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Robtica Das Mquinas Gregas Moderna Robtica Industrial

J. Norberto Pires

Departamento de Engenharia Mecnica

Universidade de Coimbra

[email protected]

http://robotics.dem.uc.pt/norberto/

J. Norberto Pires 2002, publicado no Jornal Pblico, caderno de Computadores de 1 e 8 de Julho de 2002

1

The motions of men must be such as to suggest their dignity or their baseness.

Leonardo da Vinci

Inventing is mixing brains and materials.

The more brains you use, the less materials you need.

Charles F. Kettering

Robtica industrial: histria e evoluo

O termo Rob (robot) vem do Checo robota que significa trabalho, e foi usado pela primeira vez em

1921 por Karel Capek no seu romance Rossums Universal Robots. Os robs de Capek eram mquinas

de trabalho incansveis, de aspecto humano, com capacidades avanadas mesmo para os robs actuais.

A fantasia associada aos robs e que nos oferecida pelos

romances de fico cientfica, filmes, banda desenhada e

desenho animado, est to longe da realidade que os

actuais robs industriais parecem no mais que verses

primitivas dessas fantsticas mquinas (por exemplo, o

C3PO, o R2-D2, os clones e aquelas fantsticas mquinas

de guerra capazes de caminhar dos filmes da srie Star

Wars, o Exterminador e o Cyberdyne T1000 dos filmes

Terminator I e II, o Bishop do filme Allien II, etc.).

Apesar disso, essa fantasia no nova. Corresponde a um

dos grandes sonhos do homem desde os tempos mais

remotos: reproduzir-se a si prprio por meios mecnicos

criando um escravo ideal, isto , capaz de executar as

tarefas humanas, incansvel e obediente. Como escreveu o

grande inventor americano de origem Croata Nicola Tesla

no virar do sculo [9]:

I conceived the idea of constructing an automaton which would mechanically represent me, and which

would respond, as I do myself, but, of course, in a much more primitive manner, to external influences.

Such an automaton evidently had to have motive power, organs for locomotion, directive organs, and

one or more sensitive organs so adapted as to be excited by external stimuli .

Grandes pensadores da nossa histria comum se dedicaram a imaginar, projectar e construir

mecanismos capazes de copiar alguma(s) das capacidades humanas. De entre aqueles cujos trabalhos

chegaram aos nosso dias, vale a pena salientar Ctesibius, Leonardo da Vinci, Nicola Tesla,

Os primeiros trabalhos sobre robs talvez tenham sido os relgios de gua com figuras mveis (Fig. 3),

projectados pelo engenheiro Grego Ctesibius (270 AC). O seu trabalho teve seguidores como Philo de

Byzantium (200 AC), discpulo de Ctesibius e autor do livro Coleco de Mecnica onde descreve o

trabalho do mestre, Hero de Alexandria (85 AC) conhecido como o grande engenheiro Grego e inventor

do motor a vapor, e o engenheiro Romano Marcus Vitruvius (25 AC). Em todo o caso, os seus trabalhos

tinham um carcter meramente ldico ou esttico.

Figura 1 Rob de Capek.


2

Figura 2 Robs de filmes de fico cientfica.


3

Figura 3 Relgio de gua.

curioso verificar que apesar dos grandes conhecimentos evidenciados pela cultura Grega em anatomia

humana, o que era bem evidenciado pela perfeio e realismo da sua estaturia, isso no tenha sido

aproveitado para projectar mecanismos que reproduzissem algum trabalho til. Poderemos argumentar

que no precisavam, dada a enorme abundncia de escravos, ou que no possuam a tecnologia

necessria. So factos. No entanto, isso nunca foi impedimento para os espritos inventivos, inteligentes

e dedicados, como sem dvida eram os Gregos e que lhes permitiu criar uma cultura que influenciou

muitos outros povos e culturas, chegando assim aos dias de hoje. A verdade que eles davam muita

importncia parte ldica, esttica e contemplativa. Faltava-lhes a noo de aplicabilidade prtica dos

seus conhecimentos e criaes [4]. A noo de aplicabilidade foi a contribuio dos rabes e de homens

como Badas-Zaman IsmaIl bin ar-Razzaz al-Jazari (1150? - 1220?; datas estimadas) no livro A Cincia

dos Mecanismos Engenhosos, onde descreve inmeros mecanismos da sua autoria ou baseados nos

estudos dos Gregos (compilados no incio do sculo IX pelos trs Banu Musa por ordem do Khalif de

