robótica, Notas de estudo de Cultura

Baixe robótica e outras Notas de estudo em PDF para Cultura, somente na Docsity! “Robótica” Apresenta-se uma introdução aos robôs industriais, destacando suas principais características e aplicações mais importantes, bem como estatísticas e projeções sobre seu uso atual e no futuro. Introdução O termo robô (do tcheco robota-escravo) foi utilizado pela primeira vez em 1923, na peça de Teatro R.U.R. ('Rossum`s Universal - Robots") do tcheco Karel Capek, e popularizou-se rapidamente entre os escritos de ficção científica, sendo empregado para designar seres mecânicos antropomórficos. Este conceito foi entendido (ou talvez fosse melhor, reduzido) para uma ampla gama de equipamentos industriais. Não existe concordância sobre que tipos de equipamentos devem ser chamados de robôs, o que causa grande dificuldade para a composição e a análise de estatísticas sobre o seu uso. É indiscutível entretanto, que o mais sofisticado robô industrial é incomparavelmente mais simples que os robôs das estórias de ficção científica. Apesar dos diferentes conceitos existentes, é necessário distinguir as diversas categorias de equipamentos que recebem o nome de robô, para deixar clara a nomenclatura adotada em cada caso. A Japan Industrial Robots Industry Association (JIRA) distingue as seguintes categorias: 1 - Manipulador Manual - é um manipulador que é controlado por um operador; 2 - Robô de seqüência fixa - é um manipulador que repete as etapas sucessivas de uma certa operação, de acordo com uma seqüência predeterminada, eventualmente dependente de alguma condição, pois o programa não pode ser alterado com facilidade. 3 - Robô de seqüência variável - é um manipulador que repete as etapas sucessivas de uma certa operação, de acordo com uma seqüência predeterminada, eventualmente dependente de algumas condições. O programa pode ser alterado com facilidade. 4 - Robô repetidor - um manipulador que reproduz, a partir de sua memória, uma seqüência de operações originalmente executadas sob controle de um operador, isto é, um operador humano opera inicialmente o robô, armazenando em sua memória todas as informações relevantes à sua operação (seqüência, posições, condições). Quando instruído para tal, o robô repete as operações armazenadas em sua memória. 5 - Robô de controle numérico - um manipulador capaz de realizar uma certa operação, em termos de seqüência, posição e condições externas, comando por dados numéricos. 6 - Robô inteligente - é um robô dotado de sensores (visuais e/ou táteis), com capacidade para detectar alterações em si mesmo ou no ambiente e alterar correspondentemente seu comportamento, de modo a poder continuar a realizar sua função. liberdade suficientes para a execução das tarefas destinadas ao robô. Possui normalmente 5 ou 6 graus de liberdade, os 3 primeiros permitem o posicionamento da mão no espaço e a parte que a executa é comumente chamada de braço, os seguintes permitem sua orientação espacial. O subsistema cinemático pode ser subdividido segundo essas funções. Para o braço existe uma variedade de configurações já construídas, mas sempre sendo uma combinação das estruturas básicas associadas aos sistemas de coordenadas cartesiano, cilíndrico, polar e de revolução. Analogicamente, existe uma grande variedade de configurações para a implementação da mão. O subsistema cinemático inclui sensores de posição eletromagnéticos ou ópticos, associados a cada um dos grau de liberdade, destinados a gerar sinais que indiquem a posição atual de cada elemento do robô. Estes sinais são encaminhados ao controle, para que este tome as medidas corretivas necessárias . Não existe uma tendência definida para a utilização de uma ou outra geometria, e nenhuma apresentou vantagens ou desvantagens significativas em relação as demais, apenas em certos casos a aplicação específica indica uma geometria como preferencial. Ferramenta - é o dispositivo responsável pela execução do trabalho, assumindo as mais diversas formas dependendo diretamente da aplicação. Pode ser fixa ou trocável, incorporada ao robô ou desenvolvida especialmente para a aplicação. Fonte de energia - como o nome indica, fornece energia na forma adequada para os acionadores do robô. Os robôs destas classes são predominante de acionamento eletrônico, existem muitos de acionamento hidráulicos, mas esta forma de acionamento está sendo abandonada, e possivelmente só sobreviverá em alguns nichos de aplicações, como por exemplo em atmosferas sujeitas à explosão. Controlador e memória de tarefa - tem por finalidade controlar o funcionamento do robô e armazenar as tarefas que deve executar. Existe grande variedade de alternativas de execução, mas a tendência é utilizar um controlador lógico adaptados nos modelos mais simples, e um micro computador de certo porte (16 bits) nos modelos mais complexos. Este microcomputador pode realizar todas as funções de controle, ou ser o elemento principal de uma rede, com um microcomputador de menor porte controlando cada grau de liberdade. A tarefa é armazenada na memória desse microcomputador. Dispositivo de programação - é uma unidade de entrada e saída para permitir a programação do robô. No caso dos robôs de classe 5, é uma simples interface para receber