apostila de fundamentos de robótica parte1

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA CELSO SUCKOW DA FONSECA

DIRETORIA DE DESENVOLVIMENTO EDUCACIONAL

DEPARTAMENTO DE ENSINO MÉDIO

COORDENADORIA DE MECÂNICA

ROBÓTICA APLICADA A SISTEMAS

PRODUTIVOS DE FABRICAÇÃO

Autor/Organizador

Ezio Zerbone Sérgio Bastos

MATERIAL DE APOIO AO ALUNO

NA DISCIPLINA DEFUNDAMENTOS DE ROBÓTICA

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASILMaio/2005

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

Quando analisamos as estatísticas apresentadas por vários países, vemos uma grande

diferença entre elas, pois as definições de robô variam, sendo que existem autores que

consideram qualquer manipulador como robô, enquanto outros reservam essa categoria apenas

aos manipuladores programáveis com capacidade de decisão lógica, ou seja, capazes de

executar determinadas seqüências de movimento apenas se determinada condição pré-

programada se verificar. Estas condições são garantidas através de inputs e outputs.

O robô é o mais polêmico dos equipamentos auxiliares na produção industrial, em razão do

misticismo infundado onde se coloca toda a culpa como uma máquina causadora de problemas

trabalhistas e sociais. A implantação da robótica em ambientes industriais, deve ser encarada

como uma forma de substituir o homem em ambientes insalubres, perigosos e trabalhos penosos.

Com objetivo de despertar no aluno o interesse pela aplicação da robótica em ambientes

produtivos, já que percebemos um crescimento cada vez mais acentuado desta tecnologia nos

processos produtivos ou em plantas industriais este material de apoio esta dividido em duas

partes:

na primeira parte temos um conteúdo teórico básico, estado da arte da robótica no

Brasil e alguns estudos de casos;

na segunda parte temos a classificação dos tipos de robô e algumas tarefas

envolvendo o robô Mitsubishi RV-M1.

Não temos a pretensão de esgotar um assunto tão fascinante e promissor, porém o aluno

que se forma como um técnico de mecânica deve entender que a robótica tem sido ultimamente

bastante atrativa em determinados ambientes e as vezes até obrigatória como é o caso de

trabalhos submersos de grandes profundidade onde existe por lei uma limitação do uso do

homem.

CEFET/RJ – CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA - FUNDAMENTOS DE ROBÓTICA - 2

PARTE I - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICAPARTE I - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

I.1 - Considerações sobre a Evolução dos Processos de ProduçãoI.1 - Considerações sobre a Evolução dos Processos de Produção

A visão sobre o uso da Automação da Manufatura como uma ferramenta para auxiliar a

qualidade e produtividade, tem mudado consideravelmente ao longo dos anos. No passado,

quando se falava em Automação, o significado que nos vinha a mente era o de aumentar a

quantidade de peças produzidas. A valorização do volume vai aos poucos sendo substituída pela

velocidade de atendimento, que nos leva impreterivelmente ao conceito de flexibilidade e neste

item a robótica tem o seu espaço garantido. Como esse segmento não era totalmente dominado,

havia sempre uma grande indecisão no momento de investir, temendo não se conseguir o objetivo

proposto ou até mesmo o fenômeno de uma possível rejeição por uma tecnologia nova.

Observamos que dentro daquelas empresas que investiram sem o mínimo de planejamento

dentro do chão de fábrica, o insucesso se agravou mais ainda.

O modismo cede lugar a uma mudança de comportamento por parte das empresa, que

preferem antes de começar a adquirir equipamentos com alto grau de sofisticação, pesquisarem

bastante com profissionais capacitados ou com outras empresas que já passaram por esta

experiência; isto com certeza diminui a possibilidade de uma má implantação.

Hoje podemos observar que adquirir máquinas a comando numérico, sistema CAD/CAM,

robôs, CLP, ou qualquer nova tecnologia não é mais privilégio de grandes empresas e sim de

todas aquelas que querem evoluir, isto pode se atribuir ao fato de um número maior de empresas

ofertando tcnologias avançadas, o que acarreta uma redução do custo do equipamento .

