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ROBOacuteTICA
ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA
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ROBOacuteTICA
ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA
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CONFEDERACcedilAtildeO NACIONAL DA INDUacuteSTRIA 991251 CNIRobson Braga de Andrade
Presidente
DIRETORIA DE EDUCACcedilAtildeO E TECNOLOGIARafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor de Educaccedilatildeo e Tecnologia
SENAI983085DN 991251 SERVICcedilO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL
Conselho Nacional
Robson Braga de Andrade
Presidente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALRafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor-Geral
Gustavo Leal Sales Filho
Diretor de Operaccedilotildees
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ROBOacuteTICA
ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA
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SENAI
Serviccedilo Nacional de
Aprendizagem Industrial
Departamento Nacional
Sede
Setor Bancaacuterio Norte Quadra 1 Bloco C Edifiacutecio Roberto
Simonsen 70040-903 Brasiacutelia ndash DF Tel (0xx61)3317-9190
httpwwwsenaibr
copy 2015 SENAI ndash Departamento Nacional
copy 2015 SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul
A reproduccedilatildeo total ou parcial desta publicaccedilatildeo por quaisquer meios seja eletrocircnico
mecacircnico fotocoacutepia de gravaccedilatildeo ou outros somente seraacute permitida com preacutevia autorizaccedilatildeo
por escrito do SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul
Esta publicaccedilatildeo foi elaborada pela equipe da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional
ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD do SENAI do Rio Grande do Sul com
a coordenaccedilatildeo do SENAI Departamento Nacional para ser utilizada por todos os
Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distacircncia
SENAI Departamento Nacional
Unidade de Educaccedilatildeo Profissional e Tecnoloacutegica ndash UNIEP
SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul
Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD
S491 Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Roboacutetica Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional
Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Rio Grande
do Sul ndash Porto Alegre SENAI-RS 2015 28 p il (Atualizaccedilatildeo Tecnoloacutegica em Mecatrocircnica)
1 Roboacutetica 2 Robocircs industriais 3 Mecatrocircnica I Serviccedilo Nacional de
Aprendizagem Industrial - Departamento Regional do Rio Grande do Sul II Tiacutetulo IIISeacuterie
CDU ndash 6218658
Responsaacutevel pela Catalogaccedilatildeo na Fonte Lidiane Marques Gomesndash CRB-102257
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1 Introduccedilatildeo 6
2 Histoacuterico dos robocircs na induacutestria 7
21 Caracteriacutesticas gerais dos robocircs 8
22 Sistema de controle dos robocircs 9
23 Tipo de mobilidade dos robocircs 10
24 Estrutura cinemaacutetica 10
25 Geometria dos robocircs 11
26 Princiacutepio de acionamento 12
27 Aplicaccedilatildeo dos robocircs 13
3 Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropomoacuterficos Industriais 17
31 Nuacutemero de eixos 18
32 Graus de liberdade 18
33 Interpolaccedilatildeo 18
34 Work envelope ou volume de trabalho 19
35 Payload ou capacidade de carga 19
36 Conectividade 20
37 Paracircmetros de movimentaccedilatildeo 20
38 Paracircmetros funcionais 2139 Paracircmetros de comando 22
310 Movimentos para programaccedilatildeo dos robocircs 23
Referecircncias 28
Sumaacuterio
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Introduccedilatildeo
1
Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico
industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica
Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais
Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas
que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de
flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como
manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as
variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos
Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais
Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas
desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade
de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade
Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o
painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos
Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um
dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo
de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de
programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os
tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos
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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria
2
Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo
Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua
obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as
premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e
posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis
AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA
1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir
que um ser humano sofra algum mal
2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por
seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em
conflito com a primeira lei
3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal
proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis
Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004
Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml
SAIBAMAIS
Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos
automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior
repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados
nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais
recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais
complexos mais especiacuteficos e de menor custo
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8
A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de
equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem
pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito
programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e
repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais
Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa
quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em
pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo
de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas
maiores (FIGURA 1)
a)
b)
Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS
Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto
ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de
acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9
CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO
Quanto ao sistema de controle Remotamente operados
Autocircmatos
Quanto ao tipo de mobilidade Fixos
Moacuteveis
Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas
Robocirc de coordenadas esfeacutericas
Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem
Soldagem
Manipulaccedilatildeo
Inspeccedilatildeo
Pintura
Usinagem
Transporte
Quanto ao princiacutepio de
acionamento
Eleacutetricos
Pneumaacuteticos
Hidraacuteulicos
Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS
22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS
Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado
controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador
Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos
satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de
forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)
Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS
Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS
Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma
independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito
utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10
a)
b)
Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato
Fonte SENAI-RS
23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS
A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos
geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc
Opportunity que estaacute em Marte desde 2004
O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas
VOCEcircSABIA
Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em
montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por
meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria
como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou
espaccedilos confinados
24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA
A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas
o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute
composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute
nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo
permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se
torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses
dois tipos de estrutura
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11
base base
Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
a) b)
Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS
25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS
O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo
Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares
dependendo da sua aplicaccedilatildeo
Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos
em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano
permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z
Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou
manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente
satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)
Fonte SENAI-RS
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos
lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento
rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua
maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo
Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho
(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza
sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos
deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS
Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui
geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm
(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem
com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que
combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc
articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente
sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos
de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA
Fonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12
Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria
a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera
Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente
com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem
e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que
possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como
demonstra a Figura 9
Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS
Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso
tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo
eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais
Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem
sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura
manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10
Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado
Fonte SENAI-RS
26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO
Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho
dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com
suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir
Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de
motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de
acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo
independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas
e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor
possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores
Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees
Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas
e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores
inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o
aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica
Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento
hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o
motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13
robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15
Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
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adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
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DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
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MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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ROBOacuteTICA
ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA
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CONFEDERACcedilAtildeO NACIONAL DA INDUacuteSTRIA 991251 CNIRobson Braga de Andrade
Presidente
DIRETORIA DE EDUCACcedilAtildeO E TECNOLOGIARafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor de Educaccedilatildeo e Tecnologia
SENAI983085DN 991251 SERVICcedilO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL
Conselho Nacional
Robson Braga de Andrade
Presidente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALRafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor-Geral
Gustavo Leal Sales Filho
Diretor de Operaccedilotildees
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ROBOacuteTICA
ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA
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SENAI
Serviccedilo Nacional de
Aprendizagem Industrial
Departamento Nacional
Sede
Setor Bancaacuterio Norte Quadra 1 Bloco C Edifiacutecio Roberto
Simonsen 70040-903 Brasiacutelia ndash DF Tel (0xx61)3317-9190
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copy 2015 SENAI ndash Departamento Nacional
copy 2015 SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul
A reproduccedilatildeo total ou parcial desta publicaccedilatildeo por quaisquer meios seja eletrocircnico
mecacircnico fotocoacutepia de gravaccedilatildeo ou outros somente seraacute permitida com preacutevia autorizaccedilatildeo
por escrito do SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul
Esta publicaccedilatildeo foi elaborada pela equipe da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional
ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD do SENAI do Rio Grande do Sul com
a coordenaccedilatildeo do SENAI Departamento Nacional para ser utilizada por todos os
Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distacircncia
SENAI Departamento Nacional
Unidade de Educaccedilatildeo Profissional e Tecnoloacutegica ndash UNIEP
SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul
Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD
S491 Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Roboacutetica Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional
Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Rio Grande
do Sul ndash Porto Alegre SENAI-RS 2015 28 p il (Atualizaccedilatildeo Tecnoloacutegica em Mecatrocircnica)
1 Roboacutetica 2 Robocircs industriais 3 Mecatrocircnica I Serviccedilo Nacional de
Aprendizagem Industrial - Departamento Regional do Rio Grande do Sul II Tiacutetulo IIISeacuterie
CDU ndash 6218658
Responsaacutevel pela Catalogaccedilatildeo na Fonte Lidiane Marques Gomesndash CRB-102257
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1 Introduccedilatildeo 6
2 Histoacuterico dos robocircs na induacutestria 7
21 Caracteriacutesticas gerais dos robocircs 8
22 Sistema de controle dos robocircs 9
23 Tipo de mobilidade dos robocircs 10
24 Estrutura cinemaacutetica 10
25 Geometria dos robocircs 11
26 Princiacutepio de acionamento 12
27 Aplicaccedilatildeo dos robocircs 13
3 Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropomoacuterficos Industriais 17
31 Nuacutemero de eixos 18
32 Graus de liberdade 18
33 Interpolaccedilatildeo 18
34 Work envelope ou volume de trabalho 19
35 Payload ou capacidade de carga 19
36 Conectividade 20
37 Paracircmetros de movimentaccedilatildeo 20
38 Paracircmetros funcionais 2139 Paracircmetros de comando 22
310 Movimentos para programaccedilatildeo dos robocircs 23
Referecircncias 28
Sumaacuterio
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Introduccedilatildeo
1
Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico
industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica
Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais
Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas
que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de
flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como
manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as
variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos
Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais
Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas
desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade
de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade
Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o
painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos
Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um
dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo
de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de
programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os
tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos
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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria
2
Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo
Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua
obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as
premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e
posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis
AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA
1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir
que um ser humano sofra algum mal
2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por
seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em
conflito com a primeira lei
3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal
proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis
Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004
Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml
SAIBAMAIS
Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos
automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior
repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados
nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais
recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais
complexos mais especiacuteficos e de menor custo
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8
A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de
equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem
pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito
programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e
repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais
Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa
quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em
pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo
de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas
maiores (FIGURA 1)
a)
b)
Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS
Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto
ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de
acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9
CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO
Quanto ao sistema de controle Remotamente operados
Autocircmatos
Quanto ao tipo de mobilidade Fixos
Moacuteveis
Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas
Robocirc de coordenadas esfeacutericas
Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem
Soldagem
Manipulaccedilatildeo
Inspeccedilatildeo
Pintura
Usinagem
Transporte
Quanto ao princiacutepio de
acionamento
Eleacutetricos
Pneumaacuteticos
Hidraacuteulicos
Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS
22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS
Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado
controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador
Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos
satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de
forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)
Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS
Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS
Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma
independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito
utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10
a)
b)
Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato
Fonte SENAI-RS
23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS
A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos
geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc
Opportunity que estaacute em Marte desde 2004
O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas
VOCEcircSABIA
Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em
montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por
meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria
como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou
espaccedilos confinados
24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA
A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas
o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute
composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute
nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo
permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se
torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses
dois tipos de estrutura
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11
base base
Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
a) b)
Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS
25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS
O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo
Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares
dependendo da sua aplicaccedilatildeo
Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos
em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano
permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z
Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou
manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente
satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)
Fonte SENAI-RS
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos
lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento
rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua
maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo
Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho
(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza
sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos
deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS
Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui
geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm
(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem
com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que
combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc
articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente
sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos
de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA
Fonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12
Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria
a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera
Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente
com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem
e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que
possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como
demonstra a Figura 9
Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS
Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso
tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo
eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais
Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem
sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura
manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10
Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado
Fonte SENAI-RS
26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO
Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho
dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com
suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir
Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de
motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de
acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo
independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas
e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor
possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores
Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees
Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas
e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores
inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o
aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica
Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento
hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o
motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13
robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15
Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
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adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
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ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
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MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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CONFEDERACcedilAtildeO NACIONAL DA INDUacuteSTRIA 991251 CNIRobson Braga de Andrade
Presidente
DIRETORIA DE EDUCACcedilAtildeO E TECNOLOGIARafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor de Educaccedilatildeo e Tecnologia
SENAI983085DN 991251 SERVICcedilO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL
Conselho Nacional
Robson Braga de Andrade
Presidente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALRafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor-Geral
Gustavo Leal Sales Filho
Diretor de Operaccedilotildees
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ROBOacuteTICA
ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA
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SENAI
Serviccedilo Nacional de
Aprendizagem Industrial
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por escrito do SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul
Esta publicaccedilatildeo foi elaborada pela equipe da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional
ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD do SENAI do Rio Grande do Sul com
a coordenaccedilatildeo do SENAI Departamento Nacional para ser utilizada por todos os
Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distacircncia
SENAI Departamento Nacional
Unidade de Educaccedilatildeo Profissional e Tecnoloacutegica ndash UNIEP
SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul
Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD
S491 Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Roboacutetica Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional
Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Rio Grande
do Sul ndash Porto Alegre SENAI-RS 2015 28 p il (Atualizaccedilatildeo Tecnoloacutegica em Mecatrocircnica)
1 Roboacutetica 2 Robocircs industriais 3 Mecatrocircnica I Serviccedilo Nacional de
Aprendizagem Industrial - Departamento Regional do Rio Grande do Sul II Tiacutetulo IIISeacuterie
CDU ndash 6218658
Responsaacutevel pela Catalogaccedilatildeo na Fonte Lidiane Marques Gomesndash CRB-102257
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1 Introduccedilatildeo 6
2 Histoacuterico dos robocircs na induacutestria 7
21 Caracteriacutesticas gerais dos robocircs 8
22 Sistema de controle dos robocircs 9
23 Tipo de mobilidade dos robocircs 10
24 Estrutura cinemaacutetica 10
25 Geometria dos robocircs 11
26 Princiacutepio de acionamento 12
27 Aplicaccedilatildeo dos robocircs 13
3 Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropomoacuterficos Industriais 17
31 Nuacutemero de eixos 18
32 Graus de liberdade 18
33 Interpolaccedilatildeo 18
34 Work envelope ou volume de trabalho 19
35 Payload ou capacidade de carga 19
36 Conectividade 20
37 Paracircmetros de movimentaccedilatildeo 20
38 Paracircmetros funcionais 2139 Paracircmetros de comando 22
310 Movimentos para programaccedilatildeo dos robocircs 23
Referecircncias 28
Sumaacuterio
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Introduccedilatildeo
1
Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico
industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica
Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais
Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas
que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de
flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como
manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as
variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos
Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais
Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas
desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade
de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade
Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o
painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos
Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um
dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo
de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de
programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os
tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos
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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria
2
Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo
Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua
obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as
premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e
posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis
AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA
1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir
que um ser humano sofra algum mal
2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por
seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em
conflito com a primeira lei
3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal
proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis
Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004
Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml
SAIBAMAIS
Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos
automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior
repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados
nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais
recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais
complexos mais especiacuteficos e de menor custo
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8
A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de
equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem
pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito
programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e
repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais
Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa
quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em
pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo
de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas
maiores (FIGURA 1)
a)
b)
Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS
Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto
ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de
acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir
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CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO
Quanto ao sistema de controle Remotamente operados
Autocircmatos
Quanto ao tipo de mobilidade Fixos
Moacuteveis
Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas
Robocirc de coordenadas esfeacutericas
Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem
Soldagem
Manipulaccedilatildeo
Inspeccedilatildeo
Pintura
Usinagem
Transporte
Quanto ao princiacutepio de
acionamento
Eleacutetricos
Pneumaacuteticos
Hidraacuteulicos
Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS
22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS
Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado
controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador
Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos
satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de
forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)
Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS
Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS
Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma
independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito
utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10
a)
b)
Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato
Fonte SENAI-RS
23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS
A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos
geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc
Opportunity que estaacute em Marte desde 2004
O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas
VOCEcircSABIA
Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em
montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por
meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria
como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou
espaccedilos confinados
24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA
A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas
o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute
composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute
nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo
permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se
torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses
dois tipos de estrutura
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base base
Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
a) b)
Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS
25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS
O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo
Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares
dependendo da sua aplicaccedilatildeo
Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos
em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano
permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z
Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou
manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente
satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)
Fonte SENAI-RS
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos
lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento
rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua
maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo
Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho
(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza
sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos
deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS
Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui
geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm
(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem
com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que
combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc
articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente
sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos
de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA
Fonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12
Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria
a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera
Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente
com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem
e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que
possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como
demonstra a Figura 9
Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS
Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso
tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo
eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais
Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem
sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura
manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10
Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado
Fonte SENAI-RS
26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO
Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho
dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com
suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir
Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de
motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de
acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo
independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas
e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor
possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores
Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees
Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas
e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores
inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o
aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica
Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento
hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o
motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13
robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15
Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
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adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
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ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
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SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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ROBOacuteTICA
ATUALIZACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA EM MECATROcircNICA
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SENAI
Serviccedilo Nacional de
Aprendizagem Industrial
Departamento Nacional
Sede
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copy 2015 SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul
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Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distacircncia
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SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul
Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD
S491 Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Roboacutetica Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional
Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Rio Grande
