FACULDADE METROPOLITANA DE CAMAÇARI CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E

AUTOMAÇÃO.

ROBÓTICA AGV EM SISTEMAS DE MANUFATURA.

Camaçari-Ba 2011

FACULDADE METROPOLITANA DE CAMAÇARI CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E

AUTOMAÇÃO.

ROBÓTICA AGV EM SISTEMAS DE MANUFATURA.

Carla Patrícia Sampaio.

Cláudia Cristina Guimarães.

Eder Santana de Souza

Hcsa Pamela.

Joseilma Santos do Nascimento.

Camaçari-Ba 2011

Pesquisa Bibliográfica da disciplina Sistemas de Manufatura a ser encaminhada ao professor Leandro Dasmasceno para avaliação e análise. Referente à 2º Unidade do curso de Bacharelado em Engenharia de Controle e Automação

(Mecatrônica).

"Lembrar que estarei morto em breve é a ferramenta mais importante que já encontrei para me ajudar a tomar grandes decisões. Porque quase tudo - expectativas externas, orgulho, medo de passar vergonha ou falhar - caem diante da morte, deixando apenas o que é apenas importante. Não há razão para não seguir o seu coração. Lembrar que você vai morrer é a melhor maneira que eu conheço para evitar a armadilha de pensar que você tem algo a perder. Você já está nu. Não há razão para não seguir seu coração."

(Steve Jobs)

ROBÓTICA AGV EM SISTEMAS DE MANUFATURA.

Sumário

1 INTRODUÇÃO........................................................................................05

2 SISTEMAS FLEXIVEIS DE MANUFATURA .........................................06

2.1 DEFINIÇÃO DE SISTEMA FLEXÍVEL DE MANUFATURA (FMS).....06 2.1.1 O Termo “Flexível"aplicado a um FMS....................................07 2.1.2 Célula Flexível de Manufatura (FMC).......................................09 2.1.3 Sistema Flexível de Manufatura................................................09

3 COMPONENTES DE UMA FMS ......................................................10

3.1. APLICAÇÕES BENEFICIOS E LIMITAÇÕES DE UMA FMS..........13 3.1.1. Aplicações de uma FMS.............................................................13 3.1.2. Benefícios de uma FMS..............................................................13 3.1.3. Limitações de uma FMS.............................................................13

4. O QUE É UM AGV?................................................................................13

5. AGV’s NA INDÚSTRIA..........................................................................14 5.1. Sistemas de Navegação.................................................................16 5.2. Configurações mais usuais.............................................................17 5.2.1. Aspectos de controle e variáveis de projeto de uma frota de

AGV’s.......................................................................................................................20

6. CONCLUSÃO........................................................................................22 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................23 8. ANEXOS.................................................................................................24

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ROBÓTICA AGV EM SISTEMAS DE MANUFATURA.

1. INTRODUÇÃO.

Com o desenvolvimento de tecnologias de navegação para veículos autônomos e o aumento da capacidade de processamento dos computadores, apareceram os primeiros robôs moveis industriais. Embora o seu âmbito de aplicação seja muito mais amplo segundo Rocha (2001), um robô móvel procura conjugar num só dispositivo de automação a mobilidade de um veículo autônomo e a capacidade de manuseamento e manipulação dos robôs. Neste domínio, o AGV (Automatic Guided Vehicle) é um dispositivo com maior aplicação em empresas industriais ou de distribuição. Nos últimos anos houve muito interesse no desenvolvimento de tecnologias aplicadas em veículos guiados automaticamente. Desde a automatização de tarefas que envolvem traslado e carga de materiais ou simples tarefas de inspeção, onde implique o movimento desde um ponto inicial a um ponto final do veículo, tem havido uma grande melhoria na redução de riscos, tempos de traslado e consumo de energia.

A movimentação dos veículos guiados automaticamente (AGV) é baseada no estudo das diferentes técnicas de navegação existentes, as quais utilizam diferentes tipos de sensores (infravermelho, ultra-som, táctil, visão, etc) como parte do equipamento do robô móvel para realizar tarefas de movimentação do robô desde uma posição inicial até uma posição final. Os veículos guiados automaticamente são usados para transporte interno e externo de materiais. Tradicionalmente os AGV’s foram os mais usados em sistemas de manufatura;

atualmente os AGV’s são utilizados para tarefas de transporte repetitivas e em outras áreas tais como armazenagem, sistemas de transporte externo (subsolo), etc. O uso dos AGV’s tem crescido enormemente desde sua introdução. O número de áreas de aplicação e variação nos tipos tem aumentado significativamente. Armazéns e centros com muitas intersecções são exemplos de áreas distribuídas.

