Usando Robôs para Automatizar Produção de Plásticos Artesanais em Pequenos Lotes

É possível automatizar um produto artesanal?

Quando pensamos em produtos artesanais, frequentemente imaginamos itens customizados, altamente intrincados onde cada peça é necessariamente única. No entanto, muitos produtos são artesanais apenas porque os números de produção não são altos o suficiente para justificar automação completa.

Neste estudo de caso, mostramos como um grupo de pesquisadores em plásticos industriais usou um robô e o RoboDK para automatizar um processo de manufatura em pequenos lotes.

O problema com muitas formas de automação é que exigem um processo consistente rodando em alta vazão. Sem isso, muitas vezes não faz sentido investir em automação pois você não pode ter confiança de que alcançará retorno sobre investimento.

Quando você tem um projeto de lote menor, pode se perguntar se é mesmo possível automatizar.

Este é o problema que um grupo de pesquisadores em plásticos industriais abordou com seu último projeto de robótica. Eles buscavam uma maneira pequena e custo-efetiva de automatizar a etapa de montagem de brinquedos hula-hoop plásticos.

Apresentando… ATS2i

Os pesquisadores da empresa francesa "Applications Thermoplastiques et Solutions Industrielles Innovantes" (ATS2i) realizaram este projeto. Foi liderado pelo engenheiro Alexandre Temporel, que trabalha em plásticos industriais há mais de 15 anos.

A empresa é especializada no design e engenharia de projetos industriais inovadores, com expertise específica na indústria de plásticos. Incorporam uma gama diversificada de tecnologias de manufatura, incluindo impressão 3D, usinagem e CNC.

A ATS2i olha projetos por todo o ciclo de vida de projetos industriais, desde pesquisa e desenvolvimento e estudos de viabilidade até design e prototipagem.

Parte de seu escopo como empresa é ajudar outros a modernizar suas máquinas industriais existentes através de automação avançada.

É aqui que seu projeto de robótica de hula-hoop entra.

O Projeto: Produção de Hula-Hoop

O projeto em questão envolveu a produção de brinquedos hula-hoop plásticos. Este é um bom exemplo de tarefa que geralmente é realizada à mão em muitas situações quando tamanhos de lote pequenos são requeridos.

A equipe da ATS2i criou sua configuração como um teste para ver se robótica poderia ser usada para automatizar facilmente a etapa de montagem da produção de hula-hoop.

O Que São Hula-Hoops?

Se você não está familiarizado com brinquedos hula-hoop, aqui está um resumo…

Hula-hoops têm sido usados como brinquedos há mais de 2.500 anos. Para usar o aro, você o gira em torno da cintura, membros ou pescoço. Crianças usam para jogos e adultos como forma de exercício ou entretenimento. Embora hula-hoops tenham longa história, eles aumentaram significativamente em popularidade nos anos 1950.

A maioria dos hula-hoops modernos são feitos de tubos plásticos, embora tradicionalmente fossem feitos de salgueiro, bambu ou grama rígida.

A Complexidade de Fabricar um Hula-Hoop

Como peça de engenharia, hula-hoops são muito simples de fazer. O tubo plástico é dobrado em um círculo e as pontas são unidas, geralmente inserindo um pino de união de duas pontas.

Embora sejam simples de produzir, hula-hoops nem sempre são fabricados em alto volume. Diferente das versões produzidas em massa, fabricantes artesanais menores produzem em pequenos lotes.

A tarefa de conectar as pontas dos aros é uma boa candidata para automação.

É um bom exemplo de tarefa frequentemente requerida em outras áreas de manufatura de plásticos.

A Aplicação Robótica: Montagem de Hula-Hoop

O projeto da equipe envolveu um uso simples de robô colaborativo. Como resultado, a equipe realizou a tarefa na oficina sem necessidade de medidas extras de segurança como cercas ou sensores de segurança.

A configuração e processo de manufatura foram razoavelmente diretos.

A Configuração Robótica

A configuração consistia no seguinte:

• Um robô colaborativo Universal Robots UR5.
• Um gripper OnRobot.
• RoboDK para programação do robô.
• Um curvador de rolo (roll bender) para dobrar os tubos plásticos.

A equipe integrou estes componentes em uma única célula robótica que ocupava apenas o espaço de uma bancada.

O Processo de Manufatura

O processo para criar um hula-hoop envolveu aspectos de machine tending (para atender o curvador de rolo) e montagem.

As etapas foram as seguintes:

1. Pegar e dobrar o tubo no curvador de rolo, assegurando uma protrusão de 1.5 mm.
2. Alinhar as pontas.
3. Inserir o vidro aquecido, útil para derreter as pontas do tubo plástico.
4. Pressionar as pontas do tubo juntas, fixando-as.
5. Esperar o plástico esfriar antes de removê-lo da máquina.

Programando o Robô com RoboDK

Alexandre Temporel e sua equipe decidiram usar o RoboDK para programar o robô. O software é compatível out-of-the-box com robôs UR e útil para tarefas como esta.

Eles primeiro criaram a configuração dentro do software. Com a capacidade do RoboDK de adicionar facilmente modelos 3D, eles também puderam adicionar um modelo do curvador de rolo. Isso facilitou alinhar o robô corretamente com a máquina.

Dada a natureza flexível dos tubos plásticos, decidiram que fazia sentido não simular os hula-hoops no software. Isso apenas adicionaria complexidade à simulação e era desnecessário para criar um bom programa.

Você pode ver os resultados do trabalho deles neste vídeo:

Como Extrair Lições Disso para Sua Própria Aplicação

Existem muitas maneiras de utilizar robótica em seu processo que não exigem que você vá all-out e automatize tudo.

Este estudo de caso da ATS2i é um bom exemplo de aplicação fácil de implantar e que alivia uma tarefa repetitiva para manufatura em pequenos lotes.

Você poderia até argumentar que o produto permanece essencialmente artesanal pois o robô está fazendo o mesmo trabalho que o humano faria nas mesmas circunstâncias — ou seja, atendendo o curvador de rolo.

Qual tarefa de pequeno lote você gostaria de automatizar? Conte nos comentários abaixo ou participe da discussão no LinkedIn, Twitter, Facebook, Instagram ou no Fórum RoboDK.