Que robô colaborativo escolher?

Entre os desenvolvimentos mais recentes na área da robótica, o aparecimento dos robôs colaborativos, ou cobots, revolucionou o mundo da indústria.
São máquinas complexas que trabalham lado a lado com os humanos. Num processo de partilha de tarefas, facilitam o trabalho do operador humano.

Os robôs colaborativos são robôs capazes de interagir com o meio que os rodeia. O cobot e o operador podem partilhar o mesmo espaço de trabalho, sem necessidade de barreiras de segurança. Esta coabitação tornou-se possível pois os robôs colaborativos estão equipados com sofisticados mecanismos de segurança baseados no controlo da força e na vigilância constante do que se passa em seu redor. Na verdade, sendo dotados de sensores de tato, de câmaras e de sistemas anticolisão especiais, estes robôs coordenam os seus movimentos com os dos trabalhadores humanos, procurando evitar acidentes.

Das diferentes vantagens apresentadas pelos robôs colaborativos, destaca-se o baixo custo de integração e de entrada em funcionamento. Graças ao seu modo de aprendizagem, os cobots são fáceis de operar e de programar. São mais versáteis do que os outros robôs: podem ser transferidos de um posto de trabalho para outro e, como se referiu, são fáceis de reprogramar.

As suas principais desvantagens prendem-se com a baixa capacidade de carga útil e uma velocidade de trabalho inferior à de outros tipos de robôs.

Hoje em dia, os robôs colaborativos são amplamente utilizados na produção industrial, em particular no setor automóvel, para inspeção e movimentação, bem como na área da medicina, especialmente em cirurgia.

Robôs colaborativos: ver produtos

  • O que é um robô colaborativo?

    Robô colaborativo da marca FANUC

    Origem do termo

    Michael Peshkin, professor de engenharia mecânica na Universidade Northwestern do estado norte‑americano do Illinois, e o seu colega Ed Colgate inventaram o conceito de cobot há mais de 20 anos. Nessa altura, o setor da robótica centrava-se na autonomia dos robôs e não na cooperação com as pessoas. Mas os dois professores defendem que os trabalhadores humanos não devem ser sistematicamente excluídos do processo, pois há certas tarefas que estes executam melhor. Já as tarefas que lhes colocam maiores dificuldades devem ser deixadas para os robôs. Assim nascia a ideia da colaboração homem-máquina.

    Definição

    Os robôs colaborativos são uma nova geração de robôs articulados em 6 ou mais eixos, projetados para operar de modo seguro em instalações industriais partilhadas com seres humanos.

    • Têm a forma de um ou dois braços articulados leves e de pequenas dimensões.
    • São usados para montar peças e componentes, para levantar e mover objetos, bem como na fase de embalagem em fim de linha de produção.
    • Trabalham sempre sob a supervisão de um operador.
    • A maioria das robôs colaborativos manipula objetos com um peso médio entre 5 e 100 kg. No setor aeronáutico, alguns cobots podem elevar até 300 kg.
    • Estão equipados com sensores e câmaras, que lhes transmitem uma representação do ambiente de trabalho, permitindo-lhes inclusivamente detetar os operadores humanos, de modo a evitar colisões.
    • Como trabalham em estreita colaboração com os humanos, executam movimentos mais lentos do que os outros robôs industriais e são programados para parar de imediato quando encontram alguma forma de resistência.
    • Também por uma questão de segurança, na maioria dos cobots, basta um simples toque com a mão para que comecem e parem de funcionar.
  • Porquê optar por um robô colaborativo?

    Robô colaborativo da marca Universal Robot

    Os cobots oferecem vantagens significativas em relação aos robôs industriais convencionais:

    • O seu potencial reside na sua produtividade e eficiência, na medida em que auxiliam os seres humanos em tarefas altamente repetitivas, monótonas, árduas e perigosas. Deste modo, o operador humano pode concentrar-se nas tarefas mais qualificadas, de maior valor acrescentado, o que aumenta a qualidade final.
    • São rápidos de instalar e de programar.
    • Ao contrário dos restantes robôs industriais, que, sendo pesados e rígidos, não podem ser movimentados, os cobots podem ser levados pelo operador de um posto de trabalho para outro, não precisando de ser reprogramados.
    • Os robôs colaborativos trabalham sem barreiras físicas de segurança. Dado que estes dispositivos de segurança são geralmente muito caros, o facto de não serem necessários com este tipo de robôs representa uma redução de custos.
    • De preço mais baixo que os robôs industriais convencionais (encontramo-los à venda a partir de 10 000€), são acessíveis para empresas que queiram automatizar certas tarefas e não disponham de um orçamento muito elevado.
    • Não requerem modificações na estação de trabalho já existente que os vai receber.
    • São mais seguros para trabalhar perto de humanos.
    • Os cobots também apresentam vantagens relativamente a sistemas totalmente automáticos, na medida em que são mais versáteis, podendo adaptar-se a eventuais mudanças ao nível da produção.
  • Como escolher um robô colaborativo?

