Como Braços Robóticos Industriais Transformam a Manufatura: Principais Benefícios

Um braço robótico industrial tem muitas partes, cada uma servindo a uma função específica que complementa as outras. Os móveis têm pneus para se mover de um lugar para outro. Outros têm deslizadores que permitem mover-se ao longo de planos suspensos. Mas a parte mais importante de um robô industrial é o braço robótico.

Todo o trabalho importante e delicado é realizado pelo braço robótico: soldagem, elevação e colocação, separação, e muito mais. Uma vez que o braço robótico é danificado, isso significa o fim para o robô; há muito pouco que pode ser feito até que os reparos sejam concluídos.

Vamos analisar como braços robóticos são utilizados na manufatura, sua história, os tipos existentes, por que são preferidos, os riscos associados ao seu uso, e os fabricantes de braços robóticos que os produzem em massa ao redor do mundo.

História dos Braços Robóticos na Manufatura

Oficialmente, o primeiro braço robótico funcional é creditado a George Devol, que, em colaboração com Joseph Engelberger, projetou o primeiro braço programável em 1954. Dois anos depois, fundaram a Unimation, a primeira empresa de robôs industriais do mundo, nos Estados Unidos.

Foi o início de um desenvolvimento rápido, à medida que as pessoas começaram a se interessar por robótica. A General Motors foi a primeira a agir quando, em 1962, utilizou o braço robótico Unimate em sua linha de montagem de carros pela primeira vez. Em 1969, um braço robótico totalmente controlado por computador já estava operacional.

Mais empresas e nações entraram na disputa, e em 1973 o mundo já tinha várias versões comerciais de robôs de 6 eixos no Japão e na Alemanha.

A manufatura no mundo moderno é executada quase inteiramente por robôs industriais, e esse número deve aumentar ainda mais no futuro.

Parâmetros que Definem Braços Robóticos na Manufatura

Braços robóticos usados na manufatura são definidos por cerca de oito parâmetros, que incluem os seguintes.

Número de Eixos: Eixos são as partes responsáveis pelo movimento flexível do braço robótico. A maioria dos braços robóticos tem eixos variando de 2 ou mais. Quanto mais eixos, mais funcionalidades.
Envelope de Trabalho: É a região do espaço que o robô ocupa e pode abranger em sua extensão total.
Espaço de Trabalho: O espaço de trabalho é o espaço com o qual um braço robótico interage totalmente sem colidir com qualquer outro objeto.
Carga Útil (Payload): Refere-se ao peso máximo da carga que um braço robótico grande pode levantar sem quebrar.
Repetibilidade: É a capacidade de um braço robótico realizar as mesmas tarefas repetidamente sem comprometer velocidade ou precisão.
Controle de Movimento: São movimentos configurados para operar dentro de uma área definida no espaço de trabalho. O controle de movimento pode ser ajustado dependendo da tarefa.
Compliance (Flexibilidade): É a medida da distância total ou ângulo que uma junta do robô percorrerá quando atuada por uma força.
Acionamento (Drive): Refere-se à energia fornecida pelo motor para criar movimentos no braço robótico. Geralmente é configurado de forma sofisticada, usando engrenagens para criar um sistema harmonioso onde um movimento aciona o próximo.

Tipos de Braços Robóticos

De forma ampla, existem cerca de quatro tipos de braços robóticos amplamente utilizados em indústrias que usam robôs na manufatura. Eles incluem os seguintes.

Braço Robótico Gantry (Portal)

Os eixos deste braço robótico são coincidentes com um coordenador cartesiano e são usados como robô pick and place, robô de aplicação de selante, manuseio de máquinas e robô de solda MIG. O braço robótico gantry geralmente vem com três juntas prismáticas.

Braço Robótico Cilíndrico

Neste tipo de braço robótico, os eixos formam um sistema de coordenadas cilíndrico. O braço robótico cilíndrico é usado principalmente para tarefas de montagem robótica, como manuseio de ferramentas de máquina, soldagem e operação de máquinas de fundição sob pressão.

