MAPA – ROBÓTICA: DISPOSITIVOS DE MANIPULAÇÃO 54_2026
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Análise e configuração de um manipulador robótico em uma célula automatizada
A automação de processos industriais tem ampliado a utilização de manipuladores robóticos em operações que exigem movimentação, posicionamento e transferência de componentes. Para que essas operações sejam realizadas corretamente, não basta selecionar um robô capaz de alcançar determinada região: é necessário compreender sua estrutura, representar matematicamente seus movimentos e determinar as configurações das juntas necessárias para que o efetuador alcance as posições requeridas pelo processo.
Nesse contexto, considere que você é o engenheiro responsável pela implantação e configuração de uma célula automatizada de inspeção e separação de componentes.
Na linha de produção, peças transportadas por uma esteira devem ser coletadas por um manipulador robótico e transferidas para uma estação de inspeção. Após a inspeção, os componentes poderão ser direcionados às etapas subsequentes do processo.
Para realizar essa operação, foi selecionado um manipulador de três graus de liberdade, constituído por duas juntas rotacionais responsáveis pelo posicionamento no plano horizontal e uma junta prismática responsável pelo deslocamento vertical do efetuador.
Como engenheiro responsável, sua tarefa será analisar a estrutura do manipulador, estabelecer seu modelo cinemático e determinar as configurações necessárias para que o robô execute adequadamente a operação proposta.
Figura 1: Célula automatizada de inspeção e separação de componentes. (Fonte: Elaborado pelo autor com auxílio de inteligência artificial - OpenAI, ChatGPT, 30 ago. 2026).
DADOS DO SISTEMA
O manipulador possui três juntas e dois elos principais, conforme a Figura 2:
Figura 2: Representação técnica do manipulador. (Fonte: Elaborado pelo autor com auxílio de inteligência artificial - OpenAI, ChatGPT, 30 ago. 2026 - adaptada pelo autor).
ETAPA 1 – COMPREENDENDO O MANIPULADOR SELECIONADO
Antes de configurar o sistema, é necessário compreender como cada movimento do manipulador contribui para a operação da célula.
a) Classifique as juntas J1, J2 e J3 quanto ao tipo de movimento realizado e indique qual variável cinemática está associada a cada uma delas.
b) Explique como a combinação dos movimentos das três juntas permite que o efetuador seja posicionado para realizar a coleta e a deposição das peças.
Resposta:
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ETAPA 2 – MODELANDO MATEMATICAMENTE O MANIPULADOR
Para que o sistema de controle possa relacionar os movimentos das juntas à posição do efetuador, é necessário estabelecer uma representação matemática do manipulador. Uma das formas utilizadas para padronizar essa representação é a convenção de Denavit-Hartenberg (DH).
Observe a Figura 2 e considere o sistema de coordenadas {0} fixado na base do manipulador. Adote a convenção DH estudada na disciplina e os sentidos positivos dos movimentos indicados na figura.
a) Atribua os sistemas de coordenadas necessários às juntas J1, J2 e J3, respeitando as orientações estabelecidas pelo algoritmo de Denavit-Hartenberg.
b) A partir dos referenciais estabelecidos, determine os parâmetros θi, di, ai e αi correspondentes às três juntas e complete a tabela:
c) Utilizando os parâmetros obtidos e a matriz homogênea geral apresentada a seguir, escreva as matrizes A1, A2 e A3 correspondentes às três juntas do manipulador.
Considere que a transformação entre o sistema de coordenadas da base e o efetuador é obtida por:
Não é necessário desenvolver a multiplicação matricial A1A2A3.
Resposta:
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ETAPA 3 - DETERMINANDO A POSIÇÃO DO EFETUADOR
Durante a configuração da célula, o manipulador é acionado com:
Para um manipulador planar de dois elos, a posição do efetuador pode ser determinada por:
Considerando L1=L2=400mm:
a) Determine as coordenadas x e y alcançadas pelo efetuador, apresentando o desenvolvimento dos cálculos.
b) Apresente a posição obtida na forma P=(x,y).
c) Explique, a partir dessa situação, qual informação é conhecida e qual informação é determinada em um problema cinemático direto.
Resposta:
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ETAPA 4 - DETERMINANDO A CONFIGURAÇÃO NECESSÁRIA PARA A COLETA
Durante a operação automática, o sistema de detecção identifica uma peça disponível para coleta na posição:
Como a posição desejada do efetuador é conhecida, mas os ângulos de junta não são, determine os ângulos que deverão ser aplicados às juntas J1 e J2. Utilize as expressões:
a) Determine os possíveis valores de
b) Para cada solução encontrada, determine o respectivo valor de
c) apresente os pares (
d) Explique por que duas configurações diferentes do manipulador podem alcançar o mesmo ponto.
e) Compare este problema com o realizado na Etapa 3 e explique a principal diferença entre cinemática direta e cinemática inversa.
Importante: apresente o desenvolvimento dos cálculos, e não somente os valores finais.
Resposta:
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ETAPA 5 - INTEGRANDO O MANIPULADOR À OPERAÇÃO AUTOMATIZADA
Após o posicionamento do manipulador sobre a peça, o efetuador encontra-se 150mm acima da superfície de coleta. Para realizar a transferência, o sistema deverá aproximar o efetuador da peça, realizar a coleta, retirar a peça da esteira, transportá-la até a estação de inspeção, depositá-la e retornar à condição de espera.
Como engenheiro responsável pela configuração da célula:
a) Descreva, em ordem lógica, a sequência de movimentos e acionamentos que o sistema deverá executar desde a identificação da pela até o retorno do manipulador à condição de espera. Considere os movimentos das três juntas e o acionamento do efetuador.
b) Indique um sensor adequado para detectar a presença da peça na posição de coleta e explique como a informação fornecida por esse sensor poderá ser utilizada na sequência automática.
c) Considerando que a trajetória entre os pontos de coleta e deposição deve ocorrer sem colisões e dentro dos limites de movimento do manipulador, explique por que o planejamento da trajetória é importante para a execução segura e eficiente da operação.
Resposta:
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Orientações para a resolução:
- Apresente o desenvolvimento dos cálculos nas etapas que envolvem determinação numérica.
- Utilize as unidades indicadas no enunciado e identifique claramente os resultados obtidos.
- Nas questões discursivas, relacione sua resposta à situação da célula automatizada apresentada.
- A atividade deve demonstrar não apenas a obtenção dos resultados, mas também a compreensão da função de cada etapa da análise cinemática.
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