O que é um robô colaborativo? Uma explicação completa de sua definição, benefícios e diferenças em relação aos robôs industriais

O que é um robô colaborativo?

Definição de robô colaborativo

O pano de fundo para o nascimento de robôs colaborativos

Tendências de mercado de robôs colaborativos

Benefícios e desafios da introdução de robôs colaborativos

Benefícios da implementação

Desafios de implementação

Leia o Guia do Robô Colaborativo

Casos de adoção colaborativa de robôs

Diferenças dos robôs industriais

Como escolher um resumo de robô colaborativo

Um robô colaborativo é um tipo de robô industrial equipado com uma função de segurança que o interrompe com segurança quando entra em contato com um objeto externo, como uma pessoa.

A maior característica deste sistema é que ele pode ser introduzido no mesmo espaço que as pessoas, sem ser separado por cercas de segurança, usando robôs que cumpram os requisitos de segurança estabelecidos nas normas de segurança estabelecidas pela Organização Internacional de Normalização (ISO) e realizando avaliações de risco do sistema para confirmar a segurança humana.

Desde que a Universal Robots vendeu pela primeira vez robôs colaborativos em 2008, sua adoção acelerou em todo o mundo, pois eles são usados para automatizar tarefas que os robôs industriais tradicionais desistiram de automatizar.

No Japão, os Regulamentos de Segurança e Saúde Industrial (Artigo 150-4), estabelecidos em 1983 para prevenir acidentes industriais, exigem que os robôs industriais sejam cercados por cercas de segurança e isolados dos seres humanos.

O termo “robô industrial” foi ainda definido na Notificação nº 51 do Ministério do Trabalho do mesmo ano como “máquinas com motor de acionamento superior a 80W." Isso é comumente conhecido como o regulamento 80W. Desde então, a colaboração entre robôs industriais e humanos tem sido estritamente restrita. Este regulamento atingiu um ponto de viragem em 2013, quando foi implementada uma grande desregulamentação. O Ministério da Saúde, Trabalho e Previdência emitiu a Notificação nº 1224-2. Isso agora permite que robôs industriais com uma saída de 80W ou mais sejam usados em colaboração com humanos sem cercas de segurança, desde que atendam aos requisitos de segurança estabelecidos na ISO 10218 e ISO/TS 15066 estabelecidos pela Organização Internacional de Padronização (ISO). Os robôs que atendem a essas condições são geralmente chamados de robôs colaborativos. Os principais conteúdos destas normas são os seguintes:

• (1) Paradas de monitoramento em conformidade com a segurança; (2) guias manuais; (3) monitoramento de velocidade e distância; e (4) limitações de potência e força devido ao projeto ou controle inerente.
• As partes relacionadas à segurança dos sistemas de controle para essas funções devem estar em conformidade com PL=d em uma arquitetura de categoria 3, conforme especificado na ISO 13849-1 ou SIL2, conforme especificado na IEC 62061, com um intervalo de teste de prova de pelo menos 20 anos e uma tolerância a falhas de hardware de 1.

Os robôs colaborativos da Universal Robots têm a capacidade de detectar e parar a força com segurança ao entrar em contato com uma pessoa ou com o mundo exterior, com uma confiabilidade de PL=d e Categoria 3. Isso satisfaz as limitações de potência e força na condição (4) acima, para que possam ser usadas em aplicações de robôs colaborativos.

Robôs colaborativos foram desenvolvidos para atender à necessidade não atendida de automação, onde a automação não era possível devido às limitações dos equipamentos de automação convencionais. Robôs industriais convencionais foram introduzidos para reduzir custos e melhorar a qualidade em linhas de produção em massa, mas exigiram cercas de segurança para cercar o robô e o equipamento ao redor quando instalados. Isso significava que eles não poderiam ser introduzidos onde o espaço era limitado ou onde a intervenção humana era necessária para lidar com uma ampla variedade de produtos ou para mudanças de configuração.

A inovação tecnológica levou ao desenvolvimento de robôs colaborativos com recursos de segurança integrados, e o estabelecimento de padrões de segurança ISO também contribuiu muito para sua adoção generalizada. Estes eram padrões de segurança inovadores na época, priorizando o projeto de segurança inerente às máquinas e combinando as medidas de proteção de segurança necessárias para cada sistema como segurança funcional, o que permitia o contato com humanos, dependendo do nível de dano. Isso possibilitou a introdução de robôs colaborativos nos mesmos espaços que os humanos sem cercas de segurança. Como resultado, os robôs colaborativos têm sido cada vez mais introduzidos em vários locais de trabalho em todo o mundo, contribuindo para melhorar os ambientes de trabalho e aumentar a produtividade.

