Vítor M. Ferreira dos Santos vitor@ua.pt Universidade de Aveiro
INTRODUÇÃO A robótica industrial surgiu na década de 50 do século XX através da empresa Unimation, fundada pelo americano Joseph Engelberger, considerado universalmente como o pai da robótica industrial. A entrada, de facto, do primeiro manipulador na produção industrial ocorreu em 1961 numa fábrica da General Motors; tratava-se do Unimate (Figura 1) e apresentava uma estrutura cinemática do tipo esférico, ou seja, com a terceira junta prismática, caraterística que aliás viria a partilhar com a arquitetura de Standford criada a partir de 1969, e que ainda hoje é possível encontrar em alguns robots industriais.
robótica
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DOSSIER SOBRE AUTOMAÇÃO E ROBÓTICA NA LOGÍSTICA
Bin-picking: para além da manipulação estruturada
Figura 1. Unimate, o primeiro manipulador na produção industrial em 1961 [1].
Durante estes 50 anos, desde a entrada em operação do Unimate, muito se fez na Robótica Industrial mundial, e as aplicações dos manipuladores cobrem praticamente todas as indústrias, desde a automóvel, onde começou, à alimentar e outras áreas modernas como a farmacêutica, incluindo soluções cada vez mais sofisticadas, chegando à implementação de células industriais com a integração em armazéns inteligentes, entre outros. A evolução contemplou inúmeras frentes como os materiais usados na estrutura, os atuadores, os controladores, as transmissões, a miríade e complexidade de garras e pinças, e até nos algoritmos de controlo para garantir melhor repetibilidade e velocidade. Também as estruturas cinemáticas evoluíram (como a Standford ou os SCARA) até aos modelos antropomórficos da atualidade com 6 e 7, ou mais, graus de liberdade. Porém, existe uma frente que aparece em paralelo, mas talvez menos aparatosa, e que é a questão da perceção sensorial de que os manipuladores estão dotados. Desde a mais simples instrumentação da garra até ao mais sofisticado sistema multimodal de perceção tridimensional, toda esta informação da perceção do ambiente é o que permite, em rigor, chamar robot
a estas máquinas. Em vez de uma pragmática programação de ações repetitivas como foram, e ainda podem ser, algumas aplicações, a presença da perceção exterocetiva permite o fecho da malha de realimentação e, assim, dotar as máquinas da capacidade de alterar, durante a execução, as suas próprias ações pelas contingências do ambiente externo. Muitas vezes, estas alterações até poderiam ser meras paragens ou pausas na execução, para lidar com eventuais constrangimentos de cadências de uma qualquer linha de montagem ou do processo de manipulação. Porém, para além dessas ações de manipulação mais ou menos estruturada, o problema pode ser muito mais complexo, e obrigar até ao replaneamento de trajetórias e até de re-sequenciação completa das operações. Aliado a outras frentes promissoras do presente e do futuro da robótica industrial, como se aborda mais à frente, um problema muito atual e ainda sem solução definitiva, é o chamado bin-picking ou, numa tradução livre, recolha de peças de um contentor ou caixote, e que levanta grandes desafios de perceção e manipulação.
APANHAR PEÇAS DE CAIXOTES É fácil visualizar aquela imagem do operário numa linha de montagem que tem de inserir peças no sistema ou equipamento que lhe está a passar à frente. Essas peças a inserir estão frequentemente amontoadas em contentores ao seu redor e que ele, muitas vezes quase só por tato, pega sem precisar de olhar e que depois coloca no respetivo local na linha que, entretanto, quase lhe foge do alcance se ele se atrasar. As peças amontoadas nos caixotes ou pequenos contentores podem vir de uma máquina de estampagem, ou de injeção, ou de qualquer outro processo de fabrico em massa. Peças pequenas podem muitas vezes ser distribuídas com alimentadores vibratórios ou similar, mas há muitas geometrias e dimensões onde isso não é viável e, portanto, requer-se uma operação exímia para as escolher, pegar e até separar quando estão interligadas: a escolha recai em geral num operador humano. Esta é, em suma, a essência do bin-picking!
Figura 2. Ilustração de situações de bin-picking.