Autor: isabel marganha Supervisão: J. Norberto Pires
Tendo em vista o ambiente globalizado e competitivo em que as indústrias estão inseridas atualmente, é cada vez mais evidente a necessidade de sistemas de produção flexíveis e facilmente reconfiguráveis, que permitam responder rapidamente às alterações de demanda e do contexto produtivo (mix de produtos, volume, layout, entre outros). As tecnologias existentes, tal como a robótica, são capazes de proporcionar a flexibilidade necessária aos sistemas de produção e, por isso, têm sido amplamente aplicadas na indústria. A utilização de mãos robóticas, por exemplo, permite a execução de tarefas com maior precisão, reduzindo consideravelmente a ocorrência de erros e, consequentemente, a quantidade de produtos defeituosos. Outro benefício que pode ser enfatizado é a realização de atividades em tempo reduzido, aumentando assim a produtividade do sistema. O objetivo desse trabalho é descrever e analisar as dificuldades existentes relacionadas com a utilização de mãos robóticas em aplicações industriais e sugerir possíveis melhorias.
robótica 104, 3.o Trimestre de 2016
robótica
4
artigo científico
Mãos Robóticas para Aplicações Industriais CIM - Produção Assistida por Computador
1. BACKGROUND Atualmente, as indústrias atravessam a 4.ª Revolução Industrial, também conhecida como “Indústria 4.0”. Esse novo ambiente industrial é caraterizado principalmente por sistemas cyber ‑físicos (fusão entre o mundo físico e digital), pela integração dos serviços através da Internet e pelo conceito de fábricas inteligentes, em cujo ambiente há interação Homem--Máquina. Os principais conceitos aplicáveis a esse ambiente de produção são a interoperabilidade (integração entre sistemas cyber‑físicos, Homem e Internet), virtualização (monitorização online das atividades), descentralização das atividades produtivas, informação em tempo real, orientação para serviços e modularidade (Hermann et al., 2015). Para se manterem competitivas num ambiente globalizado, as indústrias necessitam constantemente de adaptar os
seus sistemas produtivos para acomodar variações de demanda. Além disso, a evolução dos sistemas de produção em massa para a customização em massa tem gerado a necessidade de sistemas produtivos flexíveis, capazes de lidar com variações no mix de produtos, produtos com ciclos de vida curtos e lotes pequenos. Por isso, a robótica tem sido cada vez mais utilizada em ambientes industriais, com o objetivo de proporcionar essa flexibilidade necessária para satisfazer as variações do mercado. O Japão e a Coréia do Sul lideram o ranking dos países na confeção de robots avançados para a indústria automobilística e de lazer (Shauri et al., 2014). Diversos modelos de mãos robóticas já foram desenvolvidos até ao momento e podem ser classificados como mãos robóticas humanóides ou convencionais. As mãos humanoides têm como objetivo imitar a mão humana na sua estética, quantidade de dedos e funções enquanto as convencionais estão focadas nas aplicações industriais e possuem uma maior flexibilidade de movimentos (Jeong & Cheong, 2011). Alguns projetos desenvolvidos, por exemplo, KU hybrid hand (Jeong & Cheong, 2011), LISA hand (Jin, Zhang, Sun, & Chen, 2012) e a mão robótica com 3 dedos e 7 graus de liberdade fabricada por Shauri et al. (2014) são funcionais e permitem a manipulação eficaz de objetos, sendo este último exemplo capaz de manipular objetos pequenos como porcas e parafusos. Entretanto ainda existem lacunas no que se refere à utilização de mãos robóticas para a manipulação de peças pequenas e em outras atividades industriais, por exemplo, em atividades de inspeção que requerem sensibilidade para a verificação de peças e produtos. As dificuldades mais relevantes estão descritas na próxima secção; a secção 3 apresenta algumas sugestões de melhorias e, finalmente, a secção 4 apresenta a conclusão deste trabalho.
2. PRINCIPAIS DESAFIOS Grande parte das pesquisas já realizadas sobre o desenvolvimento de mãos robóticas para aplicações industriais tentaram captar as soluções desenvolvidas até ao momento, com foco em sistemas de atuação e controle desses dispositivos. Recentemente, as pesquisas tem-se focado na utilização de sensores, principalmente sensores táteis. Esses estudos têm sido realizados desde 2000 e, nos últimos cinco anos, o número de pesquisas sobre esse assunto tem aumentado, confirmando
robótica
6
artigo científico
É evidente que a robótica tem evoluído ao longo dos últimos anos e tem contribuído para proporcionar maior flexibilidade às indústrias, através da automatização das linhas de produção. Nesse contexto, a utilização de mãos robóticas ainda enfrenta algumas dificuldades para a sua ampla e efetiva aplicação na indústria, entre elas, a utilização de sensores táteis e um custo elevado. Assim, os estudos nessa área têm-se focado principalmente nesses assuntos, sugerindo protótipos para esse tipo de sensor e alternativas para a redução de custos.
