Os conceitos sobre os robôs industriais

Originalmente, os robôs industriais foram desenvolvidos com o intuito de automatizar as linhas de manufatura gerando altos volumes de produção, diminuição de custos e aumento da qualidade. Agora, eles são encontrados executando tarefas em aplicações de menor escala devido a novas tecnologias e facilidade de implementação. Saiba mais sobre algumas aplicações e suas funcionalidades.

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Cristiano Bertulucci Silveira

Os robôs industriais compõem a grande indústria da robótica que muda rapidamente e está em constante evolução. Sabemos pela história que desde a criação das máquinas a vapor, a tecnologia vem mudando drasticamente, principalmente nas últimas décadas, assim como o volume e a variedade de necessidades impostas pelos diferentes processos de manufatura. Para aqueles que são novos na indústria e não conhecem os robôs industriais, pode parecer difícil encontrar um ponto de partida.

Uma ampla visão geral dos tipos e benefícios da automação pode fornecer uma compreensão básica da tecnologia de robótica industrial e da crescente indústria de robótica. Existem muitos tipos diferentes de aplicações de automação que os robôs estão preparados para manipular.

Frequentemente, os robôs são projetados ou integrados com uma tarefa específica em mente e adaptados para atender às necessidades exclusivas dessa tarefa. Algumas formas comuns de automação com eles incluem: soldagem, parafusamento, manipulação e embalagem de material, pegar e colocar, distribuição, corte e inspeção não destrutiva. Embora existam certamente outros tipos de automação robótica industrial e uma miríade de outros tipos de robôs colaborativos e de serviço, as aplicações listadas são algumas das formas industriais mais comuns de automação robótica.

Os robôs industriais transformaram a indústria de manufatura por um motivo: agregam muitos benefícios finais. Seu primeiro e mais importante benefício é sua eficiência pois são capazes de concluírem tarefas mais rápidas do que os trabalhos manuais que possuem um tempo de atividade significativamente maior.

A combinação de velocidade e tempo de atividade leva a um maior rendimento e consequentemente a custos operacionais mais baixos. Além disso, os robôs industriais, quando programados corretamente, são inerentemente repetíveis. Isso melhora drasticamente a consistência da produção, aumentando a qualidade geral do produto e reduzindo o desperdício.

Eles geralmente oferecem ótimo retorno sobre o investimento (ROI). Os ganhos de produtividade resultantes da eficiência, a consistência e custos operacionais reduzidos se somam e esses são os motivos que fizeram os robôs industriais tão populares entre os fabricantes na última década. Possuem também outros benefícios, independentemente do tipo a ser empregado.

Ele pode substituir o ser humano em atividades que apresentam risco como manuseio de produtos químicos ou em lugares quentes e desde que um robô seja programado adequadamente e adaptado às necessidades específicas de uma determinada aplicação, ele quase certamente superará o trabalho manual. O mercado de robôs é grande e está crescendo, sendo que a tecnologia subjacente muda com de forma rápida.

Pode ser difícil acompanhar o ritmo acelerado de mudanças na indústria da robótica, mas entender os tipos de robôs industriais e os benefícios que eles proporcionam é um ótimo começo. Atualmente, há seis principais tipos mais conhecidos: cartesiano, scara, cilíndrico, delta, polar e verticalmente articulado. Sabemos que inúmeras empresas de manufatura aplicam em suas linhas de produção robôs industriais com o intuito de automatizar tarefas, aumentar a segurança do trabalhador e otimizar a produção em geral, reduzindo com isto os custos operacionais e o desperdício.

Com estes robôs tornando-se mais predominantes nos ambientes de produção, temos tido um aumento na demanda por diferentes tipos de robôs industriais visando atender aplicações e indústrias específicas. Os tipos de robôs articulados são mais aplicados na indústria. Ele possui esse nome pois assemelha-se a um braço humano em sua configuração mecânica. O braço é conectado à base com uma junta de torção que possibilita o giro do robô. O número de juntas rotativas que conectam os elos do braço pode variar de duas juntas a dez juntas e cada articulação fornece um grau adicional de liberdade.

As juntas também são chamadas de eixos e assim frequentemente ouvimos falar em robô de quatro, seis eixos referindo-se ao número de juntas. As articulações podem ser paralelas ou ortogonais entre si. Dentre os tipos de robôs articulados, os com seis graus de liberdade são os mais usados, pois o seu projeto oferece máxima flexibilidade se comparado com os de menores eixos.

As vantagens são: alta velocidade, mais flexibilidade para aplicações que requerem menos espaço, mais fácil de alinhar a várias coordenadas (x,y,z) as desvantagens: requer um controlador de robô dedicado, a programação é mais complicada, a cinemática é complicada. Aplicações: embalagem de alimentos, soldagem a arco, soldagem a ponto, manuseio de materiais, alimentação de máquinas, montagem automotiva, paletização, corte de aço, manipulação de vidro, fundição e aplicação de forjamento.

Os robôs cartesianos também são chamados de robôs retilíneos ou de gantry e possuem uma configuração retangular. Esses tipos de robôs industriais possuem três juntas prismáticas com o objetivo de fornecer o movimento linear deslizando em seus três eixos perpendiculares (x, y e z). Eles também podem ter um deslocamento combinado para permitir a rotação. Os robôs cartesianos são usados na maioria das aplicações industriais, pois oferecem flexibilidade em sua configuração, o que os torna adequados para necessidades de aplicações específicas.

