Os robôs industriais são projetados para uso em automação industrial. São máquinas programáveis usadas especificamente para automatizar tarefas relacionadas à produção.
Normalmente, vários robôs são instalados em uma linha de montagem, cada um responsável por um objetivo específico. Por exemplo, alguns selecionam e posicionam peças de trabalho, alguns interagem com diferentes equipamentos (como um torno ou fresadora) e outros realizam trabalhos de montagem. Eles também podem ser reprogramados para executar diferentes tipos de aplicações.
Um robô é um sistema construído a partir de vários subsistemas. Esses subsistemas interagem entre si e com o espaço de trabalho (como uma linha de montagem) para executar tarefas específicas.
Embora os robôs industriais e de serviço possam executar tarefas diferentes, eles compartilham componentes e uma estrutura comum. Neste artigo, aprenderemos sobre os componentes de um robô industrial ou braço robótico.
Componentes
Existem cinco componentes principais de um braço robótico.
1. Braço manipulador
2. Efetor final
3. Atuadores e transmissão
4. Controlador
5. Sensores
O robô/braço robótico é normalmente montado em uma base fixa ou móvel.
O braço manipulador
O braço manipulador é um braço mecânico programável que funciona de forma semelhante a um braço humano. Sua finalidade é movimentar-se conforme necessário, proporcionando alcance no espaço de trabalho. Funciona como parte de um robô complexo ou realiza tarefas independentes. Essencialmente, é uma cadeia móvel de segmentos ou elos acoplados sucessivamente.
Os segmentos são chamados de slides cruzados, pois podem mover-se uns sobre os outros em uma área de trabalho. Uma extremidade do manipulador permanece fixa ao solo ou base, e a outra permanece livre para segurar o atuador final.
O braço manipulador é projetado com um sistema de coordenadas específico, com diversos designs disponíveis. O mais simples é um braço de dois ou três eixos. O eixo ou grau de liberdade refere-se ao movimento independente do segmento ou link. O ponto onde dois segmentos ou links são acoplados é chamado de junta. Os segmentos são conectados entre si por algum conector de par inferior.
Aqui estão os tipos de conectores ou juntas de pares inferiores:
1. Junta de revolução (R): tem um grau de liberdade (DOF), permitindo movimento rotacional relativo do link de saída com o eixo de rotação perpendicular ao eixo do link de entrada e saída.
2. Junta prismática (P): possui um DOF, permitindo um movimento de deslizamento translacional entre o link de entrada e saída. Os eixos de ambos os links são paralelos.
3. Junta helicoidal (H): tem um DOF, permitindo o movimento rotacional do link de saída enquanto translada em torno de um eixo de parafuso perpendicular ao eixo do link de entrada.
4. Junta cilíndrica (C): possui dois DOFs — o primeiro é a rotação do link de saída, com um eixo de rotação perpendicular ao eixo do link de entrada. O segundo grau de liberdade é o movimento de deslizamento translacional do link de saída ao longo do eixo perpendicular ao eixo do link de entrada.
5. Junta universal (S): tem dois DOFs — o primeiro é a rotação do link de saída em torno do eixo perpendicular ao eixo do link de entrada. A segunda é a rotação do link de entrada em torno do eixo perpendicular ao eixo do link de saída.
6. Junta esférica (T): tem três DOFs – o primeiro é o movimento rotacional do link de saída em torno de seu próprio eixo. Os outros dois incluem o movimento de translação do link de saída em torno dos eixos perpendiculares ao eixo do link de entrada.
Os robôs industriais são projetados principalmente em uma configuração corpo-pulso. Em um braço robótico de 6 DOF, três elos constituem o corpo que coloca o efetor final no local desejado na área de trabalho, e três elos formam o pulso do manipulador, colocando o efetor final na orientação desejada.
As juntas giratórias e prismáticas conectam a maioria dos elos do braço manipulador.
O efetor final
O efetor final é a pinça ou ferramenta de braço montada no pulso do braço manipulador. Dependendo da tarefa do robô ou da aplicação robótica, um efetor final específico é conectado ao pulso. Por exemplo, existem diferentes efetores finais para tarefas relacionadas ao manuseio e processamento de materiais.
