Robô industrial

Um robô industrial é um sistema robótico usado para fabricação. Os robôs industriais são automatizados, programáveis ​​e capazes de se movimentar em dois ou mais eixos.

Aplicações típicas de robôs incluem soldagem, pintura, montagem, escolha e colocação de placas de circuito impresso, embalagem e rotulagem, paletização, inspeção de produto e testes; tudo realizado com alta resistência, velocidade e precisão. Eles podem ajudar no manuseio de materiais.

No ano de 2015, estima-se que 1,64 milhão de robôs industriais estavam em operação em todo o mundo, de acordo com a Federação Internacional de Robótica (IFR).

Tipos e recursos
As configurações do robô mais comumente usadas são robôs articulados, robôs SCARA, robôs delta e robôs coordenados cartesianos (robôs pórticos ou robôs xyz). No contexto da robótica geral, a maioria dos tipos de robôs se encaixaria na categoria de braços robóticos (inerente ao uso da palavra manipulador no padrão ISO 1738). Robôs exibem vários graus de autonomia:

Alguns robôs são programados para realizar fielmente ações específicas repetidas vezes (ações repetitivas) sem variação e com alto grau de precisão. Essas ações são determinadas por rotinas programadas que especificam a direção, aceleração, velocidade, desaceleração e distância de uma série de movimentos coordenados.
Outros robôs são muito mais flexíveis quanto à orientação do objeto no qual estão operando ou até mesmo a tarefa que deve ser executada no próprio objeto, que o robô pode até precisar identificar. Por exemplo, para uma orientação mais precisa, os robôs geralmente contêm sub-sistemas de visão de máquina que atuam como sensores visuais, ligados a poderosos computadores ou controladores. Inteligência artificial, ou o que passa por isso, [clarificação necessária] está se tornando um fator cada vez mais importante no moderno robô industrial.

É feita uma distinção entre robôs com base na cinemática usada:

Cinemática Paralela:
Robô Delta com 3 eixos rotativos montados no quadro e orientação paralela do paralelogramo da plataforma de trabalho.
Robôs Hexapod (em grego “Sechsfüßer”) com 6 eixos lineares, muitas vezes em simuladores de vôo

Cinemática Serial
Robô Articulado:
Robôs de 5 e 6 eixos com 5 ou 6 eixos de rotação (comparáveis ​​ao braço humano)
Robô de 7 eixos com 7 eixos
Robô de braço duplo com 15 eixos (tem dois eixos com 7 eixos e outro eixo de rotação)
Robô de paletização com 2 ou 4 eixos de rotação acionados e travamento mecânico da orientação do punho
Robô SCARA com 3 eixos paralelos de rotação e um eixo linear
Robô pórtico com 3 eixos lineares (movimento em um sistema de coordenadas cartesianas x / y / z, guindaste de contêineres comparável) e possivelmente um eixo de rotação diretamente na garra.

Uma característica importante dos robôs industriais é a capacidade de carga. Isso descreve a massa que pode ser anexada no final do manipulador máximo. Para robôs de braços articulados, atualmente há uma largura de banda de 2,5 a 1300 quilogramas. Além disso, a dinâmica e a precisão são críticas.

Um tipo especial é o robô colaborativo, projetado para funcionar em conjunto com pessoas em uma sala sem guardas. Isso abre aplicativos completamente novos, mas também traz novas demandas ao conceito de segurança, o que pode levar a restrições em termos de capacidade de carga, tempo de ciclo, etc.

História da robótica industrial
O mais antigo robô industrial conhecido, em conformidade com a definição ISO, foi completado por “Bill” Griffith P. Taylor em 1937 e publicado na revista Meccano, em março de 1938. O dispositivo semelhante a um guindaste foi construído quase inteiramente usando partes Meccano, e alimentado por um único motor elétrico. Cinco eixos de movimento eram possíveis, incluindo a rotação de agarrar e agarrar. A automação foi realizada usando fita de papel perfurada para energizar solenóides, o que facilitaria o movimento das alavancas de controle da grua. O robô poderia empilhar blocos de madeira em padrões pré-programados. O número de revoluções do motor necessárias para cada movimento desejado foi primeiro plotado em papel milimetrado. Esta informação foi então transferida para a fita de papel, que também foi acionada pelo motor único do robô. Chris Shute construiu uma réplica completa do robô em 1997.

