as juntas de base do corpo, eles movimentam a ferramenta para uma determinada posição no espaço e são denominados cintura, ombro e cotovelo. As juntas que permitem orientar a ferramenta terminal são as juntas das extremidades do robô, e são denominados rolamento, mergulho e guinada. Estes seis graus de liberdade são compatíveis com as tarefas realizadas segundo seu volume de trabalho. Com menos de seis graus de liberdade não se alcançam todos os pontos de um ambiente de trabalho. Um robô com mais de seis juntas é denominado robô redundante, o que significa que tem mais graus de liberdade do que o mínimo necessário para a execução da tarefa. 1.3.1 Juntas deslizantes (prismáticas) As juntas deslizantes permitem movimento linear entre dois elos. São dois elos (vínculos) alinhados um dentro do outro, o vínculo interno escorrega pelo externo, dando origem ao movimento linear. Segue abaixo a figura representando a junta prismática: 8 Figura 1 – Junta prismática Fonte: MOURA (2011) 1.3.2 Juntas rotativas (revolução): As juntas rotativas permitem movimentos de rotação entre dois elos, unidos por uma dobradiça comum, permitindo o movimento cadenciado em relação à outra, assim como acontece nas dobradiças das portas e janelas. Segue abaixo a figura representando a junta de revolução: 9 Figura 2-Junta de revolução Fonte: MOURA (2011) 1.3.3 Junta bola de encaixe (esféricas): A junta bola de encaixe é uma conexão que se comporta como uma combinação de três juntas de rotação, permitindo movimentos de rotação em torno de três eixos. 10 Figura 3-Junta esférica Fonte: FRANCHIN (1999) As juntas bola de encaixe são pouco empregadas em robótica, pois existe muita dificuldade de acionamento. De qualquer maneira, é possível ter o mesmo desempenho usando três juntas rotacionais separadas, cujo os eixos de movimentação se cruzam em um ponto. 11 Figura 4-Junta de revolução Fonte: ANCHIETA (2011) 1.4 VOLUME DE TRABALHO O volume de trabalho é o termo que se refere ao espaço que um determinado braço consegue posicionar seu pulso. Este volume, em geral, é estabelecido conforme os limites impostos pelo projeto estrutural do braço, ou seja, a configuração física do braço robótico, os limites dos movimentos das juntas e o tamanho dos componentes do corpo, braço e pulso. 12 Por exemplo, o volume de um manipulador cilíndrico deveria ser um cilindro, mas em geral não é. Em resumo, o volume de trabalho de um manipulador depende, basicamente, da configuração do braço, dos comprimentos dos elos (braço e punho) e de limites e restrições construtivas a movimentação das juntas. 1.5 GRAUS DE LIBERDADE Os graus de liberdade são definidos conforme a quantidade de juntas ou articulações, ou seja, cada movimento que o robô consegue realizar é considerado um grau de liberdade. Uma estrutura típica de um robô manipulador possui pelo menos 6 graus de liberdade, sendo três para posicionamento e os três restantes para orientação do efetuador, ou seja, realizar o trabalho. Segue abaixo a figura 05, que mostra um braço robótico com três graus de liberdade “pitch”, “roll” e “Yan”, sendo estas necessárias para o movimento do efetuador: Figura 5– Braço robótico com 3 graus de liberdade (Roll, Pitch e Yaw) 13 Fonte: A quantidade de graus de liberdade em robôs industriais vai depender do tipo de aplicação que o robô será utilizado. 1.6 TIPOS DE SISTEMA DE CONTROLE 1.6.1 Controle O Controlador é a parte do robô que opera o braço mecânico e mantém contato com seu ambiente. O dispositivo em si é composto por hardware e software, combinados para possibilitar ao robô executar suas tarefas. O controle do robô pode ser dividido em três níveis que constituem a hierarquia de controle. Os níveis são:  Controle do acionador: ou controle de cada eixo do robô separadamente. Nível mais baixo.  Controle da trajetória: ou controle do braço do robô com coordenação entre os eixos para percorrer a trajetória especificada. Nível intermediário.  