do Sul ndash Porto Alegre SENAI-RS 2015 28 p il (Atualizaccedilatildeo Tecnoloacutegica em Mecatrocircnica)
1 Roboacutetica 2 Robocircs industriais 3 Mecatrocircnica I Serviccedilo Nacional de
Aprendizagem Industrial - Departamento Regional do Rio Grande do Sul II Tiacutetulo IIISeacuterie
CDU ndash 6218658
Responsaacutevel pela Catalogaccedilatildeo na Fonte Lidiane Marques Gomesndash CRB-102257
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1 Introduccedilatildeo 6
2 Histoacuterico dos robocircs na induacutestria 7
21 Caracteriacutesticas gerais dos robocircs 8
22 Sistema de controle dos robocircs 9
23 Tipo de mobilidade dos robocircs 10
24 Estrutura cinemaacutetica 10
25 Geometria dos robocircs 11
26 Princiacutepio de acionamento 12
27 Aplicaccedilatildeo dos robocircs 13
3 Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropomoacuterficos Industriais 17
31 Nuacutemero de eixos 18
32 Graus de liberdade 18
33 Interpolaccedilatildeo 18
34 Work envelope ou volume de trabalho 19
35 Payload ou capacidade de carga 19
36 Conectividade 20
37 Paracircmetros de movimentaccedilatildeo 20
38 Paracircmetros funcionais 2139 Paracircmetros de comando 22
310 Movimentos para programaccedilatildeo dos robocircs 23
Referecircncias 28
Sumaacuterio
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Introduccedilatildeo
1
Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico
industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica
Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais
Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas
que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de
flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como
manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as
variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos
Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais
Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas
desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade
de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade
Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o
painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos
Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um
dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo
de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de
programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os
tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos
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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria
2
Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo
Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua
obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as
premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e
posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis
AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA
1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir
que um ser humano sofra algum mal
2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por
seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em
conflito com a primeira lei
3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal
proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis
Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004
Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml
SAIBAMAIS
Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos
automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior
repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados
nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais
recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais
complexos mais especiacuteficos e de menor custo
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8
A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de
equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem
pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito
programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e
repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais
Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa
quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em
pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo
de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas
maiores (FIGURA 1)
a)
b)
Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS
Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto
ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de
acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir
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CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO
Quanto ao sistema de controle Remotamente operados
Autocircmatos
Quanto ao tipo de mobilidade Fixos
Moacuteveis
Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas
Robocirc de coordenadas esfeacutericas
Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem
Soldagem
Manipulaccedilatildeo
Inspeccedilatildeo
Pintura
Usinagem
Transporte
Quanto ao princiacutepio de
acionamento
Eleacutetricos
Pneumaacuteticos
Hidraacuteulicos
Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS
22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS
Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado
controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador
Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos
satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de
forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)
Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS
Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS
Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma
independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito
utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10
a)
b)
Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato
Fonte SENAI-RS
23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS
A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos
geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc
Opportunity que estaacute em Marte desde 2004
O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas
VOCEcircSABIA
Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em
montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por
meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria
como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou
espaccedilos confinados
24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA
A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas
o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute
composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute
nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo
permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se
torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses
dois tipos de estrutura
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11
base base
Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
a) b)
Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS
25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS
O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo
Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares
dependendo da sua aplicaccedilatildeo
Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos
em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano
permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z
Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou
manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente
satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)
Fonte SENAI-RS
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos
lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento
rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua
maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo
Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho
(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza
sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos
deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS
Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui
geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm
(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem
com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que
combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc
articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente
sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos
de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA
Fonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12
Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria
a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera
Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente
com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem
e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que
possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como
demonstra a Figura 9
Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS
Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso
tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo
eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais
Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem
sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura
manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10
Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado
Fonte SENAI-RS
26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO
Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho
dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com
suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir
Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de
motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de
acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo
independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas
e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor
possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores
Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees
Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas
e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores
inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o
aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica
Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento
hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o
motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13
robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15
Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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SENAI
Serviccedilo Nacional de
Aprendizagem Industrial
Departamento Nacional
Sede
Setor Bancaacuterio Norte Quadra 1 Bloco C Edifiacutecio Roberto
Simonsen 70040-903 Brasiacutelia ndash DF Tel (0xx61)3317-9190
httpwwwsenaibr
copy 2015 SENAI ndash Departamento Nacional
copy 2015 SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul
A reproduccedilatildeo total ou parcial desta publicaccedilatildeo por quaisquer meios seja eletrocircnico
mecacircnico fotocoacutepia de gravaccedilatildeo ou outros somente seraacute permitida com preacutevia autorizaccedilatildeo
por escrito do SENAI ndash Departamento Regional do Rio Grande do Sul
Esta publicaccedilatildeo foi elaborada pela equipe da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional
ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD do SENAI do Rio Grande do Sul com
a coordenaccedilatildeo do SENAI Departamento Nacional para ser utilizada por todos os
Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distacircncia
SENAI Departamento Nacional
Unidade de Educaccedilatildeo Profissional e Tecnoloacutegica ndash UNIEP
SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul
Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional ndash GDENuacutecleo de Educaccedilatildeo a Distacircncia ndash NEAD
S491 Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Roboacutetica Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional
Serviccedilo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Rio Grande
do Sul ndash Porto Alegre SENAI-RS 2015 28 p il (Atualizaccedilatildeo Tecnoloacutegica em Mecatrocircnica)
1 Roboacutetica 2 Robocircs industriais 3 Mecatrocircnica I Serviccedilo Nacional de
Aprendizagem Industrial - Departamento Regional do Rio Grande do Sul II Tiacutetulo IIISeacuterie
CDU ndash 6218658
Responsaacutevel pela Catalogaccedilatildeo na Fonte Lidiane Marques Gomesndash CRB-102257
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1 Introduccedilatildeo 6
2 Histoacuterico dos robocircs na induacutestria 7
21 Caracteriacutesticas gerais dos robocircs 8
22 Sistema de controle dos robocircs 9
23 Tipo de mobilidade dos robocircs 10
24 Estrutura cinemaacutetica 10
25 Geometria dos robocircs 11
26 Princiacutepio de acionamento 12
27 Aplicaccedilatildeo dos robocircs 13
3 Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropomoacuterficos Industriais 17
31 Nuacutemero de eixos 18
32 Graus de liberdade 18
33 Interpolaccedilatildeo 18
34 Work envelope ou volume de trabalho 19
35 Payload ou capacidade de carga 19
36 Conectividade 20
37 Paracircmetros de movimentaccedilatildeo 20
38 Paracircmetros funcionais 2139 Paracircmetros de comando 22
310 Movimentos para programaccedilatildeo dos robocircs 23
Referecircncias 28
Sumaacuterio
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Introduccedilatildeo
1
Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico
industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica
Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais
Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas
que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de
flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como
manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as
variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos
Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais
Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas
desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade
de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade
Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o
painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos
Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um
dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo
de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de
programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os
tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos
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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria
2
Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo
Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua
obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as
premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e
posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis
AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA
1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir
que um ser humano sofra algum mal
2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por
seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em
conflito com a primeira lei
3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal
proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis
Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004
Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml
SAIBAMAIS
Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos
automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior
repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados
nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais
recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais
complexos mais especiacuteficos e de menor custo
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8
A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de
equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem
pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito
programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e
repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais
Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa
quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em
pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo
de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas
maiores (FIGURA 1)
a)
b)
Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS
Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto
ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de
acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir
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CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO
Quanto ao sistema de controle Remotamente operados
Autocircmatos
Quanto ao tipo de mobilidade Fixos
Moacuteveis
Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas
Robocirc de coordenadas esfeacutericas
Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem
Soldagem
Manipulaccedilatildeo
Inspeccedilatildeo
Pintura
Usinagem
Transporte
Quanto ao princiacutepio de
acionamento
Eleacutetricos
Pneumaacuteticos
Hidraacuteulicos
Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS
22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS
Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado
controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador
Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos
satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de
forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)
Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS
Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS
Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma
independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito
utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10
a)
b)
Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato
Fonte SENAI-RS
23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS
A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos
geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc
Opportunity que estaacute em Marte desde 2004
O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas
VOCEcircSABIA
Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em
montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por
meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria
como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou
espaccedilos confinados
24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA
A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas
o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute
composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute
nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo
permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se
torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses
dois tipos de estrutura
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base base
Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
a) b)
Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS
25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS
O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo
Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares
dependendo da sua aplicaccedilatildeo
Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos
em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano
permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z
Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou
manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente
satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)
Fonte SENAI-RS
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos
lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento
rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua
maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo
Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho
(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza
sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos
deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS
Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui
geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm
(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem
com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que
combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc
articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente
sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos
de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA
Fonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12
Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria
a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera
Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente
com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem
e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que
possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como
demonstra a Figura 9
Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS
Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso
tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo
eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais
Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem
sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura
manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10
Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado
Fonte SENAI-RS
26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO
Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho
dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com
suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir
Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de
motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de
acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo
independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas
e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor
possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores
Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees
Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas
e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores
inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o
aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica
Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento
hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o
motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos
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robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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1 Introduccedilatildeo 6
2 Histoacuterico dos robocircs na induacutestria 7
21 Caracteriacutesticas gerais dos robocircs 8
22 Sistema de controle dos robocircs 9
23 Tipo de mobilidade dos robocircs 10
24 Estrutura cinemaacutetica 10
25 Geometria dos robocircs 11
26 Princiacutepio de acionamento 12
27 Aplicaccedilatildeo dos robocircs 13
3 Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropomoacuterficos Industriais 17
31 Nuacutemero de eixos 18
32 Graus de liberdade 18
33 Interpolaccedilatildeo 18
34 Work envelope ou volume de trabalho 19
35 Payload ou capacidade de carga 19
36 Conectividade 20
37 Paracircmetros de movimentaccedilatildeo 20
38 Paracircmetros funcionais 2139 Paracircmetros de comando 22
310 Movimentos para programaccedilatildeo dos robocircs 23
Referecircncias 28
Sumaacuterio
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Introduccedilatildeo
1
Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico
industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica
Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais
Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas
que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de
flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como
manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as
variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos
Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais
Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas
desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade
de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade
Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o
painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos
Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um
dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo
de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de
programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os
tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos
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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria
2
Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo
Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua
obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as
premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e
posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis
AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA
1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir
que um ser humano sofra algum mal
2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por
seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em
conflito com a primeira lei
3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal
proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis
Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004
Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml
SAIBAMAIS
Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos
automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior
repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados
nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais
recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais
complexos mais especiacuteficos e de menor custo
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8
A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de
equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem
pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito
programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e
repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais
Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa
quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em
pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo
de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas
maiores (FIGURA 1)
a)
b)
Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS
Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto
ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de
acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9
CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO
Quanto ao sistema de controle Remotamente operados
Autocircmatos
Quanto ao tipo de mobilidade Fixos
Moacuteveis
Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas
Robocirc de coordenadas esfeacutericas
Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem
Soldagem
Manipulaccedilatildeo
Inspeccedilatildeo
Pintura
Usinagem
Transporte
Quanto ao princiacutepio de
acionamento
Eleacutetricos
Pneumaacuteticos
Hidraacuteulicos
Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS
22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS
Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado
controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador
Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos
satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de
forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)
Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS
Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS
Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma
independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito
utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10
a)
b)
Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato
Fonte SENAI-RS
23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS
A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos
geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc
Opportunity que estaacute em Marte desde 2004
O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas
VOCEcircSABIA
Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em
montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por
meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria
como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou
espaccedilos confinados
24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA
A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas
o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute
composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute
nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo
permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se
torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses
dois tipos de estrutura
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11
base base
Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
a) b)
Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS
25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS
O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo
Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares
dependendo da sua aplicaccedilatildeo
Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos
em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano
permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z
Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou
manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente
satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)
Fonte SENAI-RS
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos
lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento
rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua
maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo
Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho
(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza
sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos
deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS
Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui
geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm
(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem
com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que
combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc
articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente
sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos
de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA
Fonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12
Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria
a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera
Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente
com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem
e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que
possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como
demonstra a Figura 9
Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS
Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso
tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo
eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais
Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem
sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura
manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10
Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado
Fonte SENAI-RS
26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO
Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho
dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com
suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir
Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de
motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de
acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo
independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas
e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor
possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores
Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees
Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas
e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores
inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o
aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica
Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento
hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o
motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13
robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15
Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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Introduccedilatildeo
1
Neste livro estudaremos as principais caracteriacutesticas dos robocircs industriais Vamos abordar os principaisaspectos do uso de robocircs na induacutestria e as caracteriacutesticas e os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico
industrial articulado muito utilizado no desenvolvimento de sistemas automatizados na aacuterea de mecatrocircnica
Nosso objetivo eacute contribuir para a compreensatildeo desses sistemas robotizados nos processos industriais
Desse modo iniciaremos nosso estudo conhecendo o histoacuterico dos robocircs na induacutestria e as premissas
que priorizam a seguranccedila do homem e posteriormente do proacuteprio robocirc Veremos a necessidade de
flexibilizaccedilatildeo desses equipamentos para os mais variados tipos de serviccedilos e aplicaccedilotildees em accedilotildees como
manipulaccedilatildeo soldagem montagem pintura entre outros Estudaremos tambeacutem as caracteriacutesticas as
variaccedilotildees de construccedilatildeo fiacutesica e as diferentes interpretaccedilotildees geomeacutetricas relacionadas aos movimentos
Aprenderemos que os movimentos dos robocircs podem ser realizados por meio de sistema de controleremotamente operado ou autocircmato e outros aspectos fundamentais
Jaacute no capiacutetulo Caracteriacutesticas dos Robocircs Antropormoacuteficos Industriais estudaremos as caracteriacutesticas
desses equipamentos em funccedilatildeo do nuacutemero de eixos dos graus de liberdade da interpolaccedilatildeo da capacidade
de carga ou payload assim como a velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetibilidade e conectividade
Tambeacutem veremos como funcionam os freios os encoders os ciclos start stop e hold Conheceremos o
painel de comando conhecido como teach pendant e seus vaacuterios comandos
Por fim entenderemos os movimentos de um robocirc antropomoacuterfico industrial articulado que eacute um
dos mais utilizados em sistemas mecatrocircnicos e os dois tipos de elementos essenciais na programaccedilatildeo
de movimentos de um robocirc os pontos e os tipos de deslocamento Aprenderemos a programar essespontos em relaccedilatildeo aos seus movimentos Veremos que embora existam variaccedilotildees entre as linguagens de
programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais na maioria dos casos seratildeo encontrados os
tipos de movimento interpolado linear circular e em sequecircncia de movimentos
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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria
2
Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo
Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua
obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as
premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e
posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis
AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA
1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir
que um ser humano sofra algum mal
2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por
seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em
conflito com a primeira lei
3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal
proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis
Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004
Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml
SAIBAMAIS
Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos
automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior
repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados
nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais
recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais
complexos mais especiacuteficos e de menor custo
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8
A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de
equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem
pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito
programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e
repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais
Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa
quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em
pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo
de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas
maiores (FIGURA 1)
a)
b)
Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS
Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto
ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de
acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9
CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO
Quanto ao sistema de controle Remotamente operados
Autocircmatos
Quanto ao tipo de mobilidade Fixos
Moacuteveis
Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas
Robocirc de coordenadas esfeacutericas
Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem
Soldagem
Manipulaccedilatildeo
Inspeccedilatildeo
Pintura
Usinagem
Transporte
Quanto ao princiacutepio de
acionamento
Eleacutetricos
Pneumaacuteticos
Hidraacuteulicos
Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS
22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS
Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado
controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador
Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos
satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de
forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)
Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS
Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS
Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma
independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito
utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10
a)
b)
Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato
Fonte SENAI-RS
23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS
A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos
geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc
Opportunity que estaacute em Marte desde 2004
O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas
VOCEcircSABIA
Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em
montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por
meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria
como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou
espaccedilos confinados
24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA
A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas
o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute
composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute
nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo
permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se
torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses
dois tipos de estrutura
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11
base base
Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
a) b)
Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS
25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS
O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo
Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares
dependendo da sua aplicaccedilatildeo
Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos
em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano
permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z
Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou
manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente
satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)
Fonte SENAI-RS
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos
lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento
rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua
maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo
Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho
(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza
sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos
deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS
Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui
geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm
(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem
com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que
combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc
articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente
sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos
de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA
Fonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12
Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria
a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera
Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente
com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem
e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que
possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como
demonstra a Figura 9
Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS
Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso
tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo
eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais
Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem
sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura
manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10
Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado
Fonte SENAI-RS
26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO
Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho
dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com
suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir
Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de
motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de
acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo
independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas
e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor
possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores
Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees
Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas
e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores
inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o
aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica
Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento
hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o
motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13
robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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Histoacuterico dos robocircs na induacutestria
2
Em 1921 Karel Čapek dramaturgo tcheco utilizou o termo robota em uma peccedila de teatro apresentadaem Nova Iorque Em eslavo essa palavra significa ldquotrabalho compulsoacuteriordquo ou ainda ldquotrabalho escravordquo
Algumas deacutecadas apoacutes um famoso autor de ficccedilatildeo cientiacutefica Isaac Asimov popularizou o tema em sua
obra ldquoEu robocircrdquo que continha as trecircs leis da roboacutetica Embora se tratassem de ficccedilatildeo essas leis refletiam as
premissas baacutesicas de funcionamento de equipamentos roboacuteticos priorizando a seguranccedila do homem e
posteriormente do proacuteprio equipamento Veja no Quadro 1 as trecircs leis
AS TREcircS LEIS DA ROBOacuteTICA
1ordf lei Um robocirc natildeo pode ferir um ser humano ou por inaccedilatildeo permitir
que um ser humano sofra algum mal
2ordf lei Um robocirc deve obedecer agraves ordens que lhe sejam dadas por
seres humanos exceto nos casos em que tais ordens entrem em
conflito com a primeira lei
3ordf lei Um robocirc deve proteger a sua proacutepria existecircncia desde que tal
proteccedilatildeo natildeo entre em conflito com a primeira ou segunda leis
Quadro 1 - As trecircs leis da roboacuteticaFonte ASIMOV 2004
Atualmente os cientistas estatildeo exigindo que se tenha uma legislaccedilatildeo roboacutetica emfunccedilatildeo das trecircs leis de Isaac Asimov pois a maior preocupaccedilatildeo desses cientistassatildeo os robocircs desenvolvidos para fins beacutelicos como por exemplo os dronesPara maiores informaccedilotildees acesse o site httprevistagalileuglobocomRevistaGalileu0EDG86198-8489-21100-LEGISLACAO+ROBOTICAhtml
SAIBAMAIS
Com a crescente industrializaccedilatildeo do poacutes-guerra muitas induacutestrias passaram a adotar processos
automatizados em suas linhas de produccedilatildeo buscando produzir de forma mais raacutepida e com maior
repetitividade Setores como o da induacutestria automotiva impulsionaram o uso de sistemas automatizados
nas linhas de produccedilatildeo A automaccedilatildeo passa a contar com a multidisciplinaridade da eletrocircnica e mais
recentemente da informaacutetica permitindo que os processos automatizados fossem cada vez mais
complexos mais especiacuteficos e de menor custo
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8
A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de
equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem
pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito
programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e
repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais
Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa
quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em
pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo
de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas
maiores (FIGURA 1)
a)
b)
Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS
Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto
ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de
acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9
CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO
Quanto ao sistema de controle Remotamente operados
Autocircmatos
Quanto ao tipo de mobilidade Fixos
Moacuteveis
Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas
Robocirc de coordenadas esfeacutericas
Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem
Soldagem
Manipulaccedilatildeo
Inspeccedilatildeo
Pintura
Usinagem
Transporte
Quanto ao princiacutepio de
acionamento
Eleacutetricos
Pneumaacuteticos
Hidraacuteulicos
Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS
22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS
Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado
controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador
Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos
satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de
forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)
Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS
Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS
Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma
independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito
utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10
a)
b)
Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato
Fonte SENAI-RS
23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS
A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos
geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc
Opportunity que estaacute em Marte desde 2004
O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas
VOCEcircSABIA
Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em
montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por
meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria
como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou
espaccedilos confinados
24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA
A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas
o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute
composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute
nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo
permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se
torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses
dois tipos de estrutura
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11
base base
Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
a) b)
Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS
25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS
O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo
Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares
dependendo da sua aplicaccedilatildeo
Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos
em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano
permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z
Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou
manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente
satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)
Fonte SENAI-RS
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos
lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento
rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua
maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo
Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho
(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza
sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos
deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS
Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui
geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm
(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem
com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que
combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc
articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente
sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos
de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA
Fonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12
Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria
a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera
Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente
com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem
e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que
possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como
demonstra a Figura 9
Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS
Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso
tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo
eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais
Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem
sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura
manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10
Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado
Fonte SENAI-RS
26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO
Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho
dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com
suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir
Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de
motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de
acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo
independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas
e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor
possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores
Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees
Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas
e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores
inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o
aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica
Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento
hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o
motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13
robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
7232019 25 - Roboacutetica
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15
Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL8
A necessidade de flexibilizaccedilatildeo dos processos produtivos gerou cada vez mais a necessidade de
equipamentos multifuncionais que pudessem ser aplicados em accedilotildees de manipulaccedilatildeo soldagem montagem
pintura entre outras Nesse contexto algumas empresas passaram a criar manipuladores multipropoacutesito
programaacuteveis que eram controlados automaticamente realizando movimentos de forma planejada e
repetitiva Surgiram entatildeo os primeiros robocircs industriais
Atualmente as aplicaccedilotildees tiacutepicas para a roboacutetica na induacutestria satildeo as mais diversas existindo variaccedilotildeesnas caracteriacutesticas dos robocircs para poder atendecirc-las Robocircs de soldagem devem possuir uma boa
quantidade de graus de liberdade permitindo a realizaccedilatildeo de movimentos que facilitem a soldagem em
pontos de difiacutecil acesso Jaacute robocircs de pintura devem ser leves raacutepidos e suportar ambientes com aspersatildeo
de tintas e solventes E os robocircs de manipulaccedilatildeo por sua vez devem ser versaacuteteis e suportar cargas
maiores (FIGURA 1)
a)
b)
Figura 1 - Robocircs industriais - a) robocirc de soldagem b) robocirc de manipulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
21 CARACTERIacuteSTICAS GERAIS DOS ROBOcircS
Dentre as vaacuterias caracteriacutesticas dos robocircs industriais destacamos as principais que classificamos quanto
ao seu sistema de controle ao tipo de mobilidade agrave estrutura cineacutetica a sua geometria seu princiacutepio de
acionamento e sua aplicaccedilatildeo conforme descrito no Quadro 2 a seguir
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9
CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO
Quanto ao sistema de controle Remotamente operados
Autocircmatos
Quanto ao tipo de mobilidade Fixos
Moacuteveis
Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas
Robocirc de coordenadas esfeacutericas
Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem
Soldagem
Manipulaccedilatildeo
Inspeccedilatildeo
Pintura
Usinagem
Transporte
Quanto ao princiacutepio de
acionamento
Eleacutetricos
Pneumaacuteticos
Hidraacuteulicos
Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS
22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS
Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado
controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador
Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos
satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de
forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)
Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS
Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS
Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma
independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito
utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10
a)
b)
Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato
Fonte SENAI-RS
23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS
A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos
geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc
Opportunity que estaacute em Marte desde 2004
O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas
VOCEcircSABIA
Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em
montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por
meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria
como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou
espaccedilos confinados
24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA
A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas
o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute
composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute
nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo
permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se
torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses
dois tipos de estrutura
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11
base base
Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
a) b)
Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS
25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS
O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo
Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares
dependendo da sua aplicaccedilatildeo
Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos
em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano
permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z
Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou
manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente
satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)
Fonte SENAI-RS
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos
lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento
rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua
maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo
Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho
(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza
sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos
deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS
Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui
geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm
(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem
com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que
combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc
articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente
sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos
de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA
Fonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12
Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria
a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera
Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente
com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem
e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que
possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como
demonstra a Figura 9
Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS
Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso
tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo
eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais
Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem
sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura
manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10
Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado
Fonte SENAI-RS
26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO
Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho
dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com
suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir
Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de
motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de
acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo
independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas
e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor
possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores
Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees
Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas
e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores
inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o
aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica
Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento
hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o
motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13
robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15
Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)9
CARACTERIacuteSTICA CLASSIFICACcedilAtildeO
Quanto ao sistema de controle Remotamente operados
Autocircmatos
Quanto ao tipo de mobilidade Fixos
Moacuteveis
Quanto agrave estrutura cinemaacutetica Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
Quanto agrave geometria Robocirc de coordenadas cartesianas
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas
Robocirc de coordenadas esfeacutericas
Quanto agrave aplicaccedilatildeo Montagem
Soldagem
Manipulaccedilatildeo
Inspeccedilatildeo
Pintura
Usinagem
Transporte
Quanto ao princiacutepio de
acionamento
Eleacutetricos
Pneumaacuteticos
Hidraacuteulicos
Quadro 2 - Caracteriacutesticas gerais dos robocircsFonte SENAI-RS
22 SISTEMA DE CONTROLE DOS ROBOcircS
Quanto ao sistema de controle um robocirc pode ser classificado em dois tipos remotamente operado
controlado por um operador ou autocircmato sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador
Remotamente operado embora possa haver algum grau de independecircncia nesses robocircs seus movimentos
satildeo controlados por um operador Satildeo geralmente utilizados com o intuito de estender as accedilotildees humanas de
forma segura como por exemplo os robocircs terrestres de inspeccedilatildeo e os drones (FIGURA 2 e FIGURA 3)
Figura 2 - Robocirc terrestre de inspeccedilatildeo remotamente operadoFonte SENAI-RS
Figura 3 - Veiacuteculo aeacutereo natildeo tripulado operado remotamente (drone)Fonte SENAI-RS
Autocircmato seus movimentos satildeo gerados por um Controlador Programaacutevel (CP) permitindo agir de forma
independente sem a necessidade de interaccedilatildeo com o operador durante o uso Os robocircs autocircmatos satildeo muito
utilizados em processos automatizados na induacutestria A Figura 4 apresenta um robocirc autocircmato
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10
a)
b)
Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato
Fonte SENAI-RS
23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS
A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos
geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc
Opportunity que estaacute em Marte desde 2004
O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas
VOCEcircSABIA
Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em
montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por
meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria
como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou
espaccedilos confinados
24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA
A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas
o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute
composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute
nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo
permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se
torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses
dois tipos de estrutura
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11
base base
Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
a) b)
Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS
25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS
O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo
Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares
dependendo da sua aplicaccedilatildeo
Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos
em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano
permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z
Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou
manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente
satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)
Fonte SENAI-RS
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos
lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento
rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua
maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo
Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho
(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza
sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos
deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS
Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui
geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm
(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem
com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que
combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc
articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente
sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos
de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA
Fonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12
Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria
a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera
Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente
com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem
e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que
possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como
demonstra a Figura 9
Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS
Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso
tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo
eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais
Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem
sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura
manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10
Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado
Fonte SENAI-RS
26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO
Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho
dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com
suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir
Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de
motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de
acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo
independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas
e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor
possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores
Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees
Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas
e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores
inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o
aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica
Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento
hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o
motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13
robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL10
a)
b)
Figura 4 - Robocirc autocircmato a) Controlador Programaacutevel b) Robocirc autocircmato
Fonte SENAI-RS
23 TIPO DE MOBILIDADE DOS ROBOcircS
A mobilidade dos robocircs estaacute associada principalmente a sua utilizaccedilatildeo Os robocircs satildeo classificados em fixos
geralmente utilizados na induacutestria e os moacuteveis utilizados em aplicaccedilotildees diversas como por exemplo o robocirc
Opportunity que estaacute em Marte desde 2004
O robocirc Opportunity foi lanccedilado ao planeta Marte em janeiro de 2004 junto com outrorobocirc o Spirit que estaacute off-line desde 2009 O Opportunity eacute considerado obsoleto emcomparaccedilatildeo ao robocirc Curiosity que eacute apontado como sendo um dos robocircs moacuteveis maisavanccedilados do mundo Poreacutem mesmo estando com sua tecnologia ultrapassada oOpportunity fez grandes descobertas e tem superado expectativas
VOCEcircSABIA
Os robocircs fixos possuem sua base afixada ao solo ou a um ponto especiacutefico por isso sua maior aplicaccedilatildeo eacute em
montadoras fazendo parte das linhas de produccedilatildeo Jaacute os moacuteveis podem se deslocar pelo solo geralmente por
meio do uso de rodas ou de dispositivos que simulam pernas Esses robocircs tambeacutem satildeo utilizados na induacutestria
como dispositivos de transporte automatizado (AGVs) ou como dispositivos de inspeccedilatildeo de tubulaccedilotildees ou
espaccedilos confinados
24 ESTRUTURA CINEMAacuteTICA
A estrutura cinemaacutetica dos robocircs assim como seu controle e mobilidade eacute classificada de duas formas
o movimento dos eixos pode ocorrer em seacuterie ou em paralelo Nos eixos em seacuterie o movimento gerado eacute
composto pela disposiccedilatildeo em seacuterie de suas articulaccedilotildees Eacute o tipo mais comum de robocirc aplicado na induacutestria Jaacute
nos eixos em paralelo o movimento gerado eacute dado pela articulaccedilatildeo sincronizada de mais de uma articulaccedilatildeo
permitindo uma maior aplicaccedilatildeo de forccedila menor peso e maior velocidade embora o sistema de controle se
torne muito mais complexo Eacute utilizado em processos de usinagem e de manipulaccedilatildeo A Figura 5 ilustra esses
dois tipos de estrutura
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11
base base
Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
a) b)
Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS
25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS
O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo
Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares
dependendo da sua aplicaccedilatildeo
Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos
em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano
permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z
Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou
manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente
satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)
Fonte SENAI-RS
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos
lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento
rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua
maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo
Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho
(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza
sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos
deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS
Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui
geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm
(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem
com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que
combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc
articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente
sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos
de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA
Fonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12
Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria
a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera
Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente
com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem
e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que
possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como
demonstra a Figura 9
Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS
Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso
tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo
eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais
Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem
sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura
manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10
Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado
Fonte SENAI-RS
26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO
Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho
dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com
suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir
Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de
motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de
acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo
independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas
e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor
possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores
Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees
Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas
e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores
inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o
aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica
Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento
hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o
motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13
robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15
Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)11
base base
Eixos em seacuterie
Eixos em paralelo
a) b)
Figura 5 - a) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em seacuterie b) Representaccedilatildeo de robocirc com eixos em paraleloFonte SENAI-RS
25 GEOMETRIA DOS ROBOcircS
O tipo de movimentaccedilatildeo dos robocircs determina sua geometria Essa geometria tem como base o sistemade coordenada cartesiano para posicionamento e coordenadas ciliacutendricas e esfeacutericas para a orientaccedilatildeo
Essas geometrias podem ser encontradas em vaacuterias combinaccedilotildees de configuraccedilotildees rotacionais e lineares
dependendo da sua aplicaccedilatildeo
Robocirc de coordenadas cartesianas movimentaccedilatildeo dos eixos
em linhas retas (lineares) coincidentes com o plano cartesiano
permitindo movimentos de deslocamento nos eixos X Y e Z
Muito utilizado como robocircs de usinagem de transporte ou
manipulaccedilatildeo Natildeo costumam ser muito raacutepidos e geralmente
satildeo de grandes dimensotildees Veja um exemplo na Figura 6Figura 6 - Robocirc cartesiano com trecircs eixos (X Y e Z)
Fonte SENAI-RS
Robocirc de coordenadas ciliacutendricas combina movimentos
lineares com movimentos rotacionais Geralmente o movimento
rotacional ocorre no eixo de fixaccedilatildeo agrave base Esse robocirc tem sua
maior aplicaccedilatildeo em processos de montagem e manipulaccedilatildeo
Podemos observar na Figura 7 que o volume de trabalho
(alcance) da garra do robocirc forma um cilindro o que caracteriza
sua classificaccedilatildeo quanto agrave geometriaFigura 7 - Robocirc esfeacuterico com dois eixos
deslizantes e um rotacionalFonte SENAI-RS
Um tipo de robocirc muito conhecido nas induacutestrias que possui
geometria ciliacutendrica eacute o Selective Compliance Assembly Robot Arm
(SCARA) que eacute descrito como um braccedilo roboacutetico para montagem
com flexibilidade seletiva ou seja trata-se de um sistema que
combina a apresentaccedilatildeo de um robocirc ciliacutendrico com um robocirc
articulado Apresenta ainda um movimento linear geralmente
sendo esse no eixo mais proacuteximo agrave ferramenta Esse tipo de robocircconforme mostrado na Figura 8 eacute muito utilizado em processos
de montagem pois oferece velocidade e rapidezFigura 8 - Robocirc SCARA
Fonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12
Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria
a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera
Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente
com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem
e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que
possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como
demonstra a Figura 9
Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS
Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso
tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo
eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais
Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem
sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura
manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10
Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado
Fonte SENAI-RS
26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO
Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho
dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com
suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir
Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de
motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de
acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo
independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas
e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor
possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores
Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees
Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas
e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores
inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o
aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica
Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento
hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o
motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13
robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15
Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL12
Robocirc de coordenadas esfeacutericas nesse tipo de geometria
a aacuterea de abrangecircncia do robocirc eacute determinada por uma esfera
Haacute combinaccedilotildees com eixos lineares e rotacionais ou somente
com eixos rotacionais Podem ser utilizados para montagem
e manipulaccedilatildeo Um robocirc esfeacuterico bastante comum eacute o que
possui somente eixos rotacionais que tambeacutem eacute conhecidocomo robocirc articulado ou de coordenadas de revoluccedilatildeo como
demonstra a Figura 9
Figura 9 - Robocirc de classe geomeacutetrica esfeacutericaFonte SENAI-RS
Esse tipo de robocirc simula um braccedilo humano e por isso
tambeacutem eacute denominado robocirc antropomoacuterfico Cada articulaccedilatildeo
eacute composta por um eixo apresentando movimentos rotacionais
Esse robocirc eacute um dos mais utilizados na induacutestria pois apresentaum grande nuacutemero de possibilidades de movimentos Tem
sua aplicaccedilatildeo em serviccedilos de montagem soldagem pintura
manipulaccedilatildeo entre outros Veja um exemplo na Figura 10
Figura 10 - Representaccedilatildeo de um robocircantropomoacuterfico articulado
Fonte SENAI-RS
26 PRINCIacutePIO DE ACIONAMENTO
Os tipos de acionamentos dos robocircs satildeo responsaacuteveis pelo movimento das articulaccedilotildees e desempenho
dinacircmico do robocirc Esses dispositivos satildeo classificados em eleacutetricos pneumaacuteticos ou hidraacuteulicos cada um com
suas caracteriacutesticas as quais estudaremos a seguir
Acionamento eleacutetrico eacute o princiacutepio de acionamento da maioria dos robocircs Nesse caso o conjunto de
motorredutores eleacutetricos eacute aplicado nos eixos para que ocorra a movimentaccedilatildeo Eacute comum nesse tipo de
acionamento que os motores utilizados nas articulaccedilotildees possuam tambeacutem um sistema de realimentaccedilatildeo
independente de posicionamento denominado encoders permitindo que o robocirc se adapte a diferentes cargas
e velocidades Esses robocircs tambeacutem possuem um servomotor que eacute um conjunto composto pelo motor seussensores de posicionamento e seu controlador dedicado Diferente de um motor convencional esse servomotor
possui sistema de controle de posicionamento eletrocircnico integrado aleacutem de freios e conjuntos redutores
Acionamento pneumaacutetico eacute o princiacutepio que utiliza o ar comprimido para movimentar articulaccedilotildees
Atualmente o ar comprimido eacute muito utilizado nos dispositivos de manipulaccedilatildeo como garras e ventosas
e natildeo na movimentaccedilatildeo dos eixos Estatildeo em desenvolvimento sistemas de controle robustos e atuadores
inspirados em seres vivos como o muacutesculo pneumaacutetico que em um curto espaccedilo de tempo possibilitaratildeo o