Bagdad Abdullah Al-Manum (786-833)). Dois exemplos simples aplicados higiene pessoal [4] [3] [7]: A

figura 4 mostra um dispositivo desenhado para encher um lavatrio depois de accionada uma alavanca

(no representada explicitamente). Quando accionada, a gua do lavatrio flui para o reservatrio

abaixo onde existe uma bia que acciona o mecanismo da figura de mulher para voltar a encher o

reservatrio. Os pormenores no so explcitos, mas no difcil perceber que antecipa os modernos

autoclismos. Na figura 5, est representado um projecto mais sofisticado e complexo que representa

uma fonte com uma ave (neste caso um pavo, smbolo de luxo e poder). Accionando uma pea mvel

colocada na cauda do pavo (pea que funcionava como vlvula simples tudo/nada, vedando ou

libertando o fluxo de gua) a gua saa pelo bico do pavo e caa no lavatrio. medida que a gua suja

ia enchendo o reservatrio colocado por baixo do lavatrio, a primeira bia fazia sair um boneco,

representando um criado, que trazia sabo; a segunda bia accionava um segundo criado que trazia a


4

toalha. Accionando a torneira (provavelmente com o p) esvaziava-se o reservatrio e os criados

recuavam.

Figura 4 - Lavatrio de mos.


5

Figura 5 - Fonte animada.

Estes dois exemplos so bem a demonstrao de que os rabes tinham preocupaes de utilidade das

suas criaes, mantendo no entanto uma grande preocupao e interesse no aspecto esttico e

fantstico; as suas criaes destinavam-se a Califas e Sultes, que alis os sustentavam, e portanto

tinham de ser faustosas para satisfazer os desejos de opulncia dos seus patres.


6

O grande Leonardo da Vinci (1452 - 1519)1 tambm se dedicou largamente ao estudo da robtica [2]

[7]. Devo confessar que descobri o gnio de Leonardo quando iniciei a compilao desta nota de reviso

histrica. Fiquei abismado com as capacidades, interesses e universalidade deste homem do

renascimento. Dotado de um intelecto superior, o artista Leonardo da Vinci percebeu que a viso era um

meio fundamental para adquirir conhecimento, estudar e perceber os fenmenos naturais: Saper Vedere

(saber ver) era a chave para desvendar as criaes naturais e com esse conhecimento imaginar e

projectar mecanismos que tentavam reproduzir as caractersticas naturais em que estava interessado.

Desenvolveu um invulgar poder de observao que aliado sua enorme e reputada capacidade para

desenhar objectos tal como eram, se tornou no seu principal instrumento de investigao. Anotava os

seus estudos de forma grfica (o texto servia para complementar os grficos e esquemas) nos seus

cadernos de apontamentos (Codex Atlanticus, Ms.B. Ms.I., , hoje guardados no Museu da Histria da

Cincia - Florena, Itlia, ou pertencentes a coleces particulares como o caso do Codex Leicester que

pertence a William (Bill) Gates, fundador da Microsoft).