O mercado de robôs colaborativos cresceu rapidamente desde que o primeiro foi vendido em 2008. De acordo com um relatório da Federação Internacional de Robótica (IFR) publicado em setembro de 2023, a proporção de robôs colaborativos no mercado de robôs industriais atingirá aproximadamente 10% do total em termos de vendas unitárias até 2022.

Várias empresas de pesquisa divulgaram suas previsões futuras e, em muitos casos, espera-se que o mercado mantenha taxas de crescimento de dois dígitos. Por exemplo, de acordo com "Robot Future Predictions 2023" publicado pela Nikkei BP em fevereiro de 2024, o mercado global de robôs colaborativos deverá crescer de 126,9 bilhões de ienes em 2021 para 2,9727 trilhões de ienes em 2033.

Benefícios e desafios da introdução de robôs colaborativos

# Equilíbrio entre segurança e produtividade

Os desafios enfrentados pelos robôs colaborativos em comparação com os robôs industriais incluem sua menor capacidade de carga útil e baixa velocidade operacional. Estes são problemas que não podem ser facilmente resolvidos porque envolvem um compromisso com a segurança. A força de impacto (momentum F) causada pelo contato entre um humano e um robô é calculada multiplicando a massa do robô (m) incluindo a peça de trabalho pela velocidade no momento da colisão (v) (F = mv), então, simplesmente, a força de impacto de um sistema que move objetos pesados em altas velocidades será grande e insegura.

Para resolver este problema, é possível escolher um robô com um corpo leve ou usar um robô equipado com uma função de segurança, como um sensor de área que desacelera ou pausa o robô quando uma pessoa se aproxima.

Isolamento

Os robôs　 industriais geralmente são cercados por cercas de segurança e dispositivos de proteção e só podem ser operados em ambientes isolados de humanos. Por outro lado, os robôs colaborativos possuem recursos de segurança integrados que podem limitar a potência e a força, para que possam ser operados no mesmo espaço que os humanos sem uma cerca de segurança, desde que a segurança humana possa ser confirmada.

Método de instalação

Robôs　 industriais, incluindo dispositivos periféricos, são instalações de grande escala que são muito difíceis de realocar uma vez instaladas em um só lugar. Os robôs colaborativos, por outro lado, são pequenos e leves, e sua configuração do equipamento é simples, permitindo uma realocação flexível mesmo após a instalação.

espaço

Robôs　 industriais são geralmente equipamentos de grande escala que requerem uma certa quantidade de espaço entre a cerca de segurança e o robô, ocupando uma grande quantidade de espaço. Robôs colaborativos são equipamentos pequenos e compactos que podem ser instalados em espaços limitados, para que possam ser introduzidos nas linhas existentes sem fazer grandes alterações no layout.

programação

Programar robôs industriais requer conhecimento especializado e operações complexas. Os robôs colaborativos têm uma interface fácil de usar e métodos de programação intuitivos, para que possam ser aprendidos em pouco tempo. Também é possível treinar pessoal de robótica internamente.

flexibilidade

Depois que um robô industrial é configurado, é muito difícil e caro ajustar sua operação e layout. Os robôs colaborativos podem ser alterados de forma flexível na programação e nas ferramentas, mesmo após a instalação, e são facilmente realocados, para que possam continuar a ser usados de forma flexível, mesmo que a linha de produção mude.

Metas de automação

Robôs　 industriais são introduzidos para automatizar a produção em massa e tarefas que envolvem o manuseio de objetos pesados. O escopo da automação também geralmente envolve a automação de vários processos de uma só vez. Os robôs colaborativos são ideais para automatizar tarefas repetitivas realizadas por humanos, como transferência de peças, inspeção, encaixotamento, paletização, soldagem e polimento. Como os humanos podem trabalhar no mesmo espaço, é fácil para os humanos intervir em mudanças de configuração e mudanças de tipo de produto, tornando possível começar pequeno e automatizar apenas parte da linha.

custo

Os sistemas de robôs　 industriais exigem equipamentos de grande escala, incluindo não apenas os braços, mas também cercas de segurança, PLCs de segurança e equipamentos de transporte para pré e pós-processos, e o custo de investimento é geralmente alto ao incluir custos de projeto, fabricação e construção. Os sistemas de robôs colaborativos tendem a ser mais caros do que os robôs industriais convencionais quando se olha apenas para o braço, mas como eles têm uma configuração de equipamento simples e podem operar em 100V, o custo de todo o sistema muitas vezes pode ser reduzido.

