DETERMINAÇÃO DE VARIÁVEIS DE PRÉ-PROJETO DE UM ROBÔ POR MEIOS COMPUTACIONAIS

F. Pretti, M. H. Mathias

Departamento de Mecânica, Faculdade de Engenharia, Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", Av. Dr. Ariberto Pereira da Cunha, 333, Bloco II, Guaratinguetá, SP, CEP: 12.500-000.

Palavras chaves: Robótica, projeto, modelagem de mecanismos.

RESUMO

Este trabalho trata da parte inicial do projeto de um braço de robô cuja anatomia e dimensões foram previamente escolhidas. O objetivo aqui é determinar as variáveis de pré-projeto do braço, ou seja, as variáveis cinemáticas, tais como posição, velocidade e aceleração dos seus componentes (eixos).

A anatomia escolhida para o robô foi a do tipo Braço Articulado Vertical abaixo esquematizado, que consiste em um braço dotado de seis movimentos de rotação.

Esta configuração é largamente utilizada em serviços gerais na indústria, por sua versatilidade e capacidade de movimentacao rápida e precisa. Exemplos de aplicação são operações de soldagem, montagem e manipulacao de ferramentas e de materiais.

A etapa seguinte foi determinar as dimensões do braço bem como a amplitude dos movimentos de rotação dos eixos do robô. Determinados esses parâmetros pôde-se então dar início à determinação das variáveis cinemáticas, o que foi executado computacionalmente através do Toolbox Mechanical Systems Pack do Software Mathematica.

A determinação das posições atingíveis pelo robô é de grande importância para a avaliação do seu volume de trabalho, que tem papel fundamental no planejamento da sua aplicação na linha de produção em que vai ser empregado, bem como na disposição de seus periféricos e da peça a ser por ele trabalhada.

Para a determinação do volume de trabalho foram analisadas as situações extremas de distensão e retração dos eixos do robô em separado, levando-se em consideracao as amplitudes de movimento acima mensionadas, gerando perfis de alcance de todos os eixos, que sobrepostos determinam o volume de trabalho total do equipamento, que é representado esquematicamente na Figura 2.

A determinação das velocidades resultantes de cada um dos eixos do robô devido às velocidades finais do punho (porta-ferramenta) geradas pelo programa são de extrema importância, pois segundo Groover (1988) a estabilidade e a precisão do posicionamento do punho é inversamente proporcional à sua velocidade. Deste modo é importante determinar um valor limite para a velocidade de movimento de todos os eixos, para que no momento da programação sejam impostos tais limites, de modo a garantir determinadas precisão e estabilidade.

Com o auxílio do software acima citado, foi então gerado um programa a ser utilizado na fase de programação do robô, no qual a partir de velocidades desejadas para o punho obtém-se os valores das velocidades individuais - tanto de rotação quanto de translação - de cada um dos eixos, de modo a possibilitar uma estimativa da precisão. Além disso, poder-se-á ainda determinar qual será o valor do amortecimento necessário para manter-se uma boa estabilidade de posicionamento, reduzindo as variações de posição a um valor aceitável.

Por fim, de modo análogo, foi gerado um programa também para a determinação da aceleração de cada eixo devido aos movimento do punho. A importância deste fator está na determinação dos carregamentos dinâmicos do robô, bem como na determinação de valores limite para a frenagem dos movimentos, de modo a prever-se esforços dinâmicos muito elevados, os quais poderiam levar à perda de precisão do braço devido a deformações da estrutura do robô, que por ser um braço didático não possuirá estrutura robusta, sendo assim, suscetível a deformações mesmo quando sujeito à pequenas cargas.

Deste modo, deixa-se, em nível de pré-projeto, à disposição para os passos seguintes da concepção do braço, fatores como as posições, velocidades e acelerações dos eixos do robô, de importância já mencionadas, possibilitando o dimensionamento da estrutura do robô, bem como a seleção dos atuadores - servo-motores ou motores de passo - e de componentes como freios e sensores.

Agradecimentos: Os autores agradecem ao Departamento de Mecânica da Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá pelo apoio técnico-científico e à Unesp, Campus de Guaratinguetá pelo apoio financeiro.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Groover, M.P., Weiss, M., Nagel, R.N., Odrey, N.G.- Robótica, McGraw-Hill, São Paulo, 1988.
Craig, J.J. - Introduction to Robotics - Mechanics and Control, 2nd edition, Addison-Wesley, 1989.
Salant, M.A. - Introdução à Robótica, Makron Books, São Paulo, 1990.
Mechanical Systems Pack - User's Guide, Wolfram Research Inc,Champaign,1995.