Guia de peças e componentes do robô e como obtê-los

Descubra o guia nº 1 para peças e componentes robóticos industriais. Saiba mais sobre seus usos, características e limitações e onde obtê-los.

Você pode ter um robô (ou vários) e gostaria de saber mais sobre os componentes e peças substituíveis pelo usuário. Ou você pode querer aprender mais sobre como funcionam os principais conjuntos de robôs. Em qualquer caso, você está no lugar certo!

Os componentes substituíveis pelo usuário da maioria dos robôs incluem os efetores finais, os sensores e o controlador do robô. Para robôs móveis, as baterias precisarão ser substituídas periodicamente. Acessórios importantes para robôs são a montagem de um braço de robô e sistemas de montagem para prender os sensores. O sistema de visão do robô também pode ser substituível. Existem, é claro, muitas outras peças e peças menores, como telas de LED e teclados. Uma lista completa deles está além do nosso escopo. Neste artigo, daremos uma olhada de cima para baixo em algumas das principais assembleias e suas funções.

Você pode usar o HowToRobot para obter cotações de componentes robóticos. HowToRobot tem um diretório de mais de 15.000 fornecedores de robótica. Isso significa que você pode obter uma visão geral dos produtos disponíveis. Você pode decidir sobre os componentes precisos que são ideais para o seu robô. E você pode comparar a relação custo-benefício dos produtos concorrentes.

Conteúdo deste artigo

• Efetores finais do robô
• Sensores de robô
• controladores de robô
• Baterias de robôs
• Base robótica / sistemas de montagem
• Componentes de segurança do robô
• Correias transportadoras
• Alimentadores vibratórios
• Como obter a peça ou componente do robô ideal para a sua organização

Efetores finais do robô

O efetor final de um braço robótico é onde o trabalho acontece. É onde ocorre o contato entre o robô e a peça de trabalho. Assim como acontece com os seres humanos, que usam uma grande variedade de ferramentas para fazer as coisas, o mesmo ocorre com os robôs.

Os efetores de extremidade robóticos também são chamados de “Ferramentas de fim de braço” ou EoAT. O EoAT é, na verdade, o pulso, a mão e a ferramenta do robô. Os efetores finais podem ser qualquer coisa, desde uma ferramenta de soldagem até um aspirador de pó.

O EoAT pode ser uma chave de fenda ou uma broca rotativa. Algumas empresas se especializam em fazer nada além de efetores finais robóticos. Muitos fornecedores se concentram apenas em determinados tipos de EoAT.

Muitas vezes, é um bom recurso poder alterar automaticamente as ferramentas. Um acessório especial contém as ferramentas. Geralmente é montado em uma superfície externa ao robô. O acessório pode conter uma variedade de ferramentas que o braço do robô pode trocar. Desta forma, o robô pode realizar diferentes tarefas em uma peça de trabalho. Aqui está um exemplo de como esse recurso pode ser usado:Um braço de robô pode fazer um furo em um pedaço de metal. Em seguida, ele troca as ferramentas e rebarba o furo que acabou de fazer. O robô troca as ferramentas novamente. E ele usa uma ferramenta de rosqueamento para cortar linhas no orifício.

Garras de robôs

Existem muitas pinças diferentes disponíveis para braços robóticos. Uma garra universal ainda não foi encontrada. No início, os designers pensaram que a melhor abordagem seria fazer uma pinça de robô que fosse como a mão humana. Mais tarde, eles começaram a mudar seu pensamento.

Se o robô deve levantar caixas o dia todo, ele precisa ter dedos nas mãos? Provavelmente não. Para caixas menores, uma ventosa pode ser melhor. Para caixas maiores, pode ser melhor ter um robô com dois braços. As “mãos” ou garras podem ter o formato de uma esfera com botões. Para caixas grandes e pesadas, pode ser melhor ter pinos que possam deslizar por baixo da caixa e apoiá-la por baixo.

Como acontece com muitas coisas na vida, “a forma segue a função”. O tipo de pinça de que você precisa, ou conjunto de pinças, dependerá da sua aplicação.

Sensores de robô

Os sensores do robô são como os sentidos humanos. Os robôs podem ver, ouvir e ter uma sensação de toque. Eles podem até ser fornecidos com olfato e paladar. Robôs industriais podem usar o sentido do “olfato” para testar a qualidade do ar em uma mina. Eles podiam detectar gases nocivos ou vazamentos de contaminantes. Existem também robôs de degustação. Eles podem testar a qualidade dos alimentos e descobrir a presença de produtos químicos prejudiciais.