    Existe uma menor variedade de modelos de robôs colaborativos que de outros tipos de robôs industriais. De um modo geral, trata-se de robôs articulados de pequenas e médias dimensões.

    Ao escolher um cobot, há que ter em conta determinados critérios:

    • a capacidade de carga (payload);
    • o alcance (reach);
    • o número de eixos (geralmente 6 ou 7, embora haja alguns cobots, como o YuMi, que possuem dois braços articulados e 14 eixos).

     

    O seguinte quadro apresenta uma síntese sobre os principais tipos de robôs colaborativos disponíveis no mercado e respetivas aplicações.

    Cobot

    Características Aplicações
    YuMi (ABB)
    • Dois braços articulados e almofadados para proteção dos colaboradores humanos
    • Mãos flexíveis
    • Sensores que lhe permitem tactear o meio que o rodeia
    • Uma câmara para obter informação visual do ambiente em seu redor e detetar os operadores humanos
    • Montagem de pequenas peças em indústrias de equipamentos eletrónicos
    Gama CR (FANUC)
    • Capacidade de carga entre 4 kg e 35 kg, dependendo dos modelos
    • Proteção contra entalamento
    • Pele sintética em borracha flexível
    • Os modelos mais pequenos são úteis para trabalhos mais leves em espaços exíguos, e podem também ser instalados na parede ou no teto
    • Os modelos maiores podem realizar operações com cargas pesadas e trabalhos de manutenção de máquinas e de paletização
    LBR (KUKA)
    • Capacidade de carga entre 3 kg e 14 kg
    • Sensores de binário (torque) incorporados em cada eixo
    • Pode ser programado simplesmente através de simulação (conduzido uma primeira vez pela mão do operador) ou por meio de um tablet com uma interface gráfica
    • Basta um simples toque com a mão para o parar
    • Projetado sobretudo para operações de montagem em indústrias de equipamentos eletrónicos
    • Paletização
    • Preparação de pedidos
    Panda (Franka Emika)
    • Polivalência e elevada sensibilidade
    • Sensores de binário (torque) incorporados nos sete eixos
    • Apresenta o custo de aquisição mais baixo do mercado (menos de 10 000 €)
    • Operações de controlo de qualidade (chips, monitores táteis)
    • Operações de embalamento (enchimento e fecho de caixas)
    Gama UR (Universal
    Robots)
    • 3 tipos de cobots articulados em 6 eixos
    • Capacidade de carga entre 3 kg e 10 kg
    • Suficientemente pequenos e leves para serem instalados numa mesa de trabalho
    • Diversas opções disponíveis: sensores de binário, “pele sensível”
    • Montagem
    • Operações de modelagem por injeção
    • Inspeção da qualidade
    • Pick-and-place
    • Colagem, soldadura
    • Testes
    • Acondicionamento
    SIA series (Yaskawa Motoman)
    • Braço articulado em 7 eixos
    • Sensores de binário incorporados em todos os eixos permitem ao robô adaptar-se ao meio que o rodeia
    • Montagem
    • Inspeção
    • Manutenção de máquinas
    • Movimentação
  • Quais as aplicações dos robôs colaborativos?

    Robô colaborativo da marca ABB Robotics

    Os cobots são adequados à realização de tarefas repetitivas, a trabalhos leves e para cargas úteis até 100 kg (exceto os destinados à indústria aeronáutica, que podem suportar cargas até 300 kg).

    Algumas das aplicações mais comuns:

    • Em linhas de montagem, para operações de aparafusamento, colagem e soldadura.
    • Em linhas de produção, para operações de polimento, marcação a laser, embalagem, paletização e para testes de vida útil.
    • Em máquinas, para operações de posicionamento de uma peça numa máquina-ferramenta, por exemplo.
    • Em operações de pick-and-place, isto é, para pegar numa peça e posicioná-la no sítio pretendido.
    • Em trabalhos leves, para movimentarem uma peça num processo que é, em seguida, concluído por um operador humano.

