Aula inicial da disciplina de robotica do curso de graduação em Engenharia de Contole e Automação - UNIFBV

1. Prof. Elyr Teixeira
ROBÓTICA
APRESENTAÇÃO INICIAL
CURSO DE ENG. DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Prof. Elyr Teixeira, D.Sc.
2018

2. Prof. Elyr Teixeira
SOBRE MIM – ELYR TEIXEIRA
ACADEMIA
2009 - 2015 | D.Sc. em Engenharia Biomédica (UFRJ)
2004 - 2006 | M.Sc. em Engenharia Biomédica (UFRJ)
1998 - 2003 | Grad. em Engenharia Eletrônica (UPE)
2016 - atual | Prof. universitário (FBV)
2013 - 2016 | Coord. Técnico Científico da ABEClin/RJ
2005 - 2006 | Prof. universitário (Gama Filho e Unig)
2018 | Coordenador de Inovação do CBEB
2010 - 2017 | Coordenador de 10 projetos de (CNPq, Faperj
e Finep)
+ Algorithm development for location of active RFID tags
+ Developer software tool in flow cytometry
+ Real-time location system with active RFID tags for Wi-Fi
+ Hand Hygiene Product
MERCADO
2010 - atual | CEO (Senfio)
2008 - 2010 | Diretor Técnico de Equip. de Suporte à vida (RioTak)
2006 - 2007 | Eng. Clínico (2 hospitais no Rio de Janeiro)
2006 - 2009 | Pesquisador (Inmetro)
3 Pedidos de Patente – Invenção
2008 - Fonte de ultrassônica estável - 1ª patente do Inmetro
2013 - Monitoramento da higienização de mãos - Senfio
2016 - Armadilha inteligente para monitoramento de mosquitos –
Senfio

3. Prof. Elyr Teixeira
QUAL O OBJETIVO DESTA DISCIPLINA?
Compreender o mundo da robótica, entender suas diferenças,
desafios, conceitos básicos para a construção de robôs

4. Prof. Elyr Teixeira
QUAL O OBJETIVO DESTA DISCIPLINA?
Compreender o mundo da robótica, entender suas diferenças,
desafios, conceitos básicos para a construção de robôs
1) Compreender os principais tipos e aplicações de robôs existentes
2) Especificar sensores, atuadores, motores e demais componentes
3) Ser capaz de construir programar um braço mecânico e determinar sua posição

5. Prof. Elyr Teixeira
QUAL O OBJETIVO DESTA DISCIPLINA?
Compreender o mundo da robótica, entender suas diferenças,
desafios, conceitos básicos para a construção de robôs
Áreas: saúde, logística, drones, home, militar
tensão elétrica
motores
processamento
sensores
Tipos de robôs: móveis/fixos
lógica

6. Prof. Elyr Teixeira
BIBLIOGRAFIA
Henrique Braga Foresti
Dissertação de mestrado

7. Prof. Elyr Teixeira
MÉTODO DE AVALIAÇÃO
AP1 – Prova escrita
AP2 – Prova escrita + Seminários
Grupos de 3 a 4 alunos;
30 minutos de apresentação;
Até 2 pessoas apresentando;
Aula escrita;
AP3 – Prova escrita => TUDO

8. Prof. Elyr Teixeira
PRÉ-REQUISITOS CO-REQUISITOS
Álgebra Linear
Cálculo Vetorial
Dinâmica
Eletrônica Digital e Analógica
Sensores
Inglês técnico

9. Prof. Elyr Teixeira
MINHAS REGRAS
Não pode comer/beber em sala de aula. Sala de aula não é cantina.
Os conteúdos das provas sempre é cumulativo.
Não falte provas em hipótese alguma.
Não peça pontos para passar em avaliação alguma. Em vez disso, vá estudar.
Prova se responde à caneta.
E sim, você pode ser reprovado por 0,1 ponto. Não corra esse risco.

10. Prof. Elyr Teixeira
POR QUE ESTUDAR ROBÔS?
- Nova tecnologia
- Emprego mais qualificado
- Desafio
- Franca expansão
- Capacidade de mudança: ambiental, social e econômica

11. Prof. Elyr Teixeira
ROBÓTICA
HISTÓRICO
CURSO DE ENG. DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Prof. Elyr Teixeira, D.Sc.
2018

12. Prof. Elyr Teixeira
OLHE A SUA VOLTA...
Fonte: Victory Fernandes

13. Prof. Elyr Teixeira
OLHE NOVAMENTE...
Fonte: Victory Fernandes

14. Prof. Elyr Teixeira
OLHE NOVAMENTE...
Fonte: Victory Fernandes

15. Prof. Elyr Teixeira
ORIGEM
Em 1941 Isaac Asimov, em uma obra de
ficção científica, foi a primeira pessoa a
utilizar a palavra ROBÓTICA.
A origem do termo ROBÔ vem da palavra
checa “robota” que significa trabalho forçado.
Os ingleses mais tarde criaram a palavra
“robot” que foi adaptada para o português
como “robô”.