Braço Robótico Articulado

Um braço robótico articulado tem no mínimo 3 juntas rotativas. É usado principalmente em plantas de montagem no ajuste de máquinas. Também é utilizado como robô de solda a arco, para pintura por pulverização e fundição sob pressão.

Braços Robóticos Esféricos (Polares)

Não devem ser confundidos com braços robóticos cilíndricos. Os braços robóticos esféricos são o tipo que tem eixos formando o sistema de coordenadas polares. São usados como robôs de solda por pontos, robôs de manuseio de materiais, robôs de manuseio de máquinas, fundição sob pressão, em máquinas de ajuste e soldagem a gás.

Principais Usos de Braços Robóticos na Manufatura

Braços robóticos servem a várias funções na manufatura, incluindo as seguintes.

Visão Robótica

Visão robótica refere-se à consciência que um robô industrial tem ao trabalhar. Ele deve ser capaz de identificar o que precisa pegar e evitar colidir com outros objetos próximos. A visão robótica é uma tecnologia que torna tudo isso possível, utilizando sensores muito sofisticados capazes de julgar distâncias e velocidades de objetos em movimento para recalibrar os movimentos do braço robótico adequadamente.

Na ausência de visão robótica, um braço robótico não passa de uma máquina rígida que se move em um caminho predeterminado.

Processos de Soldagem Automatizados

Solda por pontos e solda a arco são os processos mais importantes na fabricação de carros e aeroespacial. É assim que carros e outras máquinas móveis são mantidos no lugar. Sistemas de soldagem robótica sozinhos representam mais de 50% de todas as funções para as quais braços robóticos são projetados no setor de manufatura. O trabalho envolve muito calor, o que pode não ser seguro para trabalhadores humanos, daí a preferência por braços robóticos para esta função.

Montagem

Indústrias de montagem como aeroespacial, automotiva e eletrônica envolvem muita junção de peças. Muitas vezes, as peças em questão são pesadas demais, e quando se confia em mão de obra humana, erros são inevitáveis.

Robôs de linha de montagem são projetados para lidar com o peso enquanto unem coisas com margens de erro mínimas. Sistemas de montagem robótica exigem velocidade e precisão, especialmente quando os itens envolvidos têm tudo a ver com o bem-estar das pessoas, como carros e equipamentos médicos.

Robô de Pintura Automático

Mãos humanas não conseguem produzir as texturas lisas e uniformes que um braço robótico alcança na pintura. Uma camada de tinta em um carro, por exemplo, faz mais do que adicionar apelo estético; também protege o carro do sol e outros elementos que podem levar à ferrugem de peças mecânicas. Portanto, o trabalho de pintura deve ser completo, e é aí que entra um robô de pintura.

Atendimento de Máquinas e Transferência de Peças

Quando se considera o tempo que as pessoas levam para descarregar matérias-primas para processamento antes de carregar tudo na linha de montagem, quando o produto final emerge do outro lado, muito tempo foi desperdiçado. Um robô de atendimento de máquinas lidará com todo o processo muito mais rápido e com mais precisão. Para que o processo de produção seja contínuo, tudo deve estar no lugar certo na hora certa.

Manuseio de Materiais

A automação pick and place faz parte da manufatura. Os materiais envolvidos podem ser pesados, representando perigo físico para as pessoas. A natureza repetitiva do trabalho e a velocidade necessária para a conclusão da tarefa tornam os robôs industriais perfeitos para este trabalho. Não é incomum encontrar braços robóticos movendo facilmente cargas de mais de uma tonelada pela fábrica. Isso exigiria muitas pessoas para ser realizado.

Por Que Braços Robóticos São Preferidos na Manufatura

O uso de braços robóticos ao longo dos anos tem aumentado, e isso não é acidente. Por mais que isso esteja colocando muitas pessoas fora de seus empregos, os benefícios que os fabricantes obtêm ao automatizar suas plantas superam quaisquer repercussões que possam vir em termos de processos judiciais e afins.

As seguintes são as principais razões pelas quais braços robóticos são preferidos na manufatura.

