Programação de robo

CAPÍTULO 6
PROGRAMAÇÃO E SIMULAÇÃO DE ROBÔS
Renato Ventura Bayan Henriques
6.1- INTRODUÇÃO
Com o crescente desenvolvimento dos processos de manufatura surgiu a necessidade de
linhas de produção que permitissem uma maior flexibilidade na quantidade e na variedade de
produtos a serem produzidos. A indústria com a globalização dos processos, sentiu a
necessidade de romper com os paradigmas, como por exemplo que toda a empresa deveria
obter uma alta taxa de produtividade com uma pequena variedade de produtos, característica da
visão Taylorista, e adequar-se as necessidades do mercado mais especificamente do cliente.
Neste processo de mudança surgiu o conceito de automação flexível onde basicamente
otimizamos o layout existente no chão de fábrica para torná-lo o mais flexível frente a variação de
produtos a que a linha de produção esta sujeita. Em outras palavras com um layout mais racional
pode-se obter uma alta taxa de produtividade com uma ala variedade de produtos.
Desde o início da automatização dos processos
1
ficou clara a necessidade de uma
sistemática que possibilitasse a otimização das linhas de produção. Ao analisarmos a estrutura
de uma linha de produção verificamos que algumas tarefas são repetitivas e que perdemos um
tempo considerável para programá-las (reprogramá-las), a busca da automatização (ou semi-
automatização) de determinadas tarefas passa pela definição de como replicar uma determinada
tarefa em outra máquina. Neste livro estamos tratando da robótica e da programação dos robôs
de uma célula robotizada, a questão que surge aqui é: Como replicar as tarefas executadas num
robô num parque industrial com uma centena deles?
A resposta para esta pergunta nos leva a Sir. Charles Devol
2
que desenvolveu uma forma de
registrar uma seqüência de movimentos, iniciando assim a primeira geração de robôs. A partir de
Devol começou-se a ter a consciência do conceito de reprogramabilidade, que é atualmente a
base do desenvolvimento dos robôs comerciais existentes no mercado .
Um dos pontos importantes quando se deseja programar uma determinada tarefa no robô é o
fato de ser ou não possível executar uma seqüência específica de comandos. Programar um robô
significa descrever os procedimentos a serem tomados pelo manipulador sob a ação do
controlador. Devido ao grande número de controladores de robôs existentes e a crescente
evolução dos sistemas de programação de alto nível orientados ao usuário faz-se necessário
uma interface entre eles. Conforme a norma ISO TR 10562 (Manipulating industrial robots -
Intermediate Code for Robots (ICR)) um código intermediário deve ser usado como uma interface
entre programas de robô orientados ao usuário e controladores de robôs industriais.
Inicialmente passaremos a uma descrição do problema básico a ser enfrentado quando
desejamos efetuar a programação de um robô. Em um segundo momento descreveremos as
1
Protótipo de comando numérico desenvolvido no Instituto de Tecnologia de Massachusets - MIT
2
Charles Devol, desenvolveu dispositivo controlador para registrar sinais eletricos magneticamente

características básicas de uma linguagem de programação e daremos um breve histórico da sua
evolução. Neste capítulo tentar-se-á situar o leitor no contexto de manufatura automatizada,
preparando-o para utilizar as principais ferramentas de programação e simulação existentes no
mercado.
4.1 - O PROBLEMA BÁSICO DA PROGRAMAÇÃO
Para um dado problema de programação existirão diversas formas de implementarmos um
algoritmo para solucioná-lo, destas escolheremos uma em função do índice de desempenho
adotado de forma a minimizá-lo ou que seja a mais próxima do ideal. Eis ai a motivação precípoa
da programação e consequentemente para a programação de robôs.
Da busca constante da otimização das soluções é que surgiram ao longo dos anos
ferramentas computacionais mais avançadas, que propiciam ao projetista uma maior flexibilidade
no que tange a tarefa a ser executada.
Inicialmente as linguagens existentes eram baseadas em comandos intuitivos do tipo move
to, open tool, etc., que descreviam literalmente o tipo de ação a ser executada.
Concomitantemente com estes desenvolvimentos os computadores, unidade básica no
processamento destas informações, experimentaram uma constante evolução em termos de
quantidade de informação, velocidade de processamento e disponibilidade de periféricos.
A conjunção de fatores tais como: evolução tecnológica dos microcomputadores,
desenvolvimento de linguagens e ferramentas de análise e programação é que nos possibilitou
atingirmos o estágio atual da automatização robotizada.
Nosso problema no entanto, se reduz a apresentar de forma clara e objetiva o estado atual da
programação de robôs propiciando ao leitor uma visão dos procedimentos adotados ao resolver
um problema de programação.
4.2 - MÉTODOS DE PROGRAMAÇÃO
A pesquisa na indústria durante os últimos vinte anos tem sido direcionada na criação de
técnicas de automação que aplicadas em lotes de produção de pequeno e médio porte produzam
resultados adequados do ponto de vista custo-benefício. Isto culminou com o desenvolvimento
das máquinas CNC, Sistemas Flexíveis de Manufatura (FMS), Robôs Móveis (AGV's) e braços
manipuladores.
O desenvolvimento deste último grupo, tem particular importância, pela complexidade
intrínseca envolvida no desenvolvimento da habilidade de emular o comportamento da cadeia de
ligamentos do braço manipulador de forma a replicar os movimentos do braço humano.
Os robôs industriais de hoje são mecanismos automatizados projetados para movimentar
peças ou ferramentas sobre uma trajetória previamente estabelecida. Como mencionado
anteriormente um robô ou um outro do mesmo modelo deverá ser capaz de executar um conjunto
de operações ou movimentos diferenciados se a célula de trabalho do mesmo for alterada. O
programa de controle do robô deverá ser capaz de adaptar-se as variações de tarefas e ser
flexível o suficiente para permitir uma seqüência dinâmica de operações. Pode-se avaliar a
flexibilidade de um robô pela extensão do tipo de operações e movimentos que podem ser
programados no seu controlador e pela facilidade de entrada ou alteração de um programa.
A programação pode ser feita de duas maneiras: Programação on-line e Programação off-
line. A programação off-line é feita utilizando-se linguagens de programação criadas
especialmente para robôs tais como VAL, WAVE, AML, MCL, and SIGLA. Estes programas são