Mas o sentido robótico mais comum usado atualmente para aplicações industriais é para a visão. A seguir, damos uma olhada em alguns dos principais tipos de sensores para visão robótica.

Sensores ópticos

A variedade de sensores ópticos agora disponíveis para robôs é realmente impressionante. Alguns sensores usam métodos ópticos para determinar a rugosidade de uma superfície. Outros podem medir a espessura de um filme. Outros ainda descobrem a cor precisa dos objetos. Um robô pode ser equipado com um microscópio. Isso abre um mundo de possibilidades. Muitas medições podem ser realizadas com um microscópio.

Sensores ópticos podem medir a taxa de fluxo de um líquido. O fluxo também pode ser medido de outras maneiras, como com sensores eletromagnéticos. Uma espécie de roda de pás também pode ser usada para enviar pulsos. Os pulsos ocorrem mais rapidamente quando a roda está girando mais rápido.

A posição e a velocidade também podem ser medidas com sensores ópticos. Os sensores não precisam ser câmeras.

Scanners a laser

A introdução da tecnologia laser em aplicações industriais mudou a maneira como muitas coisas são feitas. Lasers são usados ​​em leitores de código de barras portáteis. Eles podem fazer medições precisas de peças usinadas. Os lasers também são usados ​​para medir grandes distâncias. Sistemas de visão complexos usam lasers. A visão computacional significa que os robôs móveis podem fazer seu caminho de forma autônoma, evitando obstáculos em seu caminho.

Scanners a laser para leitura de etiquetas de código de barras são rápidos, precisos e de baixo custo. Alguns scanners são portáteis e usados ​​por pessoas no gerenciamento de estoque. Scanners a laser portáteis também são usados ​​em tarefas de manufatura e manuseio de materiais. Os leitores de código de barras a laser podem ser colocados em robôs móveis autônomos (AMRs) em depósitos para ajudar no processo de separação de pedidos. Os scanners podem ser montados em drones aéreos que voam pelos corredores do depósito. Os drones lêem códigos de barras e usam visão computacional para contar itens em caixas. Os drones aéreos podem fazer o inventário em uma fração do tempo que as pessoas levam para fazer isso.

Os leitores de código de barras a laser não são a única maneira de rastrear os itens. Pode-se usar scanners baseados em RFID. RFID (Radio Frequency IDentification) tem a vantagem de que a etiqueta não precisa ser visível e ainda pode ser lida. Isso ocorre porque o RFID usa ondas de rádio em vez de luz. Mas as etiquetas RFID são mais caras do que os códigos de barras.

Um dos usos mais comuns de scanners a laser é para visão robótica industrial. Esses scanners usam LiDAR, que significa Light Detection And Ranging. LiDAR é como RADAR. Radar foi inventado durante a Segunda Guerra Mundial e é a abreviação de RAdio Detection And Ranging. Em ambos os casos, o princípio é semelhante. O sensor LiDAR envia um pulso de energia eletromagnética e então detecta o reflexo que ricocheteia no objeto mais próximo. O tempo que leva para os reflexos voltarem é medido. Se demorar mais para o reflexo voltar, o objeto está mais longe. Um tempo mais curto significa que o objeto está mais próximo. O tempo é proporcional à distância do sensor ao objeto. Desta forma, os lasers podem ser usados ​​para medir com precisão a distância a um único ponto.

Fato interessante:os cientistas da NASA inventaram o LiDAR na década de 1960 como parte do programa de projeção lunar Apollo. Um de seus primeiros usos foi medir a distância entre a Terra e a lua.

O LiDAR pode ser usado em uma dimensão, 2-D e 3-D. Um exemplo de LiDAR em uma dimensão é uma fita métrica a laser. Você pode medir com rapidez e precisão as dimensões de uma sala ou edifício. Para aplicações industriais, os lasers são usados ​​para medir com precisão a profundidade de um corte feito por uma máquina-ferramenta ou fresadora robótica. Os braços do robô com LiDAR podem medir o tamanho de uma peça para controle de qualidade.

Em uma configuração 2-D, um feixe de laser é varrido para frente e para trás. A varredura pode ser feita em um círculo completo ou pode passar apenas por uma parte do círculo. O feixe de laser permanece dentro de um plano bidimensional. Para um robô móvel autônomo (AMR), este plano é horizontal. Geralmente está alguns centímetros acima do solo. Desta forma, o AMR pode usar seu LiDAR para detectar objetos em seu caminho. O robô usa essa consciência para determinar se é seguro prosseguir ao longo da rota planejada. Se houver algo bloqueando seu caminho, o robô pode desviar ou parar.

