Colaboração Humano-Robô: Uma Solução de Fabricação da Indústria 5.0

Robôs colaborativos, conhecidos como cobots, estão dando vida à Indústria 5.0. Esses braços robóticos interativos estão atendendo à crescente demanda por tecnologias de fabricação que vão além da otimização da automação para priorizar relacionamentos entre humanos e robôs. Enquanto a Indústria 4.0 dependia fortemente de soluções complexas como big data e a Internet das Coisas, a Indústria 5.0 coloca tecnologias sofisticadas diretamente nas mãos dos operadores. Adotando essa tendência, os cobots são projetados para operar ao lado de humanos, ao contrário dos robôs industriais tradicionais que eram isolados de seus colegas de trabalho. Os cobots se destacam em trabalhar em espaços compartilhados para automatizar tarefas repetitivas como "pegar e colocar", paletização, operações delicadas de montagem e aplicações que exigem planejamento de caminho.

A popularidade dos cobots aumentou durante a pandemia de COVID-19, quando os fabricantes experimentaram uma escassez repentina de trabalhadores qualificados. Fábricas que estavam curiosas sobre automação, mas ainda não tinham implementado soluções, recorreram aos cobots como um primeiro ponto de automação facilmente programável e rapidamente implantável. Diante de circunstâncias sem precedentes, os cobots ofereceram uma solução econômica para a escassez de mão de obra, entregando resultados rápidos e automação flexível, garantindo a segurança dos trabalhadores humanos. Desde então, a integração ganhou força devido aos valiosos benefícios dos cobots, que incluem a qualificação dos trabalhadores, a melhoria da produção, a garantia da segurança dos funcionários e a simplificação de aplicações e programações complexas.

Qualificação dos trabalhadores e melhoria da produção

Os cobots incorporam a abordagem da Indústria 5.0 de colaboração humano-robô, e sua integração fornece aos fabricantes capacidades operacionais avançadas. Com uma força de trabalho menor, as fábricas podem produzir produtos de maior qualidade e aumentar a capacidade de produção, permitindo que os gerentes redirecionem recursos humanos adicionais para funções mais estratégicas. Isso é particularmente benéfico em instalações que lidam com tarefas de alta variável e baixo rendimento, onde a flexibilidade e a manobrabilidade do cobot aumentam significativamente a eficiência operacional.

Por exemplo, uma instalação para montagem de conexões de encanamento empregava uma grande força de trabalho humana para pintar selante nas roscas de cada tubo antes de conectá-lo a outro componente. Esse processo essencial garantia conexões estanques entre as peças. A fábrica manuseava milhares de tubos de vários tamanhos, espessuras e combinações.

A introdução de cobots para lidar com uma parte significativa desta tarefa permitiu que a planta reposicionasse seus trabalhadores para um processo mais eficiente e orientado a valor. O empregador designou alguns operadores para supervisionar os cobots, garantindo a aplicação precisa da espessura do adesivo nas roscas. Outros operadores colaboraram diretamente com os cobots, compartilhando a tarefa e revestindo manualmente tubos inadequados para serem segurados pelo acessório de tubulação. Os gerentes qualificaram trabalhadores adicionais para funções mais estratégicas, como programação de cobots para realocação ou inspeção de qualidade aprimorada.

Ao longo deste processo, o sucesso dependeu de operadores especialistas com profundo conhecimento do processo de revestimento para construir o programa de cobots e supervisionar a operação dos cobots. Por fim, o que antes era uma tarefa de rotina realizada por uma grande força de trabalho evoluiu para um esforço colaborativo entre uma força menor de operadores e cobots, resultando em maior valor de pessoal e melhor qualidade e capacidade do produto.

Garantindo a segurança dos funcionários

Os robôs industriais tradicionais são um tipo diferente de colega de trabalho. Eles superam seus equivalentes humanos em força e capacidades de potência. No passado, os fabricantes isolavam robôs industriais de humanos por segurança, removendo assim o potencial de colaboração. Hoje, em conformidade com os padrões da indústria, os cobots são equipados com tecnologias avançadas para garantir interações seguras com trabalhadores humanos em ambientes compartilhados.