geralmente depurados com uso de simuladores. A Programação on-line por outro lado faz uso
geralmente de métodos de programação por ensino ou condução.
Os métodos atuais de programação de robôs industriais tem provado serem satisfatórios
onde a proporção entre o tempo de programação e de produção é pequeno e também quando a
complexidade da aplicação não é tão exigida.
A programação "off-line" pode ser definida neste contexto como o processo pelo qual a
programação dos robôs é desenvolvida, parcial ou completamente, sem a necessidade do uso do
robô.
6.3.1 - Programação On-line
Podemos definir programação on-line como a utilização de métodos de programação por
ensino para aplicar um programa de controle no controlador do robô. O programador conduz o
robô através de uma seqüência de posições desejadas(via teach-pendant ou dispositivo mestre-
escravo).
Neste processo de "ensino" envolvemos as tarefas de identificação dos pontos, edição e
repetição do trajeto ensinado. Programas de edição são utilizados para adicionar informações
relevantes ao programa de controle bem como aos equipamentos de produção associados. O
uso de programas de edição nos permite um meio de avaliar e corrigir programas de controle
existente ou ajustar pontos quando uma tarefa é modificada.
Durante este processo o programador necessita de funcionalidades que podem incluir
repetição do programa para frente e para trás, operações passo a passo, seleção de velocidade
de execução entre outras, que facilitam a depuração do programa. Necessariamente esta
abordagem utiliza o robô para a programação e de alguma forma é dependente do algoritmo de
controle usado para movimentação entre os pontos da trajetória.
Três algoritmos básicos de controle são usualmente utilizados: movimento ponto a ponto,
continuo e o controle de trajetoria.
Robôs com controle ponto a ponto movem-se de uma posição a outra sem considerar o
trajeto intermediário entre os pontos. Geralmente cada eixo move-se até atingir a posição
desejada.
Robôs de movimento contínuo movimentam-se através de pontos com pequenos incrementos
entre si, armazenados ao longo de uma trajetória previamente percorrida. As posições de cada
eixo são gravadas pela unidade de controle a intervalos de tempo constante recolhendo dados
dos sensores de posição durante a movimentação do robô.
O movimento controlado de trajetória envolve o controle coordenado de todas as juntas para
percorrer uma trajetória desejada ao longo de dois pontos. Neste método os eixos movem-se
suavemente e proporcionalmente para gerar o trajeto de controle especificado.
Em programação on-line duas abordagens básicas são tomadas para ensinar o robô uma
trajetória desejada: Métodos de programação por aprendizagem e Linguagens textuais.
6.3.1.1 - Programação por aprendizagem
Os métodos de programação por aprendizagem exigem que o programador conduza o
manipulador, movendo-o fisicamente de modo a realizar as manobras que ele deve apreender.
Esse método é mais utilizado em tarefas que necessitam de uma trajetória contínua, como pintura
por pulverização, corte a jato d´agua, aplicação de selante ou solda a arco.

