Tornando robôs mais inteligentes e seguros

A pandemia está destacando uma triste verdade da manufatura:humanos adoecem

O COVID-19 ensinou aos fabricantes uma lição valiosa:quando os humanos adoecem, as máquinas-ferramentas e os equipamentos ficam ociosos. É verdade que eles já sabiam disso, assim como sabiam que os funcionários fazem pausas para o almoço e férias, chegam atrasados ​​porque o carro não liga e vão trabalhar na loja da rua por mais cinquenta centavos por hora. Por essas razões, entre outras, os lojistas e gerentes há muito enfrentam a pressão para automatizar; agora, diante de uma pandemia global, eles estão frenéticos para fazê-lo.

“Os EUA lutam com a escassez de mão de obra qualificada há anos, mas a dependência de operadores humanos tornou-se especialmente desafiadora ultimamente”, disse Mark Sumner, vice-presidente de vendas e marketing da fornecedora de automação industrial Acieta LLC, Waukesha, Wisconsin. recebemos ligações de fabricantes dizendo:'Tenho pensado em automação. Diga-me como isso pode melhorar nossos resultados.” Desde o COVID-19, no entanto, isso mudou para “Precisamos de robôs. Como nós começamos?'"

A Nova Norma

Há muitas razões para esta mudança, disse ele. Considere oficinas mecânicas e casas de fabricação em um mundo nervoso com a transmissão de vírus. Nesses ambientes, as máquinas-ferramentas geralmente estão suficientemente distantes umas das outras para que o distanciamento social não seja um problema. Mas o que acontece na hora do almoço, quando os trabalhadores se reúnem para compartilhar histórias sobre o fim de semana no lago ou reclamar do desempenho de seu time favorito?

E que impacto o uso obrigatório de máscaras terá no moral dos funcionários, sem falar nas barreiras de plexiglass, verificações de temperatura na porta e placas lembrando as pessoas a ficarem a um metro e meio de distância? E quanto ao desligamento que inevitavelmente deve ocorrer quando um colega de trabalho dá positivo? Com alguma sorte, tudo isso será temporário. Talvez os imunologistas desenvolvam rapidamente uma vacina e, no próximo ano, possamos descartar 2020 como uma anomalia. Mas e se uma vacina nunca chegar? E a próxima pandemia? Perguntas como essas fazem os fabricantes hesitarem, e muitos deles disseram:“Basta. Vamos automatizar sempre que possível.”

As boas notícias? Fazer isso agora é mais fácil do que nunca. Sumner observou que o distanciamento social significa que haverá mais espaço para posicionar robôs entre colegas de trabalho, enquanto Steve Alexander, vice-presidente de operações da Acieta, acrescentou que os sistemas de visão e outros recursos avançados estão tendo um efeito positivo no custo e na flexibilidade do robô.

“Um número crescente de clientes usa câmeras para localizar peças colocadas aleatoriamente, seja em um palete, em uma prateleira ou em um transportador”, disse ele. “O robô pode determinar sua orientação e, em seguida, pegar a peça, bem como determinar se existe um recurso – um furo perfurado, por exemplo, ou um código de barras – e tomar decisões de acordo. Isso reduz a necessidade de acessórios e suas despesas associadas, além de tornar os robôs mais fáceis de implantar.”

Vendo claramente com câmeras

O sistema de visão mais popular da Acieta é o iRVision da FANUC, que Alexander explicou ser uma opção em qualquer robô FANUC. No entanto, ele foi rápido em apontar que câmeras de terceiros e OEM estão disponíveis para praticamente qualquer marca de robô, independentemente da idade. A questão de determinar como você usará uma câmera geralmente é a parte mais difícil da equação da visão.

“Definitivamente, há alguma engenharia envolvida”, disse ele. “Você precisa estabelecer o layout físico correto, o campo de visão, a iluminação adequada e assim por diante. E então, no lado do software, você precisa ensinar o robô, correlacionando o que a câmera está vendo e como essas imagens se relacionam com a tarefa em questão. Não é tão simples como simplesmente encaixar uma câmera.”

Alguém que sabe tudo sobre isso é Dave Bruce, gerente de engenharia e especialista em visão robótica da FANUC America Corp., Rochester Hills, Michigan. tornando-se mais popular e capaz, mas advertiu que seu uso requer alguns trabalhos de casa adicionais.

“A visão percorreu um longo caminho nos últimos anos”, disse Bruce. “Tivemos isso disponível em nossas últimas três gerações de controladores e, nas duas últimas, demos um grande impulso à visão 3D (3DV), que usa câmeras baseadas em nuvem de pontos muito rápidas para mapear o arredores do robô. Prevemos que o uso de robôs industriais e colaborativos aumentará muito nos próximos anos”.