Mas o LiDAR 2-D tem a limitação de não poder detectar objetos acima ou abaixo do plano da varredura a laser. Na verdade, o robô é “cego” para qualquer coisa que não esteja no plano do LiDAR 2-D. O uso de LiDAR 3-D pode superar essa limitação.

Com o LiDAR 3-D, o sistema faz a varredura do feixe de laser em um plano (como o LiDAR 2-D) e, em seguida, o avião é inclinado para cima e para baixo. Adicionar a ação de inclinação significa que o sistema cobre um espaço tridimensional. A desvantagem da digitalização 3-D é que ela requer mais poder de computação. O sistema reúne muito mais informações, por isso é um desafio processar todas essas informações e fazer isso em tempo real. Isso requer computadores mais poderosos. Além disso, os componentes mecânicos do 3-D LiDAR são mais complexos. Portanto, os scanners 3-D são mais caros do que os scanners 2-D. Tudo depende do aplicativo, se a digitalização 2-D ou 3-D é apropriada.

Claro, existem limitações para LiDAR. A luz solar direta pode cegar um sensor LiDAR. No entanto, o LiDAR pode lidar com a luz solar mais intensa do que muitos tipos de sensores. O objeto que reflete o feixe de laser pode afetar coisas. O tipo de material e a cor dos objetos refletivos podem afetar a precisão do LiDAR. Poeira, sujeira e detritos podem obstruir as lentes de um sensor LiDAR. Isso reduzirá a sensibilidade e a precisão do sensor.

Sistemas de visão

A visão do robô tem passado por mudanças revolucionárias. Não muito tempo atrás, a visão do robô era muito limitada. Tão limitado, na verdade, que se um robô detectasse que algo estava em seu caminho, tudo o que poderia fazer era parar e pedir ajuda. Hoje, robôs móveis autônomos podem contornar obstáculos em seu caminho. Eles podem dizer a diferença entre pessoas e objetos inanimados.

A resolução e a sensibilidade das câmeras aumentaram. O software que processa os dados visuais também foi aprimorado. Os sistemas de visão por computador agora reconhecem rostos humanos.

O hardware da câmera é uma parte importante da solução de visão. Mas registrar dados brutos não é suficiente. O sistema de visão deve ser capaz de transformar esses dados em informações úteis. O sistema de visão deve ser capaz de detectar a distância, velocidade e direção de um objeto. É ainda mais útil se o sistema de visão puder reconhecer que um objeto é uma pessoa ou uma empilhadeira. A capacidade de entender que um objeto é uma pessoa, enquanto outro é um veículo, é chamada de semântica. A compreensão semântica de um ambiente é crucial para tornar os robôs mais inteligentes.

Outro uso da visão computacional é na seleção de pedidos. O robô deve ser capaz de pegar um objeto, mesmo quando o objeto está em uma pilha de outras coisas. Isso é chamado de separação da desordem. O robô precisa identificar não apenas o objeto, mas também se o item está na borda ou de cabeça para baixo. Uma vez que isso seja determinado, o robô pode decidir como pegar o objeto. Isso tem se mostrado desafiador, mas agora existem sistemas que podem fazer isso.

É provável que existam sistemas de visão robótica que atendam às suas necessidades.

Visão robótica através da fusão do sensor

Cada vez mais, os sistemas robóticos dependem de uma combinação de sensores. Cada um dos diferentes tipos de sensores possui pontos fortes e fracos. Mesmo um sensor pode fornecer uma espécie de “visão” para um sistema robótico. Mas uma combinação de sensores é melhor. A combinação dos dados de muitos sensores é chamada de fusão de sensores. A fusão de sensores torna o robô mais robusto, confiável e seguro. Como o poder de computação dos microchips continua a crescer, podemos esperar o uso de mais sensores. Isso tornará os robôs mais inteligentes.

Controladores de robôs

Os controladores de robôs vêm em uma variedade de formas e tamanhos. Alguns são pequenos tablets portáteis. Eles são usados ​​para controlar uma célula de trabalho simples. Outros controladores de robô podem controlar processos complexos de manufatura e logística. O controlador do robô é crucial para determinar como é fácil fazer com que um sistema robótico faça o que você deseja. O controlador do robô é uma parte crítica de quão bem o robô executa seu trabalho.

