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Robótica:
              Introdução
            e Aplicações




Felipe Nascimento Martins
http://nera.sr.ifes.edu.br




Felipe Nascimento Martins
Contato:

       Twitter: @f_n_martins
http://www.facebook.com/felipenm
   felipe.n.martins@gmail.com

         Felipe Nascimento Martins
Conteúdo da apresentação

   •   O que é um robô?
   •   Robôs Manipuladores e Robôs Móveis;
   •   Fundamentos dos Manipuladores;
   •   Aplicações de Robôs Manipuladores;
   •   Fundamentos da Robótica Móvel;
   •   Aplicações de Robôs Móveis;
   •   O Futuro da Robótica;
   •   Competições de Robôs.

                 Felipe Nascimento Martins
O que é Robô?


 •   A palavra robô vem da palavra Tcheca
     robota, que significa “trabalho forçado”, e
     foi usada pela primeira vez numa peça
     teatral de 1920 escrita por Karel Čapek:
     Rossum´s Universal Robots (R.U.R.).




                  Felipe Nascimento Martins
Felipe Nascimento Martins
Felipe Nascimento Martins
As Três Leis da Robótica
  1ª Lei: Um robô não pode ferir um ser humano ou,
  por omissão, permitir que um ser humano sofra
  algum mal;
  2ª Lei: Um robô deve obedecer as ordens que lhe
  sejam dadas por seres humanos, exceto nos casos
  em que tais ordens entrem em conflito com a
  Primeira Lei;
  3ª Lei: Um robô deve proteger sua própria
  existência desde que tal proteção não entre em
  conflito com a Primeira ou com a Segunda Lei.
  Escritas por Isaac Asimov em seu conto “I, Robot”.

                  Felipe Nascimento Martins
Felipe Nascimento Martins
Felipe Nascimento Martins
Afinal, o que é um Robô (de verdade)?


  •   Segundo a RIA (Associação das Indústrias
      de Robótica), um Robô é um manipulador
      reprogramável, multifuncional, projetado
      para movimentar material, ferramentas ou
      dispositivos especializados através de
      movimentos programáveis variados para
      desenvolver uma variedade de tarefas.


                  Felipe Nascimento Martins
Outra definição de robô:

 •   Segundo a ISO 8373:1994, que define o
     vocabulário padrão para robôs industriais,
     um robô é:
 •   Um manipulador multifuncional,
     controlado automaticamente,
     reprogramável, com três ou mais eixos,
     que pode estar fixo em determinado local
     ou ser móvel, utilizado em aplicações de
     automação industrial.

                   Felipe Nascimento Martins
Robôs Manipuladores
•   Em geral, executam movimentação de objetos
    na indústria de manufatura, pintura e
    soldagem na indústria automobilística,
    manuseio de objetos radioativos, etc.
•   Tarefas repetitivas, de precisão ou perigosas.
•   Mercado de US$ 5,7 bilhões por ano!*




         * Dado de 2010. Fonte: http://www.ifr.org/industrial-robots/statistics/
                             Felipe Nascimento Martins
Felipe Nascimento Martins
Robôs de Serviços
 •   Realizam serviços de utilidade aos seres
     humanos ou equipamentos, excluindo-se
     operações de manufatura. São robôs que
     auxiliam em tarefas como:
     •   busca e resgate;
     •   assistência doméstica (como aspiradores de pó e
         cortadores de grama);
     •   entretenimento (futebol de robôs, robôs que se
         comportam como animais de estimação); e
     •   assistência a pessoas com deficiência (como
         cadeiras de rodas robóticas e dispositivos de
         auxílio ao caminhar).
                      Felipe Nascimento Martins
Felipe Nascimento Martins
Felipe Nascimento Martins
Robôs de Serviços
  Stanford Personal Robotics Program




          http://personalrobotics.stanford.edu/

                  Felipe Nascimento Martins
Mercado de Robôs
 •   Levando-se em consideração apenas
     aplicações profissionais (não domésticas),
     robôs de serviço já formam um mercado de
     mais de US$3,2 bilhões.
 •   7% do valor referem-se a unidades para
     aplicações médicas;
 •   75% refere-se à área de defesa!

                                 Fonte: http://www.ifr.org/service-robots/statistics/




                 Felipe Nascimento Martins
Mercado de Robôs
 •   Considerando aplicações domésticas e
     pessoais (robôs aspiradores, cortadores de
     grama, de entretenimento, educacionais e
     de pesquisa), somente em 2010 foram
     vendidas 2,2 milhões de unidades.
 •   Mercado de US$ 540 milhões.
 •   Previsão: 2011~2014: venda de 14,4
     milhões de unidades apenas para uso
     pessoal!
                                 Fonte: http://www.ifr.org/service-robots/statistics/



                 Felipe Nascimento Martins
Mercado de Robôs
 •   Estudo da União Européia estima que o
     mercado de robôs será de aprox. 100
     bilhões de euros por ano até 2020!
 •   A Europa está preparando projeto de
     Parceria Público-Privada para 2013, com
     objetivo de investir na área de robótica para
     aumentar os empregos;
 •   Hoje a Europa produz um quarto dos robôs
     industriais e metade dos robôs de serviço
     do mundo.
 Fonte:http://europa.eu/rapid/pressReleasesAction.do?reference=IP/12/978&format=HTML&aged=
     0&language=PT&guiLanguage=en


                               Felipe Nascimento Martins
Mercado de Robôs

 •   Segundo a revista Galileu, existem cerca
     de 5,5 milhões de unidades de robôs de
     serviço em funcionamento no mundo,
     enquanto a quantidade de robôs
     industriais é de cerca de 1,1 milhão (em
     2011).
 •   Mas...