Controle de coordenação com o ambiente: é o controle do braço em coordenação com o ambiente. Nível mais alto. 1.6.2 Trajetória Contínua 14 Esse método é mais complexo e caro do que o ponto-a-ponto, pois o braço deve se mover por uma trajetória exatamente definida, executando operações durante o curso de movimento (por exemplo, pintura spray ou soldagem em arco). O caminho durante o qual a operação deve ser executada é gravado pelo sistema de controle na forma de um conjunto de vários pontos densamente arranjados em sua extensão. Portanto, este tipo de controle necessita de uma grande quantidade de memória e de um computador rápido o bastante para apanhar os pontos da memória, ou para realizar cálculos de trajeto. As coordenadas dos pontos durante o caminho são introduzidas na memória de duas formas:  O operador move manualmente o atuador final através do caminho desejado. Durante o movimento, o sistema de controle memoriza o maior número possível de pontos do percurso. O número de pontos gravados e a distância entre os pontos dependem da velocidade em que o robô é movido e da taxa em que os pontos são coletados na memória, chamada taxa de amostragem. A taxa de amostragem reflete a quantidade de dados coletados em um período determinado, e é um conceito comum no campo da computação. Após a etapa de aprendizagem, o robô é retornado ao ponto de partida. Quando for chamado para executar a operação envolvendo o caminho ensinado, os pontos serão obtidos da memória do controlador e implementados na mesma ordem e na mesma taxa em que foram aprendidos, significando que o robô irá duplicar o caminho que lhe foi ensinado, durante o processo.  O operador introduz na memória do robô as coordenadas dos pontos importantes durante o percurso, assim como a descrição matemática a ser seguida entre dois pontos - linha reta, percurso circular, e outros. O sistema então planeja o caminho a partir de cálculos complexos de trajeto e move o robô através deste caminho. 15 Como visto acima, este método de controle é muito mais dispendioso que o método pontoa-ponto. Seu uso é recomendado apenas em tarefas em que o robô deva seguir com extrema precisão todo o percurso desejado. 1.6.3 Trajetória Controlada Cada tarefa executada por um robô pode ser considerada como uma série de operações, através das quais o atuador é movido pelo braço do robô entre dados pontos e operado como programado nesses pontos. O controle de trajetória pode ser dividido em dois métodos: controle ponto-a-ponto e controle contínuo. Antes de descrever cada método, devemos definir alguns termos:  Ponto: localização no espaço em direção ou através do qual o atuador é movido por uma operação do braço do robô.  Passo: uma parte do programa operacional do robô. A cada passo, o robô executa uma atividade.  Série: uma coleção de passos que combinados formam o programa operacional do robô. 1.6.4 Controle Inteligente Este tipo de controle de movimento permite ao robô ajustar as trajetórias por interação com o meio ambiente. 16 O movimento de um braço de robô é baseado em movimento coordenado de todos seus acionadores. As condições em que esses acionadores trabalham são diferentes. Diferem na carga, no momento de inércia e na velocidade, por exemplo. Portanto, essas condições variáveis podem exigir um diferente planejamento de controle para cada malha de controle. Em robôs modernos, cada malha de controle do acionador é controlada por um microcomputador. Se quisermos que o atuador se mova até determinado ponto, podemos ditar as coordenadas daquele ponto para o computador controlador que irá coordenar os movimentos das várias articulações. O operador não precisa se preocupar com o controle de cada eixo separadamente nem coordenar o movimento dos vários eixos, isso é função do computador controlador. 