Peso corporal/área de instalação

Para construir um sistema que realize a economia de espaço e a reconfigurabilidade que são as características dos robôs colaborativos, é necessário selecionar um produto com um braço leve e uma pequena área de instalação. Além disso, ao selecionar um produto que não tenha restrições na direção de instalação do braço, como instalação montada no teto, na parede ou inclinada, você pode usá-lo sem restrições ao desviá-lo para outro processo no futuro.

flexibilidade

É importante aproveitar a alta flexibilidade dos robôs colaborativos e construir um sistema que possa acomodar modificações de realocação e programação. Há três pontos a ter em mente aqui.

1. A amplitude de movimento de cada eixo de um braço do robô é ampla. O braço pode assumir posturas flexíveis, portanto, há menos restrições durante o ensino, facilitando as correções.
2. Mudança na capacidade de carga útil devido ao deslocamento do centro de gravidade: Geralmente, quanto mais distante o centro de gravidade da peça de trabalho manuseada pelo braço do robô estiver do flange da ferramenta, menor será a capacidade de carga útil. Ao escolher um produto que minimize essa mudança, uma gama mais ampla de objetos pode ser manuseada com o mesmo braço.
3. Número de periféricos suportados: ao escolher um produto que tenha uma ampla gama de periféricos que possam ser facilmente integrados através de plug-ins, pode facilmente reutilizá-lo para outros fins no futuro sem qualquer esforço adicional.

Facilidade de uso

Ao escolher um robô colaborativo, é importante verificar sua facilidade de uso. Não só é importante ensinar movimentos simples, mas a facilidade de definir funções de segurança também é extremamente importante para um sistema de robô colaborativo. Além disso, ao antecipar situações em que tarefas complexas serão automatizadas no futuro, verificar quais funções estão disponíveis e quão fáceis elas são de usar garantirá o uso contínuo a longo prazo. Os robôs UR vêm equipados com sensores de força como padrão, facilitando a automação de tarefas que exigem trabalho manual, como posicionamento, prensagem e encaixe.

recursos DE segurança

Os robôs colaborativos têm a capacidade de detectar o contato com pessoas ou com o mundo exterior e parar com segurança, mas para garantir uma operação segura sem parar o robô o máximo possível, as funções mencionadas acima são insuficientes. Uma grande variedade de funções de segurança é importante. Também é importante confirmar que as unidades de controle das funções de segurança instaladas possuem uma arquitetura de Categoria 3 e desempenho PL=d, e que foram devidamente certificadas por uma organização externa.

Manutenção e suporte

Ao introduzir um robô colaborativo, a facilidade de manutenção também deve ser considerada. Selecionar um produto que seja fácil de manter pode minimizar os custos operacionais e o tempo de inatividade. Também é importante considerar se o suporte para programação e solução de problemas está disponível.

Robôs colaborativos são produtos revolucionários que podem operar no mesmo espaço que os humanos. Neste artigo, fornecemos uma explicação detalhada da definição básica de robôs colaborativos, as diferenças entre eles e os robôs industriais, as vantagens e desvantagens de introduzi-los e exemplos de sua introdução e como escolher um.

A introdução de robôs colaborativos traz muitos benefícios, como maior produtividade e segurança e melhor utilização de recursos humanos. Além disso, por meio de estudos de caso, você pode aprender sobre métodos e efeitos de uso reais.

Ao entender as tendências do mercado e escolher o robô colaborativo certo, você pode melhorar a produtividade e a eficiência.

Ao selecionar um robô colaborativo, você precisa considerar fatores como capacidade de carga útil, peso do corpo principal, área de instalação, facilidade de uso, recursos de segurança e capacidade de manutenção, dependendo da aplicação. Ao escolher o robô certo, você pode maximizar os benefícios dos robôs colaborativos.

Espera-se que a tecnologia e os aplicativos de robôs colaborativos continuem a evoluir, levando a um uso mais amplo em uma variedade de locais de trabalho. A maior adoção de robôs colaborativos libertará muitas pessoas de tarefas repetitivas, permitirá que adquiram novas habilidades e criem um ambiente de trabalho seguro e gratificante. Isso contribuirá para a realização de uma sociedade mais sustentável.