                 Felipe Nascimento Martins
Mercado de Robôs

 •   Apenas a empresa Foxconn, maior
     fabricante terceirizada de eletrônicos do
     mundo, pretende aumentar o número de
     robôs em suas fábricas de 10 mil para um
     milhão até 2014!




                 Felipe Nascimento Martins
Mercado de Robôs




            Felipe Nascimento Martins
Mercado de Robôs




            Felipe Nascimento Martins
Mercado de Robôs




            Felipe Nascimento Martins
Mercado de Robôs

 •   Em 2010, pela primeira vez o Japão deixou
     de ser o maior consumidor de robôs
     industriais. Em números absolutos, os
     maiores mercados são:
 •   1. Coréia do Sul
 •   2. Japão
 •   3. EUA
 •   4. China

                 Felipe Nascimento Martins
Mercado de Robôs
 •   Estamos na economia do conhecimento e
     parece que os únicos trabalhos que vão
     "sobrar" para humanos, no médio e longo
     prazos, são aqueles nos quais é preciso
     exercitar funções essencialmente
     humanas: pensar, imaginar, perguntar,
     descobrir, criar, resolver, desenhar,
     projetar… coisas que robôs ainda vão
     demorar muito tempo pra começar a fazer.

                        •   Silvio Meira


                 Felipe Nascimento Martins
Robôs Manipuladores
História
•   O primeiro robô manipulador industrial foi
    projetado por George Devol em 1954.
•   Em 1956, Devol e Joseph Engelberger
    fundaram a Unimation, a primeira empresa de
    robótica do mundo.
•   Em 1962 o primeiro robô industrial, o
    UNIMATE, começa a funcionar numa fábrica
    da GM nos EUA.


                  Felipe Nascimento Martins
História

•   O primeiro
    modelo
    Unimate numa
    fábrica da GE.




                     Felipe Nascimento Martins
História
•   Em 1969 foi
    construído o
    primeiro
    manipulador com
    6 graus de
    liberdade
    acionado por
    motores elétricos:
    Stanford Arm.


                     Felipe Nascimento Martins
História
•   1ª geração: Não possuem sensores. Baixo
    poder de computação;
•   2ª geração: Processamento de sensores em
    malha fechada com razoável poder
    computacional;
•   3ª geração: Sensores mais complexos e poder
    computacional muito mais elevado. Muitos
    usam algoritmos de Inteligência Artificial na
    tomada de decisões.

                   Felipe Nascimento Martins
História
•   ABB: primeira a ter um
    robô comercial 100%
    elétrico controlado por
    microprocessador, em
    1973: IRB6.
•   Foi a primeira a vender
    100 mil unidades de
    robôs industriais, em
    2003.


                   Felipe Nascimento Martins
Mercado
•   Alguns fabricantes importantes de robôs
    manipuladores:
•   ABB – fusão da sueca Asea com a suíça
    Brown Boveri;
•   Adept – EUA;
•   FANUC – EUA/Japão;
•   Kawasaki Robotics – Japão;
•   Kuka – Alemanha;
•   Stäubli Robotics – Suíça.

                 Felipe Nascimento Martins
Aplicação: Indústria Automobilística




              Felipe Nascimento Martins
Exemplos de Manipuladores




            Felipe Nascimento Martins
Exemplos de Manipuladores




            Felipe Nascimento Martins
Exemplos de Manipuladores




            Felipe Nascimento Martins
Exemplos de Manipuladores




            Felipe Nascimento Martins
Exemplos de Manipuladores




     http://www.engadget.com/2007/01/29/robotic-arm-rides-5-cents/

                       Felipe Nascimento Martins
Graus de Liberdade

•   Graus de liberdade (Degrees of Freedom –
    DOF) é o número de variáveis independentes
    de posição que precisam ser especificadas
    para se definir inequivocamente a localização
    de todas as partes de um mecanismo.

•   Num robô, é o número total de movimentos
    independentes que ele pode efetuar.

                   Felipe Nascimento Martins
Graus de Liberdade

•   Para se definir precisamente um ponto da
    garra do robô (ou da ferramenta que ele
    utiliza) no espaço é preciso um manipulador
    de 6 DoF:
    •   3 DoF para definir seu posicionamento;
    •   3 DoF para definir sua orientação.




                       Felipe Nascimento Martins
Graus de Liberdade
•   Quantos graus de liberdade (DOF) têm o
    braço humano (sem considerar a mão)?




                  Felipe Nascimento Martins
Graus de Liberdade
•   Quantos graus de liberdade (DOF) têm o
    braço humano (sem considerar a mão)?
•   Sete!
    Três no ombro;
    Um no cotovelo; e
    Três no pulso.


•   O que significa ter mais graus de liberdade
    que o necessário?

