Capítulo 2 : Robô industrial
Um sistema robótico que é usado na produção é referido como um robô industrial. A automação, a programabilidade e a capacidade de se mover em três ou mais eixos são características distintivas dos robôs industriais.
Os robôs são usados para uma ampla variedade de aplicações, incluindo soldagem, pintura, montagem, desmontagem, pick and place para placas de circuito impresso, embalagem e rotulagem, paletização, inspeção de produtos e testes; Todas essas tarefas precisam de um alto nível de resistência, velocidade e precisão. Eles são capazes de fornecer assistência com o manuseio de materiais.
De acordo com estimativas fornecidas pela Federação Internacional de Robótica, haverá cerca de 1,64 milhões de robôs industriais em uso em todo o mundo no ano de 2020. (IFR). Hoje em dia, as pessoas fazem uso de um certo tipo de tecnologia conhecida como robôs. Os robôs encontraram seu caminho em uma variedade de campos, incluindo agricultura, manufatura, medicina, tecnologia e até viagens.
Os robôs industriais podem ser divididos em seis categorias distintas.
Robôs com articulações Seus braços articulados são capazes de uma ampla amplitude de movimento devido às suas articulações, que têm vários graus de liberdade.
Os robôs cartesianos apresentam três juntas prismáticas para mover a ferramenta e três juntas rotacionais para orientá-la no espaço. Juntas, essas seis articulações formam a tetrada do robô.
Um robô deste tipo tem de ter seis eixos para poder mover-se e posicionar o órgão efetor em todas as direções (ou graus de liberdade). Em um cenário com apenas duas dimensões, basta ter três eixos: dois para determinar o deslocamento e um para determinar a orientação.
Os robôs que usam coordenadas cilíndricas
Os robôs que operam num sistema de coordenadas esféricas só podem ter juntas rotacionais.
No efetor do sistema SCARA, os eixos rotativos são dispostos em uma orientação vertical.
Os robôs SCARA são usados para tarefas que exigem a realização de movimentos laterais precisos. Funcionam bem em situações que exigem montagem.
Robôs Delta Eles são compostos por conexões paralelas que estão todas ligadas à mesma base. Os robôs Delta são muito úteis para trabalhos que precisam de controle direto, bem como aqueles que exigem altos níveis de manobrabilidade (como tarefas rápidas de pick-and-place). Os robôs Delta utilizam sistemas de ligação de quatro barras ou paralelogramas.
Além disso, os robôs industriais podem ter uma arquitetura serial ou paralela.
As arquiteturas seriais, mais conhecidas como manipuladores seriais, são o tipo mais popular de robô industrial. Sua construção consiste em uma série de elos que são unidos por juntas acionadas por motor e se estendem de uma base a um efetor final. O sistema SCARA e os manipuladores de Stanford são dois exemplos característicos deste grupo.
Em contraste com um manipulador serial, um manipulador paralelo é construído de tal forma que cada cadeia é muitas vezes bastante curta e direta, e, como resultado, pode ser rígida e resistente a movimentos indesejados. Os erros que ocorrem na colocação de uma cadeia são calculados em média em combinação com os erros que ocorrem no posicionamento das outras cadeias, em vez de serem acumulados. Em um robô paralelo, cada atuador ainda deve se mover dentro de seu próprio grau de liberdade, assim como em um robô serial; no entanto, a flexibilidade fora do eixo de uma articulação também é limitada pelo efeito das outras cadeias. Isso contrasta com um robô serial, que tem apenas um grau de liberdade por atuador. Em contraste com uma cadeia de série, que perde gradualmente a sua rigidez à medida que mais componentes são adicionados, a rigidez de circuito fechado de um manipulador paralelo contribui para a rigidez geral do dispositivo como um todo em comparação com os seus componentes individuais.
Um item pode ser movido com até seis graus diferentes de liberdade usando um manipulador paralelo completo (DoF), definido por três coordenadas translacionais (três T's) e três coordenadas rotacionais (três R's) para uma mobilidade 3T3R completa.
No entanto, sempre que um trabalho de manipulação exige menos de 6 graus de liberdade, o uso de manipuladores com um nível reduzido de movimento, com menos de 6 graus de liberdade, pode proporcionar benefícios em termos de um projeto arquitetônico mais simples, controle mais fácil, movimento mais rápido e a um custo menor.
Veja-se, por exemplo:
O robô Delta de três graus de liberdade, que tem uma mobilidade tridimensional reduzida, mostrou ser particularmente útil para aplicações que exigem uma rápida colocação translacional.
O espaço de trabalho dos manipuladores de mobilidade inferior pode ser decomposto em subespaços de "movimento" e "restrição".
