Revolucionando o lixamento e polimento robótico:tecnologia de abrasão de materiais com detecção de força para precisão

Sem a tecnologia de detecção de força, as aplicações de polimento e lixamento não podem ser desenvolvidas. (Imagem:Flexiv)
O panorama da produção está a passar por uma transformação, impulsionado pela necessidade de tecnologia inovadora, eficiente e precisa que possa substituir eficazmente o dispendioso trabalho manual. Este artigo examina os avanços na tecnologia de abrasão de materiais Flexiv, com foco específico em aplicações de lixamento e polimento e na utilidade da tecnologia de controle de força.

O herói invisível:sensores de força precisos e duráveis

Um dos recursos marcantes que capacita o processo automatizado de abrasão de materiais são os sensores de força. Normalmente integrados em ferramentas de lixamento de ponta em robôs colaborativos tradicionais, eles fornecem ao robô a capacidade de sentir a superfície com a qual está interagindo e ajustar a força que impacta na peça de trabalho de acordo.

Os robôs adaptativos utilizam a mesma tecnologia básica, mas em vez de utilizarem apenas um sensor de força na extremidade do braço, utilizam sensores de torque precisos que estão incorporados em cada um dos sete graus de liberdade de um robô adaptativo, juntamente com um sensor de força na extremidade do braço. Esta configuração permite o processamento de dados de força de múltiplas entradas, oferecendo uma compreensão mais detalhada e diferenciada de como a ferramenta de ponta de braço está interagindo com a peça de trabalho.

Isto só é possível graças ao desenvolvimento de uma tecnologia proprietária de detecção de deslocamento que fornece aos operadores de robôs adaptativos duas vantagens essenciais:

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  Estabilidade e precisão:A resistência à deriva térmica proporciona maior precisão.
  
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  Durabilidade:Projetados para acomodar milhões de ciclos de sobrecarga, os sensores estão prontos para a indústria.
  

Em comparação com transdutores de strain gage convencionais, essas características críticas garantem um desempenho confiável, mesmo quando confrontados com flutuações de contração e expansão térmica que os medidores tradicionais consideram difícil de acomodar.

Sem a tecnologia de detecção de força, as aplicações de polimento e lixamento não podem ser desenvolvidas. Saber quanta força aplicar a um objeto é fundamental, assim como acomodar variações de superfícies côncavas e convexas.

Flexibilidade liberada:o design de sete juntas

Com o controle direto de força, não há necessidade de instalar dispositivos de conformidade passivos ou ativos adicionais entre o flange do robô e as lixadeiras/esmerilhadeiras. Isto torna toda a solução de lixamento mais leve, mais confiável, mais compacta e econômica. (Imagem:Flexiv)
Os robôs devem ser tão flexíveis e adaptáveis quanto os humanos para substituir eficazmente o trabalho manual. O braço humano é uma maravilha evolutiva com sete pontos de articulação, e é por isso que os robôs adaptativos geralmente incluem sete graus de liberdade (DOF). Quando comparada aos seis DOF ​​de um robô colaborativo tradicional, esta dimensão extra de movimento proporciona maior flexibilidade e capacidade de manobra em ambientes operacionais complexos.

Com cada junta apresentando seu próprio sensor de torque, o robô recebe controle preciso sobre cada DOF, melhorando a precisão geral de suas operações. Esta precisão é vital, especialmente em aplicações como lixamento.

O desempenho do controle de força também pode ser melhorado através da otimização das configurações das articulações. Com a ajuda do DOF extra, o robô pode usar a configuração de “junta” mais eficiente para obter a melhor resposta e precisão de controle de força possíveis.

Para ilustrar a importância da articulação e da sensibilidade, imagine lixar manualmente um pedaço de madeira; os movimentos coordenados do pulso, cotovelo e ombro, em conjunto com o feedback tátil, são fundamentais para o processo de lixamento. Se você tentasse lixar com luvas grossas ou com o cotovelo imobilizado, a tarefa se tornaria incrivelmente difícil e demorada.
A conformidade omnidirecional também é crucial, especialmente com equipamentos como lixadeiras de cinta, onde o robô segura a peça. Para manter o contato contínuo entre a peça de trabalho e a lixadeira de cinta, o robô deve mudar constantemente a direção da força durante o processo abrasivo. (Imagem:Flexiv)
Em essência, ao incluir um sétimo grau de liberdade nas tarefas de abrasão de materiais, o processo torna-se não apenas mais fácil de adaptar, mas também cinematicamente mais eficiente, com um maior nível de precisão.

Revolucionando a precisão com controle direto de força

Central para o processo de abrasão do material é a implementação do controle direto de força. Este método transforma instantaneamente comandos de força em comandos de torque articulares, proporcionando tempos de resposta muito mais rápidos para forçar mudanças. Este método substitui o controle indireto de força frequentemente usado por robôs colaborativos, onde a força é convertida em comandos de velocidade conjunta e posteriormente em torque articular ou comandos de corrente.

Ao pular essas etapas intermediárias, um robô adaptativo pode diminuir significativamente a rigidez na direção da força, aumentando assim bastante a precisão do controle de força. Esta melhoria é fundamental em tarefas de lixamento fino e polimento, onde a manutenção de um controle meticuloso da força é fundamental para obter um acabamento superficial superior.

Com o controle direto de força, não há necessidade de instalar dispositivos de conformidade passivos ou ativos adicionais entre o flange do robô e as lixadeiras/esmerilhadeiras. Isto torna toda a solução de lixamento mais leve, mais confiável, mais compacta e econômica.