Existem três tecnologias as quais são comumente usadas em sistemas comerciais dos AGV’s:

1. Cabo guiado, 2. Rastreamento de caminhos desenhados no chão “paint strips” e 3. Veículos auto-guiados. A tecnologia mais recente (laser, GPS, fusão sensorial, visão, etc.), desenvolvida para navegação robótica e especificamente para o caso dos AGV’s, é utilizada nos veículos auto-guiados.

Assim o desenvolvimento de robôs móveis é uma tarefa fortemente interdisciplinar, envolvendo áreas tecnológicas tão diversas como: sensores e atuadores, eletrônica de potência, energia, projeto mecânico, cinemática, dinâmica, teoria de controle, escalonamento em tempo real, investigação operacional, sistemas de informação, telecomunicações, etc. A nível internacional, o campo de aplicação dos robôs móveis não é só na indústria, este é significativamente mais amplo abarcando também as áreas de logística (distribuição e armazenagem), exploração subaquática e oceanográfica, exploração planetária bem como aplicações militares.

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Atualmente na indústria os projetos industriais de robótica móveis já realizados tiveram aplicação principalmente na indústria (fábricas, células e sistemas flexíveis de manufatura), na logística de cadeias de distribuição e armazenagem e nos serviços.

2. SISTEMAS FLEXÍVEIS DE MANUFATURA – CONCEITOS BÁSICOS. A palavra “sistema” significa um conjunto de elementos interligados, destinados a uma determinada função. No nosso caso, essa função é a produção de bens. Costuma-se utilizar a palavra “manufatura” para significar produção, embora em seu sentido original – “fazer à mão” – a palavra não represente a realidade atual, em que cada vez mais as máquinas substituem a habilidade manual do homem. Assim, a expressão “sistema de manufatura” não é nova. A novidade está no adjetivo “flexível”. Essa característica foi se incorporando aos sistemas de produção à medida que a presença dos computadores nesses sistemas se tornava mais freqüente. Embora não haja consenso entre os vários autores quanto à origem do primeiro sistema flexível de manufatura, alguns consideram a indústria inglesa de máquinas-ferramenta “Mollins” como sendo a primeira a implantar, em 1968, um sistema desse tipo. Ele teria sido construído para fabricar uma grande variedade de componentes e pode opera sem a presença do homem por longos períodos.

Desde a década de 60, os sistemas flexíveis de manufatura tornaram-se cada

vez mais sofisticados. Os pioneiros no estudo dos métodos e processos de

produção criaram, no início do século, algumas formas de representar o sistema

de produção. Uma dessas formas é a dos chamados fluxogramas de produção.

Com símbolos representavam-se as várias fases pelas quais passava o material

ao ser processado. Assim, podiam-se indicar as operações, inspeções,

transportes, armazenamentos e tempos de espera do material em processo. Em

seguida, tentava-se reduzir ou eliminar as atividades que apenas aumentavam o

custo do produto. Os fluxogramas foram substituídos por formas mais modernas

de representação, muitas delas realizadas com o auxílio do próprio computador.

2.1_DEFINIÇÃO DE SISTEMA FLEXÍVEL DE MANUFATURA (FMS).

Segundo Groove (2003) um FMS é definido como um dos tipos de células de

máquinas usados para implementar uma tecnologia de grupo (TG). Estas células

como parte do TG são bem automatizadas e tecnologicamente sofisticadas. No

esquema de classificação proposto pelo mesmo autor para sistemas de

manufatura, um FMS possui tipicamente múltiplas estações automatizadas

interagindo entre elas. Um FMS altamente automatizado inclui vários conceitos e

tecnologias, como: máquinas CNC, controle computadorizado distribuído,

transportador de material (AGV) e armazenamento automatizado e tecnologia de

grupo.

O conceito de FMS foi originado in Grã-Bretanha em 1960. A primeira

instalação de uma FMS foi feita nos Estados Unidos em 1967. Estes sistemas

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criados inicialmente executaram manufaturas de famílias de partes usando

máquinas ferramentas de Controle Numérico (NC).

Um sistema flexível de manufatura (FMS) é formado por máquinas-ferramenta

com comando numérico computadorizado (CNC), interconectadas para

transferência de informações (por um sistema de rede de comunicações) e

transferência de materiais (por um sistema de manipulação, troca e transporte de

peças e ferramentas como: esteiras, veículos transportadores, etc.). Um FMS se

distingue de outras formas de manufatura automatizada por considerar:

• A diversidade de produtos que se deseja produzir (flexibilidade do produto);

• As características adaptativas das máquinas (flexibilidade do produto);

• As características adaptativas das máquinas (flexibilidade dos

equipamentos); e

• As propriedades de similaridade dos processos (flexibilidade do processo).