1.6.5 Controle Ponto a Ponto Neste método, o caminho pelo qual o robô precisará passar, até um dado ponto final, é definido como um conjunto de pontos intermediários. Estes pontos são enviados à memória do sistema de controle pelo usuário como parte do processo de aprendizado do robô. O curso de um ponto intermediário a outro não é pré-determinado e não afeta a implementação da operação principal. Muitos sistemas de controle de robôs industriais presentes no mercado são deste tipo. O controle ponto-a-ponto é recomendado para robôs planejados para executar tarefas em pontos pré-determinados (por exemplo, verter misturas em moldes, carregar e descarregar partes, ou pontos de soldagem). Onde é necessário ultrapassar obstáculos em movimento, o operador deve planejar antecipadamente a introdução de pontos intermediários. Uma modificação mais sofisticada do controle ponto-a-ponto possibilita a 17 introdução de pontos proibidos no controle de programação. O programa irá então ser capaz de assegurar que o robô evitará estes pontos. O robô pode ser ensinado sobre os pontos de seu trajeto de duas maneiras:  Movendo o robô manualmente para um ponto desejado, gravando este ponto na memória do robô, e passando para o próximo ponto a ser ensinado - método por aprendizagem (teach in).  Definindo as coordenadas de cada ponto desejado e gravando-as na memória do robô, sem que este tenha que ser movido fisicamente para que os pontos sejam aprendidos - método de programação off-line. Uma vez aprendidos os pontos do trajeto, programas podem ser escritos direcionando o braço do robô para estes pontos, na ordem desejada, indiferentemente da ordem em que foram ensinados. O controle ponto-a-ponto é muito mais barato que o controle por procedimento contínuo. No entanto, só é apropriado em operações em que o trajeto entre os pontos definidos não é importante. Para executar caminhos mais complicados, onde é necessário existir precisão do começo ao fim, o controle por trajetória contínua deve ser usado. 1.7 MOVIMENTAÇÃO 1.7.1 Dinâmica do Braço Robótico 18 O desempenho dinâmico do braço robótico está associado à velocidade de resposta, estabilidade e precisão. A velocidade de resposta refere-se à destreza do braço robótico ao mover-se de um lugar para outro num curto período de tempo. Desta forma, o torque existente em cada junta do braço e a aceleração em cada elo deve ser analisado. Já a estabilidade pode ser estimada com base no tempo necessário para amortecer as oscilações que ocorrem durante o movimento de uma posição para a outra. Se a estabilidade for baixa pode-se aplicar elementos de amortecimento no braço, que melhoram a estabilidade, mas influem na velocidade de resposta. A precisão esta relacionada com a velocidade e estabilidade, pois é uma medida de erro na posição do órgão terminal. Os robôs manipulados são compostos de braços e pulsos. Os braços são compostos de punhos, elos unidos por juntas de movimentos relativos, onde são acoplados os acionadores para realizarem esses movimentos individualmente, dotados de capacidade sensorial, e instruídos por um sistema de controle. Os punhos consistem de varias juntas próximas entre si, que permitem a orientação do órgão terminal nas posições que correspondem à tarefa a ser realizada e na extremidade do punho existe um órgão terminal (garra ou ferramenta). Os braços podem ser controlados de varias maneiras, os eixos dos robôs são acionados por atuadores, nos quais convertem algum tipo de energia em movimento mecânicos. Esses movimentos podem ser classificados em três tipos: pneumático, elétrico e hidráulico. Segue abaixo as vantagens e desvantagens de cada tipo de movimento:  Robôs com braços hidráulicos. Eles possuem torque e velocidade de resposta sendo adequados para atuar sobre carga pesadas, mas requerem periféricos como bombas, motor rotativo, cilindros deslizantes que no mesmo tempo requerem manutenção freqüente e geram grandes ruídos . - Vantagens: 19 Momento alto e constante sob uma grande faixa de variação de velocidade; Precisão de operação, menor que a do acionamento elétrico e maior que a do pneumático (o óleo não é compressível e seu volume não varia quando a pressão sofre variação) e possibilidade de manter um alto momento por um longo período de tempo, quando parado. - Desvantagem: Fonte de energia cara; Manutenção cara e intensa; Válvulas de precisão caras e possibilidade de ocorrência de vazamento de óleo.  