Por exemplo, sensores de torque de junta são integrados estrategicamente em cada junta do eixo do cobot para fornecer sinais de feedback em interações humano-robô. Esses sensores desempenham um papel fundamental em permitir que os operadores trabalhem com segurança com e ao redor de um cobot. Por exemplo, se um humano entrar em contato inesperado com um cobot, os sensores de torque detectarão o contato e reduzirão imediatamente o nível de força e velocidade do cobot. A posição e o controle de conformidade de um cobot permitem que ele manuseie componentes delicados sem criar riscos de esmagamento e cisalhamento.

No entanto, a integração de tecnologias futuras pode introduzir novas considerações de segurança ao mesmo tempo em que melhora a interatividade do cobot. A integração de inteligência artificial, que pode oferecer sugestões valiosas aos operadores, abre as portas para ameaças à segurança cibernética, como acesso não autorizado a dados comerciais pessoais ou confidenciais.

No geral, embora os cobots ofereçam vantagens significativas em termos de capacidades e eficiência, sua integração segura em ambientes de trabalho humano requer avanços tecnológicos contínuos.

Aplicações e Programação Complexas

Comparados às soluções de robôs industriais anteriores, os cobots oferecem aos fabricantes uma solução de automação mais amigável e facilmente programável. O hardware e o software avançados dos cobots tornam até mesmo as aplicações e programações mais complexas acessíveis a uma ampla gama de instalações, de pequenas linhas de produção a grandes fábricas.

Uma tarefa notoriamente desafiadora para robôs é a coleta de lixo, na qual um item específico em uma posição aleatória é removido de um lixo. Embora essa tarefa pareça simples para os humanos, ela apresenta um desafio "intelectual" significativo para os robôs. Os engenheiros equipam os cobots de coleta de lixo com uma câmera aérea que captura imagens do conteúdo do lixo. O sistema de câmera emprega técnicas e algoritmos avançados de aprendizado de máquina para identificar a localização precisa da peça desejada dentro do lixo e transmite esses dados posicionais para o cobot. O cobot então usa uma pinça ou outro efetor final para extrair a peça do lixo e transferi-la para seu próximo local.

O desenvolvimento do cobot também dá um passo em direção à simplificação da programação sofisticada, tornando as soluções de automação industrial mais acessíveis aos operadores. Tradicionalmente, a complexidade dos robôs e suas aplicações exige codificação especializada por técnicos especialistas. Em contraste, os engenheiros projetam cobots para serem programáveis --por qualquer operador, o que permite uma implantação rápida. Os cobots usam uma linguagem de programação baseada em árvore com um sistema de arrastar e soltar em uma interface de usuário intuitiva, o que permite fácil construção de programas e tempos de implantação curtos. O operador pode programar e reparar o cobot por meio de uma interface homem-máquina chamada teach pendant (Figura 1).

 
Figura 1: Um operador pode usar um teach pendant para programar ou reparar um cobot controlando-o por meio de um processo passo a passo. (Fonte: Ridvan /stock.adobe.com)

Um exemplo de teach pendant que os operadores podem usar para criar um programa é o "Commander", desenvolvido pela KUKA, que é uma caixa sensível à pressão do tamanho de uma mão localizada no cobot. Esse processo envolve o operador segurando o "Commander" de ensino, posicionando o braço do robô e selecionando os pontos que definem um caminho para a aplicação desejada. Esse recurso é conveniente quando um robô precisa seguir um caminho para uma aplicação como soldagem ou colagem. No futuro, programar um cobot pode não exigir codificação alguma. Em vez disso, os operadores podem aproveitar um sistema de ícones e modelos para executar funções pré-programadas, tornando o processo de implantação ainda mais eficiente e intuitivo.

Conclusão

Um cobot é uma tecnologia transformadora da Indústria 5.0 que aprimora as habilidades da força de trabalho, eleva a qualidade e a capacidade do produto, prioriza a segurança dos funcionários e simplifica os desafios de hardware e software. Ao integrar cobots em configurações de fábrica, os fabricantes podem realocar os trabalhadores para funções mais estratégicas e otimizar ainda mais a produção. Para garantir uma colaboração segura, os cobots são equipados com tecnologias de segurança avançadas.

Além disso, os cobots demonstram facilidade de uso ao aproveitar novas tecnologias de hardware e software para abordar desafios complexos de aplicação e permitir a programação por qualquer operador. À medida que a evolução das tecnologias da Indústria 5.0 leva os fabricantes a buscar soluções de automação mais inteligentes que aprimorem o relacionamento entre humanos e máquinas, os cobots continuarão a atrair usuários com segurança, adaptabilidade e facilidade de uso.