16. Prof. Elyr Teixeira
ORIGEM
Em 1950, W. Grey Walter construiu um
dos primeiros robôs móveis do mundo,
chamado de Tortoise.
Seu objetivo era seguir uma fonte de
luz desviando-se de obstáculos.

17. Prof. Elyr Teixeira
A EVOLUÇÃO
“Estou convencido de que os robôs estão hoje onde os
computadores estavam na década de 1980. Foi nessa época
que eles começaram a aparecer em nosso meio, do mesmo
modo que os robôs estão hoje. É claro, foram necessários ainda
outros 15 anos até que os computadores realmente se
difundisse em nossas vidas. Eu penso que em 15 anos, or robôs
estarão em todos os lugares, assim como estão atualmente a
internet e o email.”
Rodney Brook, especialista em robótica do MIT, 2006.

18. Prof. Elyr Teixeira
A EVOLUÇÃO
“Os computadores desktop PCs irão deixar o
seu lugar em cima das mesas para passar a
ver, ouvir, tocar e manipular objetos em
lugares em que nós não estamos
fisicamente presentes.”
Bill Gates,
artigo na Scientific American, 2007.

19. Prof. Elyr Teixeira
EVOLUÇÃO DO ASIMO

20. Prof. Elyr Teixeira
DEFINIÇÃO DE ROBÔS
Mas então, qual a definição de robôs?

21. Prof. Elyr Teixeira
DEFINIÇÃO DE ROBÔS
Mas então, qual a definição de robôs?
Não se tem uma definição certa devido a quantidade de aplicações que surgem a
cada momento. É praticamente impossível ter-se uma única forma de definição.
Via de regra, vamos entender aqui que robôs são máquinas projetadas para
substituir o trabalho humano em diversas situações diferentes.

22. Prof. Elyr Teixeira
DEFINIÇÃO DE ROBÔS
Para compreender melhor a tecnologia
robótica, serão analisados, a seguir,
alguns fatores que caracterizam os
manipuladores e que são, em grande
parte, responsáveis por tornar uma
determinada configuração de braço
mais adequada a uma dada automação.
Entre estas características citam-se:
• anatomia;
• volume de trabalho;
• sistemas de acionamentos;
• sistema de controle;
• desempenho e precisão;
• órgãos terminais;
• sensores, e;
• programação.

23. Prof. Elyr Teixeira
ANATOMIA
O braço robótico de Groover (1988) é composto
pelo braço e punho. O braço consiste de
elementos denominados elos unidos por juntas
de movimento relativo, onde são acoplados os
acionadores para realizarem estes movimentos
individualmente, dotados de capacidade
sensorial, e instruídos por um sistema de
controle

24. Prof. Elyr Teixeira
ELO
Numa junta qualquer, o elo que estiver mais próximo da base é denominado elo de
entrada. O elo de saída é aquele mais próximo do órgão terminal, como ilustrado
na Figura

25. Prof. Elyr Teixeira
TIPOS DE JUNTAS

26. Prof. Elyr Teixeira
TIPOS DE AUTOMAÇÃO
Embora a automação industrial tenha sido desencadeada pela necessidade de
melhorar os níveis de produtividade, as alterações do tipo de mercado têm feito
evoluir o conceito de automação.
Com o aparecimento de um mercado caracterizado pela diversidade de produtos
com vida útil reduzida, o sistema produtivo, para dar resposta, teve de se
flexibilizar, sem, contudo pôr em causa os níveis médios de produtividade.

27. Prof. Elyr Teixeira
TIPOS DE AUTOMAÇÃO
A evolução tecnológica tem vindo a permitir a implementação de novos sistemas
de automação que acompanham as novas concepções das linhas de produção.
Podemos distinguir genericamente os seguintes tipo de automação:
1. Automação fixa:
2. Automação programada:
3. Automação flexível.