Exemplos de mercado mostram que o grande "tabú" existente na implantação de sistemas

modernos, foi gerado pelas experiências negativas obtidas por aqueles que não se preocuparam

em preparar a fábrica antes da inovação. Salvo raras exceções, a maioria das implantações de

uma nova tecnologia, é feita sem nenhuma preparação para o recebimento da mesma. Esta

preparação deve sempre ser pensada em dois níveis diferentes: infra-estrutura dentro da empresa

e pessoal envolvido diretamente e indiretamente.

O caminho menos procurado, porém o mais eficiente, é começar com o treinamento de todas

as pessoas envolvidas com a tecnologia recém adquirida, antes mesmo da chegada da

equipamento. Uma boa estratégia é o de promover palestras participativas com todas as pessoas,

que serão a princípio, os clientes deste novo sistema; sempre ressaltado as vantagens, que tipo

de melhoria irá gerar para o crescimento da empresa, melhoria na competitividade em relação aos

concorrentes, porém nunca esquecendo de ressaltar as limitações.

Quando se vai adquirir um equipamento novo, é recomendável que se examine sempre

algumas características desejáveis em qualquer tipo de segmento da área de automação:


Flexibilidade

Facilidade que apresenta determinado sistema de fabricação de ser reprogramado para fabricar

novas peças.

Complexidade

É o grau de dificuldade de manufatura de uma peça mecânica. No caso de usinagem está

diretamente ligado a sua geometria.

Repetibilidade

É a capacidade de manter dentro de uma tolerância determinada as medidas de uma peça para

outra.

ProdutividadeÉ a capacidade de fabricar determinado lote de peças no menor espaço de tempo possível, sem

prejuízo da qualidade.

Em resumo podemos dizer que:

É desejável que uma máquina-ferramenta ou sistema seja flexível na mudança de

operações, que seja capaz de executar tarefas complexas, que possa garantir máxima

repetibilidade de uma tarefa para outra e que essas características sejam aliadas a uma alta

produtividade.

As vezes somos tentados a pensar em adquirir um equipamento com alto grau de

sofisticação mecânica e eletrônica, somente para o aumento do volume de produção de peças;

porém se analisarmos apenas esta necessidade, vamos ver que a decisão deverá apontar para a

máquina automática. Este automatismo evoluiu ao longo do tempo até chegar a um nível máximo,

gerando o sistema transfer, onde a filosofia de projeto se resume na construção de uma máquina

para uma determinada peça.

Vol.

peças

rigidez

Tempo de setup

CEFET/RJ – CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA - FUNDAMENTOS DE ROBÓTICA -

Transfer

MaquinaAutomática

MáquinaUniversal

4

fig.1

O processo convencional de produção sempre apresentou 3 grandes inconvenientes:

CansaçoLentidão intensifica com o aumento do número de peças.Imprecisão

Estes inconvenientes foram eliminados com a criação da máquina automática, que foi

gerada com a filosofia de aumentar o número de peças produzidas. Podemos dizer que quanto

mais um sistema for rígido, mais produtivo ele será.

Este tipo de sistema torna-se viável apenas para um grande número de peças ( grandes lotes ),

pois geralmente eles são bastantes trabalhosos para serem montados, como por exemplo, a

fabricação de cames para tornos automáticos.

Hoje vemos que a rapidez no atendimento é o característica mais procurada na

terceirização dos trabalhos, o que faz com que os Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS,

ocupem cada vez mais os espaços das máquinas automáticas. Em uma visão bastante simplória,

o FMS é composto de máquinas automatizadas alimentadas por um sofisticado sistema de

transporte onde toda a movimentação de peças é feita com o auxílio de pallets e robôs. Cada

célula de produção está equipada com ferramental suficiente para manufaturar qualquer tipo de

peça que entra na linha. Neste tipo de linha de produção, os robôs são também usados para troca

de ferramentas após o recebimento de um sinal de um controle adaptativo.