A programação por aprendizagem envolve o uso de um joystick, um teclado comum ou um
teclado portátil chamado de teach box para guiar o robô ao longo de uma trajetória planejada. Se
o programa (ou teach box) especificar uma trajetória, continua ou ponto a ponto usando as
coordenadas de mundo estes sinais são enviados ao controlador que os transforma em
coordenadas de junta e produz os movimentos desejados.
6.3.1.1.1 - Programação por condução
Aprendizado por condução também é utilizado no modo ponto a ponto, onde o robô grava
apenas certos pontos da trajetória deslocando-se posteriormente através delas em linha reta(ou
por trajetos circulares, se assim for solicitado).
Na programação por condução , o operador move fisicamente o efetuador final pelo trajeto
desejado. Para trajetórias contínuas, os sensores do braço enviam continuamente informação
sobre a posição de cada junta para o controlador do robô à medida que o braço vai se
movimentando. Para trajetórias ponto a ponto, a informação de posição da junta é enviada
apenas nos pontos da trajetória onde o operador especificamente a posiciona. Em qualquer caso,
uma vez gravados na memória do computador os pontos podem ser chamados a qualquer tempo
para reprodução .
Ambos os métodos de programação descritos anteriormente envolve a tarefa de integração
entre três fatores básicos:
• As coordenadas dos pontos devem ser identificadas e armazenadas na unidade
de controle. Os pontos podem ser armazenados como coordenadas individuais
das juntas ou pelas coordenadas geométricas da flange do robô.
• As funções a serem executadas nos pontos específicos devem ser identificadas
e gravadas. Por exemplo para cada trajetória podemos identificar a velocidade de
avanço, fluxo de selante a ser aplicado, etc.
• Os pontos e dados funcionais são organizados em seqüências lógicas. Isto inclui
quando uma dada trajetória deve ser estabelecida ou quando várias condições
devem ser checadas.
Este três fatores são integrados no processo de aprendizagem e não existem em separado
como passos de programação.
6.3.1.1.2 - Programação via teach-pendant
A programação on-line necessariamente faz uso de um teclado portátil chamado teach-
pendant, para guiar o robô ao longo de uma trajetória. Isto fica bem claro como tomamos como
exemplo (vide figura 6.1). Neste exemplo o robô deverá executar a tarefa de pegar a peça na
esteira de entrada colocá-la no centro de usinagem, depois do processamento retirar a peça e
colocá-la na esteira de saída. Nesta tarefa faz-se necessária a integração do robô com as esteiras
e o operador deverá executar uma seqüência pré-determinada de operações que serão
sumarizadas a seguir.

Figura 6.1 – Célula genérica ser programada
A seguinte seqüência de pontos deve ser armazenada pelo operador durante a programação
on-line do sistema.
1. Mover o braço do robô até que a garra esteja justamente acima da peça na esteira de
chegada, então abre-se a garra,
2. Alinha-se o eixo da garra com o da peça a ser transportada,
3. Armazenar o programa apertando a tecla correspondente a gravar no teach-pendant,
4. Baixar a garra até que a mesma esteja centrada com o objeto a ser pinçado. Armazenar este
ponto,
5. Fechar a garra para que a peça possa ser levantada. Armazenar este ponto.
6. Levantar o braço de forma a liberar o espaço de trabalho e alinhá-lo no nível do centro de
usinagem. Armazenar este ponto.
7. Aproximar a garra do centro de usinagem e posicioná-la alinhada com o dispositivo de fixação
do centro de usinagem. Armazenar este ponto.
8. Abrir a garra e liberar a peça.
9. Elevar o braço até liberar o espaço de trabalho de forma a retirar o braço do robô do centro
de usinagem.
10. Retrair o braço do robô até uma posição intermediária. Armazenar este ponto.
11. Aguarde o sinal do centro de usinagem e retire a peça.
12. Rotacione o braço até a esteira de saída e posicione sobre a superfície da esteira. Armazene
este ponto.
13. Abaixe o braço até a superfície da esteira. Armazene este ponto.
14. Abra a garra e libere a peça. Armazene este ponto.
15. Levante o braço ate liberar o espaço de trabalho do robô. Armazene este ponto.
16. Volte para a posição de equilíbrio e reinicie o ciclo.
Os passos listados anteriormente podem variar de acordo com o layout da célula e servem
para prover ao controlador as coordenadas dos pontos utilizados no programa. Cabe ao operador
entrar via teach-pendant com os parâmetros necessários para a correta sinalização entre o robô e
os periféricos (neste caso esteiras e centro de usinagem).

6.3.1.1.2.1 - O controlador do robô e o teach-pendant
O teclado e o display da unidade de controle são freqüentemente usados em conjunto com
um teach-pendant padrão. Em geral existem três tipos:
• Teach-pendant genérico (veja figura 6.2)
• Teach-pendant com botões pictográficos (veja figura 6.3)
• Teach-pendant com display (veja figura 6.4)
Figura 6.2 – Teach-pendant genérico Figura 6.3 – teach-pendant pictográfico
Figura 6.4 – Teach-pendant com display
6.3.1.2 - Programação Textual
A primeira linguagem textual de robôs foi WAVE, desenvolvida em 1973 como uma linguagem
experimental de pesquisa no Stanford Artificial Intelligence Laboratory. A pesquisa envolvia um
robô interfaceado com um sistema de visão. O desenvolvimento de uma linguagem subseqüente
começou em 1974, em Stanford. A linguagem foi chamada AL, e podia ser usada para controlar
braços múltiplos em tarefas exigindo coordenação dos braços.
Muitos dos conceitos das linguagens WAVE e AL foram aproveitados no desenvolvimento da
primeira linguagem textual de programação de robôs comercialmente disponível, a linguagem
VAL(Victor Assembly Language, de Victor Scheinman). A linguagem VAL foi introduzida em 1979
pela Unimation Inc. para seus robôs da série PUMA. Essa linguagem foi melhorada para VALII e
lançada em 1984.
O trabalho de desenvolvimento de linguagens de programação de robôs prosseguiu também
nos laboratórios T.J. Watson Research Labs, da IBM Corporation tendo começado por volta de
1976. Foram desenvolvidas duas linguagens dirigidas para tarefas de montagem e tarefas
correlatas, foram elas a AUTOPASS e AML.

