Revolucionando Lixamento e Polimento Robótico: Tecnologia de Abrasão de Material com Sensoriamento de Força para Precisão

Sem tecnologia de sensoriamento de força, aplicações de polimento e lixamento não podem ser desenvolvidas. (Imagem: Flexiv)

O cenário de manufatura está passando por transformação, impulsionado pela necessidade de tecnologia inovadora, eficiente e precisa que possa substituir efetivamente o trabalho manual caro. Este artigo examina avanços na tecnologia de abrasão de material da Flexiv, focando especificamente em aplicações de lixamento e polimento e a utilidade da tecnologia de controle de força.

O Herói Invisível: Sensores de Força Precisos e Duráveis

Uma das características que capacitam o processo automatizado de abrasão de material são os sensores de força. Tipicamente integrados em ferramentas de lixamento de extremidade de braço em robôs colaborativos tradicionais, eles fornecem ao robô a capacidade de sentir a superfície com a qual interage e ajustar a força que impacta a peça de trabalho.

Robôs adaptativos usam a mesma tecnologia básica, mas em vez de usar apenas sensor de força na extremidade do braço, usam sensores de torque precisos embutidos em cada um dos sete graus de liberdade de um robô adaptativo, junto com sensor de força na extremidade do braço. Esta configuração permite processamento de dados de força de múltiplas entradas, oferecendo compreensão mais detalhada e nuançada de como a ferramenta de extremidade de braço interage com a peça de trabalho.

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

• Estabilidade e Precisão: Resistência ao desvio térmico proporciona precisão aprimorada.

• Durabilidade: Projetados para acomodar milhões de ciclos de sobrecarga, os sensores estão prontos para a indústria.

Comparados a transdutores de extensômetro convencionais, estas características críticas garantem desempenho confiável, mesmo diante de flutuações de contração e expansão térmica que extensômetros tradicionais acham desafiador acomodar.

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

Flexibilidade Liberada: Design de Sete Juntas

Com controle de força direto, não há necessidade de instalar dispositivos de conformidade passivos ou adicionais entre a flange do robô e as lixadeiras/esmeris. Isso torna toda a solução de lixamento mais leve, mais confiável, mais compacta e custo-eficiente. (Imagem: Flexiv)

Robôs devem ser tão flexíveis e adaptáveis quanto humanos para substituir trabalho manual efetivamente. O braço humano é uma maravilha evolutiva com sete pontos de articulação, e é por isso que robôs adaptativos comumente incluem sete graus de liberdade (GDL). Comparado aos seis GDL de robôs colaborativos tradicionais, esta dimensão extra de movimento fornece flexibilidade e manobrabilidade aprimoradas em ambientes operacionais complexos.

Com cada junta possuindo seu próprio sensor de torque, o robô tem controle preciso sobre cada GDL, aprimorando 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 otimizando configurações de juntas. Com a ajuda do GDL extra, o robô pode usar a configuração de 'junta' mais eficiente para alcançar a melhor resposta e precisão de controle de força possível.

Para ilustrar a importância de articulação e sensibilidade, imagine lixar uma peça de madeira à mão; os movimentos coordenados de seu pulso, cotovelo e ombro, em conjunto com seu feedback tátil, são fundamentais para o processo de lixamento. Se você tentasse lixar com luvas grossas ou com cotovelo imobilizado, a tarefa se tornaria incrivelmente difícil e demorada.

Conformidade omnidirecional também é crucial, especialmente com equipamentos como lixadeiras de cinta onde o robô segura a peça contra ela. Para manter contato contínuo entre a peça e a lixadeira de cinta, o robô deve constantemente mudar sua direção de força durante o processo abrasivo. (Imagem: Flexiv)

Em essência, ao incluir um sétimo grau de liberdade em tarefas de abrasão de material, o processo não apenas se torna mais fácil de conformar, mas também cinematicamente mais eficiente, com nível aumentado de precisão.

Revolucionando Precisão com Controle de Força Direto

Central para o processo de abrasão de material está a implementação de controle de força direto. Este método transforma instantaneamente comandos de força em comandos de torque de junta, gerando tempos de resposta muito mais rápidos a mudanças de força. Este método substitui o controle de força indireto frequentemente usado por robôs colaborativos, onde a força é convertida em comandos de velocidade de junta e subsequentemente em comandos de torque ou corrente de junta.

Ao pular estas etapas intermediárias, um robô adaptativo pode diminuir significativamente a rigidez na direção da força, aprimorando muito a precisão do controle de força. Esta melhoria é crucial em tarefas de lixamento e polimento fino, onde manter controle meticuloso de força é imperativo para alcançar acabamento de superfície superior.

Com controle de força direto, não há necessidade de instalar dispositivos de conformidade passivos ou ativos adicionais entre a flange do robô e as lixadeiras/esmeris. Isso torna toda a solução de lixamento mais leve, mais confiável, mais compacta e custo-eficiente.