Consideram-se também as implicações nas relações de custo/beneficio e

produtividade/qualidade do sistema. Tal diversidade exige do processo uma

grande versatilidade para lidar com diferentes combinações operacionais e

funcionais de máquinas ferramentas e seqüências de processos.

2.1.1_ O TERMO “FLEXÍVEL” APLICADO A UM FMS.

Segundo Groove (2003) , há três características fundamentais que deve ter um

sistema de manufatura para que possa ser flexível:

1. A habilidade de identificar e distinguir as diferentes partes ou tipos de

produtos processados pelo sistema.

2. Rapidez de troca das instruções de operação.

3. Rapidez na execução e mudança dos “setups” das partes físicas do

sistema.

O termo flexibilidade pode ser aplicado tanto a sistemas manuais como

automatizados. Num sistema manual o operário faz que o sistema seja flexível.

Para poder desenvolver o conceito de flexibilidade num sistema de manufatura

automatizado, pode-se considerar uma célula de máquinas formada pelos

seguintes elementos: Duas máquinas-ferramenta CNC as quais são carregadas e

descarregas por um robô industrial e uma esteira re-circulante de transporte de

partes que alimenta o robô como se mostra na Figura 2.1. Periodicamente um

operário deve descarregar completamente as partes da esteira e substituí-las com

novas partes para serem trabalhadas. Por definição esta é uma célula de

manufatura automatizada, mas é uma célula flexível de manufatura? Alguns

poderiam argumentar sim, é flexível, já que a célula está conformada de máquinas

ferramentas CNC e estas máquinas CNC são flexíveis porque elas podem-se

programar para fabricar diferentes tipos de partes previamente configuradas.

Contudo se a célula só opera como um sistema de produção em grupo (batch

mode) na qual só um tipo de parte é produzida em ambas máquinas e em lotes

grandes de unidades (dezenas ou centenas) então isso faz que não qualifique

como uma manufatura flexível.

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Já um sistema de manufatura automatizado para qualificar como flexível deve

satisfazer os seguintes critérios:

1. Teste de variedade de partes: Pode o sistema processar diferentes tipos de

partes não trabalhando num sistema de produção em grupo? (“nonbatch

mode”)

2. Teste de mudanças de programação: Pode o sistema aceitar mudanças na

programação da produção e mudanças nas quantidades de produção nos

diferentes tipos de partes?

3. Teste de identificação e recuperação de erros: Pode o sistema recuperar

eficientemente erros ou más funções de operação e colapsos dos

equipamentos que conformam a célula?

4. Teste de partes novas: Pode o sistema aceitar novas partes projetadas

dentro os diferentes produtos com relativa facilidade?

Se a resposta para todas estas perguntas é “sim”, então o sistema pode

ser considerado flexível. Os mais importantes critérios são o (1) e o (2). Já os

critérios (3) e (4) são menos determinantes sem deixar de ser importantes e

podem ser implementados em vários níveis.

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2.1.2_Célula Flexível de Manufatura (FMC).

Uma Célula Flexível de Manufatura pode estar configurada por dois ou três

estações de trabalho (máquinas CNC ou centros de torneamento), mais um

sistema de manipulação de partes do inglês “part handling system” como se

mostra na Figura 3.2. O sistema de manipulação é conectado a uma estação de

carga e descarga de partes. Adicionalmente ao sistema de manipulação

usualmente inclui um sistema de armazenamento de capacidade limitada.

2.1.3_Sistema Flexível de Manufatura.

Já um FMS tem quatro ou mais estações de trabalho de processamento

(máquinas CNC ou centros de torneamento) conectado mecanicamente por um

sistema de manipulação de partes comum e eletronicamente por um sistema

computadorizado distribuído. A reunião de várias células de manufatura dá origem

ao chamado sistema de manufatura.

Uma importante diferença entre um FMS e uma FMC é o número de máquinas:

Um FMS tem quatro ou mais. Uma segunda diferença é que um FMS tem

geralmente estações de trabalho como suporte da produção mas não participam

diretamente nela. Estas estações podem ser armazém de partes, estação de

limpeza, estação de medição de coordenadas, etc. Uma terceira diferença é que o

sistema de controle computadorizado de um FMS é, geralmente muito mais

complexo e sofisticado. O esquema apresentado na Figura 2.2 mostra a variação

dos fatores de investimento, nível de produção e volume ao ano versus o número

de maquinas instalado e o tipo de instalação que deveria ser feita (FMC, FMS).