28. Prof. Elyr Teixeira
1. AUTOMAÇÃO FIXA
Este tipo de automação é caracterizado pela rigidez da configuração do
equipamento. Uma vez projetada uma determinada configuração de controle, não
é possível alterá-la posteriormente sem realizar um novo projeto. Os aspectos
típicos da automação fixa são:
• Investimentos iniciais elevados em equipamentos específicos;
• Elevadas taxas de produção;
• Impossibilidade em geral de prever alterações nos produtos;

29. Prof. Elyr Teixeira
1. AUTOMAÇÃO FIXA

30. Prof. Elyr Teixeira
2. AUTOMAÇÃO PROGRAMÁVEL
Neste caso, o equipamento é montado com a capacidade de se ajustar a alterações da
sequência de produção quando se pretende alterar o produto final. A sequência de
operações é controlada por um programa. Assim, para cada novo produto terá que ser
realizado um novo programa. Os aspectos típicos da automação programável são:
• Elevado investimento em equipamento genérico,
• Taxas de produção inferiores à automação fixa,
• Flexibilidade para alterações na configuração da produção,
• Bastante apropriada para produção por lotes (“batch processing”).

31. Prof. Elyr Teixeira
2. AUTOMAÇÃO PROGRAMÁVEL

32. Prof. Elyr Teixeira
3. AUTOMAÇÃO FLEXÍVEL
A definição exata desta forma de automação está ainda em evolução, pois os níveis de decisão que
envolve podem neste momento incluir toda a organização geral da produção. Um sistema flexível de
produção é capaz de produzir uma determinada variedade de produtos sem perda significativa de
tempo de produção para ajustes entre tipos diferentes. Assim, o sistema pode produzir várias
combinações de produtos sem necessidade de os organizar em lotes separados.
Os aspectos típicos da automação flexível são:
• Elevados investimentos no sistema global;
• Produção contínua de misturas variáveis de produtos;
• Taxas de produção média;
• Flexibilidade de ajustamento às variações no tipo dos produtos;

33. Prof. Elyr Teixeira
3. AUTOMAÇÃO FLEXÍVEL - TOYOTISMO
- Mão-de-obra multifuncional e bem qualificada. Os trabalhadores são educados,
treinados e qualificados para conhecer todos os processos de produção, podendo
atuar em várias áreas do sistema produtivo da empresa.
- Sistema flexível de mecanização, voltado para a produção somente do
necessário, evitando ao máximo o excedente. A produção deve ser ajustada a
demanda do mercado.
- Uso de controle visual em todas as etapas de produção como forma de
acompanhar e controlar o processo produtivo.
- Implantação do sistema de qualidade total em todas as etapas de produção.
Além da alta qualidade dos produtos, busca-se evitar ao máximo o desperdício de
matérias-primas e tempo.
- Aplicação do sistema Just in Time, ou seja, produzir somente o necessário, no
tempo necessário e na quantidade necessária.
- Uso de pesquisas de mercado para adaptar os produtos às exigências dos
clientes.

34. Prof. Elyr Teixeira
TIPOS DE AUTOMAÇÃO
Sugestão de estudo adicional:
https://prezi.com/d_j5v47lg1s_/a
utomacao-rigida-e-flexivel/

35. Prof. Elyr Teixeira
ROBÓTICA
VISÃO GERAL SOBRE MANIPULADORES
ROBÓTICOS
CURSO DE ENG. DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Prof. Elyr Teixeira, D.Sc.
2018

36. Prof. Elyr Teixeira
MANIPULADORES
Um manipulador robótico pode ser definido como um dispositivo mecânico controlado por
software, cuja finalidade é específica para diversos processos automatizados. Além disso,
manipuladores robóticos podem utilizar sensores para auxiliar na orientação e
movimentação de suas partes em diversas ocasiões preestabelecidas (LOPES, 2002).
Esses manipuladores são geralmente antropomórficos, ou seja, semelhantes a um braço
humano. Quando analisada a estrutura de um manipulador robótico, é possível identificar
o tronco, braço, antebraço, mão, e suas juntas flexíveis que podem ser definidas como
ombro, cotovelo e pulso.
LOPES, A.M. Modelação cinemática e dinâmica de manipuladores de
estrutura em série. Dissertação (Mestrado) – Departamento de
Automação, instrumentação e Controle, Universidade do Porto, 2002.

37. Prof. Elyr Teixeira
ELEMENTOS QUE COMPÕE MANIPULADORES
Os manipuladores são compostos por
juntas, elos e punhos. O modelo de
manipulador industrial PUMA, mostrado na
figura ao lado, apresenta alguns exemplos
de juntas e elos.
A funcionalidades das juntas é vista a
seguir.