Teve acesso aos desenhos e projectos dos Gregos, documentados pelos rabes em publicaes que

estavam j traduzidas. Fez estudos de anatomia humana e animal (nomeadamente de aves, na tentativa

de reproduzir o seu voo), tinha conhecimentos de mecnica e projectou e provavelmente construiu

mecanismos que reproduziam movimentos e funes humanas [6] [8] [2]. No entanto, poucos desses

desenhos chegaram at hoje e muito poucos sobre o projecto secreto de um rob foram encontrados. Do

seu maior livro de apontamentos, o Codex Atlanticus, faltam algumas pginas precisamente na altura em

que parecia preparar-se para projectar um rob (fig.6). Isso levou alguns investigadores a especular que

as pginas em falta continham os estudos para um rob espectacular de aspecto humano (uma cavaleiro

andante com uma armadura Germano - Italiana tpica do Sc. XV). Teria sido projectado entre 1495 e

1497 [8], mais ou menos na altura em que pintou A ltima Ceia e elaborou a decorao da Sala delle

Asse do castelo da famlia Sforza em Itlia (O ambiente retratado nos tectos e paredes da sala, uma

floresta de rvores altas, com as cpulas pintadas no teto e os tronco nas paredes, parece ser o

ambiente adequado para um cavaleiro andante mecnico). Era, ao que se pensa, capaz de mover a

cabea e braos, levantar-se e sentar-se, abrir e fechar o maxilar da armadura, emitir sons, etc. Teria

pelo menos dois sistemas de juntas diferentes: pernas com trs graus de liberdade (joelhos, tornozelo e

anca) e braos com 4 graus de liberdade (ombro, cotovelo, pulso e mos). A fonte de energia era

hidrulica, recorrendo a canais que passariam por debaixo da sala. Mas ele poderia ter pensado em usar

tambm molas e/ou contrapesos. Este projecto seria o corolrio lgico dos seus estudos de anatomia e

mecnica.

Pode ser que ainda um dia sejam encontradas as folhas perdidas do Codex Atlanticus numa qualquer

biblioteca europeia ou coleco particular. No entanto, Leonardo da Vinci conhecido pelos seus estudos

incompletos e pela forma peculiar como escrevia os seus apontamentos da direita para a esquerda, como

a imagem num espelho, de uma forma em que parece falar consigo prprio e no para eventuais

leitores. Os seus apontamentos so uma espcie de monlogo, que ele no sentiu a necessidade de

publicar embora isso fosse j possvel na sua poca. Por qualquer razo pode ter destrudo essas pginas

e desmontado todos os mecanismos relacionados com elas, de forma a que no fossem reproduzidos. Ou

outros o fizeram por ele, por razes polticas ou religiosas.

1 Modelos de realizaes de Leonardo da Vinci, reprodues dos seu livros de apontamentos, estudos e pinturas podem ser vistos no Museu Nacional da Cincia e da Tcnica em Coimbra. Essa informao foi recolhida pelo fundador e criador do Museu Professor Doutor Mrio Silva (1901-1977), do Departamento de Fsica da Universidade de Coimbra (ver Revistas do Museu Nacional da Cincia e da Tcnica, nmeros de 1971 a 1977).


7

Seja como for, Leonardo da Vinci ainda no dispunha na altura de duas peas fundamentais: acesso a

componentes construdos com grande preciso (talvez por isso tenha desenhado e talvez construdo

mquinas ferramenta que lhe permitissem construir os seus componentes com a preciso necessria

fig.7) e uma fonte de energia suficientemente forte e permanente que permitisse mover os seus

mecanismos (embora tenha feito estudos para resolver o problema - fig.8). Apesar do seu esprito

inventivo, da sua inteligncia superior e das enormes capacidades e sentido prtico, o lendrio Leonardo

da Vinci no poderia sozinho corporizar uma autntica revoluo industrial.

Figura 6 - Estudos de Leonardo da Vinci para um rob antropomrfico.


8

Figura 7 - Exemplos de estudos de vrios mecanismos.


9

Figura 8 - Carro movido pela energia armazenada numa mola.