George Devol solicitou as primeiras patentes de robótica em 1954 (concedidas em 1961). A primeira empresa a produzir um robô foi a Unimation, fundada por Devol e Joseph F. Engelberger em 1956. Os robôs de unimação também eram chamados de máquinas de transferência programáveis, já que seu uso principal era transferir objetos de um ponto a outro, a menos de uma dúzia de pés. ou assim distante. Eles usaram atuadores hidráulicos e foram programados em coordenadas de juntas, ou seja, os ângulos das várias juntas foram armazenados durante uma fase de ensino e repetidos em operação. Eles tinham precisão de 1 / 10.000 de polegada (nota: embora a precisão não seja uma medida apropriada para robôs, geralmente avaliada em termos de repetibilidade – veja adiante). A Unimation posteriormente licenciou sua tecnologia para a Kawasaki Heavy Industries e a GKN, fabricando Unimates no Japão e na Inglaterra, respectivamente. Durante algum tempo, o único concorrente da Unimation foi a Cincinnati Milacron Inc., de Ohio. Isso mudou radicalmente no final dos anos 1970, quando vários grandes conglomerados japoneses começaram a produzir robôs industriais similares.

Em 1969, Victor Scheinman, da Universidade de Stanford, inventou o braço de Stanford, um robô articulado de 6 eixos totalmente elétrico projetado para permitir uma solução de braço. Isso permitiu seguir com precisão caminhos arbitrários no espaço e ampliou o uso potencial do robô para aplicações mais sofisticadas, como montagem e soldagem. Scheinman então projetou um segundo braço para o laboratório do MIT AI, chamado de “braço do MIT”. Scheinman, depois de receber uma bolsa da Unimation para desenvolver seus projetos, vendeu esses projetos para a Unimation, que os desenvolveu ainda mais com o apoio da General Motors e depois comercializou-a como a Máquina Universal Programável para Montagem (PUMA).

A robótica industrial decolou rapidamente na Europa, com a ABB Robotics e a KUKA Robotics trazendo robôs para o mercado em 1973. A ABB Robotics (anteriormente ASEA) introduziu o IRB 6, entre os primeiros robôs controlados por microprocessadores elétricos disponíveis comercialmente no mundo. Os dois primeiros robôs IRB 6 foram vendidos para a Magnusson na Suécia para a retificação e polimento de tubos e foram instalados em produção em janeiro de 1974. Também em 1973 a KUKA Robotics construiu seu primeiro robô, conhecido como FAMULUS, também um dos primeiros robôs articulados a ter seis eixos acionados eletromecanicamente.

O interesse pela robótica aumentou no final da década de 1970 e muitas empresas norte-americanas entraram no ramo, incluindo grandes empresas como General Electric e General Motors (que formaram a joint venture FANUC Robotics com a FANUC LTD do Japão). As empresas iniciantes dos EUA incluíram a Automatix e a Adept Technology, Inc. No auge do boom do robô em 1984, a Unimation foi adquirida pela Westinghouse Electric Corporation por US $ 107 milhões. A Westinghouse vendeu a Unimation para a Stäubli Faverges SCA da França em 1988, que ainda faz robôs articulados para aplicações industriais gerais e salas limpas e até comprou a divisão robótica da Bosch no final de 2004.

Apenas algumas poucas empresas não-japonesas conseguiram sobreviver nesse mercado, sendo as principais: Adept Technology, Stäub, a empresa sueca-suíça ABB Asea Brown Boveri, a alemã KUKA Robotics e a italiana Comau.

