apostila de robotica

apostila de robotica

(Parte 1 de 8)

Professor Julio Rojas

A Mecatrônica no contexto da Automação

A mecatrônica é uma das áreas recentes da engenharia – foi criada ao longo da vida profissional de uma geração de engenheiros que ainda está ativa –, é interdisciplinar por natureza e adquiriu vida própria à medida que a automação industrial começou a ser difundida como uma solução para o aumento de produtividade. Integrando conhecimentos de diversas áreas tradicionais, como mecânica e eletricidade, e associandose à computação, ela prima por ser rica em aspectos tecnológicos inovadores. A palavra “mecatrônica” surgiu originalmente no Japão e foi, aos poucos, encontrando seu espaço mundo afora, abrigando-se no programa curricular de muitas universidades. Ao engenheiro eletricista, especialmente ao eletrônico, com visão voltada para a placa de circuito impresso, que recebe sinais de sensores e comanda atuadores, associase o mecânico quando é necessário o conhecimento do movimento de corpos no espaço e da resistência estrutural do sistema, sua flexibilidade e as conseqüentes vibrações. A linguagem comum entre esses componentes é campo do engenheiro de computação e, finalmente, o resultado de toda essa soma é a vida moderna, em que todos esses novos dispositivos opto-eletro-mecânicos já estão incorporados ao dia-adia e não nos preocupamos se eles são produzidos com componentes oriundos dos mais diversos países e montados em uma indústria quase totalmente automatizada.

A mecatrônica pode, portanto, ser compreendida como uma filosofia relacionada à aplicação combinada de conhecimentos de áreas tradicionais, como a engenharia mecânica, a eletrônica, controle e a computação, de forma integrada e concorrente.

A economia mundial foi marcada no século XVIII pela invenção da máquina a vapor; no fim do século X, os propulsores da nova revolução do desenvolvimento foram – e continuam a sê-lo – a tecnologia (representada pela informática e pelo aperfeiçoamento dos transportes e das comunicações) e a globalização (Rosário, 2005).

Provavelmente os dias atuais entrarão para a História como o período da “moderna Revolução Industrial”, numa analogia com o período inicial da industrialização, no século, XVIII, quando o homem passou a controlar os sistemas de potência. Na moderna Revolução Industrial, que veio após a Segunda Guerra Mundial, o homem conseguiu o controle sobre os sistemas de informação.

O termo mecatrônica foi utilizado pela primeira vez no Japão, no final da década de 70, como resultado da combinação bem-sucedida de mecânica, eletrônica e processamento digital em produtos de consumo. Essa integração de conceitos pode gerar uma gama muito ampla de aplicações, portanto o termo mecatrônica pode ser interpretado de diferentes formas dependendo da aplicação em questão.

Sistema biológico versus sistema mecatrônico

Do aspecto funcional, os sistemas de automação industrial podem ser divididos de acordo com os vários níveis de uma organização, os quais executam funções específicas no processo produtivo e, por conseguinte, estão associados a diferentes elementos. Os níveis também apresentam diferentes requisitos tecnológicos.

Os sistemas automatizados, dependendo da necessidade das aplicações, podem formar um sistema de controle completo e complexo. Na figura abaixo, para uma fácil interpretação dos diversos níveis e elementos, podemos comparar o sistema técnico com o sistema biológico, ou seja, o corpo humano.

A tabela seguinte sintetiza essa interpretação:

Temos então várias áreas de aplicação da mecatrônica:

A figura a seguir representa de forma genérica um sistema mecatrônico. Os sensores permitem obter do mundo físico informações que são processadas digitalmente, resultando em ações de controle. O sistema de controle age sobre o sistema físico por meio de atuadores, o que acarreta o conceito de sistema realimentado (feedback). Essa estrutura pode representar sistemas com diversos níveis de complexidade.

Automação

Automação é uma tecnologia que faz uso de sistemas mecânicos, elétricos, eletrônicos e de computação para efetuar controle de processos produtivos. Podemos observar a semelhança desta definição com a definição da palavra mecatrônica, nos permitindo dizer que as duas coisas são uma só. Alguns exemplos de processos de automação nas indústrias são:

• linhas de montagem automotiva • integração de motores – linha “transfer”

• maquinas operatrizes do tipo CNC

• robôs

Pode-se identificar três formas distintas de automação industrial:

• automação fixa • automação flexível

• automação programável a) Automação fixa

Na automação fixa as máquinas são específicas para o produto a ser produzido. Elas produzem grande quantidade um único produto, ou produtos com pequenas variações entre eles. O volume de produção é elevado, e o custo da máquina é elevado, pois é projetada para um produto especifico. Por outro lado, como o volume de produção é alto, o custo do produto em geral é baixo. Tais máquinas são encontradas em linhas transfer de motores, produção de lâmpadas, fabricação de papel e de garrafas. Neste tipo de automação, devese ter cuidado com o preço final do produto, pois, como o investimento de aquisição da máquina é alto, a amortização só acontece com vendas elevadas. Além disso, se o produto sair do mercado por obsolescência, perde-se o investimento.

b) – Automação flexível

Na automação flexível o volume de produção é médio e geralmente a máquina pode ser programada para produzir um outro produto, ainda que semelhante. Esta automação possui características da automação fixa e da programável. A máquina deve ser adaptável a um número grande de produtos similares, e, neste sentido, ela é mais flexível que a automação fixa. A automação flexível é empregada, por exemplo, numa linha de montagem automotiva.

c) – Automação programável

Na automação programável o volume de produção é baixo, mas a variedade de produtos diferentes é alta. Ela é adaptável por meio de programação. Os principais exemplos de automação programável são as máquinas CNC e os robôs industriais.

