AULA 002_20252_Introdução a Robática Industrial_12082025 - Notas de Aulas

1. Robótica
Industrial
Prof. Reginaldo Campos
08/2025
Aula
002

2. AUTOMAÇÃO E ROBÓTICA
INTRODUÇÃO
Automação e Robótica
❖ Duas áreas da ciência e tecnologia intimamente relacionadas
Robótica – uma forma de automação de sistemas.
O termo Robô (Robot), vem da palavra checa “robota” utilizado pelo checo Karel Čapek no seu romance
“Rossum´s Universal Robots” para caracterizar as máquinas incansáveis de aspecto humano.
Robótica
✔ Ciência que estuda a estrutura, comando e monitorização dos robôs (Controle dos robots);
✔ Ciência que trata da discrição dos robôs.
Áreas fundamentais de automação industriais:
Automação fixa
Automação programável
Automação flexível
Prof. Doutor Eng. Pedro K. Diatilo, Prof. Msc. Eng. Aguinaldo
Ferraz, Prof Eng Osvaldo Bettencourt
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3. AUTOMAÇÃO E ROBÓTICA
INTRODUÇÃO
❖ Automação Fixa
baseia –se na produção de produtos bem definidos.
A produção é de grande envergadura (em massa)
Não é aconselhável a sua utilização na produção dos produtos em baixo ou médio
volume, bem como, com o ciclo de vida breve
É de custo elevado.
❖ Automação Programável
Baseia-se na produção de produtos diversos e com características diferentes na base de
um programa com instruções previamente introduzido
Utilizado para produção em pequenos lotes ou inclusive em forma unitária
É de custo elevado.
❖ Automação Flexível
É simbiose de automação fixa e programável
Baseia-se na produção de produtos variáveis
Utilizado para produção em quantidade média (Ex. pode-se fabricar uma única peça, mas
com tamanhos diferentes)
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4. AUTOMAÇÃO E ROBÓTICA
INTRODUÇÃO
Diferença entre Automação Programável e
Automação Flexível
Prof. Doutor Eng. Pedro K. Diatilo, Prof. Msc. Eng.
Aguinaldo Ferraz
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Automação Programável Automação Flexível
▪ O sistema de produção
ocorre em forma de lotes
▪ O sistema de produção
ocorre em forma de lotes
▪ O sistema é programado
para fabricação do 1º lote
▪ O sistema é programado
para fabricação do 1º lote
▪ Para avançar com o 2º lote
o sistema é reprogramado
▪ No mesmo lote pode-se
produzir diferentes produtos
no mesmo tempo
▪ Nível de versatilidade
inferior
▪ Nível de versatilidade muito
elevado
▪ Sistema computacional do
controlador normal
▪ Sistema computacional do
controlador muito potente

5. ROBÓTICA
BREVE HISTORIAL
Concepções da humanidade sobre
aparição da Robótica (Robot)
Nicola Tesla
“ I conceived the idea of constructing an automaton which would mechanically represent me, and which would
respond, as i do myself, but, of course, in much more primitive manner, to external influences. Such an automaton
evidently had to have motive power, organs for locomotion, directive organs, and one more sensitive organs so
adapted as to be excited by external stimuli… ”
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6. ROBÓTICA
BREVE HISTORIAL
ANO AUTOR INVENÇÕES
270 AC Aesibius 1º trabalho sobre robot – os relógios de água com figuras móveis
200 AC Philo de Byzantium Autor do livro “Colecção de mecânica”
85 AC Hero de Alexandria Inventor do motor a vapor
25 AC Vitruvius Trabalho de caracter lúcido ou estético
Março de
1954
Cyril Walter Kenward
(Cientista Britânico)
1º a patentear um dispositivo robótico na base da tecnologia do
comando numérico e telecomando
1946
1961
George C. Devol
(Cientista Norte
Americano)
“” “” “”
“”
Duas invenções que consiste num “dispositivo que serve para
registrar sinais elécticos e magneticamente reproduzi-los para
controlar uma máquina”
“Uma transferência programada de dados ou artigos ”
1962 Joseph Engelberger
com George Devol
Criação do Conceito do robot industrial moderno – 1º protótipo
do robot chamado UNIMATE com 1ª aplicação na fábrica de
FORD MOTOR COMPANY para descarregamento de uma máquina
de fundição sob pressão
1974 FORD MOTOR COMPANY Criação do robot chamado PUMA (Programmable Universal
Machine for Assembly) - Robot relativamente pequeno, com um
braço articulado. Um robot de uso industrial
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7. Robótica
Certas Considerações
❖ Tecnologias como antecedente imediato da robótica:
Comando Numérico – Tecnologia utilizada para controlar as acções de
uma máquina operatriz, programada por meio de números introduzidos
por meio de teclado ou leitura de um cartão perfurado;
Telecomando – um manipulador - um dispositivo electromecânico ou
sistemas mecânicos com realimentação electrónica e controle digital
remoto controlado por um ser humano.