Segurança

Há menos acidentes na área de manufatura graças à redução de trabalhadores humanos e à presença de robôs industriais com visão robótica. Casos de empresas sendo processadas e forçadas a pagar grandes quantias a funcionários feridos acontecem desde que a revolução industrial se tornou a força motriz do mundo moderno.

A segurança em plantas de montagem deve melhorar ainda mais à medida que braços robóticos mais avançados entrarem em ação no futuro.

Velocidade

Satisfazer a demanda por produtos é difícil. As taxas de consumo ao redor do mundo estão superando a oferta, forçando muitos fabricantes a considerar novas maneiras de acelerar as coisas sem comprometer a qualidade. Um braço robótico de alta velocidade é a melhor solução para este problema. Sua capacidade de lidar com a tarefa para a qual foi projetado muito mais rápido é o que os torna uma adição tão valiosa à força de trabalho.

Esta é uma das muitas qualidades com as quais seres humanos não podem competir.

Consistência

Controle de qualidade é parte essencial da manufatura. Matérias-primas podem variar de dia para dia, mas um bom produtor deve ser capaz de equalizar as flutuações e produzir itens que consistentemente pontuem alto na escala de qualidade. Braços robóticos não têm problema em fazer coisas repetitivas, e essa é a principal razão pela qual conseguem realizar consistentemente sem qualquer variação perceptível na qualidade dos produtos finais.

Precisão

Onde robôs estão envolvidos na manufatura, há pouco ou nenhum espaço para erro. Os braços robóticos são pré-programados para completar a mesma tarefa repetidamente usando os mesmos procedimentos e aderindo aos mesmos passos. Este nível de precisão e foco é a razão por trás da produção de produtos idênticos em peso, embalagem e qualidade. Algo que os consumidores realmente apreciam.

Produtividade Aumentada

Quando você combina segurança, velocidade, consistência e precisão, obtém produtividade aumentada. Braços robóticos, ao contrário de trabalhadores humanos que precisam de pausas e sono, podem trabalhar sem quebrar o ritmo por dias sem supervisão. São capazes de realizar trabalho destinado a várias pessoas por vários dias em poucas horas. Isso deu a muitos fabricantes a capacidade de acompanhar a demanda.

Funções Delicadas

Quando se trata de eletrônica ou indústrias médica e farmacêutica, os fabricantes não podem se dar ao luxo de fazer produtos defeituosos, pois sua reputação e a vida das pessoas que usarão esses produtos estão em jogo. Peças delicadas como sensores em componentes elétricos ou instrumentos médicos miniaturizados não podem ser fabricados por mãos humanas. Apenas braços robóticos altamente especializados podem realizar o trabalho.

Flexibilidade

O maior benefício que as fábricas obtêm dos robôs é sua flexibilidade. Por mais que possam ser especializados, nada impede os fabricantes de reprogramar e redirecionar um robô para outra função. Isso significa que não há redundância envolvida; um robô pode ser usado para todas as funções dentro de uma fábrica antes de atingir o fim de sua vida útil, o que pode levar anos e anos.

São Colaborativos

Em áreas que ainda precisam de mão de obra humana, formas foram encontradas para permitir que pessoas trabalhem junto com robôs. Os robôs industriais que se enquadram nesta categoria são chamados robôs colaborativos, e descobriu-se que melhoram significativamente a taxa de trabalho entre os trabalhadores. Robôs colaborativos são a solução para o medo crescente na população de que robôs estão aqui para tirar seus empregos. Humanos ainda têm um papel a desempenhar em um mundo automatizado.

Fabricantes Não Têm Escolha

Da mesma forma que o mundo não teve outra escolha senão mudar de cavalos para carros há um século e meio, os fabricantes de hoje não têm outra escolha senão abraçar sistemas de automação robótica. Na verdade, é suicídio econômico não automatizar a manufatura, porque você não conseguirá acompanhar sua concorrência.

Top 5 Fabricantes de Braços Robóticos

A corrida para dominar o setor de robótica industrial está apenas esquentando. Isso não apenas impulsionou sua produção, mas as coisas que esses braços robóticos podem fazer estão sendo expandidas todos os dias. Alguns dos fabricantes de braços robóticos no centro deste crescimento incluem os seguintes.