                   Felipe Nascimento Martins
Graus de Liberdade
•   Um robô manipulador
    com mais de 6 DOF é
    chamado de robô
    redundante.
•   Quanto maior for o
    número de DoF, mais
    complexo é o controle
    (cinemática inversa).


                   Felipe Nascimento Martins
Graus de Liberdade
•   Quantos graus de liberdade (DOF) têm a mão
    humana?




                  Felipe Nascimento Martins
Graus de Liberdade
•   A mão humana tem 27 DOF!
•   "The human hand has 27 degrees of freedom: 4
    in each finger, 3 for extension and flexion and
    one for abduction and adduction; the thumb is
    more complicated and has 5 DOF, leaving 6
    DOF for the rotation and translation of the
    wrist."

•   (from ElKoura and Singh 2003 'Handrix:
    Animating the Human Hand'
    Eurographics/SIGGRAPH Symposium on
    Computer Animation).




                             Felipe Nascimento Martins
Quantos Graus de Liberdade?




             Felipe Nascimento Martins
Aplicação: Busca e Resgate




        Biorobotics Lab, Carnegie Mellon University.


                  Felipe Nascimento Martins
Estruturas de Robôs Manipuladores
•   As juntas de um manipulador podem ser:
    •   Prismáticas - P;
    •   Rotativas - R;
•   Considerando apenas as três primeiras juntas
    a partir da base do robô (os três primeiros
    graus de liberdade), várias estruturas podem
    ser formadas;
•   Cada estrutura resulta em diferentes
    características para o robô, influenciando
    principalmente em seu volume de trabalho.

                           Felipe Nascimento Martins
Robô Cartesiano – PPP




          Seiko Instruments - Série XM3000
             Felipe Nascimento Martins
Robô Cartesiano – PPP




             Felipe Nascimento Martins
Robô Cilíndrico – RPP




             Felipe Nascimento Martins
Robô Cilíndrico – RPP




             Felipe Nascimento Martins
Robô SCARA – RRP




                                       Bosch SR800
  SCARA: Selective Compliant Articulated Robot for Assembly

                     Felipe Nascimento Martins
Robô SCARA – RRP




 Volume de trabalho de um robô tipo SCARA. Essencialmente ele
 é um robô de coordenadas cilíndricas.

                    Felipe Nascimento Martins
Esférico (Stanford Arm) – RRP




             Felipe Nascimento Martins
Esférico (Stanford Arm) – RRP




             Felipe Nascimento Martins
Antropomórfico – RRR




            Felipe Nascimento Martins
Antropomórfico – RRR




            Felipe Nascimento Martins
Stäubli/Unimation PUMA (com punho)




   PUMA: Programmable Universal Manipulator for Assembly


                    Felipe Nascimento Martins
Efetuadores – Garras




             Felipe Nascimento Martins
Estrutura Mecânica
•   Braço   mobilidade;
•   Punho     destreza;
•   Efetuador    atuação.

•   O efetuador pode ser uma garra ou outra
    ferramenta (por exemplo, para pintar, soldar,
    colar, cortar etc.).



                    Felipe Nascimento Martins
Efetuadores – Exemplo




            Felipe Nascimento Martins
Robôs Móveis
Robô Móvel

 •   Muitos dos robôs de serviço são Robôs
     Móveis.
 •   Mas, o que é um Robô Móvel?
 •   Um robô manipulador não se move? Então,
     não é “móvel”?




                Felipe Nascimento Martins
Robô Móvel

 •   Um robô móvel pode deslocar-se:
     •   no solo, através de rodas, esteiras, patas, etc.;
     •   no ar, como um helicóptero, avião ou balão;
     •   na água, como um navio ou submarino;
     •   ou no espaço!
 •   É definido como um veículo capaz de
     movimentação autônoma, equipado com
     atuadores controlados por um computador
     embarcado.

                      Felipe Nascimento Martins
Robô Móvel

 •   Um robô móvel pode deslocar-se:
     •   no solo, através de rodas, esteiras, patas, etc.;
     •   no ar, como um helicóptero, avião ou balão;
     •   na água, como um navio ou submarino;
     •   ou no espaço!
 •   É definido como um veículo capaz de
     movimentação autônoma, equipado com
     atuadores controlados por um computador
     embarcado.

                      Felipe Nascimento Martins
História
 •   O primeiro robô
     móvel construído e
     reconhecido na
     bibliografia é o
     Shakey,
     desenvolvido pelo
     Stanford Research
     Institute, em 1967.

Fonte: http://www.ai.sri.com/shakey/images.php


                                       Felipe Nascimento Martins
Exemplos de Robôs Móveis
Luna –
RoboDynamics

•   A ideia é que seja
    o primeiro robô
    pessoal acessível
    do mundo.
Roomba - iRobot

•   Aspira os locais determinados
    e retorna à base quando a
    bateria está no fim;
•   Sensores infravermelhos
    evitam queda de escada;
•   Detecta e permanece mais
    tempo na região mais suja;
•   6 milhões de unidades
    vendidas em 10 anos (até
    2012).
Exemplos de Robôs Móveis
Exemplos de Robôs Móveis
Exemplos de Robôs Móveis
Exemplos de Robôs Móveis
Exemplos de Robôs Móveis
Exemplos de Robôs Móveis
Sensores
                       Acelerômetro
                       Acelerômetro
           Câmera
           Câmera


                                   LASER
                                    LASER



                       GPS
                       GPS

                                Ultrassom
                                Ultrassom



                         Encoder
                         Encoder

             Bússola
             Bússola
Atuadores
 Motores!