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3. COMPONENTES DE UMA FMS

Como já foi indicado um FMS é formado basicamente pelos seguintes

componentes:

i. Estações de trabalho do inglês “workstations”.

ii. Manipulador de material e sistema de armazenamento.

iii. Integração e comunicação (Um FMS é altamente automatizado).

iv. Recursos humanos.

i. Estações de trabalho (workstations)

O equipamento montado usado num FMS depende do tipo de trabalho que

será efetuado pelo sistema. Embora nos sistemas projetados sejam na maioria

dos casos para trabalhos de manufatura e os principais tipos de estações de

processamento se jam as máquinas ferramenta CNC, o conceito de FMS é

aplicado em vários outros processos. Os tipos de estações comumente utilizados

num FMS são: estações de carga e descarga (load / unload stations), estações de

máquinas (workstations - CNC, mill-turn centers, etc). Entre outras estações,

dependendo do processo de manufatura estão: estações de montagem, estações

de controle da qualidade, limpeza, refrigeração, etc.

ii) Manipulador de material e sistema de armazenamento (Material Handling and

Storage System)

Nesta seção serão apresentadas, de uma forma geral, as funções do sistema de manipulação de material e de armazenamento, assim como também serão apresentados os diferentes equipamentos que compõem este sistema tipicamente usado em um FMS.

As principais características dos sistemas manipuladores de material são:

• Movimentos independentes peças (workparts) entre estações • Manipulação duma grande variedade de peças • Armazenamento temporário • Acesso conveniente na carga e descarga de peças • Compatibilidade com o sistema de controle computadorizado.

Há vários tipos de máquinas, controladas por computador, destinadas a transportar materiais. Entre elas, destacam-se os AGV’s e os RGV’s. Esses nomes, são siglas de termos em inglês “Automatically Guided Vehicle”, ou seja, Veículo Guiado Automaticamente; e “Ra-il Guided Vehicle”, ou seja, Veículo Guiado por Trilho. A Figura 3.1 (a, b, c) ilustra alguns dos equipamentos comumente utilizados no sistema de transporte e manuseio de material na industria moderna. Já os sistemas AS/RS do inglês “Automatic Storage / Retrieval System” são outros dispositivos com maior aplicação em empresas industriais ou de distribuição e são sistemas fundamentais de suporte ao manuseio e armazenagem automáticos de materiais em sistemas de manufatura

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automatizada, e em cadeias de distribuição de produtos automatizadas. A Figura 3.1 (d) mostra uns exemplos destes sistemas automáticos de armazenamento.

iii. Integração e Comunicação Para que os equipamentos de produção trabalhem de forma cooperativa, é necessário que estejam integrados, ou seja, conectados a um controle central, encarregado de comandá-los de forma harmônica. Este sistema está interconectado com as estações de trabalho, o sistema manipulador de material e outros componentes de hardware do FMS. Um sistema de controle típico de um FMS é formado por um computador central e outros computadores controlando cada uma das máquinas independentemente. O computador central coordena as atividades dos componentes durante a operação do FMS. As funções do sistema de controle podem ser agrupadas nas seguintes categorias:

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• Controle das estações de trabalho. • Distribuição das instruções de controle nas estações de trabalho. • Controle e administração da produção . • Controle do trânsito dos sistemas manipuladores durante a movimentação das partes entre as estações de trabalho. • Controle do transporte dos sistemas secundários existentes em cada uma das estações. • Monitoramento do estado das peças de trabalho. • Controle e administração de ferramentas. • Desempenho, monitoramento e informações. • Diagnósticos, indicar as prováveis fontes que originam um problema no FMS.

O controle central troca informações com os controladores dos equipamentos de produção por meio de uma rede de comunicação. A Figura 3.2 mostra um esquema de uma rede de comunicação comumente utilizada nas implementações de FMS’s.

iv. Recursos Humanos Um componente adicional em um FMS é a mão de obra. Humanos são necessários para administrar as operações do FMS. As funções comuns realizadas são:

(1) Carregar material ou peças no sistema, (2) Descarregar partes terminadas ou montadas do sistema, (3) Troca e seleção de ferramentas, (4) Manutenção e reparação dos equipamentos,

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(5) Programação das partes no sistema das máquinas CNC, (6) Programação e operação do sistema computadorizado e, (7) Administração total do sistema.

3.1_APLICAÇÕES BENEFICIOS E LIMITAÇÕES DE UMA FMS.