aumento de aplicaccedilotildees para a movimentaccedilatildeo roboacutetica
Acionamento hidraacuteulico princiacutepio de acionamento similar ao pneumaacutetico mas que utiliza o acionamento
hidraacuteulico oferecendo maior forccedila e geralmente menor velocidade Os componentes desse sistema satildeo o
motor a bomba hidraacuteulica as vaacutelvulas e os atuadores Esse tipo de acionamento eacute geralmente associado aos
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13
robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15
Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
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adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
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MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)13
robocircs de grande porte poreacutem sua precisatildeo eacute menor em relaccedilatildeo aos acionamentos eleacutetricos Apresentam-se
como alternativas quando haacute a necessidade de movimentaccedilatildeo de grandes cargas ou quando o comprimento
do braccedilo exigir um grande esforccedilo
No Quadro 3 temos um comparativo dos trecircs tipos de acionamentos em funccedilatildeo dos movimentos da
repetitividade da velocidade da facilidade de controle da forccedila e do custo
CARACTERIacuteSTICAS ELEacuteTRICO PNEUMAacuteTICO HIDRAacuteULICO
Deslocamento Sem limitaccedilatildeo Limitado Limitado
Repetitividade Alta Baixa Alta
Velocidade Alta Alta Baixa
Facilidade de controle Alta Meacutedia Meacutedia
Forccedila Meacutedia Baixa Alta
Custo Meacutedio Baixo Alto
Quadro 3 - Tipos de acionamentos e movimentosFonte SENAI-RS
27 APLICACcedilAtildeO DOS ROBOcircS
Os robocircs satildeo utilizados para a execuccedilatildeo de diversos tipos de trabalhos desde os mais simples como posicionar
uma peccedila em uma maacutequina ateacute os mais complexos como por exemplo os robocircs espaciais que chegam a se
comunicar a 360 milhotildees de Km de distacircncia Como nosso estudo eacute voltado para a induacutestria conheceremos
a utilizaccedilatildeo praacutetica desses equipamentos nos sistemas de manufaturas como por exemplo nas linhas de
produccedilatildeo nas etapas de montagem soldagem manipulaccedilatildeo inspeccedilatildeo pintura usinagem e transporte
Haacute 30 anos os primeiros robocircs eram considerados riacutegidos de alto custo e especiacuteficospara cada processo Os robocircs atuais evoluiacuteram aumentando assim a flexibilidade ereduzindo os custos de implantaccedilatildeo Podemos ver essa evoluccedilatildeo principalmente emmontadoras de automoacuteveis em que os robocircs multifuncionais operam em toda a cadeiade produccedilatildeo com aacutereas de aplicaccedilatildeo que vatildeo desde as unidades de prensagem ateacutea pintura e montagem final Esses robocircs tambeacutem podem ser realocados conforme anecessidade fabril
VOCEcircSABIA
Montagem nessa etapa o robocirc eacute utilizado para inserccedilatildeo ou junccedilatildeo de partes de um produto Eacute
frequentemente empregado na induacutestria eletrocircnica e na automotiva Desse tipo de robocirc frequentemente
satildeo exigidos posicionamentos raacutepidos precisos e com grande repetitividade A ferramenta utilizada nesses
robocircs empregados na linha de montagem geralmente eacute desenvolvida especificamente para sua funccedilatildeo Em
alguns casos essas ferramentas satildeo multifuncionais possibilitando por exemplo que o mesmo robocirc possa
aplicar cola e inserir o componente A Figura 11 mostra um robocirc utilizado na etapa de montagem
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15
Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL14
Figura 11 - Robocirc aplicado agrave montagemFonte SENAI-RS
Soldagem os robocircs utilizados nas etapas de soldagem tecircm como principal objetivo a substituiccedilatildeo da
matildeo de obra humana em atividades perigosas e insalubres como a uniatildeo de chapas e tubos metaacutelicos como uso de solda Uma das grandes vantagens dessa aplicaccedilatildeo eacute sua repetitividade caracteriacutestica que ajuda a
garantir uma mesma qualidade no processo de soldagem em toda a produccedilatildeo
Alguns desses robocircs satildeo integrados a fontes e equipamentos de soldagem podendo ainda possuir
movimentos otimizados para executar vaacuterios processos Alguns fabricantes oferecem robocircs de soldagem
que possuem fonte integrada no proacuteprio equipamento
Manipulaccedilatildeo nessa etapa o robocirc tem funccedilatildeo especiacutefica no manuseio de produtos Satildeo frequentemente
empregados em processos de empilhamento e paletizaccedilatildeo Esse robocirc tambeacutem faz a adiccedilatildeo de mateacuteria-prima
em processos como por exemplo alimentaccedilatildeo de prensas ou ainda na remoccedilatildeo de produtos finalizados em
operaccedilotildees de manufatura como usinagem injeccedilatildeo prensagem entre outros Eacute comum sua utilizaccedilatildeo em
ambientes insalubres ou perigosos como fundiccedilotildees e processos de forjamento e conformaccedilatildeo Dependendo
da dimensatildeo desse robocirc pode-se manipular desde alguns quilos ateacute mais de uma tonelada
Inspeccedilatildeo nessa aplicaccedilatildeo o robocirc detecta falhas
construtivas e dimensionais identificando a presenccedila de
elementos estranhos ou a falta de algum componente
Essa aplicaccedilatildeo utiliza robocircs especialistas fabricados com
caracteriacutesticas especiacuteficas para atender uma determinada
necessidade como por exemplo um robocirc de inspeccedilatildeo
de tubulaccedilatildeo ou ainda robocircs de movimentaccedilatildeo
adaptados com sensores sondas e cacircmeras para coletar
informaccedilotildees em pontos especiacuteficos de um determinado
produto Veja um exemplo de robocirc utilizado na induacutestria
automobiliacutestica (FIGURA 12)
Figura 12 - Ferramenta aplicada a um robocirc para inspeccedilatildeoFonte SENAI-RS
Pinturaos robocircs utilizados para pintura geralmente satildeo leves e possuem um bom alcance Natildeo necessitam
de precisatildeo elevada mas devem suportar o ambiente sujeito agrave aspersatildeo de vernizes e solventes Alguns
desses robocircs possuem revestimentos especiais e outros contam ainda com seu corpo pressurizado evitando
que pigmentos de tinta atinjam suas partes funcionais internas
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15
Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)15
Usinagem geralmente nessa etapa eacute utilizado um robocirc de manipulaccedilatildeo que possui uma ferramenta de
usinagem como por exemplo um cabeccedilote fresador no lugar de uma garra Embora a precisatildeo deste tipo
de aplicaccedilatildeo seja questionaacutevel se comparada com maacutequinas CNC ganha-se muito em flexibilidade e em
aacuterea de trabalho
Transporte esse tipo de aplicaccedilatildeo destina-se tanto aos robocircs fixos quanto aos moacuteveis Esses robocircs fazem
a coleta e a entrega de cargas deslocando-se automaticamente em uma determinada aacuterea
Os robocircs moacuteveis satildeo caracterizados por serem veiacuteculos guiados automaticamente denominados
Automatic Guided Vehicles (AGVs) Jaacute os robocircs fixos satildeo os grandes robocircs cartesianos geralmente utilizados
em centros de armazenamento automatizados
CASOS E RELATOS
Aplicaccedilatildeo dos robocircs de inspeccedilatildeo na induacutestria automotiva
Sabemos que os carros produzidos antes do ciclo de modernizaccedilatildeo industrial tinham qualidade muito
inferior e custos superiores aos produzidos atualmente Um dos grandes problemas na eacutepoca era a falta de
precisatildeo na fabricaccedilatildeo dos componentes Os automoacuteveis fabricados no Brasil principalmente os modelos
hatch ou com grandes portas continham um grande problema o defeito das folgas na montagem Por
incriacutevel que pareccedila na eacutepoca essas folgas chegavam a 10 mm ou seja toleracircncia de +-5 mm entre as portas
e a carroceria Nesse caso se no momento da montagem a porta fosse menor 5 mm e a carroceria maior
5 mm estava dentro das toleracircncias poreacutem com os 10 mm de folga o que atualmente eacute inaceitaacutevel em
qualquer processo de montagem
A soluccedilatildeo criada aqui mesmo no Brasil para diminuir a folga entre a porta e a carroceria foi inserir
um robocirc de inspeccedilatildeo na linha de montagem e outro no recebimento de portas e capocircs para comparar as
medidas das portas e da carroceria do carro e assim selecionar a porta de melhor montagem para aquela
carroceria Esse procedimento jaacute era utilizado em montagem de componentes como rolamentos e mancais
Os profissionais que desenvolveram esse novo processo contaram com o auxiacutelio de duas ferramentas
inovadoras a maacutequina de inspeccedilatildeo tridimensional sem contato (scanners 3D) e os robocircs industriais Esses
robocircs em conjunto faziam a mediccedilatildeo da superfiacutecie da porta e etiquetavam com um coacutedigo para ser
estocado no almoxarifado O outro robocirc da linha de montagem com sua ferramenta de inspeccedilatildeo da mesma
forma inspecionava a superfiacutecie da carroceria e por fim comparava com as informaccedilotildees das superfiacutecies das
portas que estavam no almoxarifado Essa informaccedilatildeo era enviada em tempo real a outro robocirc que por
sua vez separava a porta de melhor montagem para essa carroceria e dessa forma efetuava-se a melhor
montagem entre os componentes
Por meio desse processo robotizado passamos de toleracircncias de 5 mm para 05 mm ou seja melhoramos
a qualidade em dez vezes Essa tecnologia passou a ser utilizada na montagem de todas as portas e capocircs
dos automoacuteveis
Se compararmos as portas dos carros antigos como por exemplo o Del Rey e Corcel II com qualquer
automoacutevel atual veremos a grande diferenccedila de qualidade e precisatildeo desses fechamentos Essa evoluccedilatildeo
veio a evitar folgas excessivas infiltraccedilotildees internas (chuva) e principalmente muita dor de cabeccedila por partedos proprietaacuterios
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL16
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo ao falarmos sobre o histoacuterico da criaccedilatildeo dos robocircs conhecemos as trecircs leis da roboacutetica e suas
premissas que regem a aacuterea Tambeacutem vimos que com o aumento do nuacutemero de induacutestrias houve a necessidadede flexibilizar cada vez mais as funccedilotildees desses equipamentos
Dessa forma percebemos que a necessidade de flexibilizaccedilatildeo do uso dos robocircs acarretou em suas diversas
caracteriacutesticas que incluem variaccedilotildees em sua mobilidade cinemaacutetica geometria acionamento e aplicaccedilotildees
Conhecemos por exemplo as diferenccedilas entre os robocircs utilizados para montagem soldagem manipulaccedilatildeo
pintura e inspeccedilatildeo
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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Caracteriacutesticas dos RobocircsAntropomoacuterfcos Industriais
3
Embora natildeo seja regra a concepccedilatildeo fiacutesica mais tradicional de um robocirc antropomoacuterfico industrial eacute a
que imita um braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que se assemelham ao ombro cotovelo e punho
e segmentos que lembram o braccedilo e o antebraccedilo Essa concepccedilatildeo fiacutesica que imita o corpo humano ou
parte dele eacute denominada ldquoantropomoacuterficardquo conforme vemos na Figura 13
PUNHO
ANTEBRACcedilO
COTOVELO
BRACcedilO
OMBRO
BASE
Figura 13 - Robocirc antropomoacuterficoFonte SAGE AUTOMATION 2013
Os robocircs antropomoacuterficos industriais podem apresentar variaccedilotildees na sua construccedilatildeo fiacutesica
mudando em funccedilatildeo do formato das articulaccedilotildees e dos seus eixos o que determina interpretaccedilotildees
geomeacutetricas diferentes quanto aos seus movimentos Esses robocircs apresentam inuacutemeras caracteriacutesticas
entre elas destacamos
bull nuacutemero de eixos
bull graus de liberdade
bull interpolaccedilatildeo
bull work envelope (volume de trabalho)bull payload (capacidade de carga)
bull velocidade
bull aceleraccedilatildeo
bull acuraacutecia
bull repetibilidadebull conectividade
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL18
31 NUacuteMERO DE EIXOS
O nuacutemero de eixos eacute designado pela
quantidade de articulaccedilotildees em um robocirc Os robocircsantropomoacuterficos industriais costumam possuir
seis eixos sendo que um seacutetimo eixo pode ser
apresentado como uma soluccedilatildeo de deslocamento da
base do robocirc estendendo o alcance para uma aacuterea
maior Em relaccedilatildeo aos eixos de um robocirc qualquer
movimento mesmo sendo linear e havendo controle
desse movimento jaacute eacute considerado um eixo Confira
o exemplo na Figura 14
+ J1
J4
J3
+
J 7
J 5
+
+-
J2+
Figura 14 - Robocirc articulado com 5 eixos + eixo adicionalFonte SENAI-RS
32 GRAUS DE LIBERDADE
Eacute muito comum associar os graus de liberdade ao nuacutemero de eixos embora possa haver algumas
divergecircncias nesse sentido Esse termo pode ser subdividido em graus de liberdade de movimento e graus
de liberdade do espaccedilo de trabalho
Em relaccedilatildeo aos graus de liberdade de movimento nos robocircs com articulaccedilotildees em seacuterie o nuacutemero de
graus de liberdade equivale ao nuacutemero de eixos No segundo caso entende-se como um grau de liberdadea possibilidade de executar um movimento em um sentido Sendo assim um robocirc que consegue deslocar a
garra em trecircs sentidos (XY e Z) permitindo tambeacutem rotacionar sobre os 3 eixos possui 6 graus de liberdade
do espaccedilo de trabalho
33 INTERPOLACcedilAtildeO
A maioria dos robocircs industriais com acionamentos eleacutetricos possui esse recurso que eacute a capacidade do
sistema de movimentaccedilatildeo do robocirc efetuar o controle simultacircneo de duas ou mais articulaccedilotildees tendo como
resposta a movimentaccedilatildeo da ferramenta em uma trajetoacuteria especiacutefica Essa interpolaccedilatildeo pode ser linear ou
circular conforme ilustra a Figura 15
P1 - Movj
Tcp da tange
P3 - MovC
P2 - MovC
P4 - MovC
P5 - MovL
Tcp da
ferramenta
Figura 15 - Movimento de interpolaccedilatildeoFonte MOVIMENTO 2004
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)19
34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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34 WORK ENVELOPE OU VOLUME DE TRABALHO
Eacute designado pelo volume de alcance do robocirc Os fabricantes de robocircs industriais fornecem essa informaccedilatildeo
na forma de um desenho tridimensional conforme apresentado na Figura 16 destacando os pontos de alcance
do flange de fixaccedilatildeo do robocirc Esse flange eacute o ponto no qual a garra a ventosa ou a tocha de solda eacute fixada
J2
J3
+ 1 3 5 deg
1 0 0 deg
+
R 2 1 9
7 4
R 3
0 8 4 2
7 3 4
6
57842 375295
108
115 57568
Point P
R15879
R 5 7 8 4 2
2 0 3
3 9 0 9
5
3 3 5
2 7 0
9 0
1 6 4 3
4
75
76
2 0 9 deg
R 3 0 8 4 2
80
1 2 0 deg
1 2 0 deg
J5
+
6 5
1 0 5
Workable space
defined by point P
Side Dimensions and Work Envelope
Point P
+
-
R 6 5 3
4 2
17 0 deg
170deg
R 2 3 3 7 9
1877
J1
+ +
5 9
5 1
J6 J4
360deg
6 7
7 9
+ +
190deg
Top Dimensions and Work Envelope
Workable space
defined by point P
Figura 16 - Work envelope (volume de trabalho)Fonte ADEPT TECHNOLOGY 2014
35 PAYLOAD OU CAPACIDADE DE CARGA
Uma das caracteriacutesticas de um robocirc eacute a capacidade de
suportar determinada carga Deve ser levado em consideraccedilatildeo
que o fabricante do robocirc informa o peso total a ser suportado
sendo esse valor resultante da soma do peso da peccedila manipulada
e das ferramentas presas ao robocirc Aleacutem da capacidade (forccedila)
dos eixos e da estrutura satildeo consideradas caracteriacutesticas de
aceleraccedilatildeo e ineacutercia A Figura 17 ilustra a capacidade de carga
suportada por um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Payload
Kg
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+ -
J2+
Kg
Figura 17 - Capacidade de carga do robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL20
FIQUEALERTA
A vida uacutetil do robocirc e a seguranccedila dos seus movimentos satildeo afetadas quando o limite decarga natildeo eacute respeitado
36 CONECTIVIDADE
Alguns controladores (CP) oferecem a capacidade de integraccedilatildeo com perifeacutericos podendo ler informaccedilatildeo
de sensores e controlar atuadores externos Essa capacidade de conectividade eacute necessaacuteria para a leitura
de paineacuteis de comando externos e de sensores de seguranccedila Alguns modelos de robocircs apresentam mais
recursos de conectividade que outros Essa conectividade permite a interconexatildeo de controladoras para que
dois ou mais robocircs trabalhem de forma sincronizada denominado roboacutetica cooperativa
Pesquisadores europeus desenvolveram uma plataforma que permite que osrobocircs conectados agrave internet acessem diretamente a infraestrutura computacional
para saber mais acesse httpwwwinovacaotecnologicacombrnoticiasnoticiaphpartigo=robos-conectados-internet-computacao-nuvemampid=010180130326
SAIBA
MAIS
37 PARAcircMETROS DE MOVIMENTACcedilAtildeO
Os paracircmetros de movimentaccedilatildeo determinam a velocidade dos robocircs a sua aceleraccedilatildeo assim como a
acuraacutecia e a repetitividade
A velocidade pode ser medida em ms e refere-se agrave velocidade maacutexima que o robocirc consegue
desempenhar na uacuteltima posiccedilatildeo de seu braccedilo (ferramenta) Jaacute a aceleraccedilatildeo define o tempo em que o robocirc
consegue acelerar a ferramenta
A acuraacutecia por sua vez eacute a caracteriacutestica que define quatildeo proacuteximo do valor ideal eacute possiacutevel se alcanccedilar
em um movimento Em algumas situaccedilotildees por questotildees fiacutesicas (ineacutercia) ou limitaccedilotildees dos mecanismos de
reduccedilatildeo e posicionamento um determinado ponto pode ser alcanccedilado com uma acuraacutecia maior ou menor
Quanto mais proacuteximo um robocirc consegue chegar do ponto ideal maior a sua acuraacutecia Enquanto a precisatildeo
de um robocirc eacute determinada pela repetitividade dos movimentos a acuraacutecia define o quatildeo proacuteximo podemos
atingir de um ponto almejado A Figura 18 ilustra a diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeo
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
BAIXA
Acuraacutecia
BAIXA
Precisatildeo
ALTA
Acuraacutecia
ALTA
Precisatildeo
ALTA
Figura 18 - Diferenccedila entre acuraacutecia e precisatildeoFonte DAVIES 2013
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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CASOS E RELATOS
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A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)21
Jaacute a repetitividade eacute a caracteriacutestica de repetir diversas vezes o mesmo movimento sem erros ou ainda
com erros poreacutem dentro de uma determinada toleracircncia Alguns robocircs por questotildees construtivas e de
controle podem apresentar uma repetitividade inferior no que diz respeito a posicionamentos Em robocircs
cujos movimentos natildeo satildeo criacuteticos como em robocircs de pintura ou de soldagem podem ocorrer pequenos
erros milimeacutetricos sem prejuiacutezo ao processo Jaacute em processos de posicionamento e montagem uma maior
repetitividade pode ser exigida para que a qualidade do processo seja mantida Esse fator estaacute relacionado agrave
precisatildeo do equipamento e eacute proporcional agrave qualidade construtiva do sistema de posicionamento composto
por motores encoders reduccedilotildees acoplamentos mecacircnicos entre outros
38 PARAcircMETROS FUNCIONAIS
Dentre os vaacuterios componentes dos robocircs alguns tecircm uma grande importacircncia na sua funcionalidade
como por exemplo os motores das articulaccedilotildees que possuem sensores de posicionamento (encoders) assim
