ROBÓTICA (ROB74) – AULA 1joinville.ifsc.edu.br/~michael.klug/ROB74/Aulas/aula1_introducao.pdf · Máquinas que... •Realizam tarefas que envolvem movimentos: maior mobilidade

ROBÓTICA (ROB74) – AULA 1

INTRODUÇÃO A ROBÓTICA

PROF.: Michael Klug

PROGRAMA

• Introdução a Robótica:

– Origens

– Componentes

– Aplicações – Aplicações

– Classificação

– Cinemática: Direta, Inversa, Diferencial (Jacobiano)

– Controle: Geração/Planejamento de Trajetórias

– Programação de Robôs Industriais

– Projeto

Contexto Geral

• O que é Robótica?

Contexto Geral

• O que é Robótica?

Contexto Geral

• O que é Robótica?

Contexto Geral

• O que é Robótica?

Contexto Geral

• O que é Robótica?

Máquinas que...

• Realizam tarefas que envolvem movimentos: maior mobilidade e habilidade que máquinas tradicionais;

• São comandadas por computador• São comandadas por computador

• São programáveis

• Possuem comunicação com o meio (tato, visão, proximidade)

• Têm capacidade de autoprogramação

Máquinas que...

Estrutura de Máquinas

Origens

• Manipulação remota

• Dispositivos de manipulação de

• Duas tecnologias antecessoras: comando numérico e manipulação remota

manipulação de materiais (George Devol, 1954, Unimation)

Robótica Industrial

• Estrutura geral de um sistema robótico

Tarefa (referência de posição, força, trajetórias)

Controle e Supervisão

Acionamento Mecânico

Sensores

Componentes

Tipos de Juntas

3 juntas de rotação

1 junta de translação

4 graus de liberdade

• SCARA

Exemplo

Obs: muitas vezes

Número de Juntas

≠

Graus de Liberdade

Estrutura da Cadeia Cinemática

• Cadeia Cinemática Aberta (Robôs Seriais)

Estrutura da Cadeia Cinemática

• Cadeia Cinemática Fechada (Robôs Paralelos)

Envelope de Trabalho

• Envelope/Volume de trabalho é o espaço em que o robô pode manipular a extremidade de seu punho;

• Configurações Seriais:• Configurações Seriais:

– Cartesiano (PPP)

– Cilíndrico (RPP)

– Esférico (RRP)

– Scara (RRP)

– Vertical Articulado (RRR)

Classificação dos Robôs

Configurações Seriais

• Cartesiano (XYZ)

Configurações Seriais

• Cartesiano

Configurações Seriais

• Cilíndrico

Configurações Seriais

• Cilíndrico

Configurações Seriais

• Cilíndrico

Configurações Seriais

• Esférico (Polar)

Configurações Seriais

• Esférico (Polar)

Configurações Seriais

• Esférico (Polar)

Configurações Seriais

• Scara

Configurações Seriais

• Vertical Articulado

Configurações Seriais

• Vertical Articulado

Configurações Paralelas

• Delta (3 GdL)

Configurações Paralelas

• Tricept (3 GdL)

Configurações Paralelas

• Orthoglide (3 GdL)

Configurações Paralelas

• Quattro (4 GdL)

Configurações Paralelas

• Plataforma de Stewart (6 GdL)

Comparação ET

Admite-se: juntas rotacionais varrem 360 graus e juntas prismáticas são todas iguais e deslocam o comprimento L;

Seriais X ParalelosNÍVEL CARACTERÍSTICAS

MANIPULADOR SERIAL

MANIPULADOR PARALELO

MECANISMO

Inércia Grande Pequena *

Volume de Trabalho Grande * Pequeno

Aparência Antropomórfica Base Estrutural

Fabricação Difícil Fácil *

Controle de posição no espaço de trabalho

Difícil Fácil *

Controle de força no

CONTROLE

Controle de força no espaço de trabalho

Fácil * Difícil

Detecção de Forças Difícil Fácil *

Erro de Posição Acumulado Média *

Erro de controle de Forças

Média * Acumulado

Perto de Pontos Singulares

Degeneração no controle de força

Diminuição de exatidão no

posicionamento

Grande movimento do atuador

Grande força no atuador

Dinâmica Complicada *Muito mais complicada

GdL X GdM

• Graus de Liberdade (GdL) – movimentos independentes

• Graus de Movimento (GdM)

GdL X GdM

OBS: Geram uma outra classificação de Robôs.

Classificação Segundo GdL’s

• Robôs de Propósito Geral (6 GdL): conseguem atingir qualquer posição e orientação no espaço de trabalho.

• Robôs Redundantes (GdM > GdL): quando • Robôs Redundantes (GdM > GdL): quando possuem articulações adicionais, utilizados para alcançar locais de difícil acesso contornando obstáculos (ou robôs com trilhos).

• Robôs Limitados (< 6 GdL): movimentação limitada.

GdL X GdM

• Sistemas com 1 eixo

GdL X GdM• Sistemas com 2 eixos

• Sistemas com 3 eixos

Aplicações

• Manipulação de materiais: não há transformação dos objetos:*Palletização; *Preparação de máquinas

*Carregamento * Empacotamento

• Fabricação:*Soldagem *Colagem e selamento *Corte (laser, jato)

* Pintura *Montagem (mec. e elet.) *Acabamento

• Inspeção e medição:

*Qualidade

Aplicações

• Motivações para aplicação na indústria

– Tarefas repetitivas e em ambientes insalubres

–Precisão

–Qualidade–Qualidade

–Rapidez

–Marketing

–Redução de custos

Aplicações - Paralelo

• Simuladores de vôo e de automóveis;

• Montagem de placas de circuito impresso;

• Processo de fresagem de alta velocidade;

OBS: como a força é distribuída entre diversoselos paralelos e só há um “estágio de elos” antesdo efetuador, o peso do robô e seu momento deinércia são reduzidos, possibilitando a realizaçãode tarefas precisas em alta velocidade.

Ferramentas

• Exemplos:

Ferramentas

• Exemplos:

Ferramentas

• Exemplos:

Ferramentas

• Exemplos:

Estatísticas

Estatísticas

• Citação IFR (International Federation of Robotics)

Estatísticas

Estatísticas

Estatísticas

Mercado no Brasil

• Maiores consumidores:

– Setor automobilístico (montadoras e fornecedores de autopeças): ~65%

– Médias e pequenas empresas: ~18%

Robótica

• TEMAS ATUAIS:

–Controle de Força;–Controle de Força;

–Cooperação;

–Programação;

–Projeto de robôs.

Cinemática

• Direta:

• Espaço das juntas

– q=[q1 q2 ... qn]’– q=[q1 q2 ... qn]’

• Espaço operacional

– x=[px py pz α θ γ]

Cinemática

• Inversa:

• Espaço operacional

– x=[px py pz α θ γ]– x=[px py pz α θ γ]

• Espaço das juntas

– q=[q1 q2 ... qn]’

Cinemática

• Trajetórias

• ponto-a-ponto

• Contínuas• Contínuas

- path motion

Cinemática Diferencial

• Relacionar velocidades das juntas e do efetuador;

• Matriz Jacobiana:

Programação

• Caixa de Comando (teach/flex - pendant)

Programação

• Linguagens de Programação:

– VAL II (Unimation)

– AML (IBM)

– PDL-2 (Comau)– PDL-2 (Comau)

– RAPID (ABB)

– ACL (Eshed)

– Exemplo:

• MOVL P1

• MOVC P2,P3,P4

• WAIT S2