Este tipo de programação é realizada de forma semelhante a programação de computadores.
O programador digita o programa usando um terminal de computador na linguagem fornecida
pelo fabricante do robô.
6.3.2 - Programação Off-line
Os desenvolvimentos na tecnologia de robôs, tanto em software quanto em hardware estão
tornando possível que a programação off-line se torne cada vez mais viável. Estes
desenvolvimentos incluem o uso de controladores mais sofisticados, o aumento da precisão no
posicionamento e a adoção de sensores mais avançados.
A programação "on-line" de um robô, de um modo geral, pode consumir muito tempo
evoluindo desproporcionalmente com o aumento da complexidade das tarefas; consequentemente
quando o robô fica fora da linha de produção o tempo gasto na programação pode prejudicar
substancialmente a sua utilidade.
Em muitas aplicações envolvendo processos de produção em massa, tais como soldagem a
ponto em linhas de produção automobilísticas, os requisitos temporais de reprogramação devem
ser minimizados ao máximo.
Logo podemos concluir que para a aplicação de robôs ser factível, em pequenos e médios
lotes de produção, onde os tempos envolvidos podem ser substanciais, a utilização de
Programação Off-line é altamente recomendada.
O incremento na complexidade das aplicações em robótica torna as vantagens associadas a
programação off-line mais atrativos, essas vantagens podem ser classificadas como segue:
1. Redução do tempo ocioso: O robô pode manter-se na linha de produção enquanto a
próxima tarefa estiver sendo programada. Isto acrescenta maior flexibilidade aos robôs.
2. Ambientes potencialmente perigosos: Redução do tempo de permanência do operador
próximo ao robô ,reduzindo assim o risco de acidentes por comportamento anormal do
equipamento.
3. Sistema Simplificado de Programação: Pode-se usar a programação off-line para
programar uma grande variedade de robôs sem a necessidade de conhecer as
peculiaridades de cada controlador. Reduz-se assim o índice de reciclagem dos
programadores.
4. Integração com sistemas CAD/CAM: Habilita a interface com banco de dados de peças,
centralizando a programação de robôs com estes sistemas possibilitando o acesso a outras
funcionalidades, como por exemplo planejamento e controle.
5. Depuração de Programas: Sistemas de programação off-line com CAD/CAM integrados
podem produzir um modelo da planta (robô + célula de trabalho)que podem ser usados para
detecção de colisões dentro do espaço de trabalho e se será possível executar determinados
movimentos evitando assim danos ao equipamento.
6.3.2.1 - Limitações da Programação Off-line
A programação off-line como já foi dito anteriormente necessita obrigatoriamente da
existência de um modelo teórico do robô e do ambiente; o objetivo é usar este modelo para
simular o comportamento real do robô. A implementação da programação off-line encontra
basicamente três problemas principais:
a) Dificuldade em desenvolver um sistema de programação generalizado que seja independente
do robô e de suas aplicações;

b) Para reduzir a incompatibilidade entre robôs e sistemas de programação faz-se necessário a
definição de padrões para as interfaces;
c) Programas gerados em off-line devem levar em conta os erros e imprecisões que existem
entre o modelo idealizado e o mundo real.
Devido a estas imprecisões entre o modelo teórico idealizado e a variáveis inerentes ao
processo no mundo real, seqüências simuladas geralmente não atingem o objetivo de controlar o
robô sem erros. Na prática o robô não atinge o local calculado pelo modelo ou a ferramenta não é
precisamente localizada como definido no modelo. Estas discrepância podem ser atribuídas aos
seguintes fatores:
1. Robô:
• Falta de precisão na tolerância da montagem dos ligamentos provocando o
aumento na variação do off-set das juntas. Pequenos erros na estrutura
são amplificados e produzem grandes erros de posicionamento no
efetuador;
• Falta de rigidez na estrutura do robô. Pode causar grandes erros quando
este está sujeito a condições severas de carregamento;
• Incompatibilidade entre robôs do mesmo modelo. Devido a diferenças no
setup do sistema de controle de cada robô a mesma programação off-line
pode apresentar pequenos erros.
2. Controlador:
• Resolução insuficiente do controlador. A resolução específica o menor
incremento de movimento atingível pelo controlador.
• Precisão numérica do controlador. É afetado pelo comprimento da palavra
do controlador e a eficiência do algoritmo usado para os propósitos de
controle.
3. Ambiente:
• Dificuldade na determinação precisa dos objetos(robôs,máquinas, pecas)
com relação ao sistema de coordenadas generalizadas.
• Efeitos do ambiente tais como temperatura, podem causar efeitos
adversos ao desempenho do robô.
4. Modelo e o Sistema de Programação:
• A precisão numérica do processador do computador.
• A qualidade dos dados do modelo real. Isto determina a precisão final do
programa gerado em off-line.
A composição destes erros através de todo o sistema de programação off-line pode levar a
discrepâncias de magnitude significante. Para que a programação off-line se torne uma
ferramenta prática, esta magnitude deve ser reduzida a níveis onde os ajustes do posicionamento
final possam ser executados automaticamente.
Na programação off-line, um programa pode estar contido em um disquete ou ser transmitido
eletronicamente (via rede); este pode ser parte de uma biblioteca completa de programas
desenvolvidos para aquele modelo de robô, embora este não tenha sido desenvolvido
especificamente naquele robô.