38. Prof. Elyr Teixeira
ELEMENTOS QUE COMPÕE MANIPULADORES
JUNTAS
1. Junta prismática ou linear move-se em linha
reta. São compostas de hastes que deslizam
entre si.
2. Junta rotacional gira em torno de uma linha
imaginária estacionária chamada de eixo de
rotação. Abre e fecha como uma dobradiça.

39. Prof. Elyr Teixeira
ELEMENTOS QUE COMPÕE MANIPULADORES
JUNTAS
3. Junta esférica funciona com a combinação de
três juntas de rotação, e permite rotações em
torno de três eixos distintos.
4. Junta cilíndrica é composta por duas juntas,
uma rotacional e uma prismática.

40. Prof. Elyr Teixeira
ELEMENTOS QUE COMPÕE MANIPULADORES
JUNTAS
5. Junta planar é composta por duas juntas
prismáticas, e realiza movimentos em duas
direções.
6. Junta parafuso é constituída de um parafuso e
uma rosca que executa um movimento
semelhante ao da junta prismática, porém, com
movimento de rotação no eixo-central.

41. Prof. Elyr Teixeira
AGORA É COM VOCÊ. RESPONDA. QUE TIPOS DE JUNTAS
SÃO ESSAS?
A
B

42. Prof. Elyr Teixeira
AGORA É COM VOCÊ. RESPONDA. QUE TIPOS DE JUNTAS
SÃO ESSAS?
A
B
C
D
E

43. Prof. Elyr Teixeira
AGORA É COM VOCÊ. RESPONDA. QUE TIPOS DE
JUNTAS SÃO ESSAS?
F
G
H
I

44. Prof. Elyr Teixeira
EXEMPLOS DE JUNTAS NO
CORPO HUMANO

45. Prof. Elyr Teixeira
ELEMENTOS QUE COMPÕE MANIPULADORES
JUNTAS
Robôs industriais utilizam em geral apenas juntas rotativas e prismáticas (ou Linear –
L). Lembrar que a junta planar compõe duas juntas prismáticas.
Já as juntas rotativas podem ainda ser classificadas de acordo com as direções dos
elos de entrada e de saída em relação ao eixo de rotação. Tem-se assim as seguintes
juntas rotativas:

46. Prof. Elyr Teixeira
ELEMENTOS QUE COMPÕE MANIPULADORES
JUNTAS
Rotativa de torção (T), cujos elos de entrada e de
saída têm a mesma direção do eixo de rotação da
junta.
Rotativa rotacional (R), na qual os elos de entrada
e de saída são perpendiculares ao eixo de rotação
da junta.
Rotativa revolvente (V), cujo elo de entrada
possui a mesma direção do eixo de rotação, mas o
elo de saída é perpendicular a este.

47. Prof. Elyr Teixeira
GRAUS DE LIBERDADE (GDL)
Um dos fatores mais importantes para determinar a característica de um
manipulador robótico é definir o número de graus de liberdade (GdL), pois este
fator determina a quantidade de movimentos que o manipulador será capaz de
executar. Segundo Campbell (2008), o número de articulações, juntas que compõe
o braço do manipulador, é um dos fatores que podem determinar o grau de
liberdade.
VAN CAMPBELL, C.H; COUTINHO, C. Pinto, J.
Desenvolvimento de um robô manipulador industrial.
Associação Educacional Dom Bosco, Rio de Janeiro, 2008

48. Prof. Elyr Teixeira
GRAUS DE LIBERDADE (GDL)
Cada junta define um ou dois GdL, e assim, o número de graus de liberdade do
robô é igual ao somatório dos graus de liberdade de suas juntas.
Sabe-se também que quanto maior a quantidade de graus de liberdade, mais
complicadas são a cinemática, a dinâmica e o controle do manipulador.

49. Prof. Elyr Teixeira
GRAUS DE LIBERDADE (GDL)
1 GdL
2 GdL

50. Prof. Elyr Teixeira
GRAU DE MOVIMENTO (GDM)
Muitas vezes utiliza-se a expressão grau de liberdade quando deveria utilizar se
grau de movimento. Trata-se de um abuso de linguagem que deve ser evitado a
menos que não haja risco de confusão (Figura 1.2).