     

    Os cobots são utilizados nos mais diversos setores, desde a indústria automóvel à eletrónica, passando pela logística, a agricultura e a medicina.

     

    Na indústria automóvel, que foi a primeira a pôr em prática a colaboração homem-máquina:

    • Em 2013, a BMW começou a utilizar robôs colaborativos em linhas de montagem de portas de automóveis.
    • Também em 2013, a Volkswagen introduziu os cobots nas suas fábricas para instalarem velas de incandescência nos motores.
    • Em 2015, a Audi dotou as suas linhas de montagem na Alemanha de robôs colaborativos de dois braços e 1,40 m de altura.

     

    Na indústria aeronáutica:

    • A Boeing colocou robôs colaborativos nas linhas de montagem do 777 em Seattle.
    • O Nextage, cobot semi-humanoide de dois braços concebido pela empresa japonesa Kawada, é utilizado para montar componentes do A380.

     

    Na indústria eletrónica:

    • São usados robôs colaborativos para executar tarefas de montagem e testes de vida útil.
  • Como programar um robô colaborativo?

    Robô colaborativo da marca KUKA

    Contrariamente aos restantes robôs industriais, os cobots são muito simples de programar.

    • Não é necessário escrever código. O robô vem com um software muito intuitivo, o que não significa que não seja preciso aprender a usar o programa primeiro.
    • Há ainda uma outra opção, que consiste em ensinar manualmente o cobot, bastando manipulá-lo para lhe ensinar os movimentos que terá de fazer.

     

    A programação por guiamento manual é realizada diretamente na estação de trabalho, através de uma aplicação própria. Neste caso, para programar um robô colaborativo:

    • Faça o download da aplicação do cobot e crie, nessa aplicação, as tarefas pretendidas;
    • Em seguida, ensine ao robô os movimentos que deseja que este execute, guiando-o diretamente com a mão, e grave-os na aplicação.
    • Depois, é só deixar o cobot trabalhar!
    • Pode reprogramá-lo durante o processo de produção, se necessário.
  • Existem normas aplicáveis aos robôs colaborativos?

    Embora os robôs colaborativos sejam projetados para trabalhar com humanos sem riscos para estes, não deixam de ser robôs industriais. Como tal, devem cumprir requisitos de segurança, como qualquer outra máquina que opere em instalações industriais.

    Desde 2016, a norma ISO/TS 15066 define especificações concretas para fabricantes e utilizadores de robôs colaborativos.

    O que estipula esta norma?

    • Esta norma não exclui o contacto físico, uma vez que este está previsto no trabalho colaborativo entre os cobots e os operadores humanos.
    • A norma define os limites máximos de força e de pressão dos cobots.
    • Portanto, a segurança não passa por evitar colisões, mas sim por limitar a intensidade da força e da pressão do robô a valores que o operador possa tolerar, sem sofrer lesões, em caso de contacto.

     

    Quais são os limites?

    • A norma estipula limites para 29 partes do corpo.
    • O limite de força é de 140 N ao nível do tórax.
    • O limite da pressão sobre o esterno e os músculos peitorais é de 120 N/cm2 e de 170 N/cm2, respetivamente.
  • Como está a evoluir a robótica colaborativa?

    Robô colaborativo móvel da marca KUKA

    A robótica móvel constitui uma nova tendência da robótica industrial:

    • Autónomos ou em plataformas móveis, os robôs colaborativos móveis representam a terceira revolução robótica.
    • Mais flexíveis, são capazes de se deslocar em fábricas sem necessidade de marcas no pavimento ou de ímanes, graças a um sistema de orientação a laser.
    • São tão seguros como os robôs colaborativos estáticos, podendo também trabalhar ao lado dos humanos.
    • Entre os modelos disponíveis no mercado, encontramos o OmniRob (KUKA) e o robô APAS (Bosch).

     

    Os robôs colaborativos dotados de inteligência artificial (AI) são outra grande tendência que vai marcar o futuro da indústria. Hoje em dia, é necessário programar o cobot, ensinando-lhe a tarefa que ele deverá executar. No futuro, com a AI, bastará mostrar uma funcionalidade básica ao cobot e ele conseguirá reproduzir a tarefa e até aperfeiçoá-la.

     

    Alguns fabricantes estão a desenvolver uma funcionalidade de linguagem para que cobots e humanos possam comunicar. A KUKA, por exemplo, está a criar uma tecnologia baseada na PNL, isto é, na programação neurolinguística.

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