❖ O desenvolvimento em robótica baseia-se geralmente em
desenvolvimento da tecnologia de Computadores e microprocessadores.
❖ Os computadores tornaram-se adequados controladores de operações
dos robots com aumento das suas velocidades e capacidades.
❖ PLC (Programmable Logic Controller), exemplo de um dos tipos de
controladores programáveis utilizados na robótica.
❖ Robótica – considerada como combinação de diversas ciências tais como:
Electricidade, Mecânica e Informática
Prof. Doutor Eng. Pedro K. Diatilo, Prof. Msc. Eng.
Aguinaldo Ferraz
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8. Robot Industrial
Definição
Robot Industrial
Um manipulador reprogramável,
multifuncional, projectado para mover
materiais, peças, ferramentas ou
dispositivos especiais em movimentos
variáveis programados para a
realização de uma variedade de tarefas.
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9. ROBÓTICA
LEIS FUNDAMENTAIS
1ª. – Um Robot não deve prejudicar nunca um
ser humano nem através da acção
directa, nem através da inacção;
2ª. – Um Robot deve sempre obedecer os
seres humanos, a menos que isso entre em
conflito com a primeira lei;
3ª. – Um Robot deve sempre se proteger de
danos a menos que isso entre em conflito
com a primeira ou com a segunda lei.
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10. Robot como máquina
Máquina – dispositivo capaz de transformar energia em trabalho útil.
Trabalho útil - é aplicação de energia.
Máquina Simples, ex: alavanca, plano inclinado, polia, engrenagem, alicate, chaves,
etc.
Máquinas Complexas, Ex: motor, computador, lavadora de roupa, moagem, gerador,
etc.
Máquinas automáticas diferem quanto:
Tipo de energia;
Características construtivas;
Peso;
Tamanho.
Máquinas Automáticas classificam em:
Programáveis;
Não programáveis.
Robot é uma máquina automática programável.
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11. CLASSIFICAÇÃO DE MÁQUINAS
•MÁQUINAS
•AUTOMÁTICAS
•PROGRAMÁVEIS ou ROBOTS
•MANIPULADORES
•EXPLORADORES
•MÁQUINAS-FERRAMENTAS
•USO GERAL
•NÃO PROGRAMÁVEIS
•NÃO AUTOMÁTICAS
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12. Classificação de Robot quanto utilidades
❖ Robot manipulador;
❖ Robot explorador;
❖ Máquina-ferramenta;
❖ Robot de uso geral.
Robots manipuladores – deslocação de material de um ponto a
outro do espaço ou acompanhando uma trajectória dentro de
um volume de trabalho.
Robots exploradores – exploração de um determinado ambiente
(pode ser uma superfície plana, um determinado espaço ou
um objecto fixo) e revelar através de sensores características
físicas dele.
Máquinas-ferramentas – processamento de uma determinada
matéria-prima, aumentando o valor agregado.
Robots de uso geral – os que entram nas definições anteriores.
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13. VANTAGENS DA ROBOTIZAÇÃO
● CUSTOS BAIXOS DE PRODUTOS
● MELHORIA NA PRODUTIVIDADE
● MELHORIA NA QUALIDADE DE PRODUTO
● OPERAÇÃO EM AMBIENTES HÓSTIS OU COM
MATERIAIS PERIGOSOS
● MELHORIA NA GERÊNCIA DA PRODUÇÃO
● UTILIZAÇÃO NA MEDECINA
● ETC.
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14. ROBÔS MANIPULADORES
Tipo do Robô manipulador mais conhecido é BRAÇO MECÂNICO.
Todo robô manipulador tem em algum ponto da sua estrutura física o EFECTUADOR.
EFECTUADOR - dispositivo que opera sobre o objecto a ser manipulado.
A maior parte dos braços mecânicos industriais permitem trocar com facilidade os seus efectuadores.
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15. ROBÔS MANIPULADORES
Conceitos básicos de um robot
● Braço mecânico apresenta certas características antropomórficos
● Programável (conexões para os controladores de motores, para a entrada
e a saída de dados e para activar os programas operacionais)
● Cérebro na forma de um computador (memória para guardar os
programas)
● Actuadores (end effectors), movimento do braço e carga.