            Felipe Nascimento Martins
Manipulador Móvel

 •   Um robô móvel que possui um manipulador
     a bordo chama-se Manipulador Móvel;
 •   O conjunto é considerado como um
     sistema multirrobôs, pois seu controle deve
     ser coordenado para realização da tarefa
     designada.




                  Felipe Nascimento Martins
O futuro da robótica...
ASIMO - Honda
Exemplos de Robôs Móveis




Desenvolvimento iniciado
pela Honda em 1986.
Aprendizado de Máquina
Veículos Autônomos




   Tese de doutorado de Pieter Abbeel, Stanford University, 2008.
Veículos Autônomos




    Narração: Prof. Sebastian Thrun, Universidade de Stanford.
Veículos Autônomos
•   Várias empresas e instituições trabalham no
    desenvolvimento de veículos autônomos;
•   O projeto mais avançado é da Google: mais
    de 300.000 milhas em modo autônomo!
Veículos Autônomos




   Projeto de Doutorado do Prof. Rafael Vivacqua – UFES/IFES
Veículos Autônomos




   Projeto de Doutorado do Prof. Rafael Vivacqua – UFES/IFES
Cursos Gratuitos On-Line
•   Cursos on-line gratuitos com professores de
    Stanford, MIT, Berckeley, Harvard e outras:

•   Intro to Robotics: http://see.stanford.edu/see/courses.aspx
•   Introduction to Artificial Intelligence: www.ai-class.org
•   Machine Learning: www.ml-class.org
•   Programming a Robotic Car: www.udacity.com
•   Artificial Intelligence: https://www.edx.org/courses
•   Circuits and Electronics: https://www.edx.org/courses
Competições de Robótica
RoboCup
 •   Promove anualmente o maior e mais importante
     evento sobre robôs autônomos e inteligentes;
 •   Iniciativa internacional para promover educação,
     pesquisa e desenvolvimento em robótica e IA;
 •   Ideia nasceu no Japão em 1992;
 •   Primeira edição: Nagoya, 1997 - ~40 times;
 •   Edição 2012: Cidade do México. Cerca de 2.500
     participantes de aprox. de 40 países, com
     competições de futebol de robôs, robôs de
     regaste e robôs de serviço.
 •   Em 2014 será no Brasil, em João Pessoa!
Olimpíada Brasileira de Robótica
•   É uma das olimpíadas científicas brasileiras
    apoiadas pelo CNPq;
•   Iniciativa pública, gratuita, sem fins lucrativos;
•   Visa estimular jovens às carreiras científico-
    tecnológicas e promover atualizações no processo
    de ensino-aprendizagem brasileiro;
•   Ensino fundamental, médio e técnico;
•   Primeira edição: 2007, com 5.000 participantes;
•   2009: mais de 20.000 alunos participaram.
LARC/CBR/OBR 2010
OBR/LARC 2010
Equipes que representaram o ES:
• Equipe do CEDTEC obteve o
  segundo lugar na Categoria
  Resgate – nível 1 (ensino
  fundamental);
• Equipe do IFES obteve o terceiro
  lugar Categoria Resgate – nível 2
  (ensino médio);
• Equipe da UFES ficou em
  primeiro lugar na categoria IEEE
  SEK da competição Latino-
  Americana.
OBR/LARC 2011
•   Equipe do colégio Salesiano
    obteve o 13º lugar na categoria
    Resgate A – nível 1;
•   Equipe do IFES obteve o 7º lugar
    Categoria Resgate A – nível 2
    (ensino médio) e o 1º lugar na
    categoria Resgate B;
•   Equipe da UFES ficou em 2º
    lugar na categoria IEEE SEK da
    competição brasileira e em 1º na
    competição Latino-Americana (na
    Colômbia). É tetracampeã!
RoboCup Junior 2011
 •   Equipe Emerotecos (IFES): 7º lugar na categoria
     Rescue B!
Robô da Emerotecos (IFES) em 2011




   Prêmio de Melhor Vídeo na Mostra Nacional de Robótica de 2011
RoboCup Junior 2011
 •   Equipe Hipérion, de São Paulo: primeiro lugar na
     categoria Rescue A!!
RoboCup Junior 2012
 •   Equipe Emerotecos, do IFES: melhor robô e
     terceiro lugar no supertimes do Resgate B!
Robô da Emerotecos (IFES) em 2012
Robô da Emerotecos (IFES) em 2012
Robô da Emerotecos (IFES) em 2012
Robô da Emerotecos (IFES) em 2012
Robô da Emerotecos (IFES) em 2012




            Felipe Nascimento Martins
RoboCup
Visão:


  “Até 2050, desenvolver um time de
    robôs humanóides autônomos
      que possa vencer a seleção
     humana campeã do mundo”.
RoboCup
RoboCup
Visão:


  “Até 2050, desenvolver um time de
    robôs humanóides autônomos
      que possa vencer a seleção
     humana campeã do mundo”.