Outra tecnologia é a detecção de força, uma capacidade que torna os robôs mais seguros e mais capazes. O Force Control da FANUC, por exemplo, é frequentemente utilizado em conjunto com os produtos de visão da empresa para realizar operações de rebarbação e montagem; essas tarefas se tornam ainda mais fáceis quando suportadas por software inteligente. “Temos outro produto chamado Intelligent Deburr”, disse Buell. “Ele permite que os usuários carreguem um desenho CAD da peça e o software gerará o melhor caminho de movimento para rebarbá-la. É esse nível de inteligência artificial que ajuda os fabricantes a obter o ROI mais rápido possível em seus investimentos em automação.”

Decisões em tempo real

A menos que você seja uma daquelas pessoas que teme uma futura aquisição robótica da raça humana, a inteligência artificial (IA) determinista é talvez o segmento mais empolgante da indústria de automação. Isso porque os robôs equipados com IA não são apenas mais capazes, mas muito menos caros de operar.

“Totalmente 40% dos custos contínuos de um robô estão em sua programação”, disse Jason Barton, diretor comercial da Realtime Robotics Inc., com sede em Boston. “A IA pode reduzir esse custo em até 70%. A Realtime Robotics consegue isso automatizando o processo de programação robótica para determinar a maneira mais eficiente de ir do ponto A ao ponto B e, em seguida, gerar um programa de acordo.” Além disso, o sistema pode modificar dinamicamente esse programa conforme surgem certas condições, tecnologia não muito diferente daquela usada por veículos autônomos para navegar pela cidade.

“Antes de termos GPS em nossos carros e telefones, os motoristas imprimiam instruções detalhadas para lugares desconhecidos”, disse Barton. “Mas se houvesse um fechamento de estrada ou tráfego intenso, você estava com problemas porque não tinha como mudar sua rota na hora. É assim que a programação convencional para robôs é hoje. Você tem que programar cada waypoint individual para cada um dos movimentos necessários para qualquer robô, e se você tiver vários robôs trabalhando juntos, você tem que programar cada um deles para trabalharem juntos harmoniosamente. É uma tarefa árdua e demorada, que podemos eliminar.”

Robôs de autoprogramação conscientes de seus arredores provavelmente serão um divisor de águas, o suficiente para que a Realtime Robotics tenha feito parceria com vários fabricantes de robôs, entre eles a Mitsubishi Electric Automation Inc., Vernon Hills, Illinois. Adam Welch, gerente de produtos de robótica da Mitsubishi, observou que sistemas sofisticados de visão 3D como esses ajudam a garantir que todos os robôs dentro de uma célula ou área de trabalho operem de forma eficiente, espacialmente cientes de onde estão atualmente e onde planejam estar. o futuro.

Avaliação e capacidade de risco

“Estamos usando essa tecnologia para uma variedade de aplicações robóticas de alta densidade, incluindo as indústrias automotiva e de alimentos e bebidas”, disse Welch. “Como o sistema entende intuitivamente as funções e responsabilidades de cada robô, é capaz de criar uma hierarquia, afirmando que o robô número um tem prioridade sobre o robô número dois e assim por diante. Ele gerencia até mesmo processos de fabricação muito rigorosos com bastante eficiência, sem a necessidade de programação avançada.”

Claro, isso não significa que os sistemas de programação tradicionais e os equipamentos de segurança vão desaparecer tão cedo. Ben Sagan, gerente de desenvolvimento de negócios da Mitsubishi Electric Automation, sugeriu que sua solução MELFA SafePlus complementa a linha de robôs industriais da empresa, fazendo interface com uma variedade de equipamentos de segurança. Isso inclui scanners de área, cortinas de luz e tapetes de segurança, que servem para reduzir a velocidade do robô ou limitar seu movimento com base no feedback desses acessórios.

Para aqueles que pensam:“Ótimo, vamos nos livrar dessas gaiolas grandes e feias e substituí-las por sistemas como esses”, não tão rápido. Como seus pares em todo o setor, ambos os especialistas afirmaram que os clientes devem passar por uma avaliação de risco antes de implantar qualquer robô. “Isso é verdade mesmo com robôs colaborativos”, acrescentou, ressaltando que a Mitsubishi Electric Automation lançará seu primeiro cobot – o MELFA ASSISTA – em algum momento deste outono. “É fundamental que os fabricantes analisem qualquer aplicação robótica no que se refere ao layout da célula, as máquinas-ferramentas, os transportadores e qualquer outro equipamento de manuseio de materiais e quanta interação humana haverá”, disse Sagan.