Também pode haver diferentes efetores finais para a mesma tarefa. Por exemplo, a preensão pode ser feita de diversas maneiras, como fixação mecânica, preensão magnética ou preensão por sucção. Cada método usa um tipo diferente de efetor final.
Atuadores e transmissão
Os atuadores ou drives são necessários para mover os links sobre as juntas. O movimento acontece durante o transporte de uma carga desejada pelo robô. A carga útil pode ser uma ferramenta de braço ou uma peça de trabalho.
Existem três tipos de atuadores ou drives usados para construir robôs industriais.
1. Acionamentos pneumáticos: Esses atuadores usam ar comprimido para mover o elo em torno da junta. O movimento pode ser translacional ou rotacional. Os acionamentos pneumáticos são normalmente usados para movimentos lineares ou translacionais. Eles são simples de construir, econômicos, rápidos e confiáveis. No entanto, os drives são adequados apenas para cargas úteis pequenas e leves, pois às vezes pode haver atraso no movimento e repetibilidade reduzida.
2. Acionamentos hidráulicos: Essas unidades usam óleo para mover o elo pela junta. O óleo é bombeado de um tanque para o atuador hidráulico através de uma válvula de controle. Tanto o movimento linear quanto o rotacional podem ser acionados por meio desses atuadores. Os acionamentos hidráulicos podem movimentar cargas pesadas e são de fácil manutenção. Eles são caros e nem sempre tão precisos quanto outros tipos de unidades.
3. Acionamentos elétricos: Estes são os motores elétricos usados para mover o elo sobre a junta. Existem muitos tipos diferentes de motores elétricos, incluindo motores CC sem escova, de passo, servo CC e servomotores CA reversíveis. O utilizado é baseado no movimento desejado do link e no controle e repetibilidade necessários. Os motores elétricos são altamente precisos, confiáveis e podem suportar muitas cargas úteis. Os motores vêm com diversas etiquetas de preços, dependendo das características e da aplicação.
Normalmente, são necessários elementos de transmissão entre o link e o inversor. A saída do atuador ou do inversor pode exibir uma cinemática diferente do movimento desejado. Por exemplo, um motor DC produz movimento rotacional que deve ser convertido em movimento translacional do link. A saída do atuador pode ser inadequada para aplicação direta no link.
Por exemplo, um motor pode ter uma saída de RPM alta, mas sua RPM deve ser reduzida ou convertida para o torque equivalente. Outro caso em que a transmissão é necessária entre o acionamento e o elo é quando o atuador é grande demais para caber ao longo do elo. Nesses casos, com uma transmissão adequada, o drive é colocado em um local adequado ao redor do link, e qualquer conflito entre o movimento dos links interligados é resolvido.
O controlador
Um controlador é uma unidade de computação que controla o movimento dos links de maneira programável. O controlador pode ser microcontroladores, controladores especializados ou computadores.
O controlador recebe feedback dos sensores, controlando as saídas dos atuadores para que o robô se mova sequencialmente para realizar sua tarefa. Os sensores e atuadores fazem interface com o controlador por meio de interfaces de hardware. Os controladores também podem ter uma interface de usuário para reprogramação ou entradas humanas.
Sensores
Os sensores interagem com o espaço de trabalho do robô e avaliam o movimento e a orientação do braço manipulador e do efetor final. O controlador então considera outras ações.
Dois tipos de sensores são usados na construção de robôs industriais, táteis e não táteis. Sensores táteis fazem contato físico para detecção, gerando sinais analógicos ou digitais proporcionais à medida da grandeza física desejada.
Os sensores táteis incluem sensores de força, torque, pressão, toque e posição. Os sensores não táteis não fazem contato físico para detecção, mas usam um campo magnético, ondas de rádio ou ondas sonoras ultrassônicas. Sensores não táteis incluem proximidade, imagem, imagem de alcance e sensores ópticos.