Robô com braços elétricos. Este tipo de acionamento utiliza motores elétricos que podem ser de corrente contínua, de passo e corrente alternada. Muitos robôs novos têm drives de motor de corrente contínua devido ao alto grau de precisão e simplicidade de controle de motor elétrico. - Vantagens: Eficiência calculada, como controle preciso; Estrutura simples e de fácil manutenção; Fonte de energia acessível e custo relativo pequeno. - Desvantagens: Impossibilidade de manter um momento constante nas mudanças de velocidades de rotação e possibilidade de ocorrência de danos no caso de cargas pesadas o suficiente parar o motor.  Robô com braços pneumáticos. Similar ao hidráulico, o acionamento pneumático é composto de: motores pneumáticos de movimentos rotativos e cilindros pneumáticos de movimentos deslizantes. Esse tipo de 20 acionamento apresenta alto grau de precisão nas paradas, é empregado em sistemas automático simples, mas pouco utilizado em robôs devido à alta compressibilidade, o que reduz a habilidade de realizar controle preciso. É muito utilizado em movimentos de preensão, tanto para abrir como fechar as garras. -Vantagens: Operação em velocidades extremamente altas; Custo relativo pequeno; Fácil manutenção; Possibilidade de manter um momento constante em uma grande faixa de velocidade e possibilidade de manter alto momento por longos períodos de tempo sem danos, quando parado. -Desvantagens : Ausência de alta precisão e possibilidade de ocorrência de vibrações quando o motor ou cilindro pneumático é parado. Segue abaixo a tabela com comparativo entre braços elétricos, pneumáticos e hidráulicos: Tabela 01- Comparativo entre braços elétricos, pneumáticos e hidráulicos Acionamento Precisão de Capacidade posicionamento de transferência Velocidade custo Elétrico Alta Pequena e medias (20kg) Alta Alto Hidráulico Media alta Pesadas (1.000 kg ou mais) Media Médio alto Pneumático Baixa Alta Pequenas e medias (10 kg) baixo 21 1.7.2 Precisão dos Movimentos 1.7.3 Cadeias cinemáticas A cadeia cinemática é uma das principais características de um braço industrial e sua capacidade de carga, isto é, qual e o peso máximo que ele consegue erguer sem que sua precisão seja afetada. Esta capacidade e sempre medida na posição mais critica, o que significa em geral uma posição de máxima extensão do braço. Varias soluções podem ser adotadas para aliviar o peso do próprio manipulador e conseqüentemente, aumentar a capacidade de carga, como, por exemplo, a adoção de acionamento indireto. Outra forma é utilizar cadeias cinemáticas fechadas ou parcialmente fechadas. A cadeia cinemática aberta é aquele que, partindo da base, chega-se ao punho por meio de um único caminho, numa seqüência elo-junta-elo. Um braço articulado do tipo revoluto(TRR) e um exemplo típico de cadeia aberta. Na cadeia fechada não existe um único caminho para se chegar ao punho. Vários elos podem estar conectados entre si, de tal forma que e possível percorrer, por exemplo, um caminho que parta da base e retorne a ela por um outro caminho apos atingir o punho. Exemplos deste tipo de manipuladores são os robôs pórticos (“gantry”), utilizados em operações de manipulação e armazenagem de material. Já a cadeia parcialmente fechada, são braços que apresentam partes de cadeia aberta e partes fechadas, percebe-se, neste esquema, que o braço possui apenas um grau de liberdade, embora possua 4 articulações e 3 elos. O