Vantagens: fornece precisão de posição, operação simples, fácil de programar offline, altamente personalizável, pode lidar com cargas pesadas e têm menor custo. Desvantagens: requer grande área operacional e de instalação, montagem complexa, movimento limitado a apenas em uma direção de cada vez. Aplicações: operações de escolher e colocar, carregando e descarregando, manuseio de materiais, montagem e submontagem, manipulação de materiais nucleares e aplicações adesivas.

Os robôs cilíndricos possuem pelo menos uma junta rotativa na base e pelo menos uma junta prismática para conectar os elos. A junta rotativa usa um movimento de rotação ao longo do eixo da junta, enquanto a junta prismática se move em um movimento linear. Eles operam dentro de um envelope de trabalho de formato cilíndrico.

Possuem pelo menos uma articulação rotativa na base e pelo menos uma articulação prismática conectando os elos. Esses robôs têm um espaço de trabalho cilíndrico com um eixo de articulação e um braço extensível que se move verticalmente e ao mesmo tempo deslizando.

Assim, os robôs com configuração cilíndrica oferecem movimento linear vertical e horizontal juntamente com movimento rotativo em torno do eixo vertical. O projeto compacto da extremidade do braço permite que o robô tenha alcances apertados de trabalho sem perda de velocidade e repetibilidade. É usado principalmente em aplicações simples, onde os materiais são recolhidos, girados e colocados.

Vantagens: operação e instalação simples, montagem mínima, pode alcançar tudo ao seu redor, requer menos espaço, pode transportar grandes cargas. Desvantagens: não consegue pular obstáculos, baixa precisão na direção do movimento rotativo, caído em desuso e não muito comum. Aplicações: transporte de painéis LCD, aplicações de montagem, aplicações de revestimento, fundição, aplicação de forjamento, carregamento e descarregamento de máquinas

Os tipos de robôs polares possuem uma junta de torção que liga o braço à base e uma combinação de duas juntas rotativas e uma junta linear conectando os links. Estes tipos de robôs também são chamados de robôs esféricos, uma vez que tem um envelope de trabalho esférico e os eixos formam um sistema de coordenadas polares. Esses robôs têm um eixo de articulação central e um braço giratório extensível. A configuração da torre de revólver dos robôs polares varre um grande volume de espaço, mas o acesso do braço é restrito em seu espaço de trabalho.

Vantagens: pode alcançar tudo ao redor, pode alcançar acima ou abaixo dos obstáculos, grande volume de trabalho, requer menos espaço. Desvantagens: não pode alcançar acima de si, alcance vertical curto, baixa precisão e repetibilidade na direção do movimento rotativo, requer sofisticado sistema de controle, caído em desuso e não comum em novos projetos. Aplicações: fundição, manipulação de vidro, empilhamento e desempilhamento, moldagem por injeção, forjamento, soldadura e manuseio de materiais.

Os robôs scara são usados em aplicações de montagem, possuem duas juntas paralelas que fornecem conformidade em um plano onde será instalado têm um alcance de trabalho em forma de anel. Os eixos rotativos são posicionados verticalmente e o eixo final preso ao braço se move horizontalmente. São especializados em movimentos laterais e são usados principalmente para montagem devido ao fato de que podem se mover mais rapidamente e ter integração mais fácil do que os cilíndricos e cartesianos.

Vantagens: alta velocidade, excelente repetibilidade, espaço de trabalho grande, fácil de programar. Desvantagens: requer controlador de robô dedicado, limitado a superfícies planas. Aplicações: manuseio de pastilhas de semicondutores, montagem de circuitos, aplicação de cola, inspeção, aplicações biomédicas, embalagem, paletização e carregamento da máquina.

Os robôs delta, parecidos com aranhas, também são chamados de robôs de link paralelo, pois consistem em ligações paralelas de junções conectadas a uma base comum. Devido ao controle direto de cada junta sobre o efetor final, o posicionamento do efetor pode ser controlado facilmente com seus braços, resultando em alta velocidade de operação.

Os robôs delta possuem um envelope de trabalho em forma de cúpula. Esses robôs geralmente são usados para aplicações rápidas de coleta e transferência de produtos. Vantagens: velocidade muito elevada, alta precisão operacional. Desvantagens: operação complicada, requer controlador de robô dedicado. Aplicações: indústria alimentícia, indústria farmacêutica, indústria eletrônica, simuladores de voo, simuladores de automóveis e alinhamento de fibra óptica.

Referências

https://www.robots.com/faq/what-are-the-main-types-of-robots

https://blog.technavio.com/blog/major-types-of-industrial-robots

Cristiano Bertulucci Silveira é engenheiro eletricista pela Unesp com MBA em Gestão de Projetos pela FVG e certificado pelo PMI. Atuou em gestão de ativos e gestão de projetos em grandes empresas como CBA-Votorantim Metais, Siemens e Votorantim Cimentos. Atualmente é diretor de projetos da Citisystems – cristiano@citisystems.com.br – Skype: cristianociti



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