A Vantagem da Conformidade Omnidirecional

Conformidade omnidirecional equipa robôs adaptativos com capacidade de controlar forças em todas as direções no espaço cartesiano. Isso representa aprimoramento sobre soluções tradicionais que só gerenciavam força em direções axial ou radial.

Soluções robóticas tradicionais são limitadas neste aspecto devido à sua dependência de dispositivos de conformidade. Suas limitações inerentes de design os confinam a produzir movimentos lineares ou rotacionais ao longo ou em torno de eixos específicos. Embora esta tecnologia tradicional ainda possa ser usada para tarefas abrasivas básicas, controle de força multidirecional é frequentemente necessário na manufatura real.

Conformidade omnidirecional é vital para tarefas complexas de abrasão de material requerendo controle de força simultâneo em múltiplas direções. Se imaginarmos um robô lixando objeto com curvas complexas e superfícies irregulares, deve haver mais que meramente 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 esta conformidade omnidirecional podem definir precisamente adaptabilidade de força em qualquer referencial de Ponto Central de Ferramenta (TCP). Esta capacidade permite ajuste dinâmico da força exercida, relativa ao efetor final do robô, aprimorando versatilidade em tarefas complexas.

Redução de vibração é essencial para tarefas de abrasão de material. Vibrações excessivas podem danificar peças de trabalho e encurtar significativamente a vida útil operacional de sistemas mecânicos, especialmente em aplicações de alta vibração como esmerilhamento. (Imagem: Flexiv)

Conformidade omnidirecional também é crucial, especialmente com equipamentos como lixadeiras de cinta onde o robô segura a peça contra ela. Para manter contato contínuo entre a peça e a lixadeira de cinta, o robô deve constantemente mudar sua direção de força durante o processo abrasivo. Para isso, um TCP externo pode ser definido em relação à lixadeira, resultando em direção de conformidade consistente, mesmo com mudança de pose do robô durante operação.

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

Ângulo de Contato e Seguimento de Contorno

Ângulos de contato programáveis permitem que operadores definam a força média exercida em uma superfície diretamente, melhoria sobre métodos convencionais onde o ângulo de contato afeta a força. Isso tem implicações significativas para tarefas industriais de esmerilhamento, permitindo variar ângulos de contato ao longo do caminho de esmerilhamento sem alterar configurações de controle de força, mantendo pressão consistente.

Seguimento de contorno, outro avanço alavancando conformidade omnidirecional, contrasta com sistemas tradicionais que lutam para manter força constante contra formas irregulares. Rastreamento de contorno permite ajustes automáticos em tempo real da direção da força, garantindo exercício consistente, independentemente de contornos de superfície ou movimentos do robô.

Estes recursos duplos aumentam a qualidade de saída da tarefa de abrasão de material e reduzem tempo necessário para ajuste de trajetória. Simplificando, ângulo de contato e seguimento de contorno podem reduzir tempo de implantação de horas para minutos. Isso facilita o processo de implantação e minimiza necessidade de ajustes constantes, permitindo peças de trabalho serem completadas mais rápido e com padrão mais alto que antes.

Durabilidade Aprimorada com Redução de Vibração

Redução de vibração é essencial para tarefas de abrasão de material. Vibrações excessivas podem danificar peças de trabalho e encurtar significativamente a vida útil operacional de sistemas mecânicos, especialmente em aplicações de alta vibração como esmerilhamento.

A Flexiv aborda esta questão reduzindo vibrações em aproximadamente 25-50% através de controle de torque de junta. Isso não apenas estende a vida útil operacional do equipamento usado pelo robô, mas também aprimora a qualidade geral da peça de trabalho eliminando os 'redemoinhos e turbilhões' nas superfícies que vibração pode causar durante o processo de remoção de material.

Perspectivas Futuras

O campo da robótica está avançando rapidamente, e desenvolvimentos recentes em robótica adaptativa permitiram criar soluções inovadoras que eram simplesmente impossíveis com tecnologia robótica colaborativa tradicional.

A abrasão de material robótica ainda apresenta desafios formidáveis; porém, controle de força direto, conformidade omnidirecional e redução de vibração tornam soluções eficazes viáveis e práticas.

Ser capaz de sentir com mais precisão que antes abre nova gama de possibilidades de automação. Quando acoplamos isso com plataformas como o sistema de inteligência artificial NOEMA, praticamente não há limites para quais processos podem ser automatizados.

Automação de abrasão de material está evoluindo em tandem com avanços em hardware e soluções de software inteligente, marcando mudança das abordagens tradicionais intensivas em mão de obra e métodos de execução comuns apenas alguns anos atrás.

Olhando para o futuro, a abrasão de material automatizada pode se tornar tão comum quanto aparafusamento automatizado ou aplicações pick-and-place.

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