3.1.1 - Aplicações de uma FMS

O conceito de automação flexível é aplicável a uma grande variedade de operações ou processos de manufatura. Algumas das aplicações onde é comumente utilizado um FMS são: operações de manufatura com máquinas ferramentas (a mais comum aplicação), montagens de partes, inspeção, conformação de metais, etc. 3.1.2 - Benefícios de uma FMS. Entre os principais benefícios que se obtém ao implementar um FMS estão:

• Incremento da utilização das máquinas • Poucas máquinas requeridas • Redução do espaço do chão de fabrica • Capacidade de mudança alta • Redução de inventários • Baixos tempos mortos de produção • Alta produtividade e qualidade do produto ótima • Tempos grandes de produção sem intervenção do operário.

3.1.3 - Limitações de uma FMS.

As limitações mais relevantes são:

• Não é uma panacéia para solucionar todos os problemas de produtividade e de lucro. • Custo alto de produção não justificado pode ser negativo. • Integração com sistemas existentes podem não dar certo.

4. O QUE É UM AGV?

AGV é uma sigla em inglês para Veículo Guiado Automático, ou seja, um veículo.elétrico.ROBÔ,.que.se.movimenta.sozinho. Para que serve um veículo elétrico “Robotizado” (AGV)?

Existem inúmeras aplicações para um AGV, mas basicamente os objetivos gerais são:

Aumentar a segurança, evitando acidentes causados pelo operador. Aumentar a Flexibilidade.

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Automatizar a logística de movimentação de cargas no interior das empresas, diminuindo a dependência da produção pelo operador.

Diminuir custos com mão de obra.

Faz-se importante saber que a estrutura mecânica de um AGV é projetada para cada aplicação específica, e por isso pode ser aplicado em praticamente qualquer ambiente industrial, onde haja a necessidade de transportar componentes entre etapas de produção.

Podemos citar alguns exemplos onde encontram-se AGVs com maior freqüência:

Indústria Automobilística: Transporte de Carrocerias e Peças. Indústria Papeleira: Transporte de Bobinas de Papel. Indústria Alimentícia e Farmacêutica: Transporte em Ambientes Limpos e

Armazenagem. Indústria Metal-Mecânica: Transporte de Peças, Armazenagem e

Expedição. Indústria de Manufatura: Transporte de Peças, Armazenagem e Expedição.

5. AGV’s NA INDÚSTRIA. Já vimos que o manuseamento de materiais é uma das tarefas mais executadas na indústria, por robôs manipuladores na maioria dos casos.Há também a movimentação ou o transporte e o armazenamento de materiais dentro da própria indústria. AGV (Automated Guided Vehicle) são robôs móveis que fazem o transporte automático de materiais em fábricas. Ao contrário dos manipuladores que têm base fixa, os AGV’s se deslocam sob rodas movendo-se pelo ambiente de trabalho.

Os AGV’s seguem um conjunto de trajetórias definidas no pavimento que podem estar marcadas através de um fio condutor enterrado no chão ou faixas coloridas. Robôs móveis como AGV’s têm que possuir uma visão artificial através de sensores (de visão e de distância). Além disso, eles estão programados para funcionar autonomamente, como por exemplo: em muitos casos os AGV’s podem tomar decisões de como: parar se encontrar algum obstáculo no caminho, ou mesmo contornar o obstáculo.

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O AGV, Veículo Guiado Automaticamente sem condutor, realiza desde as tarefas de transporte mais simples, até as mais complexas como transporte de materiais do almoxarifado até pontos determinados da linha de produção. A idéia do AGV se baseia no desenvolvimento de um sistema modular e em seus diversos campos de aplicação. Inicialmente o AGV tinha por função criar um sistema de transporte sem condutor que:

• Apresentasse baixo custo de planejamento e de investimento, podendo ser instalado facilmente.

• Pudesse ser aplicado de maneira flexível. • Pudesse ser manipulado com facilidade, melhorando, assim, a

produtividade e a qualidade do trabalho.