acionamento deste braço deve ser 22 feito com um único motor, conectado a uma das duas articulações da base. Tais cadeias permitem que o motor de acionamento 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 manipulador. Segue abaixo a figura de um robô manipulador: Figura 6 – Robô manipulador Fonte: A precisão esta relacionada com a velocidade e estabilidade, pois é uma medida de erro na posição do órgão terminal e ela possui algumas características importantes, que serão citadas abaixo:  Resolução espacial : A resolução espacial depende diretamente do controle de sistema e das inexatidões mecânicas do braço robótico. O sistema de controle e o responsável por controlar todos os incrementos individuais das articulações. Já as inexatidões relacionam-se com a qualidade dos componentes que formam as uniões entre as articulações, como as folgas nas engrenagens, tensões nas polias, e histereses mecânicas e magnéticas, entre outros fatores.  Precisão: 23 A precisão esta relacionada com a capacidade de um braço posicionar o seu pulso em um ponto marcado dentro do volume de trabalho. A precisão relaciona-se com a resolução espacial, pois a precisão depende dos incrementos que as juntas podem realizar para se movimentar e atingir um ponto determinado  Repetibilidade. A Repetibilidade esta relacionada com a capacidade do braço robótico de posicionar repetidamente seu pulso num ponto determinado. Estes movimentos podem sofrer influencias de folgas mecânicas, da flexibilidade e das limitações do sistema de controle. Abaixo a figura demonstra um exemplo de repetibilidade: Figura 7 - Repetibilidade Fonte: 1.8 APLICAÇÕES INDUSTRIAIS (ESCOLHA DO TIPO DE ROBÔ) 24 Na escolha de um modelo robótico, alguns itens devem ser estudados antes da implantação. Entre os itens a serem observados estão a área de aplicação, a escolha do modelo que mais atende a aplicação em si e avaliar a viabilidade de uso do robô. A robótica pode ser usada para realizar operações de risco onde não seria possível ser realizado por humanos, também pode ser utilizada com intuito de redução de riscos, ganhos de produtividade e de qualidade. Se o intuito é ganho de produtividade apenas é necessário que se faça uma analise de custos de implantação para verificar a viabilidade ou não, devido aos altos custos. Na Tabela 03 podemos verificar alguns custos de implantação de robôs industriais. 1.8.1 Área de Aplicação A tabela 02 nos mostra alguns modelos de aplicações de robótica, que pode ajudar na escolha do modelo robótico mais apropriado para a aplicação que se desejar. O foco dos exemplos da tabela nos mostra aplicações na indústria mecânica, mas serve de base para escolha em outros segmentos como indústria química, alimentícia, farmaceutica e até mesmo na construção civil onde a robótica também esta presente. Tabela 02 – Tipos de aplicações de robôs industriais Aplicações Manipulação de materiais Carregamento de maquinas Tratamento de superfície e vaporização Exemplos Manipulação de peças Paletização de peças Transporte de peças Tratamento térmico (fundição e forjaria) Máquina de moldagem Prensas automáticas Centro de usinagem Centros de torneamento Pintura 25 Usinagem Montagem Inspeção e controle de qualidade Soldagem Aplicação de resinas Furação Rebarbamento Polimento Encaixe de peças Aperto Controle de posicionamento Tolerância Ponto a ponto A arco Fonte: SENAI Robótica Industrial (2012) 1.8.2 Tipo de Trabalho Após a definição do tipo de atividade que o modelo robótico deverá atuar será necessário verificar entre os modelos existentes qual o modelo que atende melhor as expectativas. Abaixo a tabela 03 nos mostra algumas características que podem ser decisivas na escolha de um modelo robótico para determinada aplicação. Tabela03- Aplicações/Vantagens/Desvantagens Tipo de robô Tipo de aplicações Cartesiano - Usados para automatizar armazéns - Carregamento de máquinas e equipamentos - Movimentar cargas diversas Cilíndrico - Alimentação de estação de trabalho (tonos, centros de usinagens etc..) - Consegue manusear Vantagens - Tem elevada rigidez mecânica - Permite transporte de cargas elevadas - Precisão nos movimentos Controle simples. - Velocidade - Alta precisão - Menor rigidez mecânica que os modelos cartesianos - Permite transporte de Desvantagens - Caros - São de grande dimensão, requerem muito espaço. - Eixos radial (y) e Vertical ( z) ficam expostos - Controle mais difícil que o o modelo cartesiano 26 materiais em espaços reduzidos Esférico Articulado - Alimentação de estação de trabalho (tonos, centros de usinagens etc..) - Manusear materiais em espaços reduzidos - Pode ser usado para quase todas as aplicações industriais. cargas pesadas - Maior área de trabalho menor que o modelo cartesiano Simplicidade de instalação - Tem uma grande área de trabalho. - Boa acessibilidade - Possui junções flexíveis que possibilita grande quantidade de movimentos. Este modelo tem grande aplicação por ser mais próximos aos movimentos do braço humano. - Trabalhos de montagem de circuitos eletrônicos. - Montagens mecânicos - Grande precisão nos - Indústria química, de Scara movimentos alimentos. - Controle simples - exijam precisão nos movimentos - Empacotamentos Fonte: Vantagens e desvantagens de dos modelos de robôs(2012) - Controle difícil - Perde precisão com cargas pesadas - Possui área de trabalho pequena, se comparado aos outros modelos. - Devido a quantidade de articulações é o modelo de controle mais difícil de ser operado. - Pequena área de trabalho Na escolha de um modelo robótico para uma determinada aplicação, normalmente a primeira idéia que surge são robôs articulados utilizados em indústrias automobilísticas, mas para algumas aplicações não são exigidos muitos recursos do robôs, além de movimentar peças. Na Figura 08 há um exemplo de robô cartesiano da fabricante de robôs italiana Dal Maschio, que neste caso trabalha fixo na estrutura da máquina injetora para extrair peças após a injeção. 27 Figura 8-Robô Cartesiano Fonte: DAL MASCHIO (2012) Segundo (IFR,2000) a industria alimentícia deve contribuir consideravelmente no aumento do uso de robôs industriais. Dados do ano de 1997, 2,8% dos robôs utilizados são para trabalhos de paletização e empacotamento. A montagem de componentes corresponde a 33% do uso de robôs, grande 28 parte desta demanda de robôs corresponde ao uso em industriais automotivas e eletrônicas. Em trabalhos de tipos diversos de soldas, o uso de robôs corresponde a 25% do total. A maioria das operações industriais, onde envolvem uso de robôs são de movimentação de cargas, operações de risco e onde exijam alto controle de qualidade. Segue abaixo a tabela com o custo de implantação de robôs industriais: Tabela 05 – Custo de implantação de robôs industriais Custos de implantação de Sistemas robotizados Solda Custo básico Do robô 55 Manipulação 67 22 11 100 Usinagem 45 35 20 100 Carga/Descarga 55 20 25 100 Pintura 70 24 6 100 Montagem 40 35 25 100 Média 58 27 15 100 Tipo Acessórios Instalação Total 30 15 100 Fonte: Sanderson R. et alli, Industrial robots: a sumary and forecast for manufacturing managers. Tech Tran Corp, Illions, 1982. Preço médio de implantação considerado na época foi de U$115,00 Fonte: SENAI Robótica Industrial (2012) 1.9 CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS, 5 TIPOS DE ROBOS Diversas combinações de elementos (juntas e elos) podem ser realizadas para se obter uma configuração desejada. De acordo com a Federação Internacional de Robótica, as principais configurações básicas quanto à estrutura mecânica são as seguintes: 29 1.9.1 Cartesiano Este tipo de robô possui três juntas prismáticas (PPP), resultando num movimento composto de três translações, cujos eixos de movimento são coincidentes com um sistema de coordenadas de referência cartesiano. Uma