           Alguém acredita??
PETMAN – Boston Dynamics
Justin – German Aerospace Center (DLR)




              Felipe Nascimento Martins
Obrigado!
    Felipe Nascimento Martins

       Twitter: @f_n_martins
http://www.facebook.com/felipenm
   felipe.n.martins@gmail.com
       Felipe Nascimento Martins
Referências
  BEKEY, G.; YUH, J. The Status of Robotics. Report on the
  WTEC International Study: Part II. IEEE Robotics and
  Automation Magazine, v. 15, n. 1, p. 80–86, 2008.
  CARELLI, R. Notas de aula da disciplina de Robótica
  Industrial. PPGEE/UFES, 2012.
  SANTOS, Vítor M. F. Robótica Industrial. Capítulos 1 e 2.
  Universidade de Aveiro, 2003-2004.
  SPONG, M.W. HUTCHINSON, S. VIDYASAGAR, M. Robot
  Dynamics and Control. ed. Wiley, 2005.
  SECCHI, H. Uma Introdução aos Robôs Móveis. Monografia
  premiada no concurso da Associação Argentina de Controle
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Robótica: Introdução e Aplicações

  • 1. Robótica: Introdução e Aplicações Felipe Nascimento Martins
  • 3. Contato: Twitter: @f_n_martins http://www.facebook.com/felipenm felipe.n.martins@gmail.com Felipe Nascimento Martins
  • 4. Conteúdo da apresentação • O que é um robô? • Robôs Manipuladores e Robôs Móveis; • Fundamentos dos Manipuladores; • Aplicações de Robôs Manipuladores; • Fundamentos da Robótica Móvel; • Aplicações de Robôs Móveis; • O Futuro da Robótica; • Competições de Robôs. Felipe Nascimento Martins
  • 5. O que é Robô? • A palavra robô vem da palavra Tcheca robota, que significa “trabalho forçado”, e foi usada pela primeira vez numa peça teatral de 1920 escrita por Karel Čapek: Rossum´s Universal Robots (R.U.R.). Felipe Nascimento Martins
  • 8. As Três Leis da Robótica 1ª Lei: Um robô não pode ferir um ser humano ou, por omissão, permitir que um ser humano sofra algum mal; 2ª Lei: Um robô deve obedecer as ordens que lhe sejam dadas por seres humanos, exceto nos casos em que tais ordens entrem em conflito com a Primeira Lei; 3ª Lei: Um robô deve proteger sua própria existência desde que tal proteção não entre em conflito com a Primeira ou com a Segunda Lei. Escritas por Isaac Asimov em seu conto “I, Robot”. Felipe Nascimento Martins
  • 11. Afinal, o que é um Robô (de verdade)? • Segundo a RIA (Associação das Indústrias de Robótica), um Robô é um manipulador reprogramável, multifuncional, projetado para movimentar material, ferramentas ou dispositivos especializados através de movimentos programáveis variados para desenvolver uma variedade de tarefas. Felipe Nascimento Martins
  • 12. Outra definição de robô: • Segundo a ISO 8373:1994, que define o vocabulário padrão para robôs industriais, um robô é: • Um manipulador multifuncional, controlado automaticamente, reprogramável, com três ou mais eixos, que pode estar fixo em determinado local ou ser móvel, utilizado em aplicações de automação industrial. Felipe Nascimento Martins
  • 13. Robôs Manipuladores • Em geral, executam movimentação de objetos na indústria de manufatura, pintura e soldagem na indústria automobilística, manuseio de objetos radioativos, etc. • Tarefas repetitivas, de precisão ou perigosas. • Mercado de US$ 5,7 bilhões por ano!* * Dado de 2010. Fonte: http://www.ifr.org/industrial-robots/statistics/ Felipe Nascimento Martins
  • 15. Robôs de Serviços • Realizam serviços de utilidade aos seres humanos ou equipamentos, excluindo-se operações de manufatura. São robôs que auxiliam em tarefas como: • busca e resgate; • assistência doméstica (como aspiradores de pó e cortadores de grama); • entretenimento (futebol de robôs, robôs que se comportam como animais de estimação); e • assistência a pessoas com deficiência (como cadeiras de rodas robóticas e dispositivos de auxílio ao caminhar). Felipe Nascimento Martins
  • 18. Robôs de Serviços Stanford Personal Robotics Program http://personalrobotics.stanford.edu/ Felipe Nascimento Martins
  • 19. Mercado de Robôs • Levando-se em consideração apenas aplicações profissionais (não domésticas), robôs de serviço já formam um mercado de mais de US$3,2 bilhões. • 7% do valor referem-se a unidades para aplicações médicas; • 75% refere-se à área de defesa! Fonte: http://www.ifr.org/service-robots/statistics/ Felipe Nascimento Martins
  • 20. Mercado de Robôs • Considerando aplicações domésticas e pessoais (robôs aspiradores, cortadores de grama, de entretenimento, educacionais e de pesquisa), somente em 2010 foram vendidas 2,2 milhões de unidades. • Mercado de US$ 540 milhões. • Previsão: 2011~2014: venda de 14,4 milhões de unidades apenas para uso pessoal! Fonte: http://www.ifr.org/service-robots/statistics/ Felipe Nascimento Martins