Os controladores do robô são responsáveis ​​pela segurança, lógica e controle de movimento. A rapidez com que um robô responde a um evento externo costuma ser uma medida crítica de um controlador de robô. Alguns aplicativos precisam de um tempo de resposta mais rápido do que outros. Isso pode determinar o tipo de controlador de robô necessário. A Interface Homem-Máquina (HMI) de um controlador de robô é outro aspecto importante. Uma IHM popular é um “pingente de ensino” que é um dispositivo portátil do tipo tablet. O pingente de instrução é usado para ensinar o robô o que fazer. Assim que o robô estiver pronto para a produção, a unidade de programação pode ser removida.

Em uma fábrica, é mais comum encontrar uma conexão com fio entre um controlador de robô e o robô. A conexão com fio fornece uma interface confiável e segura. As regulamentações de segurança às vezes exigem uma conexão com fio. Isso não é verdade para robôs móveis autônomos (AMRs). Um AMR não teria muita utilidade se tivesse que ter um fio conectado ao seu controlador! Controladores de robôs industriais sem fio também estão disponíveis. Dependendo da aplicação, eles podem ter vantagens sobre os sistemas com fio.

Existem três categorias amplas de controladores robóticos:

• PLC (Controlador lógico programável),
• PAC (Controlador de automação programável),
• IPC (Computador pessoal industrial).

O PLC é a tecnologia mais antiga e o tipo de controlador de robô de menor custo. É usado para aplicações simples que não precisam de controle de movimento complexo. A capacidade de registro de dados de um PLC também é menos capaz do que outros tipos de controladores de robô. O PLC terá menos tipos de dispositivos de entrada / saída.

O PAC representa uma versão atualizada do PLC. O PAC tem mais poder de computação e maior capacidade. Existe uma ampla gama de aplicações para as quais um PAC é uma boa opção.

O IPC tem o maior poder de computação e também é o tipo mais caro de controlador de robô. Ele pode lidar com movimentos complexos e se comunicar por meio de uma ampla variedade de interfaces. O IPC pode manipular e armazenar grandes quantidades de dados.

As distinções entre esses três tipos de controladores tornam-se mais confusas com o tempo. Hoje, realmente não existem três categorias distintas de controladores de robôs. É mais um continuum.

Ao decidir entre os diferentes controladores de robô, um fator importante é o software. Procure pacotes de software específicos para aplicativos. O pacote do aplicativo determinará como é fácil colocá-lo em funcionamento. Também influenciará a quantidade de suporte que você pode esperar para suas necessidades específicas.

Baterias de robôs

A evolução da tecnologia de baterias afetou uma ampla gama de dispositivos elétricos e eletrônicos. Baterias melhores significam tempos de operação mais longos e intervalos de carregamento mais curtos. As melhorias tornaram os robôs móveis autônomos (AMRs) práticos e econômicos.

Algumas das coisas básicas a serem consideradas ao escolher a bateria de robô certa para seu uso incluem química , capacidade , e cobrando .

A química de uma bateria de robô geralmente será dos seguintes tipos.

• NiMh :As baterias de hidreto de metal de níquel ainda são o tipo mais comum de bateria usado para robôs. Eles têm um bom valor devido à relação peso / capacidade e há muito pouco “efeito memória”. O efeito de memória é uma limitação de alguns tipos de baterias. Isso significa que você deve descarregar a bateria completamente antes de recarregá-la. Caso contrário, você perderá parte da capacidade da bateria a cada carga.
• NiCd As baterias (Níquel Cádmio) sofrem com o efeito memória e estão sendo substituídas por outros tipos de bateria.
• ácido de chumbo as baterias oferecem alta capacidade e baixo custo.
• LiPo As baterias (polímero de íon-lítio) costumam ser chamadas simplesmente de “baterias de lítio”. Eles estão se tornando rapidamente a bateria preferida dos robôs por causa de sua alta relação capacidade / peso. Eles não sofrem com o efeito de memória.

As perguntas a serem feitas ao considerar diferentes baterias incluem:Quanto tempo leva para carregar a bateria? O carregador de bateria tem proteção contra sobrecarga? O carregamento sem fio também pode ser bastante útil para robôs. É mais fácil carregar porque o robô não precisa estar em uma posição precisa quando chega à estação de carga.

Base do robô / Sistema de montagem

Robôs fixos com braços robóticos precisam ser montados com segurança para realizar seu trabalho. Existem muitas opções para escolher.

