Robôs manipuladores realizam tarefas importantes dentro das linhas produtivas de fábricas ao redor do mundo: paletização, alimentação de máquinas, manuseio, separação e muito mais. Neste artigo, exploramos os desafios da tecnologia e os benefícios diretos na implementação de robótica industrial para essas atividades. Confira.
O que é a manipulação robótica?
Manipulação é uma habilidade avançada que separa os robôs de outros sistemas computadorizados e automatizados. A capacidade robótica de interagir fisicamente e modificar ambientes - isto é, manipular - abre margem para várias aplicações.
Mas o campo da manipulação robótica ainda tem grandes desafios pela frente. Robôs não podem sentir e usar o sentido de toque como seres humanos. Por isso, sensores de força/torque são necessários para compensar essa falta da habilidade motora.
Além disso, é necessário que os robôs enxerguem através de visão artificial onde estão as peças e o que devem fazer com elas, sendo capazes de desviar de obstáculos e responder rapidamente a estímulos não planejados.
Ainda assim, a manipulação robótica automatiza diversos processos e auxilia as indústrias de diversas formas.
Tecnologia de manipulação
Manipuladores robóticos existem em diferentes tamanhos e formatos. A maioria, contudo, consiste em um braço robótico e uma ferramenta na ponta (um end effector).
O exemplo mais simples de um end effector é um copo de sucção (uma garra de sucção ou garra a vácuo). Ao conectar esse copo a um sistema de bombeamento a vácuo, é possível usar a diferença de pressão para segurar objetos e movê-los.
Esse modelo é normalmente usado para paletização de objetos fechados em caixas, e possui pouco controle e sensibilidade para objetos pequenos.
Existem ainda outras limitações para esse modelo de ferramenta, mas é importante observar que os graus de liberdade (DOF, do inglês degrees-of-freedom) são limitados nesse caso graças à pouca capacidade de mover o objeto em algum eixo.
Uma garra 1-DOF, por exemplo, pode pegar um objeto com dedos que abrem e fecham movê-lo na mesma posição para outro local. Ao adicionar um segundo DOF, como um pulso girável, a garra pode reorientar o objeto antes de sua colocação.
Nós já falamos bastante sobre os diferentes tipos de garras robóticas e suas limitações e benefícios para diferentes automações. Confira o artigo aqui.
Liberdade de movimento na manipulação
Indo além de uma garra 2-DOF, manipuladores robóticos se tornam cada vez mais complexos e podem realizar atividades elaboradas, como empurrar, lançar ou manusear com cuidado peças pequenas.
Nisso, quanto mais a garra adiciona elementos de manipulação que se assemelham a um braço e mão humanas, mais complexa fica. É possível chegar à casa dos 20 ou mais DOFs para um robô, e com as ferramentas certas, há maneiras de garantir mais habilidades que uma mão humana orgânica com seus 24-DOFs.
Contudo, nem toda aplicação exige um grau de manobrabilidade tão grande. Muitas vezes, é possível automatizar com menos movimentos, até para economizar tempo nos ciclos e otimizar a linha produtiva.
Segurança no uso de robôs manipuladores
A segurança é um dos pontos mais importantes na hora de selecionar um robô manipulador para automatizar uma tarefa. A depender da programação do sistema, do tipo de parte movimentada e das configurações de velocidade e força, pode haver risco para os trabalhadores ao redor.
Por isso, é importante realizar uma apreciação de riscos antes de implementar qualquer solução automatizada, como a ISO 15066 exige para uso de robôs colaborativos em espaços industriais, por exemplo.
Em alguns casos, o uso de células de segurança será necessário. Em outros, a implementação de sensores de proximidade em conjunto com o sistema de movimentação do robô, reduzindo a velocidade e a amplitude de ação diante da aproximação de uma pessoa, pode ser suficiente.
Sensores de força/torque também são muito úteis para garantir maior segurança no espaço de trabalho, já que enviam ao sistema de controle do braço robótico uma série contínua de dados sobre a pressão exercida sobre determinada peça e podem indicar erros caso a garra robótica entre em contato com um trabalhador, por exemplo.
Por fim, sistemas de visão também complementam essas soluções em automação e adicionam segurança, além de poderem ser usados em tarefas de controle de qualidade.
Aplicações atuais para manipulação robótica
Os robôs manipuladores podem ser usados em diversas tarefas. A depender, podem até mesmo executar mais de uma função dentro de uma linha produtiva. Para isso, claro, devem ser flexíveis e facilmente configuráveis.
No geral, os robôs colaborativos são mais recomendados para tarefas de manipulação. Isso porque são mais leves, ocupam menos espaço no chão de fábrica - o que exige menos alterações da linha já existente -, e possuem programação e implementação facilitadas.
Abaixo, separamos 4 tarefas de manipulação facilmente automatizadas com robôs colaborativos.
Paletização
Os processos de paletização podem ser automatizados por uma série de fatores. Em primeiro lugar, são atividades repetitivas com pouco valor agregado. Além disso, pelo peso, são pouco ergonômicas e podem causar doenças ocupacionais por esforço repetitivo.
Portanto, a paletização é um dos processos ideais para robôs manipuladores assumirem, liberando trabalhadores para tarefas de maior valor agregado dentro da linha de produção.
Braços robóticos de seis eixos podem usar garras de sucção na ponta para manipular as caixas e as empilhar de acordo com as necessidades da linha. Esse é apenas um exemplo do que a paletização com robótica colaborativa pode fazer.
Empacotamento
Empacotar itens é outra tarefa repetitiva e tediosa que pode gerar erros quando não automatizada. Isso porque os trabalhadores, após um longo período de atividade, começam a perder a produtividade e a atenção.
Contudo, robôs não sofrem do mesmo problema. Um braço robótico colaborativo com uma garra e um sistema de visão para leitura das partes pode identificar quais são os itens na esteira e separá-los nas caixas correspondentes com grande precisão e velocidade.
Novamente, trabalhadores são poupados de atividades pouco valiosas e podem gerar mais valor para as fábricas em outras funções.
Manuseio de peças (pick and place)
De todas as tarefas, as de pick and place são as que possuem menor valor agregado para a linha. Simplesmente pegar e mudar um objeto de posição é tão simples que já deveria ter sido automatizado em todas as fábricas do mundo.
Mas para quem lida com fabricação de alto mix e baixa produção, isso pode ser um desafio. Nessas horas, um braço robótico colaborativo com uma garra elétrica e um sistema de visão para identificar as peças soluciona o problema.
A garra elétrica é capaz de manusear diferentes objetos e formatos, e o sistema de visão identifica corretamente para qual destino cada item deve ir.
No caso de peças com formatos muito irregulares, garras moles (que aderem ao material) são uma solução mais eficaz.
Alimentação de máquinas
A alimentação de máquinas é o tipo de tarefa que robôs manipuladores automatizam por vários fatores. Primeiro, produtividade. Mas, para além disso, há os fatores de segurança e ergonomia.
No caso de máquinas CNC, ou de corte, solda ou prensa, os trabalhadores estão recorrentemente sujeitos a acidentes de trabalho.
Portanto, automatizar com um robô colaborativo para essa atividade garante ganhos em diferentes frentes produtivas. As fábricas aumentam a produtividade da atividade, reduzem erros, cortam custos com indenizações por acidente de trabalho e melhoram o rendimento geral.
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