A vantagem da conformidade omnidirecional

A conformidade omnidirecional equipa os robôs adaptativos com a capacidade de controlar forças em todas as direções dentro do espaço cartesiano. Isto representa um aprimoramento em relação às soluções tradicionais que só podiam gerenciar a força nas direções axial ou radial.

As soluções robóticas tradicionais são limitadas neste aspecto devido à sua dependência de dispositivos de conformidade. Suas limitações inerentes ao projeto os limitam à produção de movimentos lineares ou rotacionais ao longo ou em torno de eixos específicos. Embora esta tecnologia tradicional ainda possa ser usada para tarefas abrasivas básicas, o controle de força multidirecional é frequentemente necessário na fabricação no mundo real.

A conformidade omnidirecional é vital para tarefas complexas de abrasão de materiais que exigem controle simultâneo de força em múltiplas direções. Se imaginarmos um robô lixando um objeto com curvas complexas e superfícies irregulares, deve haver mais do que apenas controle de força axial ou radial. Formas complexas requerem destreza no controle de força em todas as direções no espaço cartesiano tridimensional.

Robôs equipados com essa conformidade omnidirecional podem definir com precisão a adaptabilidade de força em qualquer estrutura de Tool Center Point (TCP). Esta capacidade permite o ajuste dinâmico da força exercida, em relação ao efetor final do robô, aumentando a versatilidade em tarefas complexas.
A redução da vibração é essencial para tarefas de abrasão de materiais. O excesso de vibrações pode danificar as peças e reduzir significativamente a vida útil operacional dos sistemas mecânicos, especialmente em aplicações de alta vibração, como retificação. (Imagem:Flexiv)
A conformidade omnidirecional também é crucial, especialmente com equipamentos como lixadeiras de cinta, onde o robô segura a peça. Para manter o contato contínuo entre a peça de trabalho e a lixadeira de cinta, o robô deve mudar constantemente a direção da força durante o processo abrasivo. Para conseguir isso, um TCP externo pode ser definido em relação à lixadeira, resultando em uma direção de conformidade consistente, mesmo quando a pose do robô muda durante a operação.

A conformidade omnidirecional é uma ferramenta poderosa que amplia a gama de tarefas de abrasão de materiais que um robô pode realizar. A integração do controle avançado de força com conformidade omnidirecional não apenas aumenta a flexibilidade, mas também agiliza o processo de calibração e ajuste fino, reduzindo o tempo e o esforço necessários durante a implantação e o ajuste fino.

Ângulo de contato e seguimento de contorno

Os ângulos de contato programáveis permitem que os operadores definam diretamente a força média exercida sobre uma superfície, uma melhoria em relação aos métodos convencionais onde o ângulo de contato afeta a força. Isto tem implicações significativas para tarefas de retificação industrial, permitindo que os operadores variem os ângulos de contato ao longo do caminho de retificação sem alterar as configurações de controle de força, mantendo assim uma pressão consistente.

O acompanhamento de contornos, outro avanço que aproveita a conformidade omnidirecional, contrasta com os sistemas tradicionais que lutam para manter a força constante contra formas irregulares. O rastreamento de contorno permite ajustes automáticos em tempo real para a direção da força, garantindo um esforço consistente, independentemente dos contornos da superfície ou dos movimentos do robô.

Esses recursos duplos aumentam a qualidade de saída da tarefa de abrasão do material e reduzem o tempo necessário para o ajuste da trajetória. Simplificando, o ângulo de contato e o acompanhamento do contorno podem reduzir o tempo de implantação de horas para minutos. Isto facilita o processo de implantação e minimiza a necessidade de ajustes constantes, permitindo que as peças sejam concluídas mais rapidamente e com um padrão mais elevado do que era possível anteriormente.

Durabilidade aprimorada com redução de vibração

A redução da vibração é essencial para tarefas de abrasão de materiais. O excesso de vibrações pode danificar as peças e reduzir significativamente a vida útil operacional dos sistemas mecânicos, especialmente em aplicações de alta vibração, como retificação.

A Flexiv aborda esse problema reduzindo as vibrações em aproximadamente 25 a 50 por cento por meio do controle de torque das juntas. Isto não só prolonga a vida útil operacional do equipamento usado pelo robô, mas também melhora a qualidade geral da peça, eliminando os “redemoinhos e turbilhões” nas superfícies que a vibração pode causar durante o processo de remoção de material.

Perspectivas Futuras

O campo da robótica está avançando rapidamente e os recentes desenvolvimentos na robótica adaptativa permitiram a criação de soluções inovadoras que eram simplesmente impossíveis com a tecnologia robótica colaborativa tradicional.

A abrasão robótica de materiais ainda apresenta desafios formidáveis; entretanto, o controle direto da força, a conformidade omnidirecional e a redução da vibração tornam soluções eficazes viáveis ​​e práticas.

Ser capaz de detectar com mais precisão do que era possível anteriormente abre uma nova gama de possibilidades de automação. Quando aliamos isso a plataformas como o sistema de inteligência artificial NOEMA, praticamente não há limites para quais processos podem ser automatizados.

A automação da abrasão de materiais está evoluindo junto com os avanços em soluções de hardware e software inteligentes, marcando uma mudança nas abordagens e métodos de execução tradicionais de mão-de-obra intensiva que eram comuns apenas alguns anos atrás.

Olhando para o futuro, a abrasão automatizada de materiais poderá se tornar tão comum quanto a fixação automatizada de parafusos ou aplicações de coleta e colocação.

Este artigo foi escrito por Ran Xu, Gerente de Engenharia Robótica, Flexiv Robotics (Santa Clara, CA). Para mais informações, acesse aqui  .