DOSSIER Nuno Mineiro Director da sucursal em Portugal da MOTOMAN ROBOTICS IBÉRICA nmineiro@motoman.pt
A IMPORTÂNCIA DOS ROBÔS NA AUTOMAÇÃO DE FÁBRICA INTRODUÇÃO A robótica industrial, aplicada à automação de processos fabris, tem já mais de 30 anos. Deste ponto de vista, é uma tecnologia madura. Os robôs industriais, constituídos por electrónica, respectivo software de controlo, e motores eléctricos sofisticados, foram, e continuam a ser, fruto da mesma evolução espectacular verificada nos computadores ( hardware e software ), nos motores, nos materiais, e de certa forma também nas próprias sociedades e na forma como encaramos o trabalho humano. Esta evolução define hoje novos paradigmas para a aplicação de robôs na indústria. Neste artigo, pretendemos focar o impacto e importância destas tecnologias nos processos fabris nos dias de hoje, apoiando-nos na experiência da empresa MOTOMAN. No contexto industrial, o investimento em robótica pretende: – melhorar a produtividade ( e/ou reduzir custos de mão de obra ) – optimizar a qualidade ( atingir, e se possível suplantar, os requisitos técnicos ) – cumprir, e se possível suplantar, as normas de higiene e segurança no trabalho Qualquer investimento actualmente feito em robótica pode ser caracterizado por pelo menos um destes três objectivos, sendo que muitas vezes é contemplado pelos três.
1. A IMPORTÂNCIA DOS ROBÔS NA MELHORIA DA PRODUTIVIDADE O robô industrial é uma extraordinária máquina para efectuar trabalhos repetitivos, mostrando a experiência que, em média, é capaz de ter a mesma produtividade de entre dois a quatro ou mais operadores humanos, com uma vida útil actual superior a 40.000 horas. Esta característica leva a que seja um investimento de alto retorno, e de viabilidade hoje incontestável. Controladores multi-braço (para sistemas até quatro manipuladores num só controlador) são hoje uma realidade, capazes de comunicar com qualquer tipo de equipamento, com interfaces de programação “touch screen” e a cores, e todo um conjunto de funcionalidades que há dez anos seriam pura ficção. Neste aspecto, o robô industrial evoluiu de forma a ser verdadeiramente simples de integrar num processo fabril. Figura 1 . O robô para ordenha de vacas (copyright INSENTECC), localiza com visão artificial a teta
No entanto, as fábricas nem sempre vivem de produzir grandes quantidades do mesmo produto, e inclusivamente notamos hoje em dia uma diminuição das séries, devido a questões de diferenciação de produto em marketing, que levam a que também as máquinas tenham de ser mais rapidamente adaptáveis. É também neste ponto que os robôs têm evoluído, e permitido que durante a sua vida útil sejam utilizados para uma multitude de tarefas. Para além das aplicações já clássicas para os robôs industriais, largamente difundidas sobretudo pela industria automóvel, existem uma multitude de novas aplicações e mercados a surgir em permanência, desde a ordenha de vacas, passando pela manipulação de painéis LCD, até ao corte por plasma tridimensional. No caso da MOTOMAN, nos últimos anos assistimos a uma inversão de conceito no que respeita a aplicabilidade do robô à indústria. Anterior-
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da vaca, onde depois introduz o dispositivo de extracção do leite.
mente, e por cerca de 25 anos, o conceito de robô era naturalmente o de uma máquina universal, flexível o suficiente para poder ser adaptada a diversas tarefas. Devido ao aumento dos mercados, o conceito actual é o de “aplicação especifica” ou seja, robôs que partilhando a mesma tecnologia de controlo e motorização, são optimizados em termos de software, cinemática e construção mecânica para determinadas aplicações em concreto. Temos hoje robôs próprios para soldadura por arco, para paletização, para pintura, para “pick and place”, etc. Esta estratégia levou a que resultassem melhorias ainda mais evidentes em cada processo em concreto. Por exemplo, o robô de cablagem interna permitiu multiplicar por quatro a durabilidade das cablagens para ferramentas ou “grippers”, eliminando também interferências de cablagens das ferramentas com equipamento periférico, e reduzindo as paragens e a manutenção necessárias.
A competitividade global a nível dos preços obriga a baixos custos de produção, o que necessariamente obriga a minimizar o custo da mão de obra. Resulta que se existe uma tarefa paga por um valor baixo e que adicionalmente é perigosa ou especialmente incomoda de desempenhar, será difícil ou quase impossível encontrar mão de obra, porque ninguém a quererá desempenhar. Esta circunstancia é cada vez mais comum, sobretudo quando o trabalhador é confrontado com ambientes tóxicos, ou demasiado extremos em termos de temperatura. As principais marcas produtoras de robôs industriais, para além da I&D em tecnologia base (motores, electrónica, software, redutores, materiais) estão também a investir fortemente em visão, controlo de força, e segurança (em termos de facilitar a interacção com o operador, sem comprometer a sua segurança).
