O crescente papel dos cobots na automação fabril

Embora os robôs sejam uma presença constante no cenário industrial há décadas, as inovações tecnológicas vêm gerando uma nova onda de automação fabril. O surgimento de robôs colaborativos, ou cobots, e também de robôs menores (do tamanho de cobots), está trazendo novos níveis de eficiência e produtividade para empresas de pequeno porte que não podem (e não precisam) pagar pelas capacidades dos robôs industriais.

Os cobots são menores, mais baratos e mais fáceis de programar do que os robôs industriais tradicionais, além de serem muito mais flexíveis. Um robô moderno pode ser rapidamente remanejado para executar novas tarefas conforme necessário, ou movido para uma área diferente de uma fábrica ou um depósito. Os cobots também são projetados para operar com segurança ao lado das pessoas, tornando-os adequados para tarefas perigosas ou repetitivas, ou para ajudar os operadores humanos em tarefas que exijam extrema precisão.

Não é surpresa, então, que esses cobots sejam um dos segmentos que mais crescem na indústria robótica. Espera-se que as vendas mundiais de cobots passem de 47.000 anualmente até 2026 (eram de 10.000 em 2021)^[1], uma taxa de crescimento acima do crescimento projetado para robôs industriais^[2].

Para ajudar os designers de cobots a atenderem a essa demanda, a TE Connectivity se concentra nas principais tendências que moldam o futuro da automação fabril: maior flexibilidade, menor custo total de propriedade, maior segurança e durabilidade.

Ao contrário dos robôs industriais, que são projetados para executar a mesma tarefa repetidamente por décadas, um único cobot deve ser adaptável a vários trabalhos. Por exemplo, uma empresa pode precisar de um cobot que possa facilmente fazer a transição de uma simples tarefa de manipulação para uma função de manutenção de equipamento que exija mais precisão.

O desafio para os designers de cobots é criar um braço que forneça todos os movimentos necessários para concluir as diferentes tarefas, mantendo os custos baixos. Cada movimento requer um eixo separado, com um conjunto próprio de motores, sensores, cabos e conectores — o que aumenta o custo. Por essa razão, os fabricantes de cobots definiram uma configuração padrão de seis eixos para robôs flexíveis. Essa configuração imita a amplitude de movimento de um braço humano, tornando-o adequado para a maioria das tarefas colaborativas.

No entanto, dentro desta configuração padrão, os designers ainda devem equilibrar as necessidades de durabilidade, sensibilidade e custo ao escolher os componentes internos. Por exemplo, os resolvedores (sistemas que medem o ângulo de rotação) têm baixo custo e alta durabilidade, mas podem não oferecer a precisão necessária para tarefas delicadas. Na outra extremidade do espectro estão os codificadores ópticos, capazes de proporcionar maior precisão, com a desvantagem de serem mais frágeis e caros. Para ajudar a tornar os cobots mais acessíveis a mais usuários, a TE também oferece um meio termo entre essas duas opções: codificadores magnéticos que permitem maior precisão do que os resolvedores, mas que são significativamente menos caros e mais robustos que os sensores ópticos. 

Por definição, os cobots são projetados para trabalhar em conjunto com os humanos. Eles podem ser instalados sem gaiolas de segurança, o que ajuda a manter os custos de instalação baixos e reduz a área ocupada no chão de fábrica ou depósito. No entanto, essa configuração requer outros recursos de segurança para proteger os trabalhadores próximos.

Com os avanços nos sensores de torque, os cobots ganharam segurança e confiabilidade. Instalados em cada eixo do braço do cobot, os sensores de torque medem a quantidade de tensão mecânica dentro do motor do eixo e da caixa de câmbio. Eles podem ser programados para manter o torque abaixo de um limiar específico, desligando automaticamente antes que haja o risco de ferimento a um operador humano ou danos ao próprio braço do cobot.

Com o aumento da adoção de cobots, prevemos melhorias adicionais em outros recursos de segurança, como sensores de proximidade e posicionamento absoluto. Usando uma gama de sensores ópticos e de pressão, os proprietários da fábrica podem construir uma cerca invisível ao redor dos cobots os faça desacelerar ou parar imediatamente quando um humano entrar no espaço de trabalho. 

Reduzir o tempo de inatividade e os custos de reparo é essencial para manter os cobots acessíveis, o que representa um desafio, pois os cobots normalmente operam em ambientes que não são amigáveis a componentes eletrônicos e peças móveis. Poeira, umidade, óleo, calor, vibração e interferência eletromagnética são comuns em fábricas e ambientes de depósito.

É por isso que a TE projeta nossos componentes, como sensores de posição e ângulo, pensando especificamente nessas condições adversas. Mas os designers de cobots muitas vezes ignoram outra área na qual a confiabilidade é primordial: cabos e conectores.

Os cabos e conectores para componentes do eixo, como sensores e motores, muitas vezes ficam alojados dentro do próprio braço do cobot. Mesmo com essa proteção, é necessário usar cabeamento de nível industrial especificamente projetado para fornecer a amplitude de movimento necessária para cada articulação do braço, eliminando quaisquer movimentos indesejados à medida que o braço executa a tarefas repetidamente.

A conectividade fica ainda mais complicada quando uma tarefa precisa acomodar a variabilidade nas ferramentas e no sensoriamento da extremidade do braço. Alternar entre tarefas muitas vezes requer novas ferramentas na extremidade do braço do cobot, incluindo pinças, sensores, câmeras e luzes. Cada um desses componentes precisa de conectividade de energia e dados fora da proteção do braço do cobot.

Como a adaptabilidade é um dos principais benefícios dos cobots, estamos focados em ajudar os designers a reduzirem a complexidade em seus cabeamentos e conectores, mantendo a funcionalidade. Por exemplo, estamos trabalhando em soluções que combinam conectividade de energia e dados em um único cabo, como o Ethernet de Par Único (SPE). Esse cabo fornece taxas suficientes de transferência de energia e dados para quaisquer periféricos de extremidade de braço. 

A ascensão dos cobots já trouxe novos níveis de automação para configurações em que isso não era prático nem acessível há apenas alguns anos.  À medida que os cobots continuam a assumir mais tarefas, eles também ajudarão os fabricantes a otimizarem seu processo de produção para maior eficiência e flexibilidade.

Vemos um futuro em que o chão de fábrica será organizado em torno de células modulares, cada uma oferecendo flexibilidade para alternar entre tarefas específicas ou processos personalizados. Além disso, os avanços na conectividade sem fio ajudarão os proprietários de instalações a monitorar e analisar o desempenho de cada uma dessas células semiautônomas. Ao mesmo tempo, a IA e o aprendizado de máquina evoluirão para ajudar os cobots a aprenderem a executar novas tarefas mais rapidamente.

Esses avanços na automação da fábrica ajudarão os fabricantes a se adaptarem à crescente demanda por velocidade, eficiência e personalização, ao mesmo tempo em que fazem parte de uma solução para outros desafios, como a contínua escassez de mão de obra. Embora a progressão da produção semiautônoma para totalmente autônoma leve anos, combinar cobots com conectividade perfeita e inteligência aprimorada é o caminho que nos levará até lá.