  • 21. Mercado de Robôs • Estudo da União Européia estima que o mercado de robôs será de aprox. 100 bilhões de euros por ano até 2020! • A Europa está preparando projeto de Parceria Público-Privada para 2013, com objetivo de investir na área de robótica para aumentar os empregos; • Hoje a Europa produz um quarto dos robôs industriais e metade dos robôs de serviço do mundo. Fonte:http://europa.eu/rapid/pressReleasesAction.do?reference=IP/12/978&format=HTML&aged= 0&language=PT&guiLanguage=en Felipe Nascimento Martins
  • 22. Mercado de Robôs • Segundo a revista Galileu, existem cerca de 5,5 milhões de unidades de robôs de serviço em funcionamento no mundo, enquanto a quantidade de robôs industriais é de cerca de 1,1 milhão (em 2011). • Mas... Felipe Nascimento Martins
  • 23. Mercado de Robôs • Apenas a empresa Foxconn, maior fabricante terceirizada de eletrônicos do mundo, pretende aumentar o número de robôs em suas fábricas de 10 mil para um milhão até 2014! Felipe Nascimento Martins
  • 24. Mercado de Robôs Felipe Nascimento Martins
  • 25. Mercado de Robôs Felipe Nascimento Martins
  • 26. Mercado de Robôs Felipe Nascimento Martins
  • 27. Mercado de Robôs • Em 2010, pela primeira vez o Japão deixou de ser o maior consumidor de robôs industriais. Em números absolutos, os maiores mercados são: • 1. Coréia do Sul • 2. Japão • 3. EUA • 4. China Felipe Nascimento Martins
  • 28. Mercado de Robôs • Estamos na economia do conhecimento e parece que os únicos trabalhos que vão "sobrar" para humanos, no médio e longo prazos, são aqueles nos quais é preciso exercitar funções essencialmente humanas: pensar, imaginar, perguntar, descobrir, criar, resolver, desenhar, projetar… coisas que robôs ainda vão demorar muito tempo pra começar a fazer. • Silvio Meira Felipe Nascimento Martins
  • 30. História • O primeiro robô manipulador industrial foi projetado por George Devol em 1954. • Em 1956, Devol e Joseph Engelberger fundaram a Unimation, a primeira empresa de robótica do mundo. • Em 1962 o primeiro robô industrial, o UNIMATE, começa a funcionar numa fábrica da GM nos EUA. Felipe Nascimento Martins
  • 31. História • O primeiro modelo Unimate numa fábrica da GE. Felipe Nascimento Martins
  • 32. História • Em 1969 foi construído o primeiro manipulador com 6 graus de liberdade acionado por motores elétricos: Stanford Arm. Felipe Nascimento Martins
  • 33. História • 1ª geração: Não possuem sensores. Baixo poder de computação; • 2ª geração: Processamento de sensores em malha fechada com razoável poder computacional; • 3ª geração: Sensores mais complexos e poder computacional muito mais elevado. Muitos usam algoritmos de Inteligência Artificial na tomada de decisões. Felipe Nascimento Martins
  • 34. História • ABB: primeira a ter um robô comercial 100% elétrico controlado por microprocessador, em 1973: IRB6. • Foi a primeira a vender 100 mil unidades de robôs industriais, em 2003. Felipe Nascimento Martins
  • 35. Mercado • Alguns fabricantes importantes de robôs manipuladores: • ABB – fusão da sueca Asea com a suíça Brown Boveri; • Adept – EUA; • FANUC – EUA/Japão; • Kawasaki Robotics – Japão; • Kuka – Alemanha; • Stäubli Robotics – Suíça. Felipe Nascimento Martins
  • 36. Aplicação: Indústria Automobilística Felipe Nascimento Martins
  • 37. Exemplos de Manipuladores Felipe Nascimento Martins
  • 38. Exemplos de Manipuladores Felipe Nascimento Martins
  • 39. Exemplos de Manipuladores Felipe Nascimento Martins
  • 40. Exemplos de Manipuladores Felipe Nascimento Martins
  • 41. Exemplos de Manipuladores http://www.engadget.com/2007/01/29/robotic-arm-rides-5-cents/ Felipe Nascimento Martins
  • 42. Graus de Liberdade • Graus de liberdade (Degrees of Freedom – DOF) é o número de variáveis independentes de posição que precisam ser especificadas para se definir inequivocamente a localização de todas as partes de um mecanismo. • Num robô, é o número total de movimentos independentes que ele pode efetuar. Felipe Nascimento Martins
  • 43. Graus de Liberdade • Para se definir precisamente um ponto da garra do robô (ou da ferramenta que ele utiliza) no espaço é preciso um manipulador de 6 DoF: • 3 DoF para definir seu posicionamento; • 3 DoF para definir sua orientação. Felipe Nascimento Martins
  • 44. Graus de Liberdade • Quantos graus de liberdade (DOF) têm o braço humano (sem considerar a mão)? Felipe Nascimento Martins