Os robôs classificados como AGVs são dispositivos de locomoção terrestre, de modo geral robôs transportadores, ou seja, equipamentos autônomos. São alimentados por baterias e movimentados através de motores elétricos. A forma de controle é baseada numa estrutura complexa, pois estes robôs são desenvolvidos para transitarem por plantas produtivas, percorrendo diversas trajetórias. As trajetórias geralmente são demarcadas no piso e identificadas pelos protótipos através de sensores ópticos, ou sensores indutivos, quando utilizam fitas magnéticas, adotando o sistema de controle através da técnica conhecida como”malha.fechada”. Existe também a possibilidade de estabelecer uma pré-trajetória no dispositivo, utilizando mensagens de rádio ou interface com outros tipos de comunicadores, tais como GPS, Bluetooth e GSM, atuando num sistema de malha aberta, sem feedback. Os robôs móveis são utilizados para as manipulações delicadas, que envolvem situações complexas, tanto no transporte de peças, podendo também atuar em locais mal iluminados, com alto nível de insalubridade, quanto em situações nocivas ao meio ambiente e ao ser humano, tornado-os robôs de padrão robusto, dependendo de sua finalidade, além da capacidade de processamento que os mesmos possuem nas tomada de decisões. Entretanto, essa tecnologia não costuma ser barata, sendo encontrada apenas em grandes indústrias, devido às necessidades de seguirem normas de segurança a fim de garantir a qualidade no ambiente de trabalho. O AGV é um robô móvel utilizado para o transporte e manuseamento automático de materiais (ex. em curso de fabrica, matéria-prima, produto acabado, etc.). Nos sistemas de fabrícios estabelecem o fluxo de materiais existente entre as várias máquinas, postos de trabalho e armazéns (eventualmente automáticos). Em logística são utilizados para assegurar o fluxo de materiais entre os armazéns e os cais de recepção ou de expedição.

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As suas principais características funcionais são:

Poder movimentar-se de forma autônoma ao longo de um layout de trabalho, sem qualquer intervenção humana;

Poder responder a uma tarefa de movimentação entre dois pontos, selecionando uma trajetória ou caminho, percorrendo esse caminho de forma autônoma, parando com precisão na posição final, onde procede de forma automática a uma operação de carga ou de descarga de uma carga a transportar.

O AGV é considerado o sistema de movimentação e manuseamento de materiais mais flexível (em inglês, material handling system). Pode ser tão pequeno quanto um distribuidor de correio ou de documentos em papel, ou tão grande quanto um transportador de peças de 125 toneladas. Para desempenhar a sua tarefa de forma eficiente e segura, é habitualmente equipado com várias funcionalidades, tais como: sistema de navegação e de encaminhamento autônomo, sistema de transferência de carga automático, sistema de gestão de tráfego,detectores de proximidade de obstáculos, etc..

5.1 Sistemas de Navegação.

Existem diversos métodos de navegação que permitem a um AGV seguir um caminho fixo ou um caminho dinâmico. A determinação de caminhos fixos ou dinâmicos depende dos custos de instalação, dos requisitos de flexibilidade e da necessidade ou não da futura expansão do sistema. Os sistemas com caminhos fixos são menos dispendiosos, todavia inviabilizam a possibilidade de reagir a alterações no layout de trabalho sem interromper o seu normal funcionamento, acarretando por isso custos adicionais. O sistema filo guiado (Figura 5.3) é um exemplo de um método de caminhos fixos, que é usado em grande escala, devido à sua robustez e simplicidade [2]. Baseia-se no seguimento do campo magnético criado por condutores implantados no solo e percorridos por uma corrente elétrica sinusoidal. O campo magnético é detectado por antenas, que seguem a freqüência correspondente ao caminho seguir. Este sistema tem sido largamente utilizado devido à sua simplicidade e robustez, mas tem a desvantagem de não permitir a reconfiguração do layout, o que o torna muito pouco flexível e inadequado a indústrias do tipo job shop, onde existe a necessidade de reconfigurar freqüentemente o layout da fábrica.

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Os sistemas de caminhos dinâmicos são mais flexíveis perante modificações no layout e nos requisitos de capacidades, mas são mais complexos e dispendiosos. Navegação por visão artificial, por laser e por GPS (só em aplicações outdoor), são exemplos de sistemas de caminhos dinâmicos.

Dentre estes, o sistema de navegação laser (Figura 5.3) é o que tem tido mais implantação no mercado, estando a substituir rapidamente o sistema filoguiado, com as vantagens já apontadas. Neste tipo de sistema, o AGV é equipado com um laser scanner, que realiza constantemente um varrimento rotativo, detectando a posição de painéis refletores colocados ao longo do layout. A posição do AGV é determinada com base na triangulação dos feixes de luz refletidos. Este sistema permite reconfigurar facilmente o layout, bastando para isso alterar a colocação dos painéis refletores e reprogramar a configuração do AGV.