variante deste robô é a configuração tipo pórtico (gantry). O volume de trabalho gerado é retangular. Segue abaixo o modelo do robô cartesiano: Figura 9- Robô cartesiano Fonte: UNICAMP (2012) Figura 10- Robô Cartesiano: Tipo convencional 30 Fonte: UNICAMP (2012)  Tipos de movimentos realizados pelo robô cartesiano O robô cartesiano trabalha com juntas prismáticas e tem um movimento de deslocamento linear com respeito ao anterior ou a base no caso da primeira junta. O efetuador se movimenta perpendicularmente entre os três eixos e o movimento do efetuador fica dependente das coordenadas [xyzb]. A posição do efetuador coincide com o espaço de trabalho e o espaço de trabalho tem forma prisma retangular. 1.9.2 Scara É um robô que apresenta duas juntas de rotação dispostas em paralelo para se ter movimento num plano e uma junta prismática perpendicular a este plano (PRR), apresentando portanto uma translação e duas rotações. O SCARA é muito empregado em 31 tarefas de montagem de componentes de pequenas dimensões, como placas de circuitos eletrônicos. O volume de trabalho gerado por este tipo de robô é aproximadamente cilíndrico. Figura 11- Robô SCARA, volume de trabalho Fonte: WORDPRESS (2012) Figura 12- Robô SCARA Fonte: WORDPRESS (2012)  Tipos de movimentos do robô scara 32 O robô modelo scara possui três graus de liberdade, duas juntas de revolução e uma junta prismática para movimento de elevação do efetuador. 1.9.3 Cilíndrico Nesta configuração, os eixos de movimento podem ser descritos no sistema de coordenadas de referência cilíndrica. É formado por duas juntas prismáticas e uma de rotação (PPR), compondo movimentos de duas translações e uma rotação. Neste caso, o volume de trabalho gerado é cilíndrico. Figura 13- Robô de coordenadas cilíndricas Fonte: WORDPRESS (2012) 33 Figura 14- Robô de coordenadas cilíndricas Fonte: WORDPRESS (2012)  Tipos de movimentos, robô de coordenadas cilíndricas O robô de coordenadas cilíndricas trabalha com três graus de liberdade e dois tipos de juntas, a primeira de revolução que faz rotação da base e as demais juntas são prismáticas de deslocamento linear do efetuador. Podemos definir que um robô de coordenadas cilíndricas realiza movimento de rotação e elevação com eixo [z] e o efetuador, movimento de deslocamento linear. A definição do espaço de trabalho fica definido pelas coordenadas cartesianas ortogonais. 1.9.4 Articulado Nesta configuração, existem ao menos três juntas de rotação. O eixo de movimento da junta de rotação da base é ortogonal às outras duas juntas de rotação que são simétricas entre si. Este tipo de configuração é o que permite maior mobilidade a robôs. 34 Seu volume de trabalho apresenta uma geometria mais complexa em relação as outras configurações. Figura 15- Robô Articulado Fonte:PROFESSOR CARLÃO (2012) Figura 16-Robô Articulado Fonte: PROFESSOR CARLÃO (2012) 35 1.9.5 Esférico Neste tipo de robô os eixos de movimento formam um sistema de coordenadas de referência polar, através de uma junta prismática e duas de rotação (PRR), compondo movimentos de uma translação e duas rotações. Para esta configuração, o volume de trabalho gerado é aproximadamente uma esfera. Segue abaixo uma figura com exemplo de robô com coordenadas esféricas: Figura 17- Robô de coordenadas esféricas Fonte: RIASCOS (2010) Figura 18- Robô de coordenadas esféricas 36 Fonte: RIASCOS (2010)  Tipos de movimentos, robô de coordenadas esféricas No robô de coordenadas esféricas polares as duas primeiras juntas são de revolução e a terceira é prismática. A primeira junta faz giro de rotação sobre a base e a segunda junta faz movimento de rotação de ombro sobre o primeiro eixo. O terceiro movimento de junta prismática, faz movimento linear para avançar ou recuar o efetuador. 