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16. CARACTERISTICAS CONSTRUTIVAS E FUNCIONAIS
Estrutura dos Robôs Manipuladores
▪ Os robôs industriais são projectados para realizar um trabalho
produtivo.
▪ O trabalho é realizado com ajuda de movimentação das suas
estruturas, cumprindo com deslocação do objecto manipulado.
▪ A estrutura de um Robô é constituída por corpos feitos de material
resistente (aço) que são designadas por “LINKS - ELOS” de diversos
tamanhos e formas dependendo da aplicação.
▪ Os Links por sua vez são ligados entre si com ajuda de JUNTAS,
formando assim uma cadeia cinemática aberta de links interligados
por juntas.
❖ Nem sempre os links são interligados por juntas em ambos
terminais.
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17. CARACTERISTICAS CONSTRUTIVAS E
FUNCIONAIS
Estrutura dos robôs manipuladores
▪ Geralmente os manipuladores são montados sobre bases
fixas, nas quais podem ou não ser unida o primeiro link
através da primeira junta, por sua vez, esta base pode ser
montada por uma superfície fixa ou não.
▪ O ponto extremo do último link é conhecido por PUNHO, no
qual é fixado o EFECTUADOR.
▪ As formas dos movimentos realizados por manipuladores,
dependem dos tipos de junta que une os links, estes podem
ser:
De rotação – junta de revolução
De deslocamento linear – junta prismática
❖ A anatomia do manipulador é constituída por juntas e com as
características físicas dos links, como as suas formas e tamanhos.
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18. CARACTERISTICAS CONSTRUTIVAS E
FUNCIONAIS
Coordenadas Generalizadas
As juntas de Revolução - Caracterizam os ângulos
de rotação entre um link e o anterior
As juntas prismáticas – caracterizam a distância
entre um link e uma junta que o une com o link
anterior.
Com ajuda das variáveis das juntas pode-se
determinar a posição do end effector, desde que a
posição de cada junta seja conhecida a partir da
primeira e com comprimentos dos links é
possível conhecer a posição do end effector. Essas
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19. CARACTERISTICAS CONSTRUTIVAS E FUNCIONAIS
Graus de Liberdade (“Degree Of Free” - DOF)
O grau de liberdade (DOF) - número total de juntas de um manipulador.
O manipulador típico – possui 6 DOF; 3 para posicionamento do end effector dentro do
espaço de trabalho e 3 para orientação do end effector para segurar o objecto.
Um manipulador com DOF ˂ 6 pode não conseguir atingir uma determinada posição e
orientação.
Também existe casos quando existe a necessidade do manipulador ter DOF ˃ 6
(casos complexos).
O sistema de controle do movimento complica-se com aumento de Links do braço.
As juntas de posicionamento do robot no espaço podem ser prismáticas ou de
revolução, estas são juntas da base do corpo e são designadas por CINTURA,
OMBRO e COTOVELO (Waist, Shoulder and Elbow)
As juntas de orientação são sempre de revolução. As coordenadas generalizadas ou
variáveis que caracterizam o movimento das três juntas de orientação, são
ângulos designados por ROLAMENTO, MERGULHO e GUINADO (Roll, Pitch and
Yaw), que constituem um punho de um manipulador.
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20. CARACTERISTICAS CONSTRUTIVAS E
FUNCIONAIS
● A junta Roll - serve para permitir a rotação do end effector em
relação ao seu link, isto é, à volta do eixo do seu link, esta é a
última junta do punho.
● A junta Yaw – é a penúltima junta do punho, esta opera
perpendicularmente à junta Roll (Esquerda-direita ou para
cima –por baixo, dependendo da posição do braço).
● A junta Pitch – é a antepenúltima junta, cuja o link está ligado
ao braço, esta opera perpendicularmente à junta Yaw.
Os robots exigem uma máxima flexibilidade, a rasão pela qual ,
os end effectors nos punhos dos manipuladores são removidos
e substituídos em caso da necessidade com muita facilidade,
permitindo assim a realização de diversas tarefas dentro da
sua capacidade, bem como, no espaço de trabalho
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21. CARACTERISTICAS CONSTRUTIVAS E FUNCIONAIS
Espaço de Trabalho
Espaço de trabalho de um manipulador - é o limite máximo
que o último link ou punho pode alcançar, utilizando todas as
combinações possíveis das juntas do mesmo (é a superfície ou
superfícies, assim como o volume de manobra de um
manipulador).
A posição do último link ou punho é representada na forma
tridimensional.
A configuração física diferente dos robots determinam o
tamanho do espaço de trabalho, mas não a forma.
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22. CARACTERISTICAS CONSTRUTIVAS E FUNCIONAIS
Anatomia dos manipuladores
Anatomia dos manipuladores – é caracterizada pela configuração
física que estes apresentam.
