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O robô do tipo Scara, assim como a configuração paralela (hexapod), está se popularizando e deixando de ser considerada como uma “configuração especial”. Desenvolvida por um grupo de empresas japonesas, Scara significa Selective Compliance Assembly Robot Arm (Braço Robótico para Montagem com Flexibilidade Seletiva)

A estrutura


A figura 1 ilustra a estrutura padrão de uma configuração Scara, que possui quatro graus de liberdade, sendo três deles para posicionar o punho (eixos X, Y e Z) e um para orientar a garra (ou ferramenta). A figura 1 também mostra o sistema de coordenadas global, representado pelos eixos X0, Y0 e Z0.


F.1 – Estrutura padrão da configuração Scara


O elo (link) representado na cor laranja é a base do robô e é fixada ao local de trabalho. O elo roxo, que será chamado de Teta1, é ligado à base por uma junta rotacional centrada no eixo Z0. O elo vermelho, denominado de Teta2, é ligado ao elo roxo por uma outra junta rotacional. Estas duas primeiras juntas permitem o posicionamento do punho no plano XY. Na figura 1 temos Teta1 e Teta2 em suas posições iniciais. O último elo possui em sua parte inferior o punho, e está representado em amarelo. A junta entre os elos vermelho e amarelo é, na realidade, dupla. O elo amarelo desliza verticalmente em relação ao elo vermelho, permitindo o posicionamento do punho no eixo Z, e também gira em seu próprio eixo possibilitando a orientação do dispositivo que será fixado ao punho (esse movimento será denominado de Roll).

A configuração descrita é a mais usual, mas há variantes. Há modelos onde o movimento vertical (eixo Z) é realizado pelo primeiro elo e não pelo último.


Volume de Trabalho

O volume de trabalho de um robô é o conjunto de todos os pontos do espaço que o seu punho pode alcançar e cada configuração possui uma forma característica. A figura 2 mostra como o volume de trabalho de um robô Scara é formado por quatro arcos de circunferência.


F.2 – Formação do volume de trabalho da configuração Scara.

A análise da figura 2 inicia-se com o punho no limite superior e com Teta1 e Teta2 nas posições iniciais. Em A tem-se o limite imposto pela movimentação apenas de Teta2, que saiu de sua posição inicial (2=0º) e atingiu seu ângulo máximo. Em B Teta2 é mantido na posição final e apenas Teta1 move-se desde seu ângulo inicial (1=0º) até a posição final. Em C o movimento é realizado apenas por Teta2 que sai da sua posição final e retorna para a posição inicial. Em D é mostrado o retorno de Teta1 para a posição inicial, mas ainda na metade do trajeto, que é completado em E. Portanto, em E pode-se observar o plano superior do volume de trabalho. Com o punho na posição inferior obtém-se a mesma forma geométrica, que representa o plano de trabalho inferior. Sendo assim, em F tem-se a representação do volume de trabalho típico de um robô Scara.

Há robôs onde o eixo Z é comandado pneumaticamente e, dessa forma, tem apenas duas posições possíveis. Nestes robôs o volume de trabalho é formado apenas pelos planos superior e inferior, não podendo atingir posições intermediárias. Nos robôs com eixo Z  servo-controlado é possível posicionar o punho em qualquer ponto entre os limites superior e inferior.


Descrição matemática

Para descrever matematicamente um robô é necessário definir as dimensões invariáveis (constantes construtivas) e as dimensões variáveis. A figura 3 apresenta, em duas vistas, as constantes L0, L1 e L2 destacadas em preto, as variáveis 1, 2 e d em azul e as coordenadas cartesianas do punho X, Y e Z, em rosa. Deve-se observar que à esquerda Teta1 e Teta2 estão na posição inicial, enquanto que o mesmo não acontece à direita. A constante L0 é a altura atingida pelo punho quando está na posição mínima. A constante L1 é o comprimento de Teta1 enquanto L2 é o comprimento de Teta2. Compare o desenho da direita com a figura 4 do artigo “Robôs Manipuladores – 1ª parte” publicado na edição no 2.


F.3 – Dimensões variáveis e invariáveis da configuração Scara.

O quadro 1 apresenta as equações da cinemática direta, ou seja, dados os valores de 1, 2 e d (variáveis das juntas) é possível calcular as coordenadas cartesianas do punho.


Quadro 1 – Equações da cinemática direta.

Mas, em um programa de controle do robô há também outra necessidade de cálculo geométrico. É quando o usuário define as coordenadas cartesianas (X, Y e Z) onde deseja posicionar o punho. Nesta situação devem-se calcular os valores de 1, 2 e d necessários para atingir a posição meta. As equações que permitem esse cálculo são conhecidas como cinemática inversa, e estão apresentadas no quadro 2.


Quadro 2 – Equações da cinemática inversa.