como freios Os encoders garantem a repetitividade e acuraacutecia nos movimentos Aleacutem disso realimentam
o sistema de controle dos motores juntamente com os freios das juntas que param os robocircs em pontosdeterminados ou em situaccedilotildees de emergecircncia
Alguns robocircs possuem encoders absolutos que detectam a informaccedilatildeo de posicionamento no instante em
que o robocirc eacute energizado Outros robocircs utilizam encoders relativos que precisam ser referenciados por meio de
um procedimento chamado homing Esse processo daacute-se quando cada articulaccedilatildeo do robocirc eacute movimentada ateacute
uma posiccedilatildeo especiacutefica que geralmente eacute dada pelo final de curso da articulaccedilatildeo Apoacutes todas as articulaccedilotildees
estarem referenciadas os encoders satildeo zerados e as posiccedilotildees satildeo calculadas para cada movimento A vantagem
desses encoders relativos eacute que apresentam uma resoluccedilatildeo muito superior e para evitar que o homing seja
executado a cada inicializaccedilatildeo do robocirc muitos fabricantes integram em seus equipamentos o uso de baterias
que mantecircm os encoders energizados mesmo quando o robocirc eacute desligado da energiaA maioria dos robocircs eleacutetricos de meacutedio e grande porte possui freios junto aos motores das juntas que satildeo
liberados quando o robocirc eacute acionado e satildeo acionados quando o robocirc eacute desligado garantindo que o robocirc natildeo
se movimente quando natildeo estiver sendo alimentado por energia eleacutetrica Algumas controladoras possuem
ainda bototildees de liberaccedilatildeo dos freios permitindo que o robocirc tenha suas juntas movimentadas por accedilatildeo
externa O uso de freios tambeacutem eacute fundamental para garantir paradas seguras em situaccedilotildees de emergecircncia
A Figura 19 apresenta os componentes funcionais de um robocirc
J3
+
J2+
+ J1
J4
J3
+
J 5+
-
J2+
REDUTOR
MOTOR
FREIO
ENCODER
Figura 19 - Articulaccedilatildeo de um robocirc e seus componentes funcionaisFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL22
39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)27
RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
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MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
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Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
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Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
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Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
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Camila J S Machado
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39 PARAcircMETROS DE COMANDO
Os robocircs satildeo controlados por meio de comandos de acionamentos como start stop e hold ou ainda por
um painel de controle denominado teach pendant que estudaremos a seguir
bull teach pendant eacute o painel de controle do robocirc no qual satildeo definidos os posicionamentos podendo
ainda ser utilizado para criar editar e alterar os programas Eacute composto por vaacuterios bototildees e geralmentepor uma interface de visualizaccedilatildeo (display ) permitindo controlar movimentos no robocirc Esse painel de
comando ou teach pendant conforme mostrado na Figura 20 eacute uma das maneiras mais praacuteticas de se
programar um robocirc industrial
Figura 20 - Teach pendant
Fonte SENAI-RS
bull ciclo start geralmente presente na controladora do robocirc permite iniciar a execuccedilatildeo de um programa Os
controladores de robocircs suportam mais de um programa simultaneamente poreacutem somente o programa
principal (carregado na controladora) eacute disparado quando o botatildeo de ciclo start eacute pressionado
bull ciclo stop esse ciclo eacute recomendado somente para situaccedilotildees de emergecircncia Estaacute associado agrave funccedilatildeo do
botatildeo de emergecircncia que efetua a parada imediata das partes moacuteveis do robocirc Em robocircs de meacutedio e
grande porte isso implica no acionamento dos freios causando uma frenagem brusca com o intuito de
proporcionar maior seguranccedila ao operador mesmo podendo causar danos ou desgastes no equipamento
bull ciclo hold esse controle eacute utilizado para interromper o programa ou o movimento do robocirc geralmente
desacelerando ou finalizando esse movimento O controle Hold tambeacutem eacute uacutetil quando se deseja parar
ou pausar o processo sem que haja uma parada brusca
bull deadman switch eacute uma chave de seguranccedila
antipacircnico localizada geralmente na parte posterior
do teach pendant permitindo que o sistema seja
desbloqueado quando a pressatildeo correta eacute aplicada
Se o operador natildeo pressionar esse dispositivo ou
se pressionaacute-lo excessivamente o movimento eacute
interrompido Por exemplo em um momento de
pacircnico o operador tende a soltar ou a pressionar
mais o dispositivo e dessa forma ambas as possiacuteveisreaccedilotildees satildeo detectadas aumentando a seguranccedila
durante a programaccedilatildeo dos movimentos do robocirc
conforme ilustrado na Figura 21
Deadman switch
Figura 21 - Chave de seguranccedila antipacircnicoFonte CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING 2010
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
Duploklick
Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)23
bull programaccedilatildeo off-line programaccedilatildeo bastante utilizada em um dispositivo virtual ou ainda por meio de um
terminal ou computador que pode natildeo estar conectado agrave controladora do robocirc durante a construccedilatildeo do
programa Dessa forma o uso de simuladores permite a programaccedilatildeo mesmo antes de o robocirc ser instalado
310 MOVIMENTOS PARA PROGRAMACcedilAtildeO DOS ROBOcircSEmbora haja variaccedilotildees entre as linguagens de programaccedilatildeo dos diferentes fabricantes de robocircs industriais
na maioria dos casos seratildeo encontrados os seguintes tipos de movimentos (QUADRO 4)
MOVIMENTOINTERPOLADO DE JUNTA
Nesse caso o movimento entre dois pontos pode natildeo representar uma linha
reta no espaccedilo Isso eacute dado porque em um robocirc articulado desempenhar
uma ldquoretardquo no espaccedilo pode oferecer um custo maior do que fazer uma curva
MOVIMENTO LINEAR Eacute quando um movimento eacute executado com o intuito de estabelecer uma
trajetoacuteria mais proacutexima a uma linha reta entre dois pontos
MOVIMENTO CIRCULAR Envolve mais de dois pontos A controladora geralmente calcula uma
trajetoacuteria que implica em um arco suave que parte do ponto de origem
passa pelo ponto intermediaacuterio e chega ao ponto de destino
SEQUEcircNCIA DEMOVIMENTOS
Em uma sequecircncia de movimentos caso natildeo seja especificada uma parada
ou uma maior acuraacutecia um ponto pode natildeo ser totalmente atingido
Quadro 4 - Tipos de movimentosFonte SENAI-RS
Na programaccedilatildeo dos movimentos de um robocirc dois tipos de elementos satildeo essenciais
bull pontos satildeo coordenadas no espaccedilo dados pela combinaccedilatildeo da posiccedilatildeo de todas as juntas do robocircbull tipos de deslocamento entre os pontos dados por movimentos que podem ser lineares ou curvos e que
podem ser executados com caracteriacutesticas de velocidade programaacuteveis
A Figura 22 apresenta os cinco pontos no espaccedilo de um robocirc
P2
P1
P3
P4
P5
Figura 22 - Representaccedilatildeo dos cinco pontos no espaccedilo de um robocircFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL24
Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
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ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
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Normatizaccedilatildeo
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Revisatildeo Ortograacutefica e Gramatical
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Para programar o robocirc utilizamos a movimentaccedilatildeo manual do robocirc com o teach pendant Apoacutes posicionar
o robocirc de forma desejada fixam-se os pontos para que a controladora memorize a posiccedilatildeo de cada articulaccedilatildeo
Geralmente para cada ponto satildeo possiacuteveis mais de uma combinaccedilatildeo de juntas conforme demonstrado na
Figura 23 em que haacute duas combinaccedilotildees de articulaccedilatildeo em juntas diferentes poreacutem atingindo o mesmo
ponto no espaccedilo
Figura 23 - Combinaccedilotildees de articulaccedilatildeoFonte SENAI-RS
Nesse caso um ponto no espaccedilo seraacute memorizado pelo robocirc na forma de combinaccedilatildeo dos sensores de
posiccedilatildeo das juntas Dessa forma um ponto natildeo eacute meramente uma coordenada no espaccedilo (XY Z) mas simum conjunto de informaccedilotildees de cada junta disponiacutevel em relaccedilatildeo agrave base do robocirc (J1 J2 J3)
Haacute trecircs maneiras possiacuteveis para executar o movimento da ferramenta do robocirc articulado na programaccedilatildeo
sendo elas por junta por coordenada de base e por coordenada de ferramenta
Junta nesse tipo de movimentaccedilatildeo cada articulaccedilatildeo eacute controlada individualmente Dessa forma as
movimentaccedilotildees do robocirc satildeo feitas somente em uma determinada junta por vez Embora natildeo seja uma regra
na maior parte dos casos haacute um botatildeo de incremento e um de decremento para cada junta Em um robocirc que
identifica as articulaccedilotildees (juntas) pelos termos J1 J2 J3 os bototildees de movimentaccedilatildeo deveratildeo ser J1+ J1-
J2+ J2- J3+ J3- e assim por diante Cada junta pode receber um incremento ou um decremento executando
um movimento em sentido horaacuterio ou anti-horaacuterio
Coordenada de base eacute um tipo de movimento que consiste na interpolaccedilatildeo dos motores que
produzem movimentos lineares no robocirc permitindo dessa forma que a ferramenta efetue deslocamentos
paralelos aos eixos X Y e Z de um sistema de coordenadas cartesianas Nesse movimento a base do robocirc
deve ser a referecircncia
Em um robocirc articulado com seis graus de liberdade satildeo utilizados pares de bototildees para executar os
movimentos sendo eles
bull um par para cada eixo cartesiano X+ X- Y+ Y- Z+ Z-
bull trecircs pares de bototildees para a rotaccedilatildeo da ferramenta em relaccedilatildeo a cada eixo x+ x- y+ y- z+ z-
Coordenada de ferramenta eacute similar ao sistema anterior poreacutem nessa coordenada a base de referecircncia
do sistema cartesiano eacute designada pelo flange de fixaccedilatildeo da ferramenta
Enquanto no sistema de coordenada de base para um determinado robocirc articulado fixado no solo um Z+
pode significar ldquosubirrdquo a ferramenta e Z- pode significar ldquobaixarrdquo a ferramenta no sistema de coordenada de
ferramenta natildeo importa o acircngulo que ela esteja Ou seja um Z+ iraacute significar ldquoavanccedilarrdquo a ferramenta e Z- seraacute
para ldquorecuarrdquo a ferramenta produzindo movimentos diferentes dependendo da posiccedilatildeo das juntas do robocirc
conforme apresenta a Figura 24
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2 CHAVE ELETROcircNICA (SOFT-STARTER)25
J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
problema das montadoras mundiais
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
em desenvolver a aprendizagem do funcionamento e das tecnologias envolvidas em um dos equipamentos mais
utilizados nessa aacuterea o robocirc industrial
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REFEREcircNCIAS
ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
sagerobotcomsitesdefaultfilesimgfanuc_flippedpnggt Acesso em 09 dez 2014
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SENAI 991251 DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCACcedilAtildeO PROFISSIONAL E TECNOLOacuteGICA 991251 UNIEP
Felipe Esteves Pinto Morgado
Gerente Executivo
Nathaacutelia Falcatildeo Mendes
Gestora do Programa SENAI de Capacitaccedilatildeo Docente
SENAI 991251 DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO GRANDE DO SUL
Claiton Oliveira da Costa
Coordenaccedilatildeo da Gerecircncia de Desenvolvimento Educacional no Departamento Regional
Fernando R G Schirmbeck
Coordenaccedilatildeo Teacutecnica
Marcelo Luiz de Quadros
Elaboraccedilatildeo
Joatildeo Charles dos Santos
Revisatildeo Teacutecnica
Enrique S Blanco
Patricia C da S Rodrigues
Design Educacional
Aureacutelio Rauber Direccedilatildeo de Arte
Baacuterbara Polidori Backes
Editoraccedilatildeo
Camila J S Machado
Ilustraccedilotildees
Roberta Triaca
Apoio agrave Normatizaccedilatildeo
Lidiane Marques Gomes
Normatizaccedilatildeo
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J J
J
J
J
J J
J1+ 1-
J J J J3+
J J5+
3-
5-
2+ 2-
4+ 4-
JUNTAS
COORDENADAS
X+ X- x+ x-
Y+ Y- Y Y+ -
-Z + Z - z z+
Yf
Yf
f
f
X
f X
Z
f Z
+
+
+
+z
-Y
+ x + Y
- x
-Z+
Figura 24 - Coordenadas de base de um robocirc antropomoacuterficoFonte SENAI-RS
Uma vez que os pontos estatildeo definidos no espaccedilo podem ser executados os movimentos definindo qual
o formato de movimentaccedilatildeo desejado Dentre outros atributos satildeo considerados o trajeto do movimento a
velocidade do deslocamento da ferramenta e a aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo
Quanto ao trajeto do movimento o deslocamento pode ser linear que eacute o movimento realizado em uma
trajetoacuteria no espaccedilo muito proacutexima a uma linha reta ou ainda movimentos em arco ou circulares Na maioria
dos robocircs satildeo gerados por meio da identificaccedilatildeo de trecircs ou mais pontos no espaccedilo Sugere-se para esse tipode movimento que os pontos possuam uma distacircncia relativa proporcional evitando que o arco produza
curvas indesejadas Para esses movimentos devem sempre ser levadas em consideraccedilatildeo as caracteriacutesticas
construtivas dos robocircs A Figura 25 apresenta um programa do robocirc realizado em funccedilatildeo dos movimentos
lineares e circulares do ponto de origem ateacute o ponto P7
movimentos
P1
0
P2
P3 P5P4
P7 P6
ORIGEM
programa
move_linear P1
move_joint P2
move_joint P3
move_circ P4move_circ P5move_circ P6move_circ P7
Figura 25 - Programa do robocirc em funccedilatildeo dos movimentosFonte SENAI-RS
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MECATROcircNICA INDUSTRIAL26
CASOS E RELATOS
Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
mateacuteria-prima Agora havia um novo desafio produzir dois tipos de automoacuteveis com vaacuterias cores e modelos em
duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
com grande sigilo industrial O maior desafio dessa equipe foi alinhar as duas linhas antiga e nova aos setores de
pintura e soldagem nos quais a presenccedila maciccedila de robocircs praticamente dispensava a atuaccedilatildeo humana E como os
novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
para todas as outras faacutebricas do mundo utilizando tecnologia intelectual 100 brasileira para solucionar um grande
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RECAPITULANDO
Nesse capiacutetulo aprendemos que os robocircs antropomoacuterficos industriais satildeo aqueles que se assemelham a um
braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
Os conhecimentos aqui abordados estatildeo diretamente relacionados agrave capacidade do profissional em mecatrocircnica
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ADEPT TECHNOLOGY Envelope adept viper s650 Pleasanton 2014 Disponiacutevel em lthttpwww
adeptcomproductsrobots6-axisviper-s650downloadsdoc_view58-envelope-adept-viper-s650tmpl=componentampformat=rawgt Acesso em 08 dez 2014
ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
ČAPEK Karel RUR (Rossumrsquos Universal Robots) a play an introductory scene in three acts
Adelaide University of Adelaide 2014
CARAFA CHRISTIAN ENGINEERING Chave de seguranccedila antipacircnico Montesilvano 2010 Disponiacutevel
em lthttpwwwccarafaitRC8img005215005215_1_enpnggt Acesso em 09 dez 2014
DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
antarcticglaciersorgglacial-geologydating-glacial-sediments-2precision-and-accuracy-glacial-
geologygt Acesso em 08 dez 2014
MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
SAGE AUTOMATION Robocirc antropomoacuterfico Beaumont 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
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Novo carro nova linha novo desafio
A inserccedilatildeo tecnoloacutegica do paiacutes aos moldes internacionais de plataformas de produccedilatildeo faz parte de um novo
ciclo de modernizaccedilatildeo pelo qual passa atualmente a induacutestria automobiliacutestica brasileira Desse modo para
acompanhar essa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica com flexibilidade e atualizaccedilatildeo constante visando maior produtividade
com menores custos teacutecnicos e engenheiros buscam se qualificar cada vez mais
No sul do paiacutes em uma montadora de automoacuteveis profissionais muito qualificados foram incumbidos de
desenvolver em um curto espaccedilo de tempo uma nova plataforma para um projeto de um carro que seria lanccedilado
no ano seguinte Isso os pegou de surpresa jaacute que essa faacutebrica a mais moderna desse setor no mundo na eacutepoca
em que foi lanccedilada com linhas de montagem tomadas por robocircs e equipamentos inteligentes foi projetada por
estrangeiros com somente uma plataforma para a produccedilatildeo de um uacutenico modelo de carroAteacute esse momento o maior desafio da equipe de teacutecnicos e engenheiros dessa montadora era reunir
conhecimentos tecnoloacutegicos natildeo apenas para alinhar os carros nacionais aos padrotildees de qualidade mundial mas
tambeacutem para aumentar a produtividade das linhas de montagem com reduccedilatildeo dos custos de matildeo de obra e de
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duas plataformas e uma uacutenica linha de montagem sem a ajuda de especialistas terceiros devido ao sigilo industrial
Os teacutecnicos e engenheiros dessa montadora teriam que reorganizar a linha de montagem para produzir um
novo automoacutevel e seus vaacuterios modelos sem parar de produzir os 800 carros diaacuterios da linha atual e tudo isso
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novos equipamentos eram mais eficientes acabava-se produzindo pintando e soldando mais raacutepido que a linha
existente gerando gargalos na montagem final pois dessa parte para frente as duas linhas se encontravam
Visto isso os profissionais desenvolveram em partes da linha de montagem desvios programados de preacute-
montagem para agilizar o processo da plataforma antiga e atender ao requisito tempo equalizando as montagens
para uma uacutenica linha final Por fim esse modelo de desvios programados em plataformas flexiacuteveis serviu de modelo
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braccedilo humano apresentando articulaccedilotildees que lembram o corpo humano
Destacamos as caracteriacutesticas dos robocircs antropomoacuterficos industriais quanto ao nuacutemero de eixos graus de
liberdade interpolaccedilatildeo volume de trabalho capacidade de carga velocidade aceleraccedilatildeo acuraacutecia repetitividade
e conectividade Enfatizamos a importacircncia dos paracircmetros de comando funcionais e de movimentaccedilatildeo para
executar a programaccedilatildeo desses robocircs
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ASIMOV Isaac Eu robocirc Satildeo Paulo Ediouro 2004
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DAVIES Bethan Precision and accuracy in glacial geology 2013 Disponiacutevel em lthttpwww
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MOVIMENTO de interpolaccedilatildeo Mecatrocircnica Atual Satildeo Paulo n 16 jul 2004
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