Estas configurações físicas são caracterizadas pelos DOF de
posicionamento.
No mundo dos robots manipuladores existem 4 tipos de anatomias
fundamentais que são:
❑ Coordenadas Cartesianas;
❑ Coordenadas Cilíndricas;
❑ Coordenadas esféricas ou polares;
❑ Coordenadas de Revolução ou Articuladas.
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23. SISTEMAS ROBÓTICOS
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24. CLASSIFICAÇÃO DOS ROBOTS
Quanto à estrutura mecânica
Robot de coordenadas cartesianas/pórtico
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Um robô de coordenadas cartesianas, ou robô cartesiano (veja figura
abaixo), pode se movimentar em linha recta, em deslocamentos
horizontais e verticais. As coordenadas cartesianas especificam um
ponto do espaço em função de suas coordenadas x, y e z. Esses robôs
têm três articulações deslizantes e são codificados como PPP.
Os robôs cartesianos caracterizam-se pela pequena área de trabalho, pelo
elevado grau de rigidez mecânica e pela grande exactidão na localização
do actuador. Seu controle é simples em razão do movimento linear dos
vínculos e de o momento de inércia da carga ser fixo em toda a área de
actuação.

25. ANATOMIA DOS MANIPULADORES
Coordenadas cartesianas
Nos robots de coordenadas cartesianas as três primeiras
juntas são prismáticas, os links têm movimentos de
deslocamento linear com respeito ao anterior.
Nos robots de coordenadas cartesianas, o ambiente de
trabalho tem a forma de uma prisma quadrada ou
rectângular.
Estes robots são mais utilizados onde existe a
necessidade de trabalho muito vasto, geralmente com
movimentos menos complicados e livre de obstáculos.
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26. CLASSIFICAÇÃO DOS ROBOTS
Quanto à estrutura mecânica
Robot de coordenadas cilíndricas/robot
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27. Nos robots de coordenadas cilíndricas, das três primeiras
juntas, uma das juntas é de revolução e outras duas são
prismáticas [ θ, Z, R ].
O ambiente do trabalho será um cilindro ou volume de dois
cilindros. Existe uma transformação da posição no espaço
das juntas para o espaço de trabalho. Aplicando as regras
trigonométricas teremos:
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28. CLASSIFICAÇÃO DOS ROBOTS
Quanto à estrutura mecânica
Robot de coordenadas esféricas/robot
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29. Nos robots de coordenadas esféricas, das três
primeiras juntas, duas das juntas são de revolução e
uma delas é prismática. As juntas
são caracterizadas pelos ângulos ϴ, ϕ e ρ [ ϴ, ϕ, ρ ].
O ambiente do trabalho será uma esfera ou volume de
duas esferas. As transformações possíveis de um
sistema de coordenadas para outro são:
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30. CLASSIFICAÇÃO DOS ROBOTS
Quanto à estrutura mecânica
Robot de coordenadas scara/robot
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31. CLASSIFICAÇÃO DOS ROBOTS
Quanto à estrutura mecânica
Robot articulado ou antropomórfico/robot
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32. Nos robots de coordenadas de revolução, as três primeiras juntas,
são de revolução, Estas são caracterizadas pelos ângulos de
revolução, [ϴ1
, ϴ2
, ϴ3
].
ϴ1
– ângulo de base; ϴ2
– ângulo de ombro; ϴ3
– ângulo de
cotovelo. Imitando o movimento do braço humano. O ambiente do
trabalho será uma esfera ou volume coberto de duas esferas
parciais. As transformações possíveis de um sistema de
coordenadas para outro são:
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33. CLASSIFICAÇÃO DOS ROBOTS
Quanto à estrutura mecânica
Robot paralelo/esquema e robot
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34. EFECTUADORES
GARRAS MECÂNICAS
Analogias com a mão humana
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35. EFECTUADORES
GARRAS MECÂNICAS
Formas de preensão típicas
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36. EFECTUADORES
GARRAS MECÂNICAS
Tipos de garras industriais com dois dedos
intercambiáveis
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37. EFECTUADORES
GARRAS MECÂNICAS - INDUSTRIAIS
a) com dedos flexíveis; b) com três dedos; c) pneumática.
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38. APLICAÇÕES DE ROBOTS INDUSTRIAIS
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39. 39
Introdução a Robótica
Industrial
Atividades no portal
Prof. Engº Osvaldo Bettencourt
2022
Fonte
https://pt.scribd.com/archive/plans?doc=722655212&doc_id=722655212&metadata=%7B%22context%22%3A%22archi
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