EVS

A EVS é uma fabricante de robôs industriais na China especializada na criação de uma ampla variedade de robôs industriais usados mundialmente em diferentes setores. Seus braços robóticos industriais podem lidar com cargas úteis de 3 kg até 800 kg, e incluem robôs de 6 eixos como SCARA, delta, robôs à prova de explosão e uma série de outros tipos.

Seus braços robóticos típicos são usados como braço robótico paletizador, para soldagem, perfuração, corte, paletização, pick and place, atendimento de máquinas e manuseio.

FANUC Corporation

A FANUC está entre os gigantes da robótica mundial. A empresa cria soluções de automação desde 1956 no Japão e foi uma das primeiras fabricantes de robôs a projetar com sucesso o mecanismo SERVO. Parte de sua linha de montagem inclui robô SCARA, delta, gantry e robôs colaborativos. Robôs FANUC são altamente avaliados no setor de manufatura e são mais conhecidos por seus exteriores amarelos.

ABB

No momento da redação, a ABB completou mais de 400.000 instalações robóticas em todo o mundo em indústrias de manufatura. A empresa possui um dos catálogos mais extensos de robôs, além de um departamento especial que lida com personalização. Como marca, a ABB existe há mais de um século, e graças a isso, conseguiu refinar sua produção para envolver alguns dos braços robóticos de fábrica mais avançados que você encontrará.

EPSON Robots

A EPSON é geralmente associada a eletrônicos e é famosa mundialmente por suas impressoras, especialmente. No entanto, a marca também atua em robôs industriais altamente avançados e faz isso há bastante tempo. O ramo robótico da EPSON foi criado como resultado da Seiko precisar de robôs para suas fábricas de relógios, e em vez de terceirizar, a Seiko decidiu investir internamente e a EPSON Robotics nasceu.

Robôs SCARA de baixo custo da EPSON estão entre os melhores da indústria. Também fabricam robôs articulados e cartesianos.

KUKA

Com sede em Augsburg, a KUKA é uma das maiores fabricantes da Europa, com vendas totais superiores a EUR 3,2 bilhões. A empresa emprega mais de 14.000 pessoas em suas muitas filiais espalhadas por diferentes partes do planeta. Robôs KUKA são alguns dos robôs na manufatura automotiva mais utilizados, a maior indústria da Alemanha.

Riscos de Robôs Industriais: Como Manter as Pessoas Seguras

Por mais que acidentes tenham drasticamente diminuído devido ao uso de robôs avançados na manufatura, o perigo ainda existe. Robôs não são humanos, e ainda há um longo caminho antes de serem considerados totalmente autônomos.

Para melhorar ainda mais as condições de trabalho, as seguintes são maneiras de minimizar os riscos de robôs industriais.

Use Robôs Autoaprendizes

Robôs autoaprendizes são o tipo que continua se aprimorando em vez de ficar preso ao código pré-programado que os executa. Eles são capazes de observar o ambiente e se adaptar organicamente a novos trabalhos e situações. Este monitoramento do entorno os torna mais seguros para estar perto de outros robôs e pessoas, pois priorizam a segurança.

O desenvolvimento deste tipo de robô é caro no momento, mas com o tempo, poderão se tornar as opções padrão de operação no setor de manufatura.

Inspeções Regulares

Inspeção regular de braços robóticos e outras partes é essencial, pois é a única maneira de detectar precocemente qualquer dano que possa causar acidentes. Robôs industriais ainda não possuem autodiagnóstico. Portanto, dependem de pessoas para manutenção; caso contrário, continuariam trabalhando até quebrarem. Um braço robótico defeituoso carrega o risco não apenas de comprometer o trabalho, mas coloca qualquer pessoa trabalhando perto dele em perigo de ferimentos físicos.

Atualização de Software

Verificação de reparos e substituição de peças danificadas devem ser acompanhadas de atualizações de software. Quando se fala em avanço robótico, fala-se mais em atualizações de software. Quando você melhora o programa que comanda o robô, melhora tudo o mais. Um programa rodando suavemente carrega menos risco de corrupção ou quebra, o que pode fazer um robô ficar fora de controle e ferir outras pessoas.

