A indústria em movimento
robótica
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case study
RS Components analisa o mundo do controlo de movimento examinando o fantástico leque de máquinas e dispositivos disponíveis para os designers.
Em função da história defendida ocorreram duas ou seis revoluções industriais. A primeira, a mecanização em massa, não é questionável. Contudo, existe controvérsia sobre o conceito de linha de produção de Henry Ford, o controlo numérico a partir de fitas e cartões perfurados, o controlo eletrónico a partir de relés e dispositivos de estado sólido, as redes e as interligações e, por fim, num estado embrionário, a Indústria 4.0 baseada na tecnologia associada à Internet das Coisas (IoT). Não há qualquer dúvida que Henry Ford revolucionou a produção e que a Indústria 4.0 irá resultar numa imensa mudança de paradigma na forma de fazermos as coisas. Contudo, entre um ponto e o outro encontramos o controlo eletrónico e numérico; e foram exatamente estes dois que, em conjunto, causaram o maior impacto na produção ao longo dos últimos 70 anos. Os primeiros conceitos de controlo de movimento surgiram ao longo da primeira revolução industrial, com mecanismos interconetados acionados por um eixo comum e “perfis de movimento” intermitentes e repetíveis que eram gerados utilizando cames simples. Mais tarde, surgiram outros exemplos em maquinaria impulsionada por vapor, incluindo comboios e bombas a vapor, onde elementos mecânicos eram utilizados para controlar a velocidade e a pressão. De facto, a combinação came comum com eixos é ainda amplamente utilizada em diversos
contextos de produção tradicionais. Em conjunto permitem efetuar o trabalho, é tão simples quanto isso, mas a sua flexibilidade e precisão está anos-luz das abordagens contemporâneas; daí a inexorável migração para servomecanismos e soluções com base elétrica/eletrónica. O controlo de movimento, na sua forma mais básica, pode ser descrito como um mecanismo para controlar a velocidade, o perfil e também a posição (ou vetor) de um ponto num eixo em relação a um ponto de referência, componente, conjunto ou ferramenta. Aprofundando mais um pouco, um dispositivo básico é composto por um controlador que define um conjunto de instruções de acionamento e depois transmite para um amplificador. O amplificador transforma os sinais de controlo na tensão ou corrente elétrica necessária para ativar um atuador. Para aumentar a precisão, a seguir é implementada a retroalimentação para informar ao controlador da posição ou da velocidade do atuador, possibilitando o fecho do circuito de controlo. Contudo, o processo não termina com o atuador, uma vez que este, que pode ser um eixo acionado de forma elétrica, pode ser utilizado para acionar outros dispositivos auxiliares como caixas de engrenagens ou parafusos de esferas, que requerem mais retroalimentação para garantir a precisão. Este controlo de movimento pode ser gerado de diversas formas e os designers devem ter em conta a precisão, velo-
cidade, tipo de carga e também a inércia para definirem a metodologia mais adequada para a respetiva aplicação. Devem igualmente considerar os protocolos de controlo mais abrangentes disponíveis, visto existir uma série de redes a partir das quais as soluções de movimentos podem ser acionadas. Estas incluem sinais analógicos básicos, através de protocolos de movimentos dedicados como SERCOS e SERCOS III até barramentos de campo de níveis mais elevados, mas com capacidade para movimentos como EtherNet/IP e EtherCAT. Ao nos afastarmos do acionamento elétrico direto encontramos uma das formas essenciais de controlo de movimento e acionamento, que ainda se encontra amplamente em utilização: os sistemas hidráulicos e pneumáticos. Ambos são capazes de criar movimentos lineares e de rotação, com os sistemas hidráulicos a serem utilizados em aplicações pesadas e os sistemas pneumáticos em utilizações leves. A lógica assim como o controlo das tecnologias hidráulica e neumática tem mudado desde o início, isto porque as soluções de controlo evoluíram consoante a inovação da tecnologia moderna. Atualmente, é frequente encontrar válvulas individuais localizadas no ponto de funcionamento, controlando cilindros e motores de ar utilizando componentes eletrónicos internos descentralizados em relação aos controladores centrais. A tecnologia pneumática, proveniente de empresas como a Parker, SMC e Bosch Rexroth, encontra-se amplamente disseminada pelo mundo industrial, desempenhando funções vitais em diversas indústrias. Embora não seja inerentemente tão concisa como as soluções eletrónicas atuais (principalmente devido à compressão do ar), as infraestruturas neumáticas são utilizadas para uma grande variedade de funções. O movimento controlado por meios elétricos e eletrónicos é, sem dúvida, a primeira ideia que surge ao falar de controlo de movimento. Considerando a nossa anterior descrição simples, o controlo de movimento baseado em motor consta de um controlador, um acionador (ou amplificador), um motor e toda a re-