6.4 - LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS INDUSTRIAIS
Atualmente, após a padronização das linguages de programação de robôs pela ISO,
"International Organization for Standardization", a linguagem de programação para comunicação
homem-máquina já é bem conhecida, além disso temos a padronização da interface máquina-
máquina.
Uma condição importante para as linguagens de programação da inteface homem-máquina é
que estas devem necessariamente ser interativas. Atualmente existem duas correntes de
pensamento na estruturação da interface homem-máquina. Uma defende que a linguagem deve
ser simples e capaz de ser usada pelos próprios operadores sem um treinamento computacional
específico. A outra defende que a linguagem deverá prover requisitos computacionais poderosos
e que somente técnicos especialmente treinados devem desenvolver a programação. Um
exemplo clássico da primeira filosofia é a linguagem ARLA da ABB, como segundo exemplo
podemos citar a linguagem KAREL da FANUC.
Atualmente, existem centenas de linguagens de robôs disponíveis comercialmente. Muitas
delas baseadas em linguagens clássicas tais como Pascal, C, Modula-2, BASIC, e Assembler. As
linguagens de programacão podem ser classificadas de acordo com o sistema de referência do
modelo, o tipo de estrutura de controle utilizada, o tipo de especificação de movimento, a interface
com o dispositivos externos e os periféricos a serem utilizados. Segundo GONG (1998) os
seguintes tipos de linguagens de programação podem ser classificados em:
• Linguagens de movimento ponto a ponto
• Linguagens de movimentacao básica, linguagem de baixo nivel (Assembly)
• Linguagem de programação não estruturada de alto-nivel
• Linguagem de programação estruturada de alto-nivel
• Linguagens do tipo NC (Numeric Command)
Conforme norma ISO TR 10562 a linguagem ICR é um pseudocódigo de baixo nível que
possui os elementos básicos para permitir que qualquer linguagem de alto nível seja para ela
traduzida. Para que isso seja possível devem ser desenvolvidos compiladores adequados. Cada
tradutor irá fazer uso das capacidades da ICR do modo que lhe for mais conveniente a fim de
satisfazer o usuário final. Apenas a título de exemplo são citadas algumas técnicas para
implementações de linguagens comuns.
6.4.1 - Linguagens tipo BASIC
Este tipo de linguagem se caracteriza por um algoritmo linear e simples sem compilação em
módulos separados, sem abstração de dados ou algoritmos, existem apenas tipos de dados
predefinidos e as chamadas às subrotinas não utilizam passagem de argumentos. Este tipo de
linguagem geralmente é interpretada, traduzida para ICR e somente depois executada, linha por
linha. Como as linhas de código são sintaticamente independentes, este método simples de
interpretação não causa problemas.
6.4.2 - Linguagens tipo PASCAL
Este tipo de linguagem é caracterizada pelo encorajamento à programação estruturada. As
funções e procedimentos podem ter argumentos e as variáveis podem ser globais ou locais (a

uma função ou procedimento). Recursão é permitida e facilmente implementada e em alguns
casos (MODULA 2 e ADA) a programação pode ser modular. Neste último caso um ligador deve
providenciar a resolução das referências externas e converter os módulos em um único
executável ICR. A linguagem ICR não oferece suporte nativo para ligação dinâmica. Se for
necessário utilizar esta técnica o ligador dinâmico deve ser implementado de forma independente.
A passagem de parâmetros deve ser feita por meio da pilha da esquerda para a direita, ou
seja, o primeiro elemento a ser empurrado para a pilha será aquele mais à esquerda (na
linguagem original) e no topo da pilha estará aquele mais à direita. Deve ser prestada especial
atenção á estruturação dos blocos da linguagem uma vez que o espaço de pilha reservado para
as variáveis depende disso. Como a ICR não faz distinção entre funções e procedimentos, a pilha
deve ser esvaziada ao final das chamadas de procedimentos.
6.4.3 - Linguagens tipo C
Estas linguagens se caracterizam principalmente pela possibilidade de declaração de
variáveis na abertura de qualquer bloco (delimitado por { } em C) e pela capacidade de usar
matrizes ou ponteiros de forma indistinta. A primeira característica pode ser implementada
diretamente com os comandos BLKBEG e DECLVAR mas a segunda apresenta problemas pois
ICR prefere que os dados tenham tipos explícitos. É recomendado que sempre que não seja
realmente impossível, se faça a atribuição de tipo.
6.4.4 - Linguagens do tipo LISP
Este tipo de linguagem tem como característica básica a habilidade de trabalhar com listas
encadeadas e a intercambiabilidade de dados e programas. Este tipo de linguagem requer um
acurado gerenciamento de memória. Apesar de ser possível escrever compiladores para estas
linguagens recomenda se a consulta a literatura específica.
6.4.5 - Linguagens tipo FORTH
Pelo fato de utilizar basicamente operações baseadas na pilha e pela semelhança estrutural,
este tipo de linguagem não apresenta maiores problemas de implementação. A única ressalva fica
por conta da implementação de múltiplas pilhas.
6.4.6 - Linguagens orientadas a objeto
Linguagens deste tipo estão fora do escopo deste texto e não tem grande utilidade na área
aplicada de robótica. Como a ICR possui suporte a todos os tipos de dados comuns em robótica e
suporte às operações a eles associadas pode-se geralmente cair em alguns dos casos acima.
Muitos robôs industriais são amplamente utilizados em processos de manufatura tais como
tarefas de montagem, manipulação de materiais, soldagem a arco/ponto, pintura, carga e
descarga de centros de usinagem e em algumas aplicações especiais tais como exploração
submarina e pesquisa de próteses para deficientes. Estimasse que haja no mundo cerca de 100
fabricantes de robôs. A tabela 6.1 lista alguns destes fabricantes e e suas respectivas linguagens
de programação.