Áreas de aplicação
Robôs industriais são usados ​​em muitas áreas de produção, como

como um robô de união para
pressão Adicionar
Colagem e selagem
Rolo Hemming

como um dispositivo de manipulação para
Equipar máquinas (robô de montagem)
montar
Paletização (paletizador)
Empilhamento (empilhamento de robô)
Remover peças (pegar robô)
embalagem

como um robô de pintura para pintura ou como um robô para polir

como um robô de medição para medir e testar

como robô de moagem para moagem de correias

como um robô de corte para
Fresagem, serragem, corte a jato de água ou
com laser, faca, maçarico de corte ou plasma

como robô de solda para
Soldagem de caminho (arco)
soldagem a laser
soldadura de parafuso prisioneiro
Solda por resistência (solda a ponto)

Descrição técnica

Definindo Parâmetros
Número de eixos – dois eixos são necessários para alcançar qualquer ponto em um plano; São necessários três eixos para alcançar qualquer ponto no espaço. Para controlar totalmente a orientação do final do braço (ou seja, o pulso), são necessários mais três eixos (guinada, inclinação e rotação). Alguns projetos (por exemplo, o robô SCARA) trocam limitações em possibilidades de movimento por custo, velocidade e precisão.
Graus de liberdade – geralmente é o mesmo que o número de eixos.
Envelope de trabalho – a região do espaço que um robô pode alcançar.
Cinemática – o arranjo real de membros rígidos e articulações no robô, que determina os possíveis movimentos do robô. As classes de cinemática do robô incluem articulado, cartesiano, paralelo e SCARA.
Capacidade de carga ou carga útil – quanto peso um robô pode levantar.
Velocidade – quão rápido o robô pode posicionar o final do seu braço. Isto pode ser definido em termos da velocidade angular ou linear de cada eixo ou como uma velocidade composta, isto é, a velocidade da extremidade do braço quando todos os eixos estão em movimento.
Aceleração – a rapidez com que um eixo pode acelerar. Como esse é um fator limitante, um robô pode não conseguir atingir sua velocidade máxima especificada para movimentos em uma distância curta ou um caminho complexo que requer freqüentes mudanças de direção.
Precisão – quão perto um robô pode alcançar uma posição comandada. Quando a posição absoluta do robô é medida e comparada com a posição comandada, o erro é uma medida de precisão. A precisão pode ser melhorada com sensoriamento externo, por exemplo, um sistema de visão ou Infra-Red. Veja a calibração do robô. A precisão pode variar com a velocidade e a posição dentro do envelope de trabalho e com a carga útil (consulte a conformidade).
Repetibilidade – quão bem o robô retornará a uma posição programada. Isto não é o mesmo que precisão. Pode ser que quando dito para ir a uma certa posição XYZ, fique a apenas 1 mm dessa posição. Esta seria a sua precisão, que pode ser melhorada pela calibração. Mas se essa posição for ensinada na memória do controlador e cada vez que for enviada para lá, ela retornará para dentro de 0,1mm da posição ensinada e então a repetibilidade estará dentro de 0,1mm.