2 METODOLOGIA Este estudo caracterizou-se como uma pesquisa qualitativa, baseado em uma pesquisa bibliográfica e documental. Os objetivos da pesquisa qualitativa, segundo Denzin e Lincoln (2006), é envolver o estudo do uso e coleta de uma variedade de materiais. É, em si mesma, um campo de investigação. 37 Ainda, segundo eles, os pesquisadores qualitativos utilizam uma análise narrativa do conteúdo pesquisado e até mesmo as tabelas, os gráficos e os números. O ambiente natural é a fonte direta para coleta de dados e o pesquisador é o instrumento-chave. Para entendimento do tema e elaboração do artigo, baseou-se no levantamento bibliográfico em bases de dados, materiais disponibilizados na Internet, revistas e livros, sobre robótica. Na opinião de Marconi e Lakatos (2001, p.43-44), a pesquisa bibliográfica trata-se do levantamento de toda bibliografia já publicada, em forma de livros, revistas, publicações avulsas, imprensa escrita e internet. Sua finalidade é colocar o pesquisador em contato direto com tudo aquilo que foi escrito sobre determinado assunto. Desta forma, neste estudo, descreve alguns dos diversos tipos de sistemas robóticos mais utilizados na indústria. Além da abordagem da nomenclatura de cada um dos modelos, foram abordadas as características construtivas. Os tipos de aplicação/Vantagens/Desvantagens e a importância do uso de robôs (redução de custo, tarefas de risco, aumento de produtividade, controle de qualidade) para as industrias. 3 CONSIDERAÇÕES FINAIS Com o advento da robótica, a indústria sofreu uma grande transformação em ganhos de qualidade e produtividade. Em meados do século XX as indústrias automobilísticas movidas pela necessidade de aumentar a produtividade, qualidade e reduzir custos inicio a implantação de sistemas robotizados nas linhas de produção. Atualmente há robôs nas mais diversas indústrias e aplicações. A importância de conhecer os diversos modelos de robôs existentes, além das características de cada modelo, pode ajudar na seleção do modelo mais adequado para a aplicação desejada. O acerto na escolha influi diretamente nos custos, pois os sistemas robotizados ainda tem valor elevado de implantação. Outro fator importante que dever ser observado é de o profissional da área de automação saber avaliar sobre a viabilidade de 38 instalação de um sistema robotizado correto ou até mesmo decidir por outro sistema que seja mais viável. Portanto, conhecer os diversos tipos de sistemas robotizados é de fundamental importância para o profissional de tecnologia, pois além do ganho na carreira profissional, o profissional poderá atuar com consultoria em implantação de robôs em indústrias das mais diversas. REFERÊNCIAS AMARAL,Paulo F. S. et al. Conceitos e aplicações de robôs industriais. Revista Mundo Mecânico, n° 85, SENAI , n. 6, set., 1983. CARLÃO. Iniciação á robótica aula 4. Configuração dos robôs. Disponível em: . Acesso em 24 jul. 2012 39 DALMASCHIO. Robôs industriais cartesianos utilizados em maquinas injetoras de termoplásticos. Disponível em:< http://www.dalmaschio.com.br/produtos-cartesianospl2.html>. Acesso em: 16 jul. 2012. ELETRONICA, Faculdade de Engenharia. Robótica. Disponível em:< http://engenhariaeletronicaanchieta.blogspot.com.br/2011/09/robotica.html http://www.dee.feb.unesp.br/~marcelo/robotica/Robot3.htm>. Acesso em 23 jul. 2012. SENAI. Referencias de valores de robôs industriais.Disponível em: . Acesso em: 16 jul. 2012. UNICAMP. Aplicações de robótica na industria. Introdução a Robótica Industrial Cap1..Acesso em: 19 jul. 2012. SANTOS, Vitor M. F.. Robótica Industrial. Disponível em: . Acesso em: 19 jul. 2012. MOURA, José Luiz de. Robôs Cartesianos. Disponível em:< http://eletricidade-eletronicatelecom.blogspot.com.br/2011/09/robos-cartesianos.html>. Acesso em: 19 jul. 2012. WORDPRESS. Classificação dos Robôs. Disponível em:< http://tegruposete7.wordpress.com/classificacao-dos-robos/>. Acesso em 23 jul. 2012 RIASCOS, Luis A. M. Fundamentos de robótica. Classificação dos robôs. Disponível em: . Acesso em: 26 jul.2012