Da tentativa de atender ao conceito da complexidade e também aos demais que acabamos

de ver, se originou a tecnologia da máquina-ferramenta programável por coordenadas numéricas,

que tirou de cada sistema todas as características desejáveis.

Em 1947, um pequeno fabricante de hélices para helicópteros, John Parsons, inventou

uma máquina comandada por informações numéricas. O resultado desejado era o de reduzir as

operações de controle das hélices, muito demoradas e dispendiosas.

No ano seguinte, a Força Americana se interessou pelo estudos de Parsons e resolveu financiar

o projeto com três eixos controlados.

Cinco anos depois (1953), o MIT apresentou a fresadora, e o resultado foi excelente,

sendo o sistema chamado de "Numerical Control".


Podemos analisar a interferência do homem observando o quadro a seguir:

Máquina Universal Máquina Automática Máquina a CNC

Flexibilidade SIM NÃO SIM

ProdutividadeDepende do operador SIM SIM

Repetibilidade Depende do operador SIM SIM

Complexidade Depende do operador Depende do

montadorSIM1

Resumo Histórico

1947 - Contrato entre JOHN PARSONS e a USAF para a construção de máquinas a CN.

1957 - Desenvolvimento da linguagem automática para máquina a CN, chamada APT

(Automatically Programed Tools).

1962 - Abendix desenvolve o controle adaptativo.

1967 - Instalação das primeiras máquinas a CN no Brasil.

1970 - Surgimento das máquinas a CNC.

1977 - Aplicação de microprocessadores em máquinas a CNC.

1982 - Uso do Chip.

1 Depende do programador nas unidades antigas (sem ciclo fixos)


I.2 –I.2 – A ROBÓTICA NO BRASILA ROBÓTICA NO BRASIL

A evolução da tecnologia beneficiou as grandes empresas a partir do momento em que a

qualidade de seus produtos melhorou e principalmente pela redução da mão de obra. Robôs são

capazes de substituir vários trabalhadores em tarefas repetitivas, perigosas e insalubres e

produzir com muito mais qualidade e rapidez e por um custo inferior a de um trabalhador. Em um

processo robotizado temos a principal vantagem das variáveis não se alterarem, o que não

acontece em um sistema onde o homem é o responsável por cada movimento a ser feito.

Até a década de 80, robôs industriais eram um luxo que apenas algumas montadoras de

automóveis podiam dispor. Desde então, os custos de aquisição e manutenção dos robôs têm

caído cada vez mais e as vendas não param de crescer. Segundo Roberto Camanho, presidente

da Sociedade Brasileira de Automação Industrial e Computação Gráfica - SOBRACON, o número

de robôs instalados no Brasil não passa de 2000, porém o mercado brasileiro tem crescido num

ritmo semelhante ao do resto do mundo.

Apesar da crise, o ritmo de crescimentos dos últimos anos deve ser mantido na Europa e

as fábricas deverão contar com 11% a mais de robôs que em 2000. As projeções ainda apontam

que a população mundial de robôs deve chegar a quase 1 milhão de unidades em 2004.

Antes delimitados à atuação no segmento automobilístico e vistos como ameaças ao

contingente humano trabalhador, os robôs estão sendo utilizados em atividades bem

diversificadas, inclusive as logísticas, e poupando os homens de tarefas insalubres .

Os robôs estão, finalmente, vindo para o Brasil. Esta é a conclusão a que chegaram os

pesquisadores internacionais sobre robótica. No final de 2002, a Comissão Econômica das

Nações Unidas para a Europa publicou o "World Robotics 2002" – relatório anual produzido em

cooperação com a Federação Internacional de Robótica – IFR, na sigla em inglês –, em que se

constata que o Brasil é um mercado em crescimento acelerado.

De acordo com a ONU, o negócio de robôs moveu-se da Ásia e América do Norte para a

Europa, além de países como o Brasil. Atualmente, há 760 mil robôs industriais no mundo, sendo

360 mil no Japão, 220 mil na União Européia e 100 mil na América do Norte. Na América Latina,

foram instalados 1,8 mil robôs entre 1999 e 2001. Deste total, 800 haviam sido instalados nas

empresas brasileiras somente no ano de 2001.