Nicola Tesla (1845-1943) deu uma contribuio pioneira e visionria para a evoluo da robtica. Tesla

trabalhou com o grande inventor Thomas Edison e era um inventor brilhante, incansvel e dedicado. Era

o arqutipo do inventor: solitrio, distrado, abstrado das coisas normais da vida, com uma dedicao

exclusiva e quase doentia ao seu trabalho e visionrio. Sonhou (e no assim que tudo comea) com

autmatos capazes de tarefas s possveis a seres vivos inteligentes. Para isso, os autmatos

necessitavam de um elemento correspondente ao crebro humano. Como isso era complicado, lembrou-

se de usar o seu prprio crebro para comandar o autmato; nas suas prprias palavras [9]:

But this element I could easily embody in it by conveying to it my own intelligence, my own

understanding. So this invention was evolved, and so a new art came into existence, for which the name

teleautomatics has been suggested, which means the art of controlling movements and operations of

distant automatons. .

Para demonstrar as suas ideias, construiu um modelo de um barco submersvel (fig. 9) controlado

distncia usando impulsos hertzianos codificados (controlado por rdio, portanto). Podia comandar o

barco para virar direita ou esquerda, submergir e emergir, etc. Apesar de ter demonstrado

publicamente a sua inveno no Madison Square Garden de Nova York (1898), perante uma assistncia

espantada, no conseguiu obter fundos para continuar as suas investigaes. Morreu pobre em 1943

com uma pequena penso do governo Jugoslavo.


10

Figura 9 Nicola Tesla e esboos do seu submarino telecomandado.

Ento o que isso da Robtica?

Basta abrir um qualquer livro de Robtica, ou consultar qualquer Organizao Internacional da rea que

l aparece qualquer coisa to tipo:

A robot is a re-programmable multi-functional manipulator designed to move materials, parts, tools, or

specialized devices, through variable programmed motions for the performance of a variety of tasks

Robot Institute of America, reproduzida no livro Robotics Control, Sensing, Vision and Intelligence,

Fu, Gonzalez, Lee, MacGraw Hill, 1987.

Embora correcta, apesar de demasiado restrita a robs manipuladores, penso que no transmite a ideia.

Por isso, gosto de faz-lo de outra forma.

Gosto de comear pelo princpio, percorrer a histria de relance e extrair dois ou trs pensamentos que

permitam delinear o quadro, e estimular a curiosidade de quem me ouve ou l para descobrir o resto.

O principio, ao contrrio do que muitos pensam, no foi nem neste sculo, nem neste milnio, nem no

milnio passado. Foi anterior nossa era, no local onde quase tudo da nossa civilizao comeou: a


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Grcia antiga, por volta de 300 AC. um choque para quem tem dos robs a imagem dos filmes ou dos

desenhos animados. Um choque comparvel ao que experimentam quando vm um rob actual, se

apercebem das suas limitaes, nomeadamente quando confrontam essa realidade com os fantsticos

C3PO, R2D2 do filme a Guerra das Estrelas.

Fig. 10 Fico e realidade.

Uma vez, num trabalho industrial numa empresa, um dos robs que instalamos cometia

sistematicamente um erro numa determinada situao. Era um erro de programao, de sincronizao

com os PLC que controlavam os transportadores de peas, mas um dos operadores tinha uma explicao

mais fantstica. Dizia ele: O rob faz aquilo porque como a pea j passou, e ele viu e no teve tempo

de a apanhar, ento .... Como se o rob fosse um ser vivo, capaz de pensar e cometer erros de anlise,

de tomar opes no pr-programadas.

Eu prprio tenho da robtica uma imagem de mquinas soberbas, fortes, incansveis (como as de Karel

Capek), obedientes (Sim, norberto san ...), e no entanto fascinantes. E esse fascnio no aparece

naquela definio. Lamento mas no aparece.

Costumo pegar em 3 perodos da histria da robtica para delinear a ideia. Dos Gregos e dos rabes

retiro a ideia fundamental: ... mecanismos engenhosos.

Na verdade a robtica muito de mecnica, de movimentos, de mecanismos para os transmitir, e de

engenho para os imaginar e construir. Mecanismos Engenhosos ... sem dvida um bom comeo.

Depois passo por Leonardo (Sc. XVI) , e retiro da sua contribuio as ideias:

...preciso ... e ... fonte permanente de energia ...