Uma montagem em pedestal é útil quando você precisa elevar o braço do robô. O braço pode precisar ser levantado para acessar os sistemas de transporte e as superfícies de trabalho. Os suportes podem ser aparafusados ​​ao chão. Os suportes também podem ter rodízios, para que possam ser movidos facilmente.

Existem aplicações para as quais é ideal ter o robô montado em posição invertida. Existem montagens especiais para isso. Uma orientação invertida muitas vezes pode maximizar o alcance do braço. Outros aplicativos podem exigir que o robô seja montado verticalmente. Pode ser preso na lateral de uma máquina. Assim que a posição for determinada, o software que acompanha o braço do robô precisará ser ajustado.

Sistemas de montagem modulares estão disponíveis para sensores de fixação. Os exemplos incluem câmeras, cabos e mangueiras. Alguns sistemas de montagem de sensor são melhores por sua resistência e durabilidade. Outros enfatizam a flexibilidade e leveza para portabilidade. Alavancas ajustáveis ​​permitem o posicionamento adequado dos sensores e cabos.

Componentes de segurança do robô

Os robôs podem livrar as pessoas de trabalhos sujos, enfadonhos e perigosos. E podem melhorar a segurança das condições de trabalho. No entanto, se não forem usados ​​da maneira correta, os robôs podem se tornar um perigo perigoso. Garantir que sua solução de automação seja segura é de extrema importância.

PLCs de segurança do robô

Um controlador lógico programável (PLC) comum normalmente terá um microprocessador. Também terá memória e circuitos de entrada / saída. Um PLC de segurança tem redundância embutida. Um PLC de segurança pode ter dois, três ou quatro processadores. Os circuitos de watchdog verificam a integridade de cada um dos processadores. Se algo der errado, os circuitos de vigilância soarão um alarme.

Alguns PLCs terão uma saída sem uma entrada correspondente. Em contraste, um CLP de segurança apresenta entradas e saídas correspondentes. Isso significa que testes podem ser feitos constantemente para verificar a conectividade e a integridade adequadas de um circuito.

Existem algumas aplicações em que um PLC comum pode ser adequado. Um PLC terá funções de parada de emergência (e-Stop). Isso pode incluir cortinas de luz ou sensores de proximidade. Isso pode ser suficiente para fornecer segurança para seus associados. Mas existem muitas aplicações para as quais um CLP de segurança é a melhor escolha. Um erro ou acidente caro pode superar em muito o custo extra de um CLP de segurança.

Sensores de segurança de robôs / scanners a laser / barreiras de luz

Como a produtividade e a segurança podem ser melhoradas ao mesmo tempo? Existem várias maneiras.

Laser area scanners can detect the presence of people near an industrial robot.  The laser scanner can inform the robot to slow down if someone enters the outermost zone.  The slower speed might be 50% of the usual speed.  If someone enters a second zone, closer to the robot, the speed can be slowed to perhaps 25%.  If a person is detected in the closest zone, the robot will stop.   The user can determine the size of these zones.  The user can customize what responses the robot makes. 

A variety of safety devices can and should be used with robots.  Bigger and heavier robots need a higher level of safety than smaller ones.  One popular safety method is to use a light fence or a light curtain.  The “fence” consists of beams of light around the industrial robot.  If something breaks the light beams, the robot might go into an emergency stop, for example. 

Robot Fencing

Sometimes the safest way to maintain productivity and safety is to fence off a robot into its own separate area.  A variety of such fences are available.  Different features include the height of the fence and the size of the openings in the fencing material.  Fence posts with self-leveling feet built-in are sometimes desirable.  The strength of the fence is also a consideration.  Should the fencing be made of metal wire, perforated metal sheets, or Plexiglas?  Your application may need a fencing material that protects against heat or electricity. 

Conveyor belts

Robots and conveyor systems are frequent companions.  The robot may take items off of a conveyor to begin its cycle, or it may place parts onto the conveyor at the end of its cycle.  And, of course, it might do both. 

There are many different types of conveyor systems from which to choose.  Some conveyor systems are easy to sanitize.  This makes them a good choice for food processing operations.  Other features to consider are the speed and width of the conveyor system.  Its height, angle of greatest incline, and the amount of weight it can handle are all considerations. 

Vibrating feeders

Robots combine well with vibrating feeders.  This is especially so for pick-and-place and assembly operations. Small parts are fed into the vibrating feeder.  The feeder then moves the parts to the robot.  The feeder can put the parts so they are all in the same position.  This makes it easier for the robot to pick them up. 

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