4. UMA ANTEVISÃO DO FUTURO PRÓXIMO Figura 6 . Robô especifico EPL para paletização, 4 eixos e manipulação até 500 kg.
A fiabilidade é também qualidade. Neste aspecto, os robôs industriais, que não param de se suplantar em termos de durabilidade, são equipamentos notáveis quando comparados com soluções alternativas (50.000 horas de MTBF é hoje oferecido ao mercado, por exemplo na YASKAWA MOTOMAN). Outro aspecto interessante é o de os robôs industriais, à medida que se tornam mais precisos e mais rápidos (temos hoje como “normais” repetibilidades de 0,08 mm e velocidades de 2 metros por segundo no ponto de ferramenta) pouco a pouco constituírem parte de soluções que anteriormente as exigências de qualidade não permitiam.
3. A IMPORTÂNCIA DOS ROBÔS NA MELHORIA DO AMBIENTE E DAS CONDIÇÕES DE TRABALHO (HIGIENE E SEGURANÇA)
O futuro passará por um aumento significativo do mercado, gerado pelo progresso da tecnologia por um lado, e pelas condicionantes da sociedade por outro. À medida que os robôs cada vez melhor vêem, comunicam, aprendem, e manipulam, as aplicações antes demasiado complexas e caras tornam-se realizáveis. O crescimento destes mercados faz aumentar as quantidades de robôs produzidas, o que por sua vez fará diminuir o custo de produção de cada robô, permitindo abrir novos mercados, assim sucessivamente, num processo cíclico que esperamos venha a ser semelhante ao que sucedeu com os computadores, salvaguardando a escala, que passaram em 40 anos de uma sala inteira num edifício para o nosso telemóvel. Robôs como o manipulador de duplo braço SDA10 (ver figura 8) vão tornarse cada vez mais comuns, podendo desempenhar por exemplo tarefas de assemblagem, num espaço semelhante ao necessário para um ser humano, manipulando pesos equivalentes.
A evolução nas sociedades desenvolvidas levou a que nos dias de hoje estejam felizmente regulamentadas as condições ambientais e físicas para o trabalhador : o ambiente em que trabalha (qualidade do ar, ruído, temperatura, entre outros) a tarefa que desempenha (fadiga física, perigosidade, entre outros) e a carga horária a que está sujeito. Desta evolução resulta que, por exemplo, um trabalhador não possa estar a carregar pesos indiscriminadamente durante todo o turno. Por outro lado, condicionantes sociais (elevação do grau de educação dos trabalhadores, subida dos salários, redução da taxa de natalidade) levam a que determinadas tarefas nas fabricas tenham de ser automatizadas, sob pena de não se encontrar mão de obra disponível para as executar, de forma legalizada e sustentável. ANTES
DEPOIS
Figura 7 . Aplicação de fibra de vidro em banheiras acrílicas: um exemplo de como melhorar o ambiente de trabalho, evitando a exposição do operador humano a ambientes nocivos.
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Figura 8 . O MOTOMAN SDA10, com 15 graus de liberdade e 10 kg de carga manipulável em cada mão. Não pretende ser um robô humanóide, antes um robô com movimentos emulando as capacidades humanas.
O desafio assenta hoje em dia em tornar os robôs industriais ainda mais performantes inteligentes e sensíveis (através da evolução da visão e do controlo de força, por exemplo), mais simples de interagir com seres humanos (por via do melhoramento das tecnologias de segurança, entre outras), e mais autónomos (através da sua mobilidade). Em conclusão, a automação robotizada dos processos fabris nos dias de hoje reflecte oportunidades e realidades totalmente diferentes de há 10 anos atrás, devido sobretudo à evolução das tecnologias e dos equipamentos, mas também à evolução social que remete para máquinas algumas tarefas pesadas anteriormente feitas por humanos. O futuro mostra-se desafiante e divertido para quem estiver ligado ao mundo da robótica.
DOSSIER A IMPORTÂNCIA DOS ROBÔS NA AUTOMAÇÃO DE FÁBRICA
comum é o da industria de circuitos electrónicos, que exige robôs “clean room” para evitar contaminação. Outro exemplo, o corte por plasma ou laser exige um seguimento de trajectórias não realizável à mão.