Ele percebeu que os robs necessitavam de peas construdas com preciso, mas tambm teriam de ser

movidos por uma fonte de energia permanente qualquer. Nada disso tinha ele na altura, isto ,

mquinas ferramenta e uma fonte de energia (elctrica, pneumtica ou hidrulica).

Finalmente, detenho-me em Nicola Tesla, no inicio do sculo XX, o maior inventor de todos os tempos.

Um tipo fabuloso. Ele percebeu que depois de tudo isso eram necessrias as ideias e a inteligncia (no

fundo, aquilo que nos faz diferente dos outros seres vivos). Os robs teriam de ser computorizados,

cheios de electrnica e software, de forma que pudessem ser comandados, instrudos. So estes

elementos que nos permitem pr em prtica e explorar boas ideias, e nos acabam por fascinar tanto.


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Gosto por isso de dizer que a robtica uma cincia de mecanismos engenhosos genricos, de preciso,

movidos por uma fonte permanente de energia e flexveis, isto , abertos s ideias, um estimulo

imaginao. Um estimulo to atraente que cativou grande parte dos melhores pensadores da nossa

histria comum, isto , daqueles cujo trabalho constitui o capital da humanidade, aquilo que deixamos

para o futuro.

Robs Manipuladores Industriais

O advento de mquinas ferramenta capazes de produzir componentes com elevada preciso (Sc. XIX),

a disponibilidade de vrias fontes de energia para actuao (hidrulica, pneumtica e elctrica), os

conceitos sobre transmisso mecnica, motores, suspenses, a disponibilidade de sensores, etc.,

permitiu construir, entre outras, mquinas que permitiam emular o brao humano. dessas mquinas

e sua evoluo que nos ocuparemos a seguir.

O brao humano constitudo por uma junta de trs graus de liberdade (o ombro), seguida de uma

junta de um grau de liberdade (o cotovelo) e por fim outra junta com trs graus de liberdade (o punho).

Tem portanto, 7 graus de liberdade, redundante ( no tem configuraes singulares).

A existncia de configuraes singulares significa perda de mobilidade nesses pontos, pelo que uma

estrutura livre de singularidades seria em primeira anlise prefervel. No entanto, a grande maioria dos

robs manipuladores tem geralmente seis eixos: os necessrios para atingir qualquer posio/orientao

no espao de trabalho do rob. Se as configuraes singulares forem conhecidas possvel evitar passar

por elas mantendo assim o rob manipulador controlado.

Como num brao humano, os robs manipuladores usam geralmente as primeiras juntas para

posicionar a estrutura formada pelas juntas seguintes, denominada punho, que utilizada para orientar

o elemento-terminal. As juntas utilizadas para posicionamento formam a estrutura denominada brao:

no homem correspondem s juntas ombro e cotovelo. Um rob manipulador tambm usa as juntas do

brao para a funo de posicionamento e as juntas do punho para a funo de orientao. Existem cinco

tipos principais de braos em robtica de manipulao: cartesiano, cilndrico, polar, revoluo e SCARA.

As juntas que seguem o brao formam, como j se disse, a estrutura denominada punho, por analogia

com o brao humano. O punho tem geralmente duas configuraes: pitch-yaw-roll (YXZ) como o

punho humano, ou roll-pitch-roll (ZYZ) tambm denominado punho esfrico. Este ultimo tipo de punho

o mais usado em robtica de manipulao, devido sua maior simplicidade. No entanto, uma estrutura

que apresenta configuraes singulares as quais depois de identificadas podem ser evitadas, mantendo

assim o rob manipulador controlado.

Os primeiros trabalhos em robtica de manipulao podem ser encontrados alguns anos aps o fim da

segunda guerra mundial. Mquinas do tipo Master-Slave foram introduzidas e desenvolvidas para

manipular materiais perigosos como os materiais radioactivos (1940-50). Podemos citar o gantry-robot

desenvolvido pela General Mills Corporation - USA (1950), o Planetbot (1957) que foi o primeiro rob

manipulador comercial com coordenadas polares e o rob desenvolvido por Norman Diedrich no Instituto

Case da Western Reserve University (Cleveland - USA) que foi o primeiro manipulador elctrico com

juntas de revoluo.

O primeiro rob industrial, o Unimate, foi desenvolvido por George Devol e Joseph Engelberger na

companhia americana Unimation Inc. (1959-62). Esse rob era programado atravs de um computador e


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podia ser usado em vrias aplicaes desde que devidamente reprogramado e equipado com as

ferramentas prprias. Embora muito poderosa para poca, tornou-se bvio que a flexibilidade e

adaptabilidade desta nova ferramenta poderia ser largamente melhorada usando retroaco sensorial.

A investigao e desenvolvimento levada a cabo durante os anos 50 e 60 conduziu ao desenvolvimento

dos primeiros robs controlados por computador (com retroaco sensorial), como o T3 (Tool of The

fuTure) produzido pela Cincinatti Millacron (1974), comercializado a partir de 1978, (a diviso de

robtica da Cincinatti foi comprada pela ABB que ainda tem esta linha de produtos - robs

manipuladores), o brao de Stanford (fim dos anos 60 incio dos anos 70) e que deu origem mais tarde

ao PUMA da Unimation Inc (1978), que usava tambm retroaco de fora e visual, o manipulador da

IBM (1975) e o SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) desenvolvido 1978-79 e produzido

por vrios fabricantes (o primeiro dos quais foi a Sankio Seiki).

(1)

(2)

(3)

Figuras 11 Unimate (1), T3 (2) e Puma (3).

Os manipuladores mecnicos evoluram muito desde essa altura e vrias tcnicas de controlo foram

propostas para os controlar. No entanto, muito trabalho tem ainda de ser feito nomeadamente em

termos de programabilidade, controlo de fora, retroao visual, integrao sensorial e at sobre a novas

estruturas mecnicas e novos materiais conduzindo a robs mais leves e flexveis.


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Actualmente, um rob manipulador industrial constitudo por vrios elos rgidos ligados em srie por

juntas, tendo uma das extremidades fixa (base) e outra livre para se mover (elemento-terminal). As

juntas so geralmente actuadas por motores elctricos (actualmente so geralmente motores tri-fsicos

sncronos), embora tambm se usem actuadores pneumticos e hidrulicos. Um sistema de controlo

computorizado usado para controlar e supervisionar o movimento do rob, recorrendo a informao

sensorial para obter o estado do rob e do ambiente (posio das juntas recorrendo a sensores de

posio, fora de contacto usando sensores de fora/momento, distncia a objectos, etc.). Isto , o

software de controlo de movimento que corre nesse sistema, utiliza a informao sensorial para calcular

os sinais de controlo necessrios para obter o movimento desejado, e enviar esses sinais aos actuadores.

Apesar de alguma sofisticao, os robs actuais so utilizados em vrios ambientes de produo

automatizados, executando tarefas repetitivas em linhas de montagem.

Figura 12 Vrios robs manipuladores disponveis actualmente.

Sistemas Flexveis de Produo e Robtica de Manipulao Industrial.

A robtica trata de mquinas multifuncionais e reprogramveis que podem executar tarefas

normalmente associadas a seres humanos, possuindo tambm a capacidade de identificar alteraes nas


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condies e restries colocadas pela tarefa e/ou pelo meio envolvente, decidir quais as aces que

devem ser tomadas e planear a sua execuo.