Educação em Segurança

Ter pessoas e robôs trabalhando juntos não é difícil, mas a educação em segurança é importante. Trabalhadores humanos devem ser devidamente treinados para garantir que sua própria segurança não seja comprometida no decorrer do trabalho. Ao contrário de robôs, humanos se cansam, e isso pode afetar sua concentração. É por isso que muitas fábricas têm diretrizes muito rígidas afixadas nas paredes como lembrete constante para as pessoas estarem alertas o tempo todo.

Projetando Estaçōes de Trabalho para Robôs

A maneira mais eficaz de garantir a segurança é através do projeto de estações de trabalho especiais para os robôs, separadas de onde os trabalhadores humanos estão. Isso não apenas eliminará qualquer contato entre os dois lados, mas dará ao robô o espaço necessário para lidar com seu trabalho sem ter que evitar colisões.

Prevenir Acesso Não Autorizado

Robôs industriais são máquinas sofisticadas com muitas partes móveis e tecnologia cara em jogo. Por esta razão, devem ser manuseados apenas por técnicos qualificados. Permitir que qualquer um comece a mexer nos robôs pode reconfigurar a forma como operam, e isso não é seguro para o ambiente de trabalho. Qualquer pessoa não envolvida na instalação e manutenção direta dos robôs nunca deve ser permitida perto deles.

Questões Emergentes no Uso de Braços Robóticos na Manufatura

Automatizar a manufatura tem seus próprios desafios que têm retardado a integração total de robôs no local de trabalho. Alguns dos desafios incluem os seguintes.

O Custo

Foi mencionado várias vezes que automatizar ajuda a reduzir o custo de manufatura, mas essa é uma avaliação de longo prazo. O custo inicial de automatizar a manufatura pode falir uma empresa antes mesmo de as operações começarem. Robôs industriais não são baratos; o custo de um único robô de solda à venda é cerca de $40.000, isso antes de adicionar o custo de manutenção. É alto demais para a maioria das empresas.

Lacunas de Habilidades

A falta de especialistas em robótica no campo está impactando negativamente a manufatura automatizada. Apesar do uso de robôs em fábricas ser antigo, a escassez de técnicos e programadores nunca foi suficientemente endereçada, e à medida que mais plantas recorrem a robôs, eventualmente se veem presas com poucas pessoas qualificadas o suficiente para lidar e manter as máquinas. Isso pode levar algumas fábricas a cessar temporariamente a produção.

Leva Tempo Para Configurá-los

Colocar os robôs em posição para trabalhar é uma coisa; fazê-los funcionar em níveis ótimos é outra montanha. Ao contrário de outras máquinas, robôs industriais precisam ser calibrados e ajustados para a tarefa para a qual foram projetados. Isso pode levar meses de ajustes e mudanças, sem mencionar o treinamento em robótica industrial necessário para que os trabalhadores possam interagir com eles. Isso pode acabar sendo uma grande perda a longo prazo.

Sabotagem

Casos de trabalhadores descontentes desligando robôs no meio do processo são muito comuns. Com robôs assumindo a maior parte do trabalho, as pessoas sentem que estão prestes a perder suas únicas fontes de sustento. Isso levou muitas empresas a perder muito dinheiro em reparos causados por sabotagem deliberada.

Conclusão

O uso de braços robóticos na manufatura deve continuar crescendo ao redor do mundo. O lado positivo no horizonte é que, à medida que fabricantes de robôs entram na indústria, o custo destes robôs cairá o suficiente para que até as menores fábricas possam adquiri-los. Em algum momento no futuro, será mais fácil encontrar um braço robótico de baixo custo online ou até em um mercado público.

Se iniciar uma empresa de braços robóticos é algo que você sempre considerou explorar, então você será bem servido conversando com especialistas em robôs industriais. Sinta-se à vontade para entrar em contato conosco, e abordaremos todas as perguntas que você possa ter sobre robôs industriais que temos.