  • 45. Graus de Liberdade • Quantos graus de liberdade (DOF) têm o braço humano (sem considerar a mão)? • Sete! Três no ombro; Um no cotovelo; e Três no pulso. • O que significa ter mais graus de liberdade que o necessário? Felipe Nascimento Martins
  • 46. Graus de Liberdade • Um robô manipulador com mais de 6 DOF é chamado de robô redundante. • Quanto maior for o número de DoF, mais complexo é o controle (cinemática inversa). Felipe Nascimento Martins
  • 47. Graus de Liberdade • Quantos graus de liberdade (DOF) têm a mão humana? Felipe Nascimento Martins
  • 48. Graus de Liberdade • A mão humana tem 27 DOF! • "The human hand has 27 degrees of freedom: 4 in each finger, 3 for extension and flexion and one for abduction and adduction; the thumb is more complicated and has 5 DOF, leaving 6 DOF for the rotation and translation of the wrist." • (from ElKoura and Singh 2003 'Handrix: Animating the Human Hand' Eurographics/SIGGRAPH Symposium on Computer Animation). Felipe Nascimento Martins
  • 49. Quantos Graus de Liberdade? Felipe Nascimento Martins
  • 50. Aplicação: Busca e Resgate Biorobotics Lab, Carnegie Mellon University. Felipe Nascimento Martins
  • 51. Estruturas de Robôs Manipuladores • As juntas de um manipulador podem ser: • Prismáticas - P; • Rotativas - R; • Considerando apenas as três primeiras juntas a partir da base do robô (os três primeiros graus de liberdade), várias estruturas podem ser formadas; • Cada estrutura resulta em diferentes características para o robô, influenciando principalmente em seu volume de trabalho. Felipe Nascimento Martins
  • 52. Robô Cartesiano – PPP Seiko Instruments - Série XM3000 Felipe Nascimento Martins
  • 53. Robô Cartesiano – PPP Felipe Nascimento Martins
  • 54. Robô Cilíndrico – RPP Felipe Nascimento Martins
  • 55. Robô Cilíndrico – RPP Felipe Nascimento Martins
  • 56. Robô SCARA – RRP Bosch SR800 SCARA: Selective Compliant Articulated Robot for Assembly Felipe Nascimento Martins
  • 57. Robô SCARA – RRP Volume de trabalho de um robô tipo SCARA. Essencialmente ele é um robô de coordenadas cilíndricas. Felipe Nascimento Martins
  • 58. Esférico (Stanford Arm) – RRP Felipe Nascimento Martins
  • 59. Esférico (Stanford Arm) – RRP Felipe Nascimento Martins
  • 60. Antropomórfico – RRR Felipe Nascimento Martins
  • 61. Antropomórfico – RRR Felipe Nascimento Martins
  • 62. Stäubli/Unimation PUMA (com punho) PUMA: Programmable Universal Manipulator for Assembly Felipe Nascimento Martins
  • 63. Efetuadores – Garras Felipe Nascimento Martins
  • 64. Estrutura Mecânica • Braço mobilidade; • Punho destreza; • Efetuador atuação. • O efetuador pode ser uma garra ou outra ferramenta (por exemplo, para pintar, soldar, colar, cortar etc.). Felipe Nascimento Martins
  • 65. Efetuadores – Exemplo Felipe Nascimento Martins
  • 67. Robô Móvel • Muitos dos robôs de serviço são Robôs Móveis. • Mas, o que é um Robô Móvel? • Um robô manipulador não se move? Então, não é “móvel”? Felipe Nascimento Martins
  • 68. Robô Móvel • Um robô móvel pode deslocar-se: • no solo, através de rodas, esteiras, patas, etc.; • no ar, como um helicóptero, avião ou balão; • na água, como um navio ou submarino; • ou no espaço! • É definido como um veículo capaz de movimentação autônoma, equipado com atuadores controlados por um computador embarcado. Felipe Nascimento Martins
  • 69. Robô Móvel • Um robô móvel pode deslocar-se: • no solo, através de rodas, esteiras, patas, etc.; • no ar, como um helicóptero, avião ou balão; • na água, como um navio ou submarino; • ou no espaço! • É definido como um veículo capaz de movimentação autônoma, equipado com atuadores controlados por um computador embarcado. Felipe Nascimento Martins
  • 70. História • O primeiro robô móvel construído e reconhecido na bibliografia é o Shakey, desenvolvido pelo Stanford Research Institute, em 1967. Fonte: http://www.ai.sri.com/shakey/images.php Felipe Nascimento Martins
  • 72. Luna – RoboDynamics • A ideia é que seja o primeiro robô pessoal acessível do mundo.
  • 73. Roomba - iRobot • Aspira os locais determinados e retorna à base quando a bateria está no fim; • Sensores infravermelhos evitam queda de escada; • Detecta e permanece mais tempo na região mais suja; • 6 milhões de unidades vendidas em 10 anos (até 2012).
  • 80. Sensores Acelerômetro Acelerômetro Câmera Câmera LASER LASER GPS GPS Ultrassom Ultrassom Encoder Encoder Bússola Bússola
  • 81. Atuadores Motores! Felipe Nascimento Martins
  • 82. Manipulador Móvel • Um robô móvel que possui um manipulador a bordo chama-se Manipulador Móvel; • O conjunto é considerado como um sistema multirrobôs, pois seu controle deve ser coordenado para realização da tarefa designada. Felipe Nascimento Martins