"Os investimentos nestes equipamentos no Brasil foram maiores do que os realizados na

Austrália, Rússia, Suíça, Cingapura e Taiwan", afirma Jan Karlsson, o autor do estudo. "O Brasil é,

sem dúvida, um mercado crescente." Na avaliação da Comissão, o que contribuiu para o aumento

de robôs nas fábricas dos países em desenvolvimento nos últimos anos foi o preço cobrado pela

nova tecnologia – um robô hoje custa apenas 20% do que custava em 1990 – e o aumento dos

custos trabalhistas. Além disso, a maior produtividade conseqüente da utilização dos robôs


possibilita que o investimento seja recuperado em dois anos, informa o estudo. Ainda de acordo

com o mesmo relatório, os robôs estão nos mais diversos setores e com diferentes finalidades.

A Comissão inclui em sua lista não apenas as unidades instaladas em processos

industriais, mas também os robôs usados em cirurgias, na construção civil, em laboratórios e no

espaço. Apesar do aumento significativo, o número de robôs no país ainda está longe daqueles

apresentados pelas economias desenvolvidas. Mas, apesar disso, a robotização está mudando o

cenário da indústria brasileira.

Contribuem para o mundo da robótica no Brasil os fabricantes :

A ABB, companhia global de tecnologia e engenharia que, no Brasil, instalou robôs em

diversos setores da indústria, principalmente na automobilística e na de autopeças. A empresa

tem fábricas em Osasco e Guarulhos (SP), Betim e Montes Claros (MG), Blumenau (SC),

Cachoeirinha (RS) e Camaçari (BA), empregando mais de 7 mil funcionários. No mundo,

emprega cerca de 165 mil pessoas em mais de 100 países.

A Kuka Roboter do Brasil, outra fábrica do segmento robótica, está presente em 21 países e

produz 6 mil robôs por ano, com destacada atuação no mercado global, sendo a primeira na

Alemanha, segunda na Europa e a terceira no mundo, segundo dados da própria companhia.

Tem matriz em São Paulo e uma unidade em Curitiba.

A Yaskawa/Motoman Elétrico do Brasil, subsidiária da Yaskawa Electric Corporation, no

Brasil desde 1974. Durante esse tempo, desenvolveu grandes projetos de automação na

Cosipa, na CSN, na Usiminas e na Companhia Siderúrgica de Tubarão – CST. Atualmente, os

robôs Yaskawa estão instalados em importantes companhias do setor automobilístico, como

General Motors, Mercedes-Benz, Honda e Volkswagen, e em várias indústrias de autopeças.

I.3 –I.3 – ALGUNS ESTUDO DE CASOSALGUNS ESTUDO DE CASOS

Também no Brasil os robôs são usados no empacotamento e paletização de comida

congelada. A gerente da ABB lembra que é o caso de uma indústria de alimentos que mantém

robôs de manipulação e outros na seqüência de uma máquina de moldar quibes. Os produtos

passam por um freezer e vão ser colocados em colméias de plástico. Em seguida, outro robô

recolhe as bandejas de plástico e as coloca dentro das caixas. Um terceiro pega essas caixas e

as deposita dentro de uma caixa maior. E um quarto robô, ainda, se encarrega do empilhamento

dessas últimas. "É assim que o supermercado os recebe, com a menor manipulação humana

possível. E com o detalhe de que, ao longo do processo, os quibes não podem descongelar",

explica. São essas, exatamente, as intenções de Júdici, da Corn Products. "Pretendemos

automatizar as linhas diferenciadas e a paletização é a função para qual estamos projetando o

robô."


Em sua opinião, a utilização de robôs traz melhor finalização na área de ensacamento.

Com a aquisição, Júdici calcula gastar por volta de 150 mil dólares FOB. "Parece muito se

comparado com equipamentos comuns de paletização, mas o acabamento, a velocidade e a não-

interrupção da atividades compensam", raciocina.Tremonti, da Yaskawa/Moto-man, informa que a

companhia também está desenvolvendo aplicações voltadas para paletização porque acredita que

é um mercado que vai crescer muito no Brasil, seguindo a tendência mundial. "Tivemos um

incremento acentuado nos Estados Unidos no ano passado nas áreas de paletização e

movimentação." Há grandes multinacionais usando robôs em paletização e em outras atividades,

mas isso acaba não aparecendo.

