Robótica P2 Perguntas Filtradas

Aula 9 e 10

Defina: medir, mensurando, indicação e indicação direta.

• Medir: procedimento experimental através do qual o valor momentâneo de uma grandeza física é determinada como um múltiplo ou fração de uma unidade.

• Mensurando: é o fenômeno sobre o qual se deseja expressar a medição, no caso, é a temperatura (ex 1.a).

• Indicação: é a quantidade/unidade do mensurando, no caso, é ºC (ex 1.b).

• Indicação direta: é a medida indicada (unidade) pelo sensor, no caso, é mV (ex a.c).

O que é range?

É a faixa de variação do mensurando à qual o sensor se aplica, no caso, para o sensor N é -270ºC a 1300ºC e K é -270ºC a 1372ºC (ex 1.d).

O que é sensibilidade constante?

É a relação direta entre a resposta e o estímulo de um sensor, para uma determinada faixa (ex 1.e).

Explique o funcionamento dos termopares para a medição de temperatura. Apresente um esboço.

Quando dois metais diferentes são unidos em uma junção, a diferença de temperatura entre o ponto da união e a outra extremidade dos condutores faz surgir uma tensão decorrente da força eletromotriz. Cria-se o ponto de medição e o ponto de referência.

Que vantagem a ligação a 3 fios apresenta em relação à ligação a 2 fios no uso de Pt-100? Explique.

A vantagem é a menor influência da temperatura ambiente nos condutores e maior precisão em grandes distâncias entre o elemento sensor e o circuito de medição.

O que são e para que são utilizados os cabos de extensão e de compensação em termopares?

Cabos de extensão: fabricados com materiais similares ao termopar, transmitem o sinal térmico com precisão a longas distâncias.

Cabos de compensação: feitos com materiais diferentes, mas com características térmicas equivalentes ao termopar, são usados para reduzir custos em transmissões de curta distância.

Explique, em linhas gerais, os princípios de Seebeck sobre termopares.

Elétrons livres trafegam entre metais diferentes dependendo da temperatura. A extremidade mais quente excita os elétrons dessa região fazendo com que se desloquem para o lado frio, gerando uma DDP entre as extremidades e isso fornece as medidas de temperatura.

Explique, em linhas gerais, o efeito de Peltier sobre termopares.

Se uma corrente elétrica I flui na junção entre dois metais diferentes, o calor é gerado ou absorvido nesse local em quantidade proporcional à corrente.

Um potenciômetro linear apresenta resistência máxima de 100k Ω e tem 12 cm de comprimento. Calcule quanto a tensão de saída varia a cada 1 cm de deslocamento da haste deslizante, para uma tensão de entrada de 15 v.

E = 15 V
D = 12 cm
d = 1 cm

Um encoder possui um único canal, com 100 estrias, no qual realiza leituras a uma frequência de 2 kHz. Qual é a velocidade angular do rotor, em RPM, para esses valores?

N = 100 estrias.
f = 2kHz = 2000 Hz.

Explique como um tacogerador consegue registrar a velocidade angular de um rotor.

O tacogerador (dínamo taquimétrico) registra a velocidade angular de um rotor ao gerar um sinal diretamente proporcional à rotação.

Um imã permanente cria um campo magnético fixo no estator e conforme o rotor gira com suas espiras, ele corta esse campo magnético.

A rotação do rotor é então captada pelo movimento relativo entre o campo magnético e as espiras, permitindo que o sistema registre a velocidade de rotação e depois pode ser convertida para tensão.

Um acelerômetro pode ser utilizado para medições de velocidade e de posição de um objeto? Como?

Sim, consiste de um transdutor que transforma aceleração (energia mecânica) em uma tensão elétrica analógica (energia elétrica).

Qual é o princípio de funcionamento de um acelerômetro de deslocamento? Forneça um esboço para ilustrar.

É um tipo de acelerômetro mecânico que mede a alteração da inércia sobre uma massa (possui uma parte mecânico em seu interior) e como a aceleração é proporcional a essa força, pode ser obtida e fornecida pelo sensor.

Quando o corpo acelera, a força ‘-m.a’ se opõe à força de restauração elástica e a massa ‘m’ adota uma nova posição, sendo medida. Acompanha também um liquído para estabilizar oscilações.

Em um acelerômetro de deslocamento, a massa de 1,5g do corpo de referência deslocou-se 0,5 cm. Sabendo-se que a constante de mola é de 0,3 dynas/cm, calcule a aceleração registrada pelo sensor.

m = 1,5 g.
X = 0,5 cm.
K = 0,3 dynas/cm.

Aula 11

Explique os conceitos básicos

• Planta: itens de máquina que funcionam em conjunto para realizar operação.

• Processo: operação ou sequência de operações que implicam em mudança de estado.

• Sistema: combinação de componentes que atuam em conjunto para realizar um objetivo.

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• Variável Controlada: valor para efetuar indicação ou controle do processo.

• Variável Manipulada: grandeza que mantem a variável controlada no valor desejado.

• Set Point: valor referência da variável controlada.

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• Distúrbio: sinal que afeta a variável controlada.

• Desvio: diferença entre valor desejado e variável controlada.

• Ganho: quociente entre a taxa de mudança na saída e na entrada.

O que é controle?

Manutenção de uma variável com um valor (fixo ou variante) para o valor desejado (set point).

Diferencie malha aberta e malha fechada

• Aberta: somente a entrada (comando) define o comportamento do controlador, responde com atuação, sem sensor e sem realimentação.

• Fechada: controlador considera a entrada e desvios, sensor monitora a saída e fornece um sinal de realimentação.

Diferencie ação direta e indireta.

• Direta: ou normal, aumento da variável de processo provoca um aumento no sinal de saída. Ex: acelerar carro, aumenta velocidade.

• Indireta: ou reversa, aumento da variável de processo provoca um decréscimo no sinal de saída. Ex: frear carro, reduz velocidade.

Explique os tipos de controle

• liga-desliga: dois estados para atuar, aberto e fechado.
• proporcional: ganho proporcional ao erro medido.
• integral: sinal de correção integrado no tempo e reação se baseia na acumulação de erros recentes.
• derivativo: fornece uma correção antecipada do desvio e diminiu tempo de resposta.

Diferencie os dois tipos de sensores

Medida

• Proprioceptivos: medem valores internos do robô (velocidade, carga, tensão).
• Exteroceptivos: medem valores externos (distância, luminosidade).

Energia

• Passivo: energia vem do ambiente (sensor de temperatura, microfone).
• Ativo: emitem energia para o ambiente e mudem sua reação (sensor ultra-som).

Aula 13

Defina os tipos de controles adaptativos.

Contexto local: percepção local do ambiente (obstáculos, inclinação) e cada robô móvel tem a sua visão local (limitada) de mundo.

Contexto global: relacionado à missão, o objetivo geral da tarefa e pode ser uma visão compartilhada com grupos de robôs móveis.

Explique o controle tradicional

Abordagem tradicional para controle de robôs móveis.

• Sense: obtém dados do ambiente por sensores.
• Plan: planeja a ação (deliberação ou reação).
• Act: gera uma resposta, através de seus atuadores.

Quais são as características do modelo de controle baseado em comportamentos, proposto por Brooks em sua Arquitetura de Subsunção?

Deu origam ao Behaviorismo.

Comportamento deliberativo (capacidades cognitivas) + reativo (reflexivo) e vários níveis ‘plan’ reagem ao mesmo estímulo sentido (sense) e interferem o sinal de saída (act).

Diferencie comportamento deliberativo e reativo.

• Deliberativo: associado a capacidades cognitivas superiores, simbólico e apresenta tempo de resposta alto.

• Reativo: associado a capacidades instintivas, reflexivo e apresenta tempo de resposta baixo.

Defina GGT, GLT e CL.

• GGT: nível superior, decide as coordenadas do ponto de destino e intermediários através de mapas do entorno e se detectar obstrução deve redefinir a trajetória.

• GLT: nível intermediário, faz o papel do piloto do robô, atualiza o GGT sobre os resultados e comunia-se com snesores.

• CL: nível inferior, interpreta referências enviadas pelo GLT e gera ações de controle para atuação e controle dos motores de tração e direção.

Diferencie ambientes estruturados e não estruturados.

• Ambiente estruturado: aquele em que os objetos são estáticos e possuem características físicas que permitem associá-los a formas geométricas conhecidos.

• Ambiente não estruturado: apresenta uma redondeza dinâmica ou a associação do entrono e características físicas não é viável.

Descreva o Método do Campo Potencial aplicado à navegação de robôs móveis.

Cria forças imaginárias que atuam sobre o robô:

• Obstáculos aplica força repulsiva e destino aplica força atrativa.

• Para cada interação, calcular a resultanta ‘r’ (soma das forças), e a partir dela, a aceleração e a próxima posição.

O que é Virtual Force Field?

Primeiro método que permite evitar obstáculos em tempo real para veículos autônomos rápidos.

Fazem parte do Método do Campo de Forças Virtuais, junto com outros componentes: grade histograma cartesiana bidimensional para representar obstáculos e campo potencial é criado com a informação probabilística.

Aula 14

Explique resumidamente o que cada nível da pirâmide da automação faz.

Empresa (nível 5): define a missão da empresa e gerenciamento de corporação.

Planta (nível 4): planejar e programar a produção total.

Área (nível 3): coordenar a produção, suportar as atividades produtivas e cuidar da obtenção e alocação de recursos.

Célula (nível 2): supervisionar e controlar as atividades produtivas e serviços de suporte à produção no chão de fábrica.

Estação (nível 1): Comando de Máquinas, Sequências e Movimentos através de Controladores Numéricos.

O que é CAM (Computer Aided Manufacturing)? E CIM (Computer Integrated Manufacture)?

• CAM: Manufatura Auxiliada por Computador automatiza operações no chão de fábrica por meio de células e sistemas flexíveis. Ela é resultado do avanço no controle de máquinas e ferramentas, otimizando a eficiência e precisão na produção.

• CIM: Manufatura Integrada por Computador conecta todas as etapas da produção, desde o design até o controle de qualidade. Funciona como um sistema integrado que gerencia informações e processos para aumentar a produtividade e a coordenação nas operações industriais.

Quais são os principais benefícios da aplicação de CIM em um ambiente de manufatura?

Mudanças na estrutura de custos, aumento da repetibilidade dos processos, redução de inventários, aumento da flexibilidade e redução do tempo de trânsito entre estações de processamento.

Explique o agrupamento de atividades ligadas à manufatura, de acordo com uma visão em níveis hierárquicos CIM.

Nível 1: hardware padrão controlado por computadores existentes nas máquinas ou controladores programáveis.

Nível 2: grupos de equipamentos e materiais para a produção de famílias de peças através de integração e comunicação.

Nível 3: conexão de diversas Células do nível 2, formando ilhas, através da utilização de Redes de Comunicação, fornecendo flexibilidade.

Nível 4: representa a integração total com grandes redes de informações interligadas, este nível de integração representa o conceito de CIM.

O que são células flexíveis de manufatura e de que forma são integradas em um sistema flexível de manufatura?

Células flexíveis de manufatura produzem peças individuais ou pequenos lotes, executando todas as etapas do processo e se adaptando facilmente a diferentes tipos de peças por meio da reprogramação dos seus componentes.

São interligadas em um sistema flexível por sistemas automatizados de manipulação e de carga/descarga de materiais.