o programa, produzindo externamente. Para as outras classes, existem duas formas principais: através de repetição, isto é, um operador humano realiza os movimentos necessários com a ferramenta presa ao robô, e este memoriza a sequência de movimentos, ou através de uma caixa de comando que permite mover o robô sob controle manual. Em qualquer dos casos, os movimentos ficam armazenados na memória de tarefa, prontos a serem repetidos. Dispositivos de sincronização - são dispositivos e funções que permitem a coordenação das ações do robô com máquinas e/ou eventos externos, de modo que possa ser informado a iniciar seu ciclo de movimento, ou acionar dispositivos externos que podendo iniciar sua atividade. Subsistema sensorial - existe apenas nos robôs de classe 6, é formado por sensores que permitem ao robô reconhecer mudanças de condições em seu ambiente de trabalho, variam desde um simples sensor de presença para determinar se a peça a manipular realmente está em sua posição até sensores de visão tridimensional, muito complexos. Esta é a área de maior atividade de pesquisa na robótica; e seu desenvolvimento é fundamental para que os robôs possam ser empregados em aplicações mais sofisticadas. III - Evolução e Perspectivas no Mercado Mundial de Robôs Todos os estudos sobre a população mundial de robôs encontram três dificuldades principais: a nebulosidade da definição e classificação de robôs, como visto na introdução, a ausência de fontes regulares e confiáveis de informações e a ausência de dados agregados em muitos casos. Assim, existe sempre uma certa divergência entre as diversas fontes que apresentam a mesma informação, e os números a seguir representam uma média ou a informação julgada mais confiável. IV - Principais Aplicações e sua Evolução As aplicações dos robôs se dividem em duas grandes categorias: aquelas em que o robô movimenta uma ferramenta e aquelas em que movimenta uma peça. Na primeira categoria as principais aplicações de pintura (ou outros tipos de revestimento), soldagem a arco, soldagem a ponto, e bem recentemente, montagem. Esta última aplicação é que deve tornar-se a mais importante nos próximos anos. Na segunda categoria temos a alimentação de máquinas em geral, destacando-se as máquinas ferramentas, prensas, forjas, etc. Outros dados agregados são de difícil obtenção, entretanto, o exame de alguns casos isolados disponíveis mostra uma certa tendência geral. Outro exemplo de perspectiva de evolução isolada, é a previsão de utilização de robôs industriais pela General Motors, em suas fábricas. A tendência geral é um crescimento moderado das aplicações já consagradas (pintura, soldagem), acompanhada de um crescimento significativo nas áreas de montagem e operações associadas. V - Aplicações de Robôs Industriais Articulados no Brasil Analisando as áreas de atividades da indústria brasileira e as situações econômicas das empresas que as representam, podemos dizer que solda à ponto; pintura; solda à arco; polimento; rebarbagem; etc., viabiliza a economia, podendo ter bastante aplicação devido aos altos custos anteriormente empregados.. Outra área de aplicação são as de alta repetividade e trabalho monótono, principalmente a solda à ponto; solda à arco; manipulação alta/repetitiva e alguns serviços de montagem. Considerando que a repetividade não é rígida e que a flexibilidade é dada ao sistema de robótica através da reprogramação que poderá ser feita pelo operador da máquina. Finalmente gostaríamos de alertar da necessidade da engenharia de aplicação necessária para uma bem sucedida aplicação. Esta engenharia que procuram outros caminhos, para a execução de dada tarefa caso seja disponível uma certa redundância no sistema. Novos materiais, como materiais baseados em fibras (carbônicas, de vidro), serão tratados pôr processos também novos, como cortar com raio laser ou pôr jatos de plasma ou d’água, onde robôs industriais substituirão máquinas comuns, começando esta substituição quando se trata de superfícies complexas já num futuro próximo. Os sistemas de fabricação do futuro serão construídos modularmente e consistirão de elementos ou grupos de elementos com funções automatizadas flexivelmente que também incorporam as áreas de tecnologia de manuseio, de sensoreamento e de controle e de medição em processos. Robôs industriais móveis encadearão os vários sistemas de fabricação entre si com os armazéns automatizados e com as linhas de montagem robotizadas. Na fábrica do futuro serão executadas montagens, até hoje feitas manualmente, de uma forma automática pelo emprego de robôs industriais. Com o desenvolvimento deste robôs de montagem prevê-se um desenvolvimento para cadeias cinemáticas com mobilidade cada vez mais alta, alta flexibilidade para acoplamento de ferramentas variadíssimas e a repartição dos graus da liberdade do sistema de montagem entre robô e o sistema de suporte do conjunto a ser montado. Numa fase mais avançada ainda, o sistema de fabricação integrado pôr computadores fará uso de inteligência de máquinas, ele vai integrar máquinas ferramentas inteligentes, robôs industriais inteligentes, sistemas de montagem inteligentes, máquinas e robôs de teste inteligentes e meio de transporte inteligentes. Na informática fala-se de