A Yaskawa/Motoman possui uma linha chamada clean room, especial para a

aplicação em laboratórios farmacêuticos. Geralmente, trabalha em ambientes fechados, que

devem ser preservados de qualquer contaminação. Aplicações iguais a essa são ainda pouco

comuns no Brasil. Mas caminha-se, sim, para o desenvolvimento de operações tão

requintadas como a da Colgate, outro exemplo. Há dois anos, a empresa investiu US$ 150 mil

em um robô capaz de empilhar caixas de detergentes, denominado IRB 640. Foi o primeiro

robô de paletização vendido pela ABB no Brasil e instalado a fim de evitar problemas

ergonômicos e economizar espaço físico.

A Colgate queria prevenir que os operadores sofressem com problemas de ergonomia,

como dores nas costas, devido ao trabalho pesado e aos movimentos repetitivos.

Além disso, a área disponível para montar os paletes era pequena e compacta, inviabilizando

as paletizadoras convencionais. O IRB 640, além de possuir quatro eixos e ser mais veloz que

o de seis eixos, trabalha o dia inteiro manuseando caixas de detergente, com cerca de 13

quilos cada, das linhas automatizadas para os paletes. A flexibilidade do robô é outra

importante solução para a linha de detergentes da empresa, pois o equipamento pode

paletizar simultaneamente caixas de diferentes dimensões e pesos em espaços muito

reduzidos.

A Colgate tem três fábricas com cerca de 27 linhas de produção automatizadas no

total. Além do IRB 640, já dispõe de outros dois robôs da ABB trabalhando nas fábricas de

xampus e cremes dentais. Áreas insalubres além da questão da segurança, a robotização

oferece vantagens como a garantia de tarefas repetitivas da produção e a adequação às

funções insalubres e perigosas, apresentando redução de custos e aumento da produtividade.

O tempo médio entre falhas de um robô é superior a 50 mil horas. Em outros casos, a precisão

milimétrica em operações repetitivas faz do robô uma tecnologia imprescindível para a

modernização das linhas de produção.

A Philips, instalou robôs para manusear e montar cinescópios de televisão entre

fornos e esteiras, onde a temperatura elevada e os altos níveis de ruído e poeira são fortes


entraves para a produtividade, segurança e qualidade de vida dos trabalhadores.

Para quem coloca obstáculos à utilização dos robôs – além do preço – como a sofisticação

e o suporte técnico, Patrícia da ABB explica que as empresas hoje em dia oferecem

assistência remota, como pela internet, por exemplo. "Os webservices são ininterruptos, não

há o menor risco de o robô de uma empresa no Maranhão, por exemplo, ficar sem assistência

técnica.

I.4 –I.4 – ROBOTIZAÇÃO X EMPREGOROBOTIZAÇÃO X EMPREGO

A robotização e a modernidade de empresas sempre é o alvo dos que estudam ou se

preocupam com o desemprego, mas esta discussão vem desde os tempos da primeira revolução

industrial. Sempre o homem teve medo da máquina. Sempre se coloca a culpa na máquina, antes

mesmo que ela entre em funcionamento para provar que ela está desempregando.

Isto é visível nos meios de comunicação que mostram a máquina fazendo o trabalho de

vários operários como culpada pela perda de vagas para as novas tecnologias. Numa visão social

podemos dizer que é um mal que vem para o bem. Um mal é a máquina substituir o homem e o

bem é o homem procurar uma outra profissão limpa, não poluente, que não prejudique a sua

saúde, etc. É o caso dos robôs que substituíram pintores, soldadores, fundidores, britadores,etc.

Máquinas cortadoras de cana, desfiadoras de sisal, amassadoras de argila em olarias, etc.