Quais são os papéis dos robôs em um ambiente flexível de manufatura?

…

O que é IoT? Quais são as contribuições dos robôs colaborativos nesse cenário?

IoT ou Internet das Coisas disponibiliza dados em tempo real por meio de dispositivos móveis através de conexões a grandes bancos de dados, identificando a alteração das coisas (sensores inteligentes) e interagindo com diversos objetos.

Com isso, os robôs colaborativos interagem entre si e trabalham de forma segura junto as pessoas e também aprendem com elas.

Aula 15

O que é interface do usuário?

É uma intereface que torna a programação de manipuladores uma tarefa mais fácil, de forma que a interface é de fundamental importância e também elimina a dependência de uso do equipamento físico durante a programação.

O que é programação off-line de robôs manipuladores? Por que ela é importante em ambientes industriais?

A programação offline permite criar tarefas para robôs usando linguagens de alto nível, reduzindo o tempo ocioso na fábrica, aumentando a segurança ao limitar a proximidade do operador e simplificando a programação de diferentes robôs sem precisar conhecer cada controlador.

O que se representam através da modelagem 3D de uma célula robótica industrial? Que parâmetros esse modelo pode oferecer para uma linguagem de programação off-line de robôs?

Representam as formas espaciais (descrição analítica exata da superfície ou volume) pois é importante na detecção automática de colisão e os parâmetros oferecidos são: geometria e espaço físico, pontos de referência e dados cinemáticos e dinâmicos.

Quais são os métodos mais frequentemente utilizados para a programação de robôs industriais? Explique-os.

Aprendizagem (online) onde o ensino do robô é feito guiando-o através da trajetória desejada pelo usuário (podem ser passiva e ativa).

Textual (offline) onde indica-se a tarefa ao robô usando uma linguagem de programaçãp de alto nível (pode ser nível de robô, de objeto e de tarefa).

Do que se trata uma interface Teach in pendant? Que método de programação ela permite realizar?

Teach in Pendant é um tipo de programação por aprendizagem ativa (ou indireta) onde o programador usa uma caixa de aprendizagem para controlar os motores das articulações ao longo da trajetória. Ex de aplicações: soldagem e paletização.

Descreva os modelos de interação em teleoperação de robôs: Operação remota, Mestre-escravo, Telepresença, Professor-aluno e Supervisor-companheiro.

• Operação Remota: primeira forma de comunicação usada em ROVs, operada através de um terminal remoto texto ou gráfico.

• Mestre-escravo: operador observa em vídeo o ambiente remoto e manipula um braço robótico mestre que controla o braço escravo remoto.

• Telepresença: permitir a imersão do operador no ambiente onde o robô se encontra através de feedback de sensores.

• Professor-aluno: robô deve reconhecer e atuar em uma situação já aprendida (IA).

• Supervisor-companheiro: o operador humano conttribui com suporte e melhorias durante a realização das tarefas previamente gravadas.

Descreva e justifique a importância das seguintes simulações (emulações) de uma célula robótica industrial em um ambiente de programação off-line: Cinemática, Planejamento de Trajetórias, Dinâmica, Multiprocesso e Sensores.

• Cinemática: a emulação cinemática permite simular com precisão os movimentos geométricos e as posições das juntas do robô, garantindo a validação do modelo no ambiente virtual.

• Planejamento de Trajetórias: essa emulação replica a trajetória real do robô, essencial para evitar colisões e assegurar que os algoritmos de controle sejam representados fielmente.

• Dinâmica: considera forças e movimentos para prever erros em altas velocidades ou com cargas pesadas, garantindo maior precisão em condições extremas.

• Multiprocesso: simula a interação de múltiplos dispositivos em um ambiente compartilhado, permitindo a sincronização de robôs, esteiras e outros sistemas.

• Sensores: emula interações completas do robô com sensores e entradas/saídas, viabilizando o teste de programas com cenários realistas de monitoramento e controle.