TABELA 6.1 – Lista de fabricantes de robôs e suas linguagens de programação
Fabricante Linguagens de Programação
ABB ARLA, RAPID
Fanuc KAREL
Reiss IRL
Staubli V+
Adept V+
Comau PDL2
Eshed ACL
IBM AML/2
Kawasaki AS
Motoman Inform 1, Inform 2
Nachi SLIM
Panasonic Parl-1, Parl-2
PSI PSI
Samsung FARL-II
Seiko DARL 4
Toyota TL-1
TQ TQ
6.5 - SIMULAÇÃO DE ROBÔS
Hoje em dia os robôs tem uma larga aplicação na indústria e na Manufatura. Exemplo disto
são os vários programas de desenvolvimento lançados a nível Nacional e Internacional como por
exemplo: RECOPE
3
,ESPRIT,BRITE e EUREKA, que são grandes programas de pesquisa que
dentre suas linhas de pesquisa focam a robótica como um de seus temas.
Os principais esforços no desenvolvimento e nas aplicações de robótica sem dúvida recaem
na indústria automobilística. Os benefícios da automação flexível foram incorporados
pesadamente nos processos de manufatura automatizada automotiva. As indústrias automotivas
tem encorajado a utilização de robôs em outras áreas encorajando seus fornecedores a utilizarem
a mesma tecnologia.
Muitos robôs comerciais tem largo uso em tarefas de montagem e manufatura tais como
manipulação de material, soldagem a arco/ponto, montagem de partes, pintura, carga e descarga,
etc.
As técnicas de CAD encontraram extensivo uso nos projeto de engenharia auxiliando o
projetista em processos que envolviam desenvolvimento de diagramas e desenhos de alta
3
Grupo Automação da Manufatura

complexidade. Entretanto no que diz respeito a processos que envolvem a movimentação de
peças há necessidade de um estudo mais aprofundado através de simulação.
A extensão das técnicas de CAD/CAM também é desejável no domínio da robótica.
Entretanto a cinemática envolvida nos movimentos do robô é consideravelmente mais complexa
do que as relacionadas com os movimentos xyz dos centros de usinagem e da relação entre os
movimentos do efetuador e das juntas do robô. Somado a isto faz-se necessário a utilização de
um ambiente capaz de simular uma grande variedade de robôs e tipos de configurações
disponíveis no mercado.
Apesar destas dificuldades, a simulação veio para prover um ambiente gráfico capaz de gerar
uma interação suave com as diversas linguagens de programação de robôs existentes no
mercado comercial. Benefícios tais como: detecção de colisões em off-line, avaliar e otimizar
seqüências de programas sem a necessidade da presença física do manipulador tem
impulsionado o desenvolvimento das pesquisa em simulação de robôs.
Em resumo, programação off-line prove uma interligação essencial para sistemas CAD/CAM.
O sucesso desta integração pode ser evidenciado pela ampla difusão de simuladores comerciais
e pela diminuição do tempo de implementação de Sistemas Flexíveis de Manufatura na indústria.
6.5.1 - Simuladores Comerciais
O primeiro simulador comercial que possibilitou a simulação de robôs foi o GRASP,
desenvolvido pela Nottingham University durante um período de sete anos. Utilizado por diversas
universidades e instituições de ensino tinha a inconveniência de não poder modelar estruturas
cinemáticas não seriadas.
Robographics foi desenvolvido pela Computervision uma companhia bem conhecida pelos
desenvolvimentos em pacotes comerciais de CAD. Utilizado pela Austin-rover e Unimation. A
McAuto CAD divisão da McDonell-Douglas comercializa uma série de pacotes para simulação de
robôs, usados pela Cincinatti-Millacron. O programa PLACE usado para avaliação do layout da
célula robotizada. O BUILD usado para modelagem e estudos dinâmicos em 3D. O COMMAND
usado para programação off-line e o ADJUST para a calibração do robô.
A Technomatics comercializa o ROBCAD. Este pacote é utilizado por muitas montadoras na
europa (Ford, BMW, Volkswagen e OPEL). O IGRIP da Deneb, grupo Dassault Systems também
é largamente utilizado em muitas empresas. Semelhante ao ROBCAD o DENEB é baseado em
uma estação gráfica. A Deneb crescentemente foi comprada pelo grupo Dassault e está incluindo
no pacote o software CATIA.
O software WORKSPACE da Flow Technologies, é um ambiente desenvolvido para
plataforma PC que possui interface gráfica de simulação capaz de gerar um modelo do ambiente
propiciando a geração e interpretação de programas em off-line.
Um grande número de outros simuladores estão disponíveis comercialmente mas tem um
pequeno impacto no mercado.
6.5.2 - Softwares Educacionais
Para a modelagem, simulação, programação off-line, detecção de colisões e análise do layout
as indústrias montadoras de robôs utilizam softwares que operam em estações de trabalho que
demandam alto investimento em equipamentos.

No entanto existem algumas opções comerciais
4
com diferentes capacidades e disponíveis
para pesquisa.
• Xanimate: Software educacional para simulação gráfica de robôs, desenvolvido pela
University Ohio.
• ROBÔ_SIM: Ambiente de simulação para PC desenvolvido para MATLAB. O pacote
consiste de rotinas capazes de desempenhar cálculos específicos (funções para
cinemática direta e inversa, dinâmica do manipulador, planejamento de trajetória,
controle e simulação).
• Simderela: Software de simulação para ambiente UNIX.
• RobLib : Software de simulação para windows desenvolvido na Faculdade de Engenharia
da Universidade do Porto. Capacidade de modelagem de robôs de dois graus de
liberdade.
6.6 - EXEMPLOS
Nesta seção será apresentado um exemplo de geração de código para um robô industrial
sobre uma aplicação de soldagem (vide figura 6.5), a partir deste serão gerados os códigos
apresentados a seguir.
Figura 6.5 – Exemplo didático.
Na seção de apêndices no CD que acompanha o livro serão encontrados exemplos com
casos reais de geração de programas em off-line em algumas empresas brasileiras.
4
Nenhum dos softwares citados tem capacidade para programação off-line

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MODULE LIVRO_RAPID
VAR robtarget TP1:=[[1144.53,-
0.00,1287.05],[0.70701,0.00000,0.70719,0.00000],[0,0,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];
VAR robtarget WELD_BAS0GP2:=[[686.71,-100.00,630.08],[0.24991,0.06698,0.93303,-0.25000],[0,-
1,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];
VAR robtarget WELD_POLGP1:=[[786.71,-100.00,530.08],[0.24993,0.06698,0.93303,-0.24999],[0,-
1,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];
VAR robtarget TP2:=[[786.71,-100.00,530.08],[0.24994,0.06698,0.93302,-0.24999],[0,-
1,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];
VAR robtarget WELD_POLGP2:=[[786.71,100.00,530.08],[0.24995,0.06698,0.93302,-0.24999],[0,-
1,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];
VAR robtarget WELD_POLGP4:=[[986.71,100.00,530.08],[0.24995,-0.93302,0.06698,0.25000],[-
1,0,1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];
VAR robtarget WELD_POLGP3:=[[886.71,200.00,530.08],[0.00000,0.70707,0.61239,-0.35356],[-
1,0,1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];
VAR robtarget WELD_POLGP5:=[[986.71,-100.00,530.08],[0.24998,-0.93301,0.06698,0.24999],[-
1,0,1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];
VAR robtarget TP3:=[[986.71,-100.00,530.08],[0.24999,-0.93301,0.06698,0.24999],[-
1,0,1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];
VAR robtarget WELD_BAS0GP3:=[[1086.71,-100.00,630.08],[0.25000,-0.93301,0.06698,0.24999],[-
1,0,1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];
!! LANGUAGE RAPID
!! MEMORY 32768
!! TEACHPOINTFILE LIVRO_RAPID.PR#
!! ROBOT IRB1400
PERS tooldata TOCHA:=[TRUE,[[-92.05,-
0.00,189.53],[0.99999,0.00000,0.00000,0.00000]],[0,[0,0,0],[1,0,0,0],0,0,0]];
PROC main()
MoveJ [[1144.53,-0.00,1287.05],[0.70710,0.00000,0.70710,0.00000],[-1,0,-
1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]],V:=1000,fineZ:=100,TOCHA;
MoveJ WELD_BAS0GP2,vmaxV:=220,fineZ:=0,TOCHA;
MoveL WELD_POLGP1,vmaxV:=220,fineZ:=0,TOCHA;
!! ARCWELDON 100,10
MoveL TP2,vmaxV:=220,fineZ:=0,TOCHA;
MoveC WELD_POLGP3,WELD_POLGP4,vmaxV:=220,fineZ:=200,TOCHA;
!! ARCWELDOFF
MoveL TP3,vmaxV:=220,fineZ:=0,TOCHA;
MoveL WELD_BAS0GP3,vmaxV:=220,fineZ:=0,TOCHA;
MoveJ [[1144.53,-0.00,1287.05],[0.70710,0.00000,0.70710,0.00000],[-1,0,-
1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]],V:=1000,fine
Z:=100,TOCHA;
ENDPROC
ENDMODULE

