Navegando o Futuro da Robótica na Manufatura: Tendências e Oportunidades

A robótica de manufatura está, até certo ponto, seguindo um caminho semelhante de avanços ao da usinagem e sistemas de automação fixa. Embora o ROI seja mais facilmente medido em eficiência e economia de custos, os fabricantes buscam tecnologia robótica para ajudá-los a resolver um ponto de dor em sua operação ou criar novas oportunidades. Pode ser para conectar processos de forma mais eficiente ou eliminar a necessidade de terceirizar uma ou duas funções específicas.

O caminho de crescimento para pequenos e médios fabricantes (PMMs) com robótica está, portanto, cada vez mais focado em aplicações e capacidades adicionadas, não apenas em eficiência e melhoria contínua. A chave para aumentar a adoção de robótica em PMMs é tornar os robôs mais fáceis de usar e reutilizar.

Em essência, a adoção depende de robôs terem mais destreza e autocontrole semelhantes aos humanos.

Laboratórios do NIST Têm Projetos para Tornar Robôs Mais Fáceis de Usar

Cientistas e engenheiros dos Laboratórios do NIST estão trabalhando para fechar uma lacuna significativa entre a tecnologia de ponta e o que é atualmente implantado em muitos pisos de fábrica. Isso se deve em grande parte à falta de ciência de medição para verificar e validar pesquisas emergentes inovadoras e, assim, reduzir o risco de adoção.

Uma das prioridades da Divisão de Sistemas Inteligentes do NIST é o avanço do desempenho de agarrar, manipulação e segurança que permitirá que PMMs implementem soluções robóticas de forma eficaz. Este trabalho inclui métricas de desempenho, métodos de teste e ferramentas de medição associadas que podem se tornar padrões da indústria.

A pesquisa está avançando a robótica na manufatura ao fornecer:

• Melhor repetibilidade para que robôs possam realizar movimentos e ações de forma confiável dentro de um espaço de coordenadas X, Y, Z
• Interfaces homem-máquina (IHMs) mais fáceis de usar para operadores programarem tarefas e interagirem com robótica
• Novos designs de garras que permitem movimentos mais precisos e semelhantes aos humanos
• Melhor segurança e consciência situacional

Entre os avanços que agora chegam ao chão de fábrica está o software em dispositivos IHM portáteis que traduz referências de coordenadas humanas (direita/esquerda, para/a partir de) em coordenadas cartesianas convencionais X, Y, Z. Isso permite que operadores programem robôs colaborativos mais facilmente.

Melhorias na programação com IHMs permitiram que alguns robôs sejam programados por soldadores que modelam os movimentos e ações para o processo em questão.

Após Conquistar a Paletização, a Robótica Aponta para a Montagem

A adoção inicial de robótica na manufatura focou em tarefas repetitivas que não exigem habilidades especiais ou fornecem valor agregado. As aplicações robóticas mais populares por uso:

A montagem representa apenas 2% do uso robótico, embora pesquisadores do NIST e especialistas da indústria acreditem que ela promete muito para adoção generalizada entre PMMs à medida que a tecnologia de manipulação melhora.

Áreas prováveis para expansão do trabalho de montagem:

• Conectores elétricos
• Rosqueamento e inserção de fixadores
• Roteamento de fios

Um dos desafios para a montagem robótica é a multidão de variáveis que devem ser consideradas ao realizar operações complexas. Por exemplo, a força ideal para uma garra pegar e mover uma peça pode não ser a mesma necessária para uma operação de rosqueamento mais adiante na produção.

À medida que a sensibilidade tátil melhora, os robôs poderão agarrar tudo usando a força adequada, potencialmente reduzindo as etapas necessárias para esse processo de produção.

Designs de Garra Mostram Melhorias em Destreza e Versatilidade

Os Laboratórios do NIST estão trabalhando em cerca de uma dúzia de métodos de teste para agarrar e manipular usando a plataforma de padrões do Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos.

Os quatro tipos mais comuns de garras robóticas:

• Vácuo – ferramenta padrão de ponta de braço usada para superfícies planas e lisas, frequentemente usada em paletização e embalagem
• Pneumática – também conhecida como "garras bang-bang" pelo ruído feito em operações industriais, este tipo versátil é frequentemente usado para objetos pequenos em operações pick-and-place
• Hidráulica – a mais forte – e mais suja – das garras industriais
• Servo-Elétrica – altamente flexível e custo-efetiva, permite diferentes tolerâncias de material ao manusear peças

Designs inovadores utilizando sensores de força e torque de seis eixos estão florescendo para tecnologias de agarrar, incluindo mecanismos que imitam mãos humanas.

Estes avanços estão cada vez mais surgindo nos pisos de fábrica:

• Efeitos finais personalizáveis que podem ser facilmente removidos e substituídos
• Destreza aprimorada com garras adaptativas de três dedos, capazes de manipular itens frágeis e minimizar trocas de ferramentas
• Robótica usando aprendizado de máquina de sensores inteligentes em garras para se auto-ensinar como abordar objetos
• Garras combinando múltiplas tecnologias. Poderia ser uma garra a vácuo com dedos ou dois braços separados e configurações de garra na mesma estação de trabalho para permitir múltiplas tarefas, aumentando tanto a velocidade quanto a confiabilidade

Chaves para o Sucesso ao Iniciar sua Jornada Robótica

Diferente de sistemas de automação fixa, há um trade-off entre funcionalidade da robótica e facilidade de uso. Um dos atrativos da robótica é que um robô pode ser construído e programado para fazer quase qualquer coisa. No entanto, quanto mais funcionalidade você constrói em um robô, mais considerações ambientais devem ser levadas em conta nos requisitos condicionais, o que torna mais difícil programar e integrar o robô nas operações para tarefas adicionais.

O planejamento de pequenos lotes pode ser difícil com robótica se os fabricantes não tiverem o sistema de suporte adequado. Haverá mais adoção quando PMMs puderem ver como a robótica economizará custos de reequipamento quando estiverem prontos para contratar pessoal com a robótica em mente. Não está fora de questão que um fabricante com 10 ou menos funcionários em breve tenha um especialista em robótica para garantir a eficácia geral do equipamento.

Catalyst Connection, parte da Rede Nacional MEP^TM, elaborou um guia fácil de entender sobre robótica. Identificou estas chaves para o sucesso ao explorar o uso de robótica na manufatura:

• Identificar recursos, incluindo um campeão interno, para obter o nível de suporte necessário
• Identificar suas necessidades ou pontos de dor
  • Priorizar ferramentas de suporte
  • Identificar exemplos de manufatura; comece pequeno e mantenha simples
• Construir um caso de negócio; considere 2x–4x custos de hardware para ferramentas, acessórios e complexidade de integração

Especialistas no seu Centro MEP local estão prontos para ajudá-lo a explorar – e potencialmente adotar – robótica. Conecte-se com eles para ver como a robótica pode ajudar a expandir seus negócios adicionando nova funcionalidade.

Informações sobre pesquisa dos Laboratórios do NIST fornecidas por Elena Messina, Jeremy Marvel e Joseph Falco.