51. Prof. Elyr Teixeira
GRAU DE MOVIMENTO (GDM)
Muitas vezes utiliza-se a expressão grau de liberdade quando deveria utilizar se
grau de movimento. Trata-se de um abuso de linguagem que deve ser evitado a
menos que não haja risco de confusão (Figura 1.2).
2 GdM / 2 GdL 2 GdM / 1 GdL 3 GdM / 3 GdL 3 GdM / 2 GdL

52. Prof. Elyr Teixeira
GDL X GDM
- 2 eixos lineares paralelo: 1GdL, 2GdM
- 2 eixos lineares ortogonais: 2GdL, 2GdM
- 2 eixos rotativos paralelos: 2GdL, 2GdM

53. Prof. Elyr Teixeira
CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO GDL
Robôs de Proposito Geral (6 GdL): conseguem atingir qualquer posição e orientação
no espaço de trabalho.
• Robôs Redundantes (GdM > GdL): quando possuem articulações adicionais,
utilizados para alcançar locais de difícil acesso contornando obstáculos.
• Robôs Limitados (< 6 GdL): movimentação limitada.

54. Prof. Elyr Teixeira
VOLUME DE TRABALHO
O volume de trabalho (Groover, 1988) é o termo que se refere ao espaço que um
determinado braço consegue posicionar seu pulso. Este volume, em geral, é
estabelecido conforme os limites impostos pelo projeto estrutural do braço, ou
seja, a configuração física do braço robótico. Por exemplo, o volume de trabalho de
um braço esférico (TRL) seria, teoricamente, o volume da esfera cujo raio e o
comprimento do braço esticado.

55. Prof. Elyr Teixeira
VOLUME DE TRABALHO
Em resumo, o volume de trabalho de um
manipulador depende, basicamente, da
configuração do braço, dos comprimentos dos
elos (braço e punho) e de limites e restrições
construtivas a movimentação das juntas.
Um dos parâmetros mais importantes
relacionado ao volume de trabalho é saber o
alcance de um ponto específico.

56. Prof. Elyr Teixeira
CLASSIFICAÇÃO GERAL DE ROBÔS

57. Prof. Elyr Teixeira
CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS

58. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO SERIAL/PARALELA
Em geral, nas aplicações industriais predominam robôs cujas arquiteturas
correspondem a estruturas cinemáticas seriais, ou seja, seus atuadores e peças
movidas são dispostos em série, um após o outro, formando um único “membro”
móvel. O objetivo é posicionar o órgão terminal, a parte do robô que comumente
contêm uma garra ou um eletrodo de solda.
Outra estrutura cinemática se caracteriza pela presença de vários “membros” ou
“pernas”, atuando de forma paralela ou simultânea sobre o órgão terminal.

59. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO SERIAL/PARALELA
Cadeia cinemática aberta - robôs seriais

60. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO SERIAL/PARALELA
Cadeia cinemática fechada - robôs paralelos

61. Prof. Elyr Teixeira
LEITURA COMPLEMENTAR
Material com detalhes da FEUP sobre manipuladores (até pág. 29)
http://paginas.fe.up.pt/~aml/maic_files/Rob_para.pdf

62. Prof. Elyr Teixeira
CLASSIFICAÇÃO DE ROBÔS

63. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO SERIAL
Cartesiano (XYZ) - PPP
• Pequena área de trabalho;
• Alto grau de rigidez mecânica;
• Grande exatidão na localização
do atuador.

64. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO SERIAL
Cilíndrico - RPP
• Área de trabalho um pouco maior que robôs de coordenada cartesiana;
• Controle um pouco complexo;
• Rigidez mecânica um pouco menor.

65. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO SERIAL
Cilíndrico - RPP

66. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO SERIAL
Esférico (Polar) - RRP
• Maior área de trabalho que os
robôs cilíndricos;
• Menor rigidez mecânica;
• Controle ainda mais complexo.

67. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO SERIAL
Esférico (Polar) - RRP

68. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO SERIAL
Horizontal articulado - SCARA -
RRP
• Muito dedicado para
atividades de montagem;
• Montagem de placas
eletrônicas

69. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO SERIAL
Vertical articulado - RRR

70. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO SERIAL
Vertical articulado - RRR
• Grande flexibilidade e podem ocupar uma grande área de trabalho;
• Possuem uma cinemática muito complexa e de difícil controle dos movimentos
lineares.
• Grande resistência mecânica;
• Conhecido por ser o modelo mais utilizado na indústria (pintura, solda,
manipulação, etc....

71. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO PARALELA
Delta (3 GdL)

72. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO PARALELA
Tricept (3 GdL)

73. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO PARALELA
Orthoglide (3 GdL)

74. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO PARALELA
Quattro (4 GdL)

75. Prof. Elyr Teixeira
CONFIGURAÇÃO PARALELA
Plataforma de Stewart (6 GdL)