A Figura a seguir ilustra a relação entre o volume de produção e a diversidade de produtos para os processos de automação descritos. De todos os processos de automação, a robótica mais se aproxima da automação programável. Portanto, os volumes de produção de um robô industrial não são grandes, mas ele é extremamente adaptável a produtos diferentes.

Embora robôs industriais sejam produzidos em diversas configurações, algumas delas se assemelham, até certo ponto, a características humanas (antropomórficas), e, portanto, são propícias para substituir operações realizadas por humanos. Os robôs são totalmente programáveis, possuem braços moveis, e são empregados em várias atividades, entre as quais destacam-se:

• carregamento e descarregamento de máquinas • soldagem a ponto ou outra forma

• pintura ou jateamento

• processo de conformação ou usinagem

Embora haja uma tendência de dotar os robôs industriais de mais habilidade humana, ainda assim eles não possuem forma humana.

E a mecatrônica no Brasil?

No Brasil, os primeiros cursos de graduação em mecatrônica, que surgiram no final da década de 80, e receberam do MEC a denominação de curso de engenharia de controle e automação, foram implementados em diversas universidades, faculdades de tecnologia e cursos técnicos.

As atividades de um engenheiro de controle e automação incluem: 1) A análise dos processos, e 2) O projeto e o dimensionamento, a configuração, a avaliação, a segurança e a manutenção dos sistemas de controle e automação, bem como dos sistemas produtivos e das informações.

Tal profissional atuará na interface entre o sistema produtivo e o sistema gerencial de empresas.A formação multidisciplinar nas áreas de mecânica, eletrônica, instrumentação industrial, informática, controle e gestão da produção permite ao profissional elaborar estudos e projetos, bem como participar da direção e da fiscalização de atividades relacionadas com o controle de processos e a automação de sistemas industriais.

Como já foi dito, a característica predominante do engenheiro de controle e automação é sua formação generalista, o que requer um esforço notável tanto do corpo docente quanto do discente, mas que acabará em suprir uma lacuna que de fato existe no mercado, possibilitando uma realização profissional bastante interessante.

Pequeno Histórico da Robótica

Uma das maiores fantasias do home é a construção de uma máquina com inteligência artificial, capaz de agir e pensar como ele. No entanto, esse desejo esconde a vontade que há em seu subconsciente de possuir um “escravo metálico” que satisfaça todas as suas vontades. E esse sonho humano está perto de se tornar realidade com o espantoso avanço da tecnologia.

A palavra “robô” origina-se da palavra tcheca robotnik, que significa “servo”. O termo foi utilizado inicialmente por Karel Capek em 1923, época em que a idéia de um “homem mecânico” parecia pertencer a alguma obra de ficção. Não é só do homem moderno o desejo de construir robôs: alguns fatos históricos nos mostram que a idéia não é nova (por exemplo, são muitas as referências sobre a construção do homem mecânico por relojoeiros, que os exibiam em feiras).

Também há relatos acerca de algumas animações mecânicas realizadas por Leonardo da Vinci, tais como um leão animado, e seus esforços para fazer máquinas que reproduzissem o vôo das aves. Porém, esses dispositivos eram muito limitados, pois não podiam realizar mais do que uma tarefa, ou um conjunto reduzido delas.

A idéia de construir um robô começou a tomar força no início do século X com a necessidade de aumentar a produtividade industrial e melhorar a qualidade dos produtos. Nessa época o robô industrial encontrou suas primeiras aplicações, e George Devol pode ser considerado o pai da robótica.

Devido aos inúmeros recursos que os sistemas de microcomputadores nos oferecem, a robótica atravessa uma época de contínuo crescimento, que permitirá, em curto espaço de tempo, o desenvolvimento de robôs inteligentes. Assim, a ficção do homem antigo se tornará a realidade do homem atual.

Robôs Temos então alguns exemplos de tipos de robôs abaixo:

Manipuladores: são fisicamente ancorados (fixos) a seu local de trabalho, ou seja, sua base é presa ao chão ou a um suporte de modo que o robô não se desloque pelo ambiente. Pode ser usado numa linha de montagem, num centro de operações cirúrgicas, etc.

• Móveis: podem se deslocar usando rodas, pernas ou mecanismos semelhantes. Aplicam-se, por exemplo, a vigilância e operações militares, explorações espaciais, linhas de produção, etc.

• Humanóides: é um robô híbrido, isto é, móvel e equipado com diversos manipuladores, cuja estrutura física imita o torso humano. Aplicam-se desde as tarefas mais simples até aquelas mais complexas, precisas e arriscadas efetuadas por seres humanos; por exemplo: apertar parafusos, resgatar feridos em campo de guerra, etc.

Os exemplos apresentados acima são apenas exemplos, sendo que hoje em dia, temos tão variados e diversos tipos de robôs, que seria impossível localizálos nas três formações acima descritas.

Vamos então explorar um pouco mais o robô Manipulador descrito acima, pois ele é o mais utilizado dentro das indústrias.

Robótica Industrial

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