5.2 Configurações mais usuais. A configuração mecânica de um AGV pode ser classificada em:

• Unidireccional – 1 roda dianteira de tração/direção, que roda sobre si mesma, e 1 eixo traseiro fixo (canto superior esquerdo da Figura 5.4);

• Bidireccional – 2 rodas de tração/direção e 2 rodas loucas, que permite ao AGV deslocar-se com a mesma eficiência em ambos os sentidos (cantos superior e inferior direito da Figura 5.4); ou uma configuração de movimento diferencial (canto inferior esquerdo da Figura 5.4).

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Os motores de tração e de direção (Figura 5.5) são habitualmente motores de corrente contínua de imanes permanentes, alimentados por choppers de 4 quadrantes [5.5]. Para além dos motores, o bloco de tração/direção possui um freio comandado por um eletroímã, que quando é alimentado determina a destravagem do AGV.

O AGV é alimentado por baterias de tração recarregáveis, com tensões que variam entre 12V e 48V. Os tipos de baterias mais utilizados são: baterias de chumbo ácidas (com e sem manutenção) e baterias de níquel-cádmio. Estas últimas são utilizadas em aplicações onde o tempo de carga das baterias é um fator crítico, porque permitem ser carregadas com correntes muito acima da corrente nominal e, portanto, em muito menos tempo do que as baterias de chumbo. A operação de carga das baterias pode ser manual, automática ou baseada na troca automática de baterias. Para salvaguardar a integridade do AGV e do meio que o rodeia (pessoas e máquinas), o AGV possui dispositivos de segurança ativos e passivos, tais como:

• Pára-choques e botões de pressão de emergência (estrategicamente colocados), que quando autuados determinam a frenagem e a paragem brusca e imediata do AGV;

• Detectores de proximidade frontais e laterais (ex. sonoros), que determinam o abrandamento ou a interrupção da marcha do AGV, quando este se aproxima de um obstáculo fixo ou móvel;

• Sinalização luminosa e acústica, para avisar as pessoas da proximidade do AGV.

Quando um AGV se posiciona num ponto de carga ou de descarga, a transferência de carga automática é assegurada através de sistemas como: transportadores por tapetes ou rolos, dispositivos de elevação, garfos telescópicos, etc. A escolha do sistema de transferência de carga depende das características dos materiais a serem manuseados. A Figura 5.6 mostra um AGV equipado com um transportador por tapete. Este tipo de AGV é habitualmente utilizado para cargas até algumas centenas de Kg.

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A Figura 5.7 mostra à esquerda um pequeno AGV (cargas até 200 Kg), equipado com 2 transportadores por rolos. Contudo, este tipo de AGV pode ser utilizado para cargas de peso superior (Figura 5.7 à direita), até algumas toneladas (3500 Kg).

A Figura 5.8 mostra AGV’s equipados com garfos elevatórios, funcionando como uma espécie de empilhadores automáticos para transportar paletes ou rolos de papel. Este tipo de AGV pode ser utilizado para transportar cargas até várias toneladas.

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O AGV da Figura 5.8/1 possui um sistema designado por navete, que consiste numa plataforma que tem a capacidade de se deslocar para fora do veículo, lateralmente a este, para ir carregar ou descarregar uma carga colocada sobre um suporte metálico (mesa de transferência).Simultaneamente possui um sistema de elevação, que permite levantar a carga do suporte ou colocá-la aí. A Figura 5.9 mostra um AGV unidirecional designado por AGV do tipo stacker-crane, que possui uma plataforma elevatória com garfos telescópicos. Este tipo de AGV é utilizado para realizar de forma mais barata um armazém automático (até 6 m de altura), em que é o próprio AGV que se encarrega de colocar ou retirar o contentor ou palete de um compartimento do armazém (solução híbrida, que combina o conceito de AGV com o conceito de AS/RS).

5.2.1 Aspectos de controle e variáveis de projeto de uma frota de AGV’s.

Quando opera num ambiente de fabrício, o AGV requer controle a bordo ou centralizado para coordenar os movimentos em relação a outros dispositivos de manuseamento de materiais ou outros AGV’s. Os sistemas de AGV’s centralizados são os mais comuns. Neste caso, há um computador central que coordena a operação de toda a frota de AGV’s, numa arquitetura do tipo master-slave. Este controlador central tem de resolver em tempo-real problemas complexos, como sejam:

• Escalonamento – atribuição otimizada das tarefas de movimentação aos vários AGV’s (recursos), de forma a otimizar um determinado critério de desempenho (ex. tempo em fila de espera de uma tarefa); • Encaminhamento - execução de um algoritmo, que aplica um determinado

critério de otimização para determinar o melhor trajeto para um AGV, quando este tem de se deslocar desde a sua posição inicial até ao ponto de carga de uma nova tarefa, ou quando este se desloca desde o ponto de carga até ao ponto de descarga; • Gestão de Tráfego – gestão do layout dos AGV's, de forma a impedir a existência de colisões entre AGV's, ou de AGV's com outros equipamentos, tendo a capacidade de detectar e resolver a eventual ocorrência de deadlocks, decorrentes da reserva de determinadas zonas do layout por um grupo de AGV's em conflito;