Veja-se, por exemplo:
O subespaço de movimento do robô Delta de três graus de liberdade (DoF) é composto por três coordenadas de posição, enquanto o subespaço de restrição é composto por três coordenadas de orientação.
O subespaço de movimento dos manipuladores de mobilidade inferior pode ainda ser decomposto em subespaços independentes (desejados) e dependentes (concomitantes): consistindo em movimento "concomitante" ou "parasita", que é o movimento indesejado do manipulador.
Ao projetar manipuladores eficazes de mobilidade inferior, é imperativo que os efeitos incapacitantes do movimento simultâneo sejam reduzidos ou removidos completamente.
Veja-se, por exemplo:
Como o efetor final do robô Delta não gira, esta máquina não tem nenhum movimento parasita.
Existe um espectro de graus de autonomia presente nos robôs. Alguns robôs podem ser programados para realizar as mesmas atividades repetidamente (conhecidas como ações repetitivas) com pouca ou nenhuma variação e um alto nível de precisão. Essas atividades são reguladas por rotinas programadas que descrevem a direção, aceleração, velocidade e desaceleração de uma sequência de movimentos coordenados. A distância entre cada movimento na série também é especificada.
Outros robôs têm um grau de adaptabilidade muito maior em termos da orientação do objeto sobre o qual estão operando ou mesmo da tarefa que precisa ser executada no próprio objeto, que o robô pode até precisar identificar. Esses outros robôs são muito mais propensos a serem usados em uma variedade de configurações. Por exemplo, os subsistemas de visão mecânica que funcionam como sensores visuais do robô e estão acoplados a computadores ou controladores sofisticados são frequentemente incluídos nos robôs para que possam fornecer uma orientação mais precisa. O nível de inteligência artificial, ou pelo menos qualquer coisa que possa passar por ela, nos robôs industriais sofisticados de hoje está se tornando um aspeto cada vez mais crucial.
"Bill" Griffith P. Taylor terminou o primeiro robô industrial conhecido em 1937, e foi publicado na Meccano Magazine em março de 1938. Este robô foi o primeiro a corresponder à definição ISO de um robô industrial. As peças Meccano foram usadas quase exclusivamente na construção da engenhoca tipo guindaste, que era acionada por um único motor elétrico. Ele era capaz de se mover ao longo de qualquer um dos cinco eixos, incluindo agarrar e girar enquanto agarrava. Foi possível automatizar o movimento das alavancas de controle do guindaste empregando fita de papel perfurada para fornecer energia aos solenoides, o que permitiu que a automação fosse realizada. O robô foi capaz de empilhar blocos de madeira em uma variedade de configurações pré-programadas. Em um pedaço de papel gráfico, os movimentos pretendidos foram inicialmente desenhados com a quantidade necessária de rotações do motor. Depois disso, a informação foi copiada para a fita de papel, que também foi acionada pelo único motor que estava contido dentro do robô. Em 1997, Chris Shute construiu uma cópia exata do robô a partir do zero.
Em 1954, George Devol apresentou um pedido para as primeiras patentes de robótica (concedidas em 1961). A Unimation, que foi criada em 1956 por Devol e Joseph F. Engelberger, é reconhecida como a primeira empresa a produzir em massa um robô. Os robôs de unificação também eram conhecidos como máquinas de transferência programadas em um determinado momento. Isso se devia ao fato de que sua principal função na época era mover coisas de um local para outro que estavam a pouco mais de algumas dezenas de metros de distância. Eles foram programados em coordenadas conjuntas e utilizados atuadores hidráulicos. Isto significa que os ângulos das diferentes articulações foram guardados durante um período de treino e depois repetidos quando o robô estava em funcionamento. Eles eram precisos para dentro de 1/10.000 de polegada no máximo (nota: embora a precisão não seja uma medida apropriada para robôs, geralmente avaliada em termos de repetibilidade - veja mais adiante). Mais tarde, a Unimation licenciou a sua tecnologia à Kawasaki Heavy Industries e à GKN, que fabricaram respectivamente Unimates no Japão e Inglaterra. A Cincinnati Milacron Inc., com sede em Ohio, foi a única rival da Unimation por um tempo. Quando isso começou a mudar no final da década de 1970, inúmeras grandes empresas japonesas começaram a criar robôs industriais que eram bastante semelhantes aos já existentes.
Em 1969, Victor Scheinman, da Universidade de Stanford, teve a ideia do que viria a ser conhecido como o braço de Stanford. Era um robô elétrico articulado com seis eixos que deveria permitir uma solução de...