LINGUAGEM ARLA
livro_ARLA.irb
UNIT=METRIC
INCLUDE LIVRO_ARLA.CRD
PROGRAM 1
COMMENT ! LANGUAGE ARLA
COMMENT ! MEMORY 8192
COMMENT ! ROBOT IRB1400
V=100.0 MAX=1500.0
POS V=100.0% FINE X=1144.53 Y=-0.34 Z=1287.05 ->
Q1= 0.70710 Q2= 0.00000 Q3= 0.70710 Q4= 0.00000
ROBOT COORD
POS V=220.0% FINE WELD_BAS0GP2
RECT COORD
POS V=220.0% FINE WELD_POLGP1
ROBOT COORD
COMMENT ! ARCWELDON 100,10
RECT COORD
POS V=220.0% FINE TP1
POS V=220.0% PATH WELD_POLGP2
ROBOT COORD
POS V=100% CIRCLE WELD_POLGP3
POS V=220.0% PATH WELD_POLGP4
RECT COORD
POS V=220.0% FINE WELD_POLGP5
ROBOT COORD
RECT COORD
POS V=220.0% FINE TP2
COMMENT ! ARCWELDOFF
POS V=220.0% FINE WELD_BAS0GP3
ROBOT COORD
POS V=100.0% FINE X=1144.53 Y=-0.34 Z=1287.05 ->
Q1= 0.70710 Q2= 0.00000 Q3= 0.70710 Q4= 0.00000
STOP
livro_ARLA.cdr
WELD_BAS0GP2 686.71 -100.00 630.08 Q 0.24991 0.06698 0.93303 -0.25000 30
WELD_POLGP1 786.71 -100.00 530.08 Q 0.24993 0.06698 0.93303 -0.24999 29
TP1 786.71 -100.00 530.08 Q 0.24994 0.06698 0.93302 -0.24999 29
WELD_POLGP2 786.71 100.00 530.08 Q 0.24995 0.06698 0.93302 -0.24999 29
WELD_POLGP4 986.71 100.00 530.08 Q 0.24995 -0.93302 0.06698 0.25000 2
WELD_POLGP3 886.71 200.00 530.08 Q 0.00000 0.70707 0.61239 -0.35356 2
WELD_POLGP5 986.71 -100.00 530.08 Q 0.24998 -0.93301 0.06698 0.24999 1
TP2 986.71 -100.00 530.08 Q 0.24999 -0.93301 0.06698 0.24999 1
WELD_BAS0GP3 1086.71 -100.00 630.08 Q 0.25000 -0.93301 0.06698 0.24999 1

FANUC
LINGUAGEM KAREL
PROGRAM LIVRO_KAREL
-- ! LANGUAGE KAREL 2
-- ! MEMORY 8192
-- ! ROBOT IRB1400
-- TEACHPOINT DECLARATIONS
VAR
WELD_BAS0GP3: POSITION
WELD_POLGP5: POSITION
WELD_BAS0GP2: POSITION
TP1 : POSITION
BEGIN
$UTOOL=POS(154.8749,-0,67.6648,90,0,90,'')
$USEMAXACCEL=TRUE
%INCLUDE LIVRO#
WITH $MOTYPE=JOINT
MOVE TO $HOME:$UTOOL
WITH $MOTYPE=Joint, $TERMTYPE=FINE, $SPEED=100
MOVE TO WELD_BAS0GP2
WITH $MOTYPE=Joint, $TERMTYPE=FINE, $SPEED=100
MOVE TO WELD_POLGP1
-- ! ARCWELDON 100.0,30
WITH $MOTYPE=Linear, $TERMTYPE=FINE, $SPEED=100
MOVE TO WELD_POLGP2
MOVE TO WELD_POLGP3
MOVE TO WELD_POLGP4
MOVE TO WELD_POLGP5
-- ! ARCWELDOFF
MOVE TO WELD_BAS0GP3
WITH $MOTYPE=JOINT
MOVE TO $HOME:$UTOOL
END LIVRO_KAREL

6.7 - REFERÊNCIAS
CRAIG, J. J., Introduction to Robotics, Mechanics and Control, Addison-Wesley Publishing
Company, 2 ed., Massachusetts, 1986.
GONG, W., Automatic Robot Path Generation for Manufacturing on Sculptured Surfaces, Master
Thesis, University of Windsor, 1998.
GROOVER, P. M., Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing,
Prentice-Hall Inc., New Jersey, 1987.
MARHEFKA, W. D., ORIN, E. D., “Xanimate: AN Educational Tool For Robot Graphical
Simulation”, IEEE Robotics and Automation Magazine, pp. 6-14, 1996.
NOF, S. Y., Industrial Assembly, Chapman & Hall, 1 ed., London, 1997.

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