Pandemia acelera mais automação

Joe Campbell está totalmente de acordo com a noção de mais cobots. A gerente sênior de marketing estratégico e desenvolvimento de aplicativos da Universal Robots USA Inc., Ann Arbor, Michigan, disse que os fabricantes precisam adotar a robótica – colaborativa ou não – o mais rápido possível. “Mesmo antes da pandemia, a situação era cristalina”, disse ele. “Pelo menos 500.000 empregos na indústria estavam vagos. Mais de 10.000 baby boomers estavam se aposentando a cada dia, e 27% da força de trabalho da manufatura tinha 55 anos ou mais. E o último argumento a favor de mais automação? A disposição dos millennials e outros jovens de entrar nos negócios estava em baixa recorde”.

Esta situação por si só tem sido um impulsionador constante para a automação, observou Campbell. Agora jogue uma pandemia global na mistura. Como resultado, lojas de todos os tamanhos estão começando a comprar cobots e robôs, intercalando-os com sua força de trabalho humana socialmente distanciada, em um esforço para voltar aos níveis pré-pandemia. Com isso, surgiu o desejo de reorientar sempre que possível, nivelando o campo de jogo de baixo custo de mão de obra com robôs mais inteligentes e capazes.

Um exemplo disso é o ActiNav da Universal Robots, um sistema autônomo de coleta de lixo lançado em abril passado. Ao contrário dos coletores de lixo encontrados em armazéns de comércio eletrônico e centros de atendimento que são basicamente soluções de “pegar e soltar”, o ActiNav é o que a Universal Robots chama de “pegar e colocar”. Diz-se que é preciso o suficiente para cuidar de máquinas CNC e inteligente o suficiente para escolher objetos colocados aleatoriamente até mesmo em caixas muito profundas. Grande parte dessa capacidade se deve a outra novidade para a empresa, um sistema de visão de alta resolução fornecido pela Photoneo Inc., Erlanger, Ky., juntamente com o software que a Universal Robots desenvolveu internamente.

“Essa é a verdadeira magia por trás do ActiNav”, disse Campbell. “Com o bin-picking tradicional, você tem que programar todos os diferentes cenários, algo que é praticamente impossível de fazer em uma lixeira cheia de pequenas peças de metal. Com o ActiNav, você mostra a peça, a lixeira e onde deseja que as peças fiquem, e o software faz o resto. É simples o suficiente para que você possa configurar uma nova peça do zero em duas a quatro horas, algo que poderia levar alguns meses.”

Movimentando-se com Segurança

De acordo com Campbell, o COVID-19 finalmente mostrou a todos o que acontece quando você permite que sua fabricação vá para outro lugar. “Basta uma pandemia ou interrupção semelhante e você está desligado”, disse ele. “Por causa disso, as empresas em todos os lugares querem trazer o trabalho de volta para casa e querem fazê-lo agora. No entanto, graças à escassez de mão de obra, a única maneira de fazer isso de maneira eficaz é com automação flexível, fácil de implantar, fácil de programar e operar e, com os protocolos de segurança adequados, pode ser usada junto com trabalhadores humanos. Os robôs colaborativos atendem a essas necessidades em todos os aspectos.”

Joe Chudy, vice-presidente e gerente geral da ABB Robotics U.S., Auburn Hills, Michigan, também ouviu o apelo do setor por mais automação, embora sua solução proposta seja um pouco diferente. “Nossos clientes nos dizem que a necessidade de acelerar a adoção de robótica e automação é fundamental, tanto para proteger a saúde de seus funcionários quanto para melhorar a continuidade dos negócios”, disse ele. “A maioria agora quer mudar o equilíbrio entre globalização e localização para aproximar a produção de casa, o chamado nearshoring, enquanto aumenta a flexibilidade da produção e aumenta a resiliência da cadeia de suprimentos.”

Atender a essa necessidade requer ferramentas intuitivas que ajudam os usuários a tomar melhores decisões. Um deles é o pacote de software SafeMove da empresa, que, segundo Chudy, permite aos operadores maior liberdade para colaborar com robôs em um espaço limitado e praticamente sem gabinete, desde que os sensores de segurança apropriados, scanners a laser e barreiras de luz estejam instalados. Ele pode ser usado em toda a linha de robôs industriais da ABB, “tornando cada robô um cobot” por meio de detecção de movimento eletrônico configurável e medidas de prevenção que restringem a velocidade, o movimento e a posição de um robô quando uma pessoa se aproxima.

Ele observou também a necessidade de software de simulação e programação offline, entre eles o RobotStudio da empresa. O primeiro deles permite que os usuários criem, simulem e testem uma instalação completa do robô em um ambiente 3D virtual sem perturbar a linha de produção real. “Isso significa que novas linhas de produtos podem ser instaladas mais rapidamente e aceleradas até a velocidade máxima sem surpresas durante o comissionamento. Esta é uma competência crítica para os fabricantes, considerando a customização em massa de hoje e os ciclos de vida mais curtos dos produtos”, disse ele. “E assim como o software CAM e as máquinas-ferramentas CNC, a programação offline do robô elimina o tempo de inatividade e a interrupção do chão de fábrica que ocorre com os métodos de programação manual.”