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• Controle e Monitorização dos veículos – monitorização e reação a

eventos relacionados com o funcionamento dos AGV's, tais como: bateria descarregada, falhas no equipamento, atuação de um botão de emergência, etc; • Interface com a camada de controle superior (ex. shop floor control) –

interligação do controlador do sistema de AGV’s com o controlador externo, realizando a recepção de novas tarefas de movimentação; o cancelamento ou alteração dos parâmetros de tarefas de movimentação em curso; a notificação acerca do estado das tarefas pendentes em fila de espera ou em execução; e a sincronização dos AGV's, durante operações de carga e de descarga, com dispositivos externos de manuseamento e de transferência de carga (ex. braço de um robô, tapete de rolos, etc.).

Para além da programação deste controlador, o projetos e configuração de uma frota de AGV’s compreende também fatores como o número de veículos necessários e a configuração do layout.Os indicadores de desempenho mais usuais para medir caracterizar um sistema de AGV’s são:

Cadência – número médio de tarefas de movimentação que o sistema

realiza por unidade de tempo (normalmente a unidade de tempo utilizada é a hora);

Tempo médio de atendimento de uma tarefa – tempo que em média uma

tarefa permanece em fila de espera até ser atendida;

Taxa de utilização dos AGV’s – percentagem do tempo de sistema em

que o AGV se encontra a realizar tarefas de movimentação.

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6. CONCLUSÃO.

Muitas fábricas usam os veículos guiados automaticamente (AGV,s),para o transporte de equipamentos de muitas toneladas, ou materiais como motores de avião ou de bobinas de metal para vários pontos dentro do chão de fábrica. Diferentes modelos, que incluem AGV bifurcados,veículos de reboque e veículos de transferência, tem ampla capacidade de carga e características que variam em termos de design, forma de manuseio de materiais componentes do robô. Eles vêm em diferentes tamanhos e formas, de acordo com seus usos específicos, requisitos de carga e necessidades de cada indústria.

Embora o ser humano continue sempre a aprimorar suas invenções, a integração e comunicação entre equipamentos de produção é um assunto tecnicamente já solucionado.No entanto, para aumentar as possibilidades de êxito na implantação de sistemas flexíveis de manufatura, só a integração de máquinas não é suficiente. Os departamentos da empresa e as pessoas que nela trabalham também devem estar unidos num mesmo objetivo. Essa é uma tarefa mais difícil, porque as pessoas não podem ser programadas, nem obedecem à lógica típica dos sistemas eletrônicos. São condicionadas por fatores psicológicos, políticos e culturais.

Empresas que usam carros guiados automaticamente, tais como fábricas, armazéns, hospitais e outras instalações de grande porte, beneficiam-se dos AGVs pela sua estabilidade e capacidade de operação eficaz. O uso de veículos guiados automaticamente dentro das instalações muitas vezes resulta em custos

trabalhistas reduzidos. AGVs podem fazer um trabalho físico pesado, sem desgaste ou exaustão, eliminando o trabalho humano que seria mais caro e potencialmente perigoso. Os AGVs ajudam a dar às empresas uma vantagem competitiva, pois aumentam a eficiência da produtividade e otimizam o tempo. Eles são flexíveis e podem ser adaptados a diferentes necessidades. Os AGVs reduzem também os danos aos produtos, criando um ambiente de trabalho mais ergonômico.

A aquisição AGVs muitas vezes envolve grandes investimentos monetários iniciais, pois a maioria dos veículos teleguiados são fabricados com materiais caros e sistemas de orientação, embora as empresas e os fabricantes que utilizam AGVs possam observar, muitas vezes, um rápido retorno sobre o investimento, aumentando a produção, o tempo e a eficiência do trabalho. Como o uso do AGV se torna mais popular, os fabricantes de veículos guiados por computação estão encontrando maneiras de reduzir os custos e estão projetando modelos menores e mais acessíveis para pequenas aplicações de transferência de carga. Atualmente, muitas pesquisas e novos estudos estão sendo desenvolvidos em países da Europa e nos Estados Unidos para melhorar as técnicas de softwares usados na automação dos veículos guiados, essenciais no funcionamento desses AGV’s.

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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

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ANEXOS

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