O desenvolvimento deste tipo de mquinas introduziu um elevado grau de flexibilidade nos ambientes de

produo actuais, dada a sua flexibilidade de utilizao em diferentes tarefas atravs de simples

adaptaes: mudana de ferramenta e reprogramao. Hoje em dia, os sistemas de produo

automatizados so fundamentais para as economias modernas, visto que a sua riqueza (o seu Produto

Nacional) depende essencialmente das suas instalaes de produo: a riqueza cultivada ou extrada

emprega tipicamente menos de 10% da populao activa e contribui muito pouco para a riqueza

nacional. Por isso, os sistemas de produo actuais so cada vez mais sistemas flexveis. A

automatizao rgida que caracterizou as dcadas 50-80 (denominado perodo de ouro para a produo

industrial), constituda por mquinas dedicadas de elevada capacidade de produo, no se adapta aos

novos tempos. Actualmente, a enorme diversidade de produtos, o desaparecimento das fronteiras

comerciais, aliada exigncia de maior qualidade a mais baixo preo, torna o ciclo de vida dos produtos

muito curto. Assim, as empresas funcionam geralmente com produes em pequena/mdia escala

(small/medium batch manufacturing) em que a definio do produto feita muitas vezes pelo cliente

(job-shop manufacturing). Isso incompatvel com sistemas de produo rgidos, vocacionados para

produo em larga escala de um determinado produto ou tipo de produto. Para alm disso, as

caractersticas de mercado favorecem a denominada Zona da Robtica, e muito por isso que se tem

assistido a uma robotizao crescente das estruturas produtivas (Quadro I).

Quadro I: Evoluo dos stocks operacionais de robs desde 1995 a 1999, com previso para 2003. Pas 1995 1999 2003 Japo 387290 402212 384700 EUA 66286 92860 155400 Alemanha 51375 81203 109500 Frana 13276 18163 28200 Sucia 4459 5595 Reino Unido 8314 11537 14900 Dinamarca 672 1169 Austrlia 1840 2871 Taiwan 3849 6422 Portugal ~600 ~900 CEE 114699 176210 262300 ... ... ... ... Total 615100 742500 892200

Dados do World Robotics 2000, editado pela IFR (Federao Internacional de Robtica) e pela ONU (Organizao das Naes Unidas). Os dados relativos a Portugal no so publicados e so estimados pelo autor.


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Mercado Global.

Produtos defnidos em parte pelos clientes.

Produtos tecnolgicamente densos e complexos.

Produes em pequena/mdia escala.

Melhor qualidade a mais baixo preo.

Flexibilidade e agilidade.

Organizao.

Standards

Equipamentos programveis.

Sistemas de informao e apoio deciso.

Automao Programvel.

Robtica.

Computao Industrial.

Responder a mercados em permanente evoluo, onde a concorrnciaResponder a mercados em permanente evoluo, onde a concorrncia global e no local. global e no local. Figura 13 Mercado e consequncias ao nvel de organizao produtiva.

Custo por Unidade

Volume

TrabalhoManual

Automao DedicadaRob

Zona da Robtica Industrial

A Zona da Robtica Industrial

A robotizao parece ser um factor importante para volumes de prA robotizao parece ser um factor importante para volumes de produo intermdios, como os que oduo intermdios, como os que caracterizam o mercado de muitos produtos. caracterizam o mercado de muitos produtos.

PequenaPequena MdiaMdia GrandeGrande

Figura 14 A Zona da Robtica.


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Os robs manipuladores, dada a sua facilidade de programao e adaptabilidade a diferentes situaes e

condies de funcionamento, podem executar uma grande diversidade de tarefas muitas delas de uma

forma quase humana. Tambm isso contribui para explicar a razo pela qual estas mquinas so cada

vez mais usadas nas actuais instalaes de produo.

O que estes nmeros evidenciam com clareza so as "motivaes" e os "custos" da introduo de robs

num qualquer processo produtivo. As "motivaes" apesar de interessantes so ainda algo limitadas e,

os "custos" so ainda grandes no plano econmico e essencialmente no plano operacional.

Motivaes

Exigncia de maior qualidade a mais baixo preo. Diversidade de produtos: vrias opes geralmente definidas pelos clientes, num mercado altamente

concorrencial e globalizado.

Densidade de componentes por produto, recorrendo frequentemente a miniaturizao. Ciclo de vida dos produtos muito curto.