inteligência artificial, um campo de pesquisa e de ensino já incorporado em alguns cursos de engenharia no Japão e nos Estados Unidos. Se vemos inteligência, em geral, como a capacidade de adaptação do comportamento de uma entidade a um novo estado do ambiente, então podemos tentar definir inteligência de máquina como uma capacidade da máquina adaptar-se a alterações de parâmetros do processo pôr conhecimentos empíricos armazenados. Muitos sistemas de produção são tão complexos que os seus processos de produção não podem ser descritos analiticamente. Por isso a solução de uma certa tarefa de produção baseia-se em experiência que, pôr sua vez, baseia-se num conhecimento técnico amplo. Para o planejamento de processos de produção muitas vezes são consultados especialistas ou peritos. Em analogia a esses peritos humanos podem ser desenvolvidos na informática sistemas peritos que possuem, como células acumuladoras de conhecimento, a capacidade de tomar decisões e resolver problemas. Hoje já são usados sistemas peritos nas áreas de interpretação, da diagnose (de falhas), da demonstração automática de teoremas matemáticos e de supervisão. A sua arquitetura de software incorpora basicamente módulos interconectados, como o módulo de diálogo, de explicação, da aquisição de conhecimento e do solucionador de problemas. Sistemas peritos ajudarão na otimização de sistemas integrados de fabricação pôr computador devido à possibilidade de, para as diferentes áreas do sistema, poderem ser construídos sistemas peritos dedicados. Podemos imaginar que existirão sistemas peritos para o desenvolvimento, projeto, planejamento de produção, fabricação e montagem, mas também para o controle de qualidade e para o marketing. No futuro, sistemas peritos poderão ser usados como ampliadores de conhecimento, ajudando o homem na execução de suas tarefas e, numa última etapa, como executores próprios que, pela capacidade de aprendizagem de que disporão, chegarão a substituir o homem como comandante de máquinas. Não existem, teoricamente, limitações à inteligência de máquinas: ela pode ser relacionada a propriedades de materiais, a formas geométricas, ao tamanho e ao seqüenciamento de lotes, isso mencionando apenas alguns exemplos. Terminaremos o nosso vôo ao futuro da fábrica com uma última visão: com a penetração cada vez mais profunda de técnicas de informática na fábrica (do futuro) podemos imaginar até novas formas de estruturas de produção. Uma dessas estruturas que me parece mais atraente seria a seguinte: separa-se a fábrica atual em duas partes distintas. Num lado ficará a fábrica, integrada pôr computadores, altamente flexível e automatizada e, no outro, um grupo de empresas que são portadoras do conhecimento do produto e do mercado, sem fabricação própria. Essas duas formas de empresas podem ser interconectadas pôr uma instituição de mercado, digamos pôr uma bolsa de produção em analogia à bolsa de valores de hoje. Usando uma rede de informações, as empresas orientadas aos produtos oferecerão contratos de fabricação, especificados pelas exigências e especificações do produto. A oferta que otimizar custos, qualidade, prazos, etc.., ganhará a ordem de produção. Como no caso da bolsa de valores, deverão existir contratos e/ou leis que garantam uma posição neutra desta bolsa de produção. VII - O Futuro Imediato da Robótica ( Para os Próximos 5 Anos ) Todos os meios de produção sentirão a necessidade de se tornarem cada vez mais flexíveis e integrados por sistemas distribuídos por computadores. Descrição Funcional O sistema tem como entradas a descrição de tarefas a ser executadas pelo robô na forma de uma linguagem de programação (programa fonte) bem como a descrição do ambiente e do robô onde serão executadas estas tarefas. Em conseqüência destas entradas, são gerados arquivos de programas, servindo também como meio de documentação das tarefas e arquivos de modelos de robô e ambiente. O programa fonte é processado pêlos módulos de pré-processamento gerando um programa em linguagem intermediária em arquivo de forma padronizada. O simulador executa a simulação da tarefa baseado no programa intermediário e nos modelos (ambiente e robô) e os resultados são entregues ao sistema de representação gráfica através do qual pode-se analisar a consistência do programa (este simulador deverá ser provido de recurso de auxílio e depuração de programas). Após a depuração do programa, o programa em linguagem intermediária será adequado a um robô específico pôr meio do pós- processador. Observa-se que o sistema é uma ferramenta flexível de programação e simulação uma vez que apenas alguns módulos são dependentes da linguagem (interpretador) e do robô (pós-processador). Composição do Sistema Bibliografia (1) Amaral, P.F.S., Campos, G.L., Pinto, B.G.M., "Robôs Industriais", tutorial apresentado ao l.º Congresso Nacional de Automação Industrial, São Paulo, 1983. (2) Editora Abril S/A - Setor DEDOC - SP (3) Revista Politécnica - Universidade de São Paulo. (4) C.B.I.- Canal Brasileiro da Informação. (5) Páginas da WWW - Internet: · http://www.edacom.com/ · http://www.mrsoft.com.br/techno/produto6.htm · http://www.graco.unb.br/robgraco.html Texto gentilmente cedido por Flávio Toledo (flaviot@sti.com.br) www.sti.com.br