baseado no princío “twisted string”). Os autores também recomendam o estudo do modelo biológico (mão humana), a fim de simplificar a confecção do projeto, melhorar a confiabilidade e o desempenho da mão robótica. Além disso, destacam que a utilização de atuadores e sensores é fundamental para garantir a confiabilidade e funcionalidade do dispositivo além de permitir a redução da complexidade no processo de fabricação das mãos robóticas para aplicações industriais. Para reduzir os custos no processo de confeção das mãos robóticas sugere-se a utilização de mecanismos simples como ligações convencionais e engrenagens; utilização do menor número possível de motores e sensores; e um projeto dimensional baseado nas previsões de desempenho da manipulação de objetos, ou seja, se o dispositivo é capaz ou não de manipular objetos com precisão (Meijneke et al., 2011). Vale a pena destacar que, apesar da busca por simplicidade, é preciso garantir as funcionalidades e a confiabilidade do dispositivo para que os objetivos desejados sejam atingidos. De um lado, a ampla utilização de robots e mãos robóticas em sistemas de produção representa uma evolução; de outro, pode impactar na segurança do processo em que está aplicada. Conforme citado anteriormente, a utilização de dispositivos em aplicações industriais é restrita a ambientes controlados, pois a convivência entre homens e robots num ambiente produtivo ainda não é completamente segura. A interface Homem-Robot, portanto, tem sido objeto de estudo, com foco na sugestão de melhorias nessa área. Em resumo, é possível dizer que as abordagens tradicionais, ou seja, projetos mecânicos convencionais, assim como sensores e atuadores disponíveis no mercado, já não são suficientes para o desenvolvimentos de mão robóticas para aplicações industriais, diante da necessidade de integração entre os componentes, simplificação da estrutura em geral e da redução de custos (Palli et al., 2012). Por isso, os principais esforços para a implantação de melhorias relacionadas com a confeção de mãos robóticas para aplicações industriais são direcionados para a redução de custos para viabilização comercial, para o aperfeiçoamento da interface Homem-Robot, com foco na segurança da atividade em que o dispositivo está inserido e na utilização de sensores.
Também é importante ressaltar que há uma contradição entre a redução de custos e a utilização de motores, sensores e atuadores. Para que os custos de fabricação da mão robótica sejam reduzidos é necessário também reduzir ao mínimo o número de motores, sensores e atuadores; por outro lado, é preciso utilizar a quantidade suficiente de motores, sensores e atuadores para assegurar as funcionalidades e a confiabilidade do dispositivo. Assim, é preciso encontrar o ponto de equilíbrio entre esses fatores para que a mão robótica seja capaz de manipular objetos com precisão, com o menor custo possível.
4. CONCLUSÃO É evidente que a robótica tem evoluído ao longo dos últimos anos e tem contribuído para proporcionar maior flexibilidade às indústrias, através da automatização das linhas de produção. Nesse contexto, a utilização de mãos robóticas ainda enfrenta algumas dificuldades para a sua ampla e efetiva aplicação na indústria, entre elas a utilização de sensores táteis e um custo elevado. Assim, os estudos nessa área têm-se focado principalmente nesses assuntos, sugerindo protótipos para esse tipo de sensor e alternativas para a redução de custos.
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS • Allen, P., & Raleigh, B. (2009). Design Of A Low Cost Anthropomorphic Robot Hand For Industrial Applications. Third Manufacturing Engineering Society International Conference: Mesic-09, 1181(2009), 693–703. http://doi.org/ Doi 10.1063/1.3273690;
•
Hermann, M., Pentek, T., & Otto, B. (2015). Design Principles for Industry 4.0 Scenarios: A Literature Review.;
•
Jeong, H., & Cheong, J. (2011). Design of hybrid type robotic hand: The KU hybrid HAND. Control, Automation and Systems (ICCAS), 1113–1116. Retrieved from http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=6106304;
•
Jin, J., Zhang, W., Sun, Z., & Chen, Q. (2012). LISA Hand: Indirect self-adaptive robotic hand for robust grasping and simplicity. 2012 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics, ROBIO 2012 – Conference Digest, 2393–2398. http://doi.org/10.1109/ROBIO.2012.6491328;
•
Mattar, E. (2013). A survey of bio-inspired robotics hands implementation: New directions in dexterous manipulation. Robotics and Autonomous Systems, 61(5), 517–544. http://doi.org/10.1016/j.robot.2012.12.005;
•
Meijneke, C., Kragten, G. a., & Wisse, M. (2011). Design and performance assessment of an underactuated hand for industrial applications. Mechanical Sciences, 2(1), 9–15. http://doi.org/10.5194/ms-2-9-2011;
•
Palli, G., Melchiorri, C., Vassura, G., Berselli, G., Pirozzi, S., Natale, C., … May, C. (2012). Innovative technologies for the next generation of robotic hands. Springer Tracts in Advanced Robotics, 80(STAR), 173–218. http://doi. org/10.1007/978-3-642-29041-1_4;
•
Saudabayev, A., & Varol, H. A. (2015). Sensors for robotic hands: A survey of state of the art. IEEE Access, 3, 1765–1782. http://doi.org/10.1109/ACCESS.2015.2482543;
•
Shauri, R. L. A., Remeli, N. H., Jani, S. A. M., & Jaafar, J. (2014). Development of 7-DOF three-fingered robotic hand for industrial work. Proceedings – 4th IEEE International Conference on Control System, Computing and Engineering, ICCSCE 2014, (November), 75–79. http://doi.org/10.1109/ICCSCE.2014.7072692;
•
Yousef, H., Boukallel, M., & Althoefer, K. (2011). Tactile sensing for dexterous in‑hand manipulation in robotics – A review. Sensors and Actuators, A: Physical, 167(2), 171–187. http://doi.org/10.1016/j.sna.2011.02.038.