Precisão e repetibilidade são medidas diferentes. A repetibilidade é geralmente o critério mais importante para um robô e é semelhante ao conceito de “precisão” na medição – veja exatidão e precisão. A ISO 9283 estabelece um método pelo qual a precisão e a repetibilidade podem ser medidas. Normalmente, um robô é enviado para uma posição ensinada várias vezes e o erro é medido em cada retorno à posição depois de visitar outras quatro posições. A repetibilidade é então quantificada usando o desvio padrão dessas amostras nas três dimensões. Um robô típico pode, é claro, fazer com que um erro de posicionamento exceda isso e isso poderia ser um problema para o processo. Além disso, a repetibilidade é diferente em diferentes partes do envelope de trabalho e também muda com velocidade e carga útil. O ISO 9283 especifica que a precisão e a repetibilidade devem ser medidas na velocidade máxima e na carga útil máxima. Mas isso resulta em valores pessimistas, enquanto o robô pode ser muito mais preciso e repetitivo em cargas e velocidades leves. A repetibilidade em um processo industrial também está sujeita à precisão do efetor final, por exemplo, uma pinça, e até mesmo ao projeto dos ‘dedos’ que combinam com a pinça ao objeto que está sendo agarrado. Por exemplo, se um robô pega um parafuso por sua cabeça, o parafuso pode estar em um ângulo aleatório. Uma tentativa subsequente de inserir o parafuso em um buraco poderia falhar facilmente. Estes e outros cenários semelhantes podem ser melhorados com ‘lead-ins’, por exemplo, fazendo a entrada para o buraco cônico. Mas isso resulta em valores pessimistas, enquanto o robô pode ser muito mais preciso e repetitivo em cargas e velocidades leves. A repetibilidade em um processo industrial também está sujeita à precisão do efetor final, por exemplo, uma pinça, e até mesmo ao projeto dos ‘dedos’ que combinam com a pinça ao objeto que está sendo agarrado. Por exemplo, se um robô pega um parafuso por sua cabeça, o parafuso pode estar em um ângulo aleatório. Uma tentativa subsequente de inserir o parafuso em um buraco poderia falhar facilmente. Estes e outros cenários semelhantes podem ser melhorados com ‘lead-ins’, por exemplo, fazendo a entrada para o buraco cônico. Mas isso resulta em valores pessimistas, enquanto o robô pode ser muito mais preciso e repetitivo em cargas e velocidades leves. A repetibilidade em um processo industrial também está sujeita à precisão do efetor final, por exemplo, uma pinça, e até mesmo ao projeto dos ‘dedos’ que combinam com a pinça ao objeto que está sendo agarrado. Por exemplo, se um robô pega um parafuso por sua cabeça, o parafuso pode estar em um ângulo aleatório. Uma tentativa subsequente de inserir o parafuso em um buraco poderia falhar facilmente. Estes e outros cenários semelhantes podem ser melhorados com ‘lead-ins’, por exemplo, fazendo a entrada para o buraco cônico. que combinam com a pinça ao objeto que está sendo agarrado. Por exemplo, se um robô pega um parafuso por sua cabeça, o parafuso pode estar em um ângulo aleatório. Uma tentativa subsequente de inserir o parafuso em um buraco poderia falhar facilmente. Estes e outros cenários semelhantes podem ser melhorados com ‘lead-ins’, por exemplo, fazendo a entrada para o buraco cônico. que combinam com a pinça ao objeto que está sendo agarrado. Por exemplo, se um robô pega um parafuso por sua cabeça, o parafuso pode estar em um ângulo aleatório. Uma tentativa subsequente de inserir o parafuso em um buraco poderia falhar facilmente. Estes e outros cenários semelhantes podem ser melhorados com ‘lead-ins’, por exemplo, fazendo a entrada para o buraco cônico.

Controle de movimento – para algumas aplicações, como a montagem simples de pick-and-place, o robô precisa apenas retornar repetidamente para um número limitado de posições pré-ensinadas. Para aplicações mais sofisticadas, como soldagem e acabamento (pintura em spray), o movimento deve ser controlado continuamente para seguir um caminho no espaço, com orientação e velocidade controladas.
Fonte de energia – alguns robôs usam motores elétricos, outros usam atuadores hidráulicos. Os primeiros são mais rápidos, os últimos são mais fortes e vantajosos em aplicações como a pintura à pistola, onde uma faísca pode desencadear uma explosão; no entanto, a baixa pressurização interna do ar do braço pode impedir a entrada de vapores inflamáveis, bem como outros contaminantes.
Drive – alguns robôs conectam motores elétricos às articulações por meio de engrenagens; outros conectam o motor diretamente à articulação (acionamento direto). O uso de engrenagens resulta em “folga” mensurável, que é o movimento livre em um eixo. Braços de robô menores freqüentemente empregam motores CC de alta velocidade e baixo torque, que geralmente exigem altas relações de alavancagem; isso tem a desvantagem de reação. Em tais casos, o acionamento harmônico é freqüentemente usado.
Conformidade – esta é uma medida da quantidade em ângulo ou distância que um eixo do robô irá mover quando uma força é aplicada a ele. Por causa da conformidade quando um robô vai para uma posição que transporta sua carga máxima, ele estará em uma posição um pouco menor do que quando não está carregando carga útil. A conformidade também pode ser responsável pelo overshoot ao transportar cargas úteis altas, caso em que a aceleração precisaria ser reduzida.

Estrutura
A estrutura de um robô industrial (IR) inclui:

Controle: monitora e determina o movimento e as ações do IR. Isso requer programação.
Drives: O drive move os elos da corrente cinemática e é composto por motor, caixa de câmbio e controle. O acionamento pode ser elétrico, hidráulico ou pneumático.
sensor interno: fornece informações sobre a posição da cadeia cinemática. É usado pelo controlador para comparar o ponto de ajuste e a posição real. Os sensores internos podem ser, por exemplo, encoders incrementais, padrões de interferência ou funções de barreira de luz.
Cinemática: Representa a realização física da estrutura de suporte de carga e cria a associação espacial entre a ferramenta / peça e a instalação de produção. Consiste em eixos rotacionais e translacionais. Como regra, pelo menos 3 graus de liberdade são necessários para atingir todos os pontos no espaço. Isso requer pelo menos 3 eixos de movimento.
Sistemas de preensão: Um sistema de preensão estabelece a conexão entre a peça de trabalho e o IR. Isso pode ser feito por emparelhamento de força, emparelhamento de formas ou emparelhamento de tecidos.
Sensor externo: Fornece o feedback de infravermelho sobre o ambiente. Assim, permite uma reação flexível a mudanças não planejadas. Os sensores externos podem ser, por exemplo, sistemas de processamento de imagem (por exemplo, sistemas de fatiamento de luz laser), sensores de triangulação, funções de barreira de luz e sensores ultrassônicos.
sistemas de troca rápida de ferramentas opcionais: eles permitem uma troca de ferramenta controlada por programa z. Como soldagem, corte, união, paletização, colagem. Os sistemas geralmente modulares de troca rápida consistem em pelo menos um lado do robô, vários lados da ferramenta e um número correspondente de bandejas de ferramentas. Dependendo do campo de aplicação, os trocadores de ferramentas podem ser equipados com acoplamentos de mídia (água, sistema hidráulico, ar), plugues de sinal elétrico (cabos de fibra ótica, barramento de dados) e plugues de energia elétrica.

Manipulador
O manipulador ou braço robótico é uma máquina de manuseio multifuncional que consiste em uma série de elos rígidos conectados uns aos outros por articulações articuladas ou deslizantes, sendo as juntas ajustáveis ​​por acionamentos controlados. Uma extremidade desta “corrente de elos” é a base, enquanto a outra extremidade é livremente móvel e equipada com uma ferramenta ou uma pinça para realizar o trabalho de produção.

Programação Robótica e Interfaces
A configuração ou programação de movimentos e sequências para um robô industrial é tipicamente ensinada ligando o controlador do robô a um laptop, computador de mesa ou rede (interna ou Internet).

Um robô e uma coleção de máquinas ou periféricos são chamados de célula de trabalho ou célula. Uma célula típica pode conter um alimentador de peças, uma máquina de moldagem e um robô. As várias máquinas são ‘integradas’ e controladas por um único computador ou PLC. Como o robô interage com outras máquinas na célula deve ser programado, tanto em relação às suas posições na célula quanto na sincronização com elas.

Software: O computador é instalado com o software de interface correspondente. O uso de um computador simplifica muito o processo de programação. O software robótico especializado é executado no controlador do robô ou no computador ou em ambos, dependendo do design do sistema.

Existem duas entidades básicas que precisam ser ensinadas (ou programadas): dados posicionais e procedimentos. Por exemplo, em uma tarefa para mover um parafuso de um alimentador para um furo, as posições do alimentador e do furo devem ser primeiramente ensinadas ou programadas. Em segundo lugar, o procedimento para obter o parafuso do alimentador para o furo deve ser programado junto com qualquer E / S envolvida, por exemplo, um sinal para indicar quando o parafuso está no alimentador pronto para ser coletado. O objetivo do software do robô é facilitar essas duas tarefas de programação.

Ensinar as posições do robô pode ser alcançado de várias maneiras:

Comandos posicionais O robô pode ser direcionado para a posição desejada usando uma interface gráfica ou comandos baseados em texto nos quais a posição XYZ requerida pode ser especificada e editada.

Teach pendant: As posições dos robôs podem ser ensinadas por meio de um pingente de instrução. Esta é uma unidade de controle e programação de mão. As características comuns de tais unidades são a capacidade de enviar manualmente o robô para uma posição desejada, ou “polegadas” ou “jog” para ajustar uma posição. Eles também têm um meio de alterar a velocidade, já que geralmente é necessária uma baixa velocidade para um posicionamento cuidadoso ou enquanto o teste é executado em uma rotina nova ou modificada. Um grande botão de parada de emergência também é incluído. Normalmente, uma vez que o robô tenha sido programado, não há mais uso para o pingente de ensino.

