Como funciona um braço robótico?

Introdução:

A busca pela eficiência, aceleração e precisão dos processos industriais impulsionaram, desde a década passada, o desenvolvimento de tecnologias que alcançassem tais requisitos. A partir desta premissa, surgiram os famosos braços robóticos, que se tornaram fundamentais nas linhas de produção do mundo atual. Hoje, falaremos um pouco sobre o funcionamento deles ao longo deste texto.

História:

O Unimate, patenteado em 1961 e instalado na General Motors em 1962, foi o primeiro robô industrial do mundo, revolucionando a manufatura. Foi criado por George C. Devol, mas comercializado por Joseph Engelberger, após comprar sua patente e modificá-lo, transformando-o em um braço robótico. Ele automatizou tarefas repetitivas e perigosas, aumentando a eficiência da produção. Tal feito garantiu à Engelberger o título “Pai da Robótica”.

Naquela época, A General Motors foi capaz de alcançar uma altíssima velocidade de produção, chegando a 110 carros feitos por hora. Sendo assim, empresas europeias, como BMW e Fiat, seguiram o exemplo da GM, adotando braços robóticos em suas linhas de produção, com objetivo de acelerar suas produções e proteger seus trabalhadores.

Inspirado na obra de Isaac Asimov (criador das “Três Leis da Robótica”), Engelberger ajudou a expandir o uso da robótica, tornando o Unimate um marco na revolução industrial e na sociedade moderna. Além disso, ele foi fundamental para transformar a área de robótica para o que conhecemos hoje.

Usos:

Atuam majoritariamente na parte industrial, em que sua presença reduz custos operacionais e evita desperdícios, além de aumentar a segurança dos trabalhadores presentes, realizando tarefas repetitivas (como em uma linha de produção) e até perigosas para um ser humano. Para exemplificar, são usados principalmente para:

• Montagem;
• Soldagem;
• Pintura;
• Embalagem;
• Aparafusamento;
• Manuseio de materiais;
• Inspeção de qualidade.

 Além disso, uma demanda que vem se tornando popular é na medicina cirúrgica, sendo solicitados principalmente pela sua precisão, característica fundamental em casos de cirurgias minuciosas.

Funcionamento:

Tipos:

• Cartesiano: Movimenta-se ao longo de eixos lineares (X, Y e Z), como uma impressora 3D. Geralmente usado em: impressoras 3D e máquinas CNC;
• Cilíndrico: possui movimento de translação e rotação em torno de um eixo, de uso na soldagem, montagem de peças;
• Esférico (ou Polar): Movimenta-se em coordenadas esféricas com rotação em torno da base e um braço articulado. Uso: soldagem, manipulação de objetos pesados;
• SCARA (abreviação de Selective Compliance Assembly Robot Arm): possui dois eixos rotacionais e um eixo vertical para movimentos rápidos e precisos. É usado na indústria eletrônica e automação;
• Articulado (ou Antropomórfico): Braço com várias articulações (variedade de movimentos, com uso em: montagem automotiva, cirurgia robótica, manipulação complexa;
• Delta (ou Paralelo): caracterizado por uma estrutura leve com três braços ligados a uma base fixa, permitindo movimentos rápidos. Geralmente usado na indústria de alimentos.

Graus de liberdade (GDL): Números de articulações ou eixos de movimento em um braço robótico. Na robótica, são determinados 3 graus de rotação (eixos X, Y, Z) e 3 graus de translação (eixos X, Y e Z). A quantidade de GDL de um braço robótico está diretamente ligado com sua futura função.

Construção: a construção de um braço robótico assemelha-se a um braço humano (daí seu nome “braço”). Suas principais partes são,

• Base: responsável pela fixação do conjunto em algum suporte;
• Juntas/Articulação: articulações que permitem as movimentações diversificadas de um braço;
• Atuador: parte que permite/realiza as movimentações. Geralmente converte energia elétrica em energia mecânica;
• Controlador: interpreta os códigos enviados e controla o resto do dispositivo;
• Braço/Link: estrutura mecânica que dá o alcance ao dispositivo, além de sustentar outras partes;
• Garras: permitem a interação do braço com objetos externos. Variam de acordo com a finalidade do braço (montagem, soldagem, manuseio, …).

Materiais mais utilizados:

• Aço;
• Fibra de carbono;
• Kevlar;
• PLA (Impressão 3D);
• Acrilíco.

Programação:

A programação de um braço robótico é feita, preferencialmente, utilizando as linguagens mais populares e requisitadas do mercado de trabalho, sendo elas: JS, Python, C++ e Java. Além disso, a programação deve levar em consideração três importantes níveis:

• Nível de Robô: é importante considerar a movimentação mecânica do robô, sua velocidade e GDLs;
• Nível de Objeto: os objetos os quais o braço irá interagir também devem constar na sua programação (dialoga diretamente com a garra do braço);
• Nível de Tarefa: a depender de sua finalidade, o código de um braço pode se tornar simples e sucinto, garantindo mais eficiência para seu funcionamento.

Exemplo:

Para exemplificar, apresentaremos de um braço robótico usado para soldagem: