Por Que Braços Robóticos de 6 Eixos Dominam a Automação Industrial

A robótica industrial não tem escassez de marcas, modelos, cores, formas e tamanhos. Mas quando se trata de designs mecânicos, muitas semelhanças são vistas entre todas as marcas.

Braços robóticos articulados industriais são frequentemente vistos como a imagem retratando uma instalação de manufatura de alta tecnologia. Até o robô colaborativo (cobot) comum adere às mesmas estruturas mecânicas — transportando cargas, empilhando, triando, paletizando, montando e uma série de outras tarefas repetíveis.

Vídeo cortesia da RobotWorx

Entre todas as marcas e modelos, uma característica comum se destaca: seis eixos de movimento. Alguns modelos têm mais, e muitos têm menos, mas 6 eixos parece ser o alvo padrão. O que torna este número tão comum? Isso leva a duas perguntas relacionadas: Menos de seis eixos será um mau investimento; da mesma forma, se seis é bom, sete ou mais eixos deveriam ser preferidos?

Alcance de Movimento Ideal de 6 Eixos

Em termos simples, um braço robótico tendo seis pontos ao redor dos quais o movimento pode ocorrer leva à capacidade do gripper alcançar qualquer lugar dentro do raio de trabalho total e alcançar qualquer ponto com o gripper (ferramenta de fim de braço ou EOAT) em qualquer orientação.

Figura 1. S-6 da FANUC, um de seus robôs de 6 eixos. Imagem cortesia da RobotWorx

Existem algumas limitações para esta resposta simplificada. Primeiro, a área total de trabalho (ou envelope) só pode ser alcançada com o gripper totalmente estendido, como se você esticasse o braço para alcançar um objeto à distância. Se o ângulo do gripper muda, isso certamente limitará o alcance total. Adicionalmente, e provavelmente bem obviamente, o gripper não pode se estender na base de metal sólido do robô. Limites de eixo duros e suaves podem prevenir tais colisões.

Os eixos em um braço articulado típico são juntas rotativas, então giram ao redor de um eixo definido pelo centro do motor ou polia de acionamento. Em contraste, algumas variedades de robô como "delta" ou robô tipo SCARA usam eixos de movimento linear deslizante. Mas braços articulados são rotacionais, significando que a posição da junta é uma medida de ângulo em vez de distância linear.

Então este robô "ideal" de 6 eixos pode alcançar qualquer ponto possível dentro de seu envelope de trabalho com qualquer orientação de EOAT, tornando-os a escolha ideal se sua peça de trabalho existe em um ângulo que não é paralelo à base do robô.

Desvantagens de Robôs Com Menos Eixos

Esta pergunta pode surgir ao projetar sistema onde modelo de 4 ou 5 eixos pode estar disponível por custo menor: Cinco eixos serão suficientes para minha aplicação? Esta não é uma resposta simples sim ou não, mas um fator certamente será causa para investigação.

Suponha que o robô trabalhará com uma peça ou pegará/recuperará um item de localização não paralela ao solo onde o robô fica. Então, você deve considerar cuidadosamente se cinco eixos funcionarão.

Imagine cenário onde uma esteira nivelada alimenta produto a um robô firmemente fixado ao chão, então pega e transfere para outra esteira nivelada. Neste caso, até um robô de 4 eixos pode ser suficiente. Se o gripper final também deve ser rotacionado para orientar o produto, então um quinto eixo deve ser empregado.

Figura 2. Um robô trabalhando em sistema de esteira.

Em cenário mais complicado, uma bandeja sentada a 45 graus do chão alimenta o produto que o robô deve recuperar. Isso pode só ser possível com robô de 6 eixos, a menos que esta bandeja esteja alinhada perfeitamente para que o sexto eixo não seja requerido.

Certamente, a situação não é tão fácil de definir como sim ou não para toda situação. Ainda, este teste de se os objetos estão orientados em algo diferente de paralelo com a base do robô indicaria que cuidado deve ser tomado.

Se o robô é destinado para solda, aplicação de cola ou qualquer outra aplicação de seguimento de caminho, quase certamente deve ser de seis eixos.

Benefícios de Robôs Com Mais Eixos

Eixos adicionais são geralmente instalados caso a caso. Um exemplo comum de sétimo eixo é uma mesa deslizante na qual o robô pode percorrer, permitindo talvez atender simultaneamente múltiplas máquinas CNC, ou realizar diferentes etapas em um longo processo de linha de montagem. Com um pouco de complexidade adicionada na programação, pode economizar quantidades massivas de investimento sobre a alternativa de comprar múltiplos robôs.

Figura 3. Braço robótico de 6 eixos trabalhando com laser CNC de alta precisão.

Às vezes, o eixo deslizante é vertical em vez de horizontal, o que pode permitir robô de paletização empilhar mais alto, ou sistema de armazenamento/recuperação pegar de caixas altas do chão. Outras vezes, em vez do próprio robô montado em base móvel, a peça de trabalho pode sentar em mesa rotativa. Isso pode permitir robô estacionário alcançar faixa muito mais ampla.

Outro exemplo é quando dois braços de 6 eixos são montados em pedestal, formando um torso quase humanóide. Estes robôs podem ostentar números de eixos de 12 ou mais, já que são formados de braços de 6 eixos.

Todos estes robôs têm vantagens distintas, e podem provar ser investimento digno. Mas se eixos extras não são necessários, alguns podem ser excessivamente complexos e mais propensos a falhas. Em todos os casos, vale buscar conselho de profissionais para investigar o processo e o ambiente para determinar qual robô é melhor para cada aplicação.