Isto requere sistemas produtivos altamente flexveis, caracterizados por produes em pequena/mdia

escala (small/medium batch manufacturing) orientadas para as exigncias dos clientes (job shop

manufacturing). Nestes sistemas os robs desempenham um papel fundamental dado que:

So sistemas programveis, possuindo ambientes de programao relativamente poderosos. possvel definir posies, trajectrias e outras aces que podem ser repetidas continuamente com

elevada preciso e repetibilidade. Alis essa a essncia dos robs actuais, isto , so estruturas

com um controlo preciso de movimento e algumas capacidades de programao que permitem

definir esses movimentos e repeti-los.

Possuem capacidades IO e de comunicaes o que permite coordenar aces com outros equipamentos, e serem integrados com os sistemas informticos e de gesto existentes na

instalao produtiva.

Custos

Os robs so equipamentos relativamente caros. No entanto, a maior parte do esforo econmico vai para os restantes equipamentos de uma clula e que proporcionam o ambiente para a operao

do rob: autmatos, transportadores, sensores inteligentes, software, etc.

Necessidade de pessoal tcnico especializado. Os robs retiram determinadas tarefas aos humanos, dado que as executam com maior eficincia. Mas por outro lado, exigem engenheiros especializados

para o projecto e desenvolvimento de novas clulas, e operrios capazes de programar, utilizar e

manter os sistemas.

Aumento de complexidade. A robotizao e de uma forma geral toda a automatizao, aumenta a complexidade dos sistemas. O grau de complexidade aumenta ainda se incluir-mos as tarefas de

programao e sequencializao de tarefas dentro da clula tendo em vista determinado tipo de

produo.

As "motivaes/vantagens", apesar de alguma sofisticao, precisam ainda de ser reforadas,

nomeadamente ao nvel tcnico criando mquinas mais inteligentes, mais leves (e com elementos

flexveis) e mais fceis de programar, por exemplo usando um ambiente grfico integrado e standard

que permita projectar, simular e programar clulas robotizadas (existem produtos comerciais que tentam

implementar essa ideia com maior ou menor sucesso). Os "custos" so ainda altos, nomeadamente

devido falta de pessoal tcnico especializado nas empresas.


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Fig. 15 Viso de um futuro prximo??

Sucessos recentes, como o Asimo da Honda e outros, introduziram alguma excitao ou seduo porque

finalmente se torna evidente que possvel ter um C3PO dentro de alguns anos. Se acham que o

caminho percorrido desde as mquinas gregas foi fantstico, pois o que se aproxima de forma

vertiginosa ser uma autentica revoluo at na forma como vivemos.

J. Norberto Pires

Departamento de Engenharia Mecnica

Universidade de Coimbra

[email protected]

http://robotics.dem.uc.pt/norberto/

Leituras Suplementares

[1] A. Kusiak, "Modelling and Design of Flexible Manufacturing Systems", Elsevier Science Publishers,

1986.

[2] C. Pedrettii, Leonardo Architect, New York:Rizzoli International Publications, 1981.

[3] H. Geduld e R. Gottesmann, Robots Robots Robots, Boston: New York Graphic Society, 1978.

[4] J. Hayes, The Genius of Arab Civilization, Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 1983.

[5] JB. Waldner, "CIM, Principles of Computer Integrated Manufacturing", John Wiley & Sons, 1992.

[6] M. Rosheim, In the Footsteps of Leonardo, IEEE Robotics and Automation Magazine, June 1997.

[7] M. Rosheim, Robot Evolution: The Development of Anthrobots, New York: John Willey & Sons,

1994.

[8] M. Rosheim, Robot Hands,New York: John Willey & Sons, 1996.

[9] N. Tesla, My Inventions: Autobiography of Nicola Tesla, Willinston, VT: Hart Brothers, 1983.

[10] United Nations e International Federation of Robots, World Industrial Robots 2000: Statistics and

Forecasts, New York: ONU, 2000.

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