A empresa é uma instituição social com todos as suas leis e regras que reagem as

relações com as pessoas. A qualidade total TMQ, nos ensina que devemos buscar o

comprometimento das pessoas que compõem o grupo de trabalho. Envolver pessoas com a em

presa em processos de produção também é a outra forma que a aplicação da técnica da

qualidade numa empresa que quer aumentar a produtividade. São as pessoas que poderão

remover as barreiras para se conseguir o avanço tecnológico.

Mesmo que a empresa não invista valores em grandes e modernas tecnologias

poderemos treinar e informar nossos funcionários para as novas técnicas possam ser introduzidas

e que se obtenha resultados positivos de melhoria em produtos, mercados e de competitividade.

A empresa brasileira sofre com a falta de competitividade já que é muito grande a distância

para as empresas internacionais multinacionais que assimilam as novas tecnologias mais

rapidamente e na velocidade de suas descobertas e utilização.

Sabemos que as novas tecnologias exigem criação de ambientes de trabalho que requerem nova

capacidades e conhecimentos. Informática, processos robotizados, automatizações eletrônicas,

novas máquinas, etc. requerem profissionais mais atentos, multidisciplinares, multifuncionais,

polivantes, pensamento holístico, disciplinados, treinados, maior agilidade mental, e em especial

muita educação.


O desemprego está e sempre esteve presente no Brasil de todos os tempos e sempre

ouvimos a imprensa e sindicatos dizer que as novas tecnologias estão o agravando e nela

imputando a culpa.

Os países do primeiro mundo já possuem seus sistemas de proteção ao trabalhador muito

mais organizados, são mais rápidos. Com mecanismos quase automáticos de apoio do que

países em desenvolvimento como o Brasil, e juntando-se esta dificuldade uma politicagem de

sindicados , políticos, espertos e um jornalismo que também não tem a correta informação da

melhor solução para se enfrentar aquela nova tecnologia que irá atrapalhar a vida de alguns

milhares de trabalhadores, acaba falando o incorreto e perdendo o bonde da vitória para mostrar

a população aflita, a solução.

Os homens criam as novas tecnologias para seu próprio benefício, e são eles quem

deverão, com os seus conhecimentos , assimilar estas novas técnicas e fazer usa delas par o seu

desenvolvimento, e principalmente, para o de seu produto, empresa, cliente, etc. Mas não é fácil.

Existem máquinas que devem ser operadas por outro grupo de operários e funcionários que são

mais aptos para deu exercício. Aí a educação e o retreinamento se faz necessário.

O uso de robôs para as indústrias passa a ser uma questão de sobrevivência. Assim,

resistir ao uso dos robôs é uma batalha perdida, principalmente devido à forma acelerada com

que eles caem de preço. Além disso, o sucesso que as empresas e países usuários de robôs vem

obtendo é alto. O Japão, por exemplo, em dez anos conseguiu quadruplicar a sua produção de

automóveis, mantendo praticamente a mesma força de trabalho.

Conseqüências da AutomaçãoConseqüências da Automação

- Eliminação de trabalho humano em operações periculosas ou repetitivas;

- Mudança no perfil do trabalhador: de operador de máquinas para supervisor de máquinas.

- Necessidade crescente de educação generalizada.

- Desemprego estrutural: eliminam-se velhos postos de trabalho onde havia excesso de oferta

de mão-de-obra e criam-se novos postos onde há escassez.

- Criação de métodos de produção anti-fordistas, como os Círculos da Qualidade e as Células

de Produção, em que um grupo pequeno de trabalhadores é responsável por todo o processo

de produção. Poucos empregados operam máquinas operadas por controle numérico.

A automação, em síntese, pode aumentar a eficiência e expandir a produção, por um lado,

e reduzir tarefas repetitivas e aumentar os ganhos dos trabalhadores qualificados, por outro. Estes

eram, precisamente, os objetivos de Frederick W. Taylor na virada no século XXI.

“ Competir sem automatização pode ser um sonho irrealizável” porém e bom lembrar

que "As máquinas trabalham, muitas vezes melhor do que qualquer ser humano poderia

trabalhar, mas não criam"


apostila de fundamentos de robótica parte1

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