Este curso de diploma cobre os principais temas em robótica, começando pelos fundamentos, como suas origens. Depois disso, são desvendados a cinemática e o algoritmo Diffie-Hellman (DH), além de importantes relações diferenciais. Embora suas raízes remontem aos séculos XIV ou XV, a robótica é uma ciência, disciplina de engenharia ou tecnologia industrial relativamente nova, frequentemente mal representada na mídia popular. Você aprenderá que a história da robótica moderna pode ser rastreada até 1495, quando Leonardo da Vinci projetou um dispositivo mecânico que parecia um cavaleiro armado. Posteriormente, o dramaturgo tcheco Karel Čapek introduziu a palavra 'robô' a partir da palavra tcheca 'robota', que significa 'trabalho tedioso'. Em seguida, você estudará as leis básicas que regulam a robótica, como a Lei Zero, que diz que um robô não pode ferir a humanidade ou, por inação, permitir que a humanidade sofra danos. Robôs industriais (manipuladores), robôs de campo e de serviço (humanóides, robôs médicos e robôs andando), além de robôs de entretenimento e educacionais são as três principais categorias que você explorará a seguir.
As juntas e elos de um robô serão então discutidos no material do curso. Aprenda como as juntas proporcionam movimento relativo, enquanto os elos são membros rígidos entre as juntas. Existem vários tipos de juntas, como linear e rotativa, e cada junta oferece um ‘grau de liberdade’. Você verá quantos graus de liberdade a maioria dos robôs possui. A arquitetura do robô é a combinação e disposição dos diferentes tipos de juntas que configuram a cadeia cinemática do robô. Conforme avança no curso, você aprenderá que a posição relativa e a orientação dos eixos de duas juntas sucessivas podem ser especificadas por dois parâmetros de elo: comprimento do elo e ângulo de torção do elo. Também aprenderá que é possível representar a orientação em coordenadas articulares pela convenção YPR (yaw, pitch e roll). Em coordenadas retangulares ou cartesianas, a mesma pode ser representada por uma matriz de rotação R, onde as três colunas de R correspondem respectivamente aos vetores normal, deslizamento e aproximação. Você descobrirá que, para manipular objetos, é necessário controlar tanto a posição quanto a orientação da ferramenta/efetor final em um espaço tridimensional.
Por fim, você estudará o planejamento de trajeto do robô: tal problema é formulado em um espaço de configuração da ferramenta, e o movimento do robô é controlado no espaço das juntas. Você descobrirá que um dos problemas potenciais em resolver a velocidade no espaço das juntas é a inexistência do inverso, e que a matriz Jacobiana pode não ser invertível para todos os valores. Saiba em quais pontos no espaço das juntas a Jacobiana perde seu posto e por que há uma redução no número de linhas e colunas independentes. Como parte da análise da matriz Jacobiana, você estudará as singularidades do espaço das juntas e aprenderá que a singularidade interna é potencialmente problemática, pois ocorre quando dois ou mais eixos formam uma linha reta. Este curso será de grande interesse para industriais que possam usar robôs em suas fábricas ou que estejam investigando automação. Estudantes de engenharia mecânica, especialmente aqueles especializados em robótica, também encontrarão este curso particularmente interessante.