  • 83. O futuro da robótica...
  • 85. Exemplos de Robôs Móveis Desenvolvimento iniciado pela Honda em 1986.
  • 87. Veículos Autônomos Tese de doutorado de Pieter Abbeel, Stanford University, 2008.
  • 88. Veículos Autônomos Narração: Prof. Sebastian Thrun, Universidade de Stanford.
  • 89. Veículos Autônomos • Várias empresas e instituições trabalham no desenvolvimento de veículos autônomos; • O projeto mais avançado é da Google: mais de 300.000 milhas em modo autônomo!
  • 90. Veículos Autônomos Projeto de Doutorado do Prof. Rafael Vivacqua – UFES/IFES
  • 91. Veículos Autônomos Projeto de Doutorado do Prof. Rafael Vivacqua – UFES/IFES
  • 92. Cursos Gratuitos On-Line • Cursos on-line gratuitos com professores de Stanford, MIT, Berckeley, Harvard e outras: • Intro to Robotics: http://see.stanford.edu/see/courses.aspx • Introduction to Artificial Intelligence: www.ai-class.org • Machine Learning: www.ml-class.org • Programming a Robotic Car: www.udacity.com • Artificial Intelligence: https://www.edx.org/courses • Circuits and Electronics: https://www.edx.org/courses
  • 94. RoboCup • Promove anualmente o maior e mais importante evento sobre robôs autônomos e inteligentes; • Iniciativa internacional para promover educação, pesquisa e desenvolvimento em robótica e IA; • Ideia nasceu no Japão em 1992; • Primeira edição: Nagoya, 1997 - ~40 times; • Edição 2012: Cidade do México. Cerca de 2.500 participantes de aprox. de 40 países, com competições de futebol de robôs, robôs de regaste e robôs de serviço. • Em 2014 será no Brasil, em João Pessoa!
  • 95. Olimpíada Brasileira de Robótica • É uma das olimpíadas científicas brasileiras apoiadas pelo CNPq; • Iniciativa pública, gratuita, sem fins lucrativos; • Visa estimular jovens às carreiras científico- tecnológicas e promover atualizações no processo de ensino-aprendizagem brasileiro; • Ensino fundamental, médio e técnico; • Primeira edição: 2007, com 5.000 participantes; • 2009: mais de 20.000 alunos participaram.
  • 97. OBR/LARC 2010 Equipes que representaram o ES: • Equipe do CEDTEC obteve o segundo lugar na Categoria Resgate – nível 1 (ensino fundamental); • Equipe do IFES obteve o terceiro lugar Categoria Resgate – nível 2 (ensino médio); • Equipe da UFES ficou em primeiro lugar na categoria IEEE SEK da competição Latino- Americana.
  • 98. OBR/LARC 2011 • Equipe do colégio Salesiano obteve o 13º lugar na categoria Resgate A – nível 1; • Equipe do IFES obteve o 7º lugar Categoria Resgate A – nível 2 (ensino médio) e o 1º lugar na categoria Resgate B; • Equipe da UFES ficou em 2º lugar na categoria IEEE SEK da competição brasileira e em 1º na competição Latino-Americana (na Colômbia). É tetracampeã!
  • 99. RoboCup Junior 2011 • Equipe Emerotecos (IFES): 7º lugar na categoria Rescue B!
  • 100. Robô da Emerotecos (IFES) em 2011 Prêmio de Melhor Vídeo na Mostra Nacional de Robótica de 2011
  • 101. RoboCup Junior 2011 • Equipe Hipérion, de São Paulo: primeiro lugar na categoria Rescue A!!
  • 102. RoboCup Junior 2012 • Equipe Emerotecos, do IFES: melhor robô e terceiro lugar no supertimes do Resgate B!
  • 103. Robô da Emerotecos (IFES) em 2012
  • 104. Robô da Emerotecos (IFES) em 2012
  • 105. Robô da Emerotecos (IFES) em 2012
  • 106. Robô da Emerotecos (IFES) em 2012
  • 107. Robô da Emerotecos (IFES) em 2012 Felipe Nascimento Martins
  • 108. RoboCup Visão: “Até 2050, desenvolver um time de robôs humanóides autônomos que possa vencer a seleção humana campeã do mundo”.
  • 110. RoboCup Visão: “Até 2050, desenvolver um time de robôs humanóides autônomos que possa vencer a seleção humana campeã do mundo”. Alguém acredita??
  • 111. PETMAN – Boston Dynamics
  • 112. Justin – German Aerospace Center (DLR) Felipe Nascimento Martins
  • 113. Obrigado! Felipe Nascimento Martins Twitter: @f_n_martins http://www.facebook.com/felipenm felipe.n.martins@gmail.com Felipe Nascimento Martins
  • 114. Referências BEKEY, G.; YUH, J. The Status of Robotics. Report on the WTEC International Study: Part II. IEEE Robotics and Automation Magazine, v. 15, n. 1, p. 80–86, 2008. CARELLI, R. Notas de aula da disciplina de Robótica Industrial. PPGEE/UFES, 2012. SANTOS, Vítor M. F. Robótica Industrial. Capítulos 1 e 2. Universidade de Aveiro, 2003-2004. SPONG, M.W. HUTCHINSON, S. VIDYASAGAR, M. Robot Dynamics and Control. ed. Wiley, 2005. SECCHI, H. Uma Introdução aos Robôs Móveis. Monografia premiada no concurso da Associação Argentina de Controle Automático – AADECA, 2008. Edição brasileira, 2012.