Aula 17 - Graus de liberdade de robôs

Os graus de liberdade (GL ou DOF, segundo as iniciais em inglês) determinam os movimentos do braço robótico no espaço bidimensional ou tridimensional. Cada junta define um ou dois graus de liberdade, e, assim, o número de graus de liberdade do robô é igual à somatória dos graus de liberdade de suas juntas. Por exemplo, quando o movimento relativo ocorre em um único eixo, a junta tem um grau de liberdade; caso o movimento se dê em mais de um eixo, a junta tem três graus de liberdade, conforme é apresentado na figura. Observa-se que quanto maior a quantidade de graus de liberdade, mais complicadas são a cinemática, a dinâmica e o controle do manipulador. O número de graus de liberdade de um manipulador está associado ao número de variáveis posicionais independentes que permitem definir a posição de todas as partes de forma única.

Os movimentos robóticos podem ser separados em movimentos do braço e do punho. Em geral os braços são dotados de 3 acionadores e uma configuração 3GL, numa configuração que permita que o órgão terminal alcance um ponto qualquer dentro de um espaço limitado ao redor do braço. Pode-se identificar 3 movimentos independentes num braço qualquer: Vertical transversal – movimento vertical do punho para cima ou para baixo; Rotacional transversal – movimento do punho horizontalmente para a esquerda ou para a direita; Radial transversal – movimento de aproximação ou afastamento do punho.

Os punhos são compostos de 2 ou 3 graus de liberdade. As juntas dos punhos são agrupadas num pequeno volume de forma a não movimentar o órgão terminal em demasia ao serem acionadas. 

Em particular, o movimento do punho possui nomenclaturas específicas, conforme descritas a seguir, e mostradas na figura: Roll ou rolamento - rotação do punho em torno do braço; Pitch ou arfagem - rotação do punho para cima ou para baixo; Yaw ou guinada - rotação do punho para a esquerda e para a direita.

O número total de juntas do manipulador é conhecido com o nome de graus de liberdade. Um manipulador típico possui 6 graus de liberdade, sendo três para o posicionamento do efetuador dentro do espaço de trabalho, e três para obter uma orientação do efetuador adequada para segurar o objeto. 

Com menos de 6 graus de liberdade, o manipulador poderia não atingir uma posição arbitrária com uma orientação arbitrária dentro do espaço de trabalho. Para certas aplicações como, por exemplo, manipular objetos num espaço que não se encontra livre de obstáculos, poderiam ser necessários mais de 6 graus de liberdade. A dificuldade de controlar o movimento aumenta com o número de elos do braço.