Os desafios da robótica industrial: da interdisciplinaridade às vantagens da cooperação entre empres

J.Norberto Pires jnp@robotics.dem.uc.pt

D O S S I E R MANIPULAÇÃO E ARMAZÉNS A U TO M AT I Z A D O S

Laboratório de Robótica Industrial Universidade de Coimbra

OS DESAFIOS DA ROBÓTICA INDUSTRIAL DA INTERDISCIPLINARIDADE ÀS VANTAGENS DA COOPERAÇÃO ENTRE EMPRESAS E UNIVERSIDADES Os modernos sistemas de produção utilizam de forma crescente equipamentos automáticos, nomeadamente equipamentos baseados em robots industriais. Essa é uma opção económica, que se prende essencialmente com os seguintes factores:

1. Os robots manipuladores podem executar tarefas de uma forma quase humana [1]; 2. Os robots industriais são, de todos os equipamentos usados na Automação Industrial, aqueles que apresentam melhor índice de custo de produção por unidade de produto, em função do volume de produção, para pequenos/médios volumes de produção (Figura 1). Ora esse é o caso da esmagadora maioria das pequenas e médias empresas, existentes nos países desenvolvidos ou em vias de desenvolvimento. Na verdade, dadas as características de mercado (elevada concorrência, produtos definidos em parte pelos clientes, produtos com tempos de vida curtos, exigência crescente de maior qualidade com menor preço, entre outros), as empresas produzem essencialmente por encomenda e não arriscam stocks (para além dos indispensáveis stocks de segurança), pelo que as produções são de pequena e média escala. Essa é talvez a razão da utilização crescente de robots em ambiente industrial [2]; 3. Os robots mais evoluídos são máquinas programáveis poderosas, possuindo vários mecanismos de interface com outros equipamentos. Estas características tornam os robots equipamentos flexíveis por excelência, isto é, máquinas que se podem adaptar às mais diferentes tarefas.

Estas características aumentam a disponibilidade dos equipamentos robotizados para alterações significativas de tarefas e operações, o que é fundamental para responder de forma ágil a alterações de mercado ou à introdução de novos produtos [3];

A utilização de robots em ambiente industrial não é, ao contrário do que muita gente pensa, um assunto resolvido ou uma mera questão de integração, mas coloca desafios muito interessantes que constituem uma vasta área de Investigação e Desenvolvimento (I&D), da qual podem resultar spin-offs de alta tecnologia. Esses desafios são desde logo motivados pela necessidade de fazer a interface com os operadores humanos, visto que ambos terão de coexistir e cooperar em ambiente industrial. Na verdade, nas fábricas modernas actuais verifica-se uma grande mistura de trabalho humano e trabalho baseado em máquinas automáticas (robots manipuladores e móveis, máquinas ferramenta, autómatos programáveis, equipamentos pneumáticos e hidráulicos, entre outros). Essa realidade coloca enormes desafios ao nível dos dispositivos e software de interface homem-máquina (HM), os quais não se encontram resolvidos e são o tema actual de I&D. É necessário tornar essa interface mais simples, intuitiva, menos formal e mais segura.

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Figura 1 6 odcV YV GdW i^XV#

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Para além disso, o factor humano pela sua baixa previsibilidade tende a colocar situações aos sistemas automáticos que são de difícil solução, nomeadamente em sistemas que não podem parar com frequência, e

DOSSIER

EXEMPLO INDUSTRIAL: DESPALETIZAÇÃO DE PEÇAS CERÂMICAS NÃO PLANAS Este é um exemplo muito interessante de mistura de trabalho humano com trabalho automático, neste caso também executado por robots. Na indústria cerâmica não plana (onde se fazem sanitas e bidés, banheiras, e outros), é necessário inspeccionar 100% das peças depois do cozimento final. Essa inspecção é feita por operadoras, humanas claro, as quais executam essa tarefa quando as peças são colocadas em tapetes rolantes (Figura 8). A operação de desfazer paletes para colocar as peças nos tapetes é uma tarefa árdua, devido ao peso das peças, e muito monótona, ou seja, é uma tarefa típica para robot. Coloca, no entanto, muito problemas. Desde logo, sendo as paletes montadas por homens à saída do forno, existem erros de posicionamento das peças na palete (32 peças por palete, empilhadas em 4 níveis de 8 peças cada). Esses erros podem ser significativos, isto é, atingir alguns centímetros no posicionamento no plano, e alguns graus em rotação. Isto significa, que o sistema automático deve resolver esses erros. Por outro lado existem vários tipos de peças diferentes, e dentro de cada tipo existem modelos diferentes, mudando as dimensões, forma, cor, entre outros.

O sistema robotizado desenvolvido trabalha com duas paletes e dois tapetes de inspecção. Possui sistemas de segurança, que impedem o operador de entrar na célula sem autorização e, eventualmente, sofrer qualquer acidente. Para além disso, todo o interface com o sistema é feito a partir de um PC, permitindo ao operador seleccionar o modelo em operação, o tipo de palete que introduziu, verificar a produção, eventuais avisos ou mensagens de erro, e por aí.

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Para além disso, o operador tem à sua disposição rotinas simples que permitem introduzir, conduzindo o robot com um joystick, um novo modelo em menos de 5 minutos.

As vantagens deste tipo de sistema podem ser resumidas em: 1. Os novos modelos são introduzidos de forma intuitiva, num espaço de tempo curto compatível com a produção [1]; 2. Possibilidade de ajustar os parâmetros de cada modelo de forma a optimizar a produção [2]; 3. Possibilidade de mudar de modelo sem parar a produção [3]; 4. Monitorização da produção usando um interface gráfico online, a partir de um PC remoto sem afectar a produção [4]; 5. Obter ciclos de produção optimizados, que neste caso particular rondam os 12 segundos por peça [5].

Em conclusão, apresentaram-se de forma resumida duas aplicações industriais de automação/robótica industrial, onde se procurou mostrar a interdisciplinaridade de assuntos que se conjugam em trabalhos deste tipo. Para além disso, procurou-se ainda mostrar o interesse prático e operacional em conjugar software local, a correr nos controladores dos vários equipamentos usados, com software em PC usado para comando e monitorização. Finalmente, este exemplo pretendeu de certa forma ilustrar a utilização de componentes de software, desenvolvidos com o objectivo de simplificar a utilização de máquinas avançadas, como os robots manipuladores, a partir de PCs comuns.

Para além disso, procurou-se demonstrar que os desafios colocados por aplicações industriais exigentes, em termos de desempenho e de interface com os operadores, pode ser um desafio muito interessante, potenciador de uma actividade de cooperação entre empresas e universidades muito proveitosa para ambas as partes e para o País.

REFERÊNCIAS [1] “PCROB, um componente ActiveX para robôs industriais”, http://robotics.dem.

uc.pt/norberto/pcrob.htm; J. Norberto Pires, “Automação Industrial”, ETEP-LIDEL (Edições técnicas especializadas), 2002. http://robotics.dem.uc.pt/norberto/ai/; [3] “RobTools 2.01, Uma colecção de ferramentas para robótica industrial”, http://robotics.dem.uc.pt/norberto/microsoft2001/; [4] Exemplos na área da indústria do papel, http://robotics.dem.uc.pt/norberto/isr01/; [2]

Figura 8 6heZXid Yd h^hiZbV YZhZckdak^Yd#

[5] Exemplos na área da soldadura, http://robotics.dem.uc.pt/norberto/welding/.

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