Chumbo-a-nariz: esta é uma técnica oferecida por muitos fabricantes de robôs. Nesse método, um usuário segura o manipulador do robô, enquanto outra pessoa insere um comando que desenergiza o robô, fazendo com que ele entre no estado fraco. O usuário então move o robô manualmente para as posições necessárias e / ou ao longo de um caminho necessário, enquanto o software registra essas posições na memória. O programa pode posteriormente executar o robô nessas posições ou ao longo do caminho ensinado. Essa técnica é popular para tarefas como pulverização de tinta.

A programação offline é onde a célula inteira, o robô e todas as máquinas ou instrumentos no espaço de trabalho são mapeados graficamente. O robô pode então ser movido na tela e o processo simulado. Um simulador de robótica é usado para criar aplicativos incorporados para um robô, sem depender da operação física do braço do robô e do efetor final. As vantagens da simulação robótica é que ela economiza tempo no projeto de aplicações robóticas. Também pode aumentar o nível de segurança associado ao equipamento robótico, uma vez que vários cenários “what if” podem ser experimentados e testados antes de o sistema ser ativado. O software de simulação de robô fornece uma plataforma para ensinar, testar, executar e depurar programas que foram escritos em uma variedade de linguagens de programação.

As ferramentas de simulação de robô permitem que os programas de robótica sejam convenientemente escritos e depurados off-line com a versão final do programa testado em um robô real. A capacidade de visualizar o comportamento de um sistema robótico em um mundo virtual permite que uma variedade de mecanismos, dispositivos, configurações e controladores sejam experimentados e testados antes de serem aplicados a um sistema de “mundo real”. Os simuladores de robótica têm a capacidade de fornecer computação em tempo real do movimento simulado de um robô industrial usando modelagem geométrica e modelagem cinemática.

Outros Além disso, os operadores de máquinas costumam usar dispositivos de interface do usuário, geralmente unidades touchscreen, que servem como painel de controle do operador. O operador pode alternar de programa para programa, fazer ajustes dentro de um programa e também operar uma série de dispositivos periféricos que podem ser integrados dentro do mesmo sistema robótico. Estes incluem efetores, alimentadores que fornecem componentes para o robô, correias transportadoras, controles de parada de emergência, sistemas de visão de máquina, sistemas de intertravamento de segurança, impressoras de código de barras e um conjunto quase infinito de outros dispositivos industriais que são acessados ​​e controlados pelo painel de controle do operador .

O pendente de instrução ou o PC geralmente é desconectado após a programação e o robô então é executado no programa que foi instalado em seu controlador. No entanto, um computador é frequentemente usado para “supervisionar” o robô e quaisquer periféricos, ou para fornecer armazenamento adicional para acesso a vários caminhos e rotinas complexas.

Ferramentas de fim de braço
O periférico do robô mais essencial é o efetor final, ou ferramentas de fim de braço (EOT). Exemplos comuns de efetores incluem dispositivos de solda (como pistolas de solda MIG, soldadores por pontos, etc.), pistolas e também dispositivos de rebarbação e rebarbação (como disco pneumático ou esmerilhade de correias, rebarbas, etc.) e garras ( dispositivos que podem apreender um objeto, geralmente eletromecânico ou pneumático). Outros meios comuns de pegar objetos são por vácuo ou ímãs. Os efetores finais são freqüentemente altamente complexos, feitos para combinar com o produto manipulado e freqüentemente capazes de coletar uma variedade de produtos ao mesmo tempo. Eles podem utilizar vários sensores para ajudar o sistema do robô a localizar, manusear e posicionar produtos.

Movimento de controle
Para um determinado robô, os únicos parâmetros necessários para localizar completamente o atuador final (garra, tocha de soldagem, etc.) do robô são os ângulos de cada uma das juntas ou deslocamentos dos eixos lineares (ou combinações dos dois para formatos de robô, como SCARA). No entanto, existem muitas maneiras diferentes de definir os pontos. A maneira mais comum e mais conveniente de definir um ponto é especificar uma coordenada cartesiana para ele, isto é, a posição do ‘efetor final’ em mm nas direções X, Y e Z relativas à origem do robô. Além disso, dependendo dos tipos de juntas que um determinado robô pode ter, a orientação do atuador final em guinada, inclinação e rotação e a localização do ponto de ferramenta em relação à face do robô também devem ser especificadas. Para um braço articulado, essas coordenadas devem ser convertidas em ângulos de junção pelo controlador do robô e essas conversões são conhecidas como Transformações Cartesianas, que podem precisar ser executadas iterativa ou recursivamente para um robô de múltiplos eixos. A matemática da relação entre ângulos articulares e coordenadas espaciais reais é chamada de cinemática. Veja o controle do robô

O posicionamento por coordenadas cartesianas pode ser feito inserindo as coordenadas no sistema ou usando um pendente de instrução que move o robô nas direções XYZ. É muito mais fácil para um operador humano visualizar movimentos para cima / baixo, esquerda / direita, etc. do que mover cada articulação de cada vez. Quando a posição desejada é alcançada, ela é então definida de alguma forma particular para o software do robô em uso, por exemplo, P1 – P5 abaixo.

Programação típica
A maioria dos robôs articulados executa armazenando uma série de posições na memória e movendo-se para eles em vários momentos em sua sequência de programação. Por exemplo, um robô que está movendo itens de um lugar para outro pode ter um programa simples de ‘pegar e colocar’ similar ao seguinte:

Defina os pontos P1 a P5:

Com segurança acima da peça de trabalho (definida como P1)
10 cm Acima do bin A (definido como P2)
Na posição para participar do bin A (definido como P3)
10 cm Acima da bandeja B (definida como P4)
Na posição para participar do bin B. (definido como P5)

Definir programa:

Mover para P1
Mover para P2
Mover para P3
Fechar pinça
Mover para P2
Mover para P4
Mover para P5
Pinça aberta
Mover para P4
Mova para P1 e termine

Para exemplos de como isso seria nas linguagens robóticas populares, veja programação de robôs industriais.

Singularidades
O Padrão Nacional Americano para Robôs Industriais e Sistemas Robóticos – Requisitos de Segurança (ANSI / RIA R15.06-1999) define uma singularidade como “uma condição causada pelo alinhamento colinear de dois ou mais eixos do robô resultando em movimentos e velocidades imprevisíveis do robô”. É mais comum em braços robóticos que utilizam um “pulso triplo”. Este é um pulso sobre o qual os três eixos do punho, controlando o guincho, o arremesso e o rolamento, passam por um ponto comum. Um exemplo de uma singularidade do pulso é quando o caminho através do qual o robô está viajando faz com que o primeiro e terceiro eixos do pulso do robô (isto é, os eixos 4 e 6 do robô) se alinhem. O segundo eixo do pulso então tenta girar 180 ° no tempo zero para manter a orientação do efetor final. Outro termo comum para essa singularidade é um “pulso flip”. O resultado de uma singularidade pode ser bastante dramático e pode ter efeitos adversos no braço do robô, no efetor final e no processo. Alguns fabricantes de robôs industriais tentaram superar a situação modificando levemente o caminho do robô para evitar essa condição. Outro método é diminuir a velocidade de deslocamento do robô, reduzindo assim a velocidade necessária para que o pulso faça a transição. O ANSI / RIA determinou que os fabricantes de robôs devem tornar o usuário ciente das singularidades, se elas ocorrerem enquanto o sistema estiver sendo manipulado manualmente. reduzindo assim a velocidade necessária para o pulso fazer a transição. O ANSI / RIA determinou que os fabricantes de robôs devem tornar o usuário ciente das singularidades, se elas ocorrerem enquanto o sistema estiver sendo manipulado manualmente. reduzindo assim a velocidade necessária para o pulso fazer a transição. O ANSI / RIA determinou que os fabricantes de robôs devem tornar o usuário ciente das singularidades, se elas ocorrerem enquanto o sistema estiver sendo manipulado manualmente.

Um segundo tipo de singularidade em robôs de seis eixos articulados verticalmente divididos em punho ocorre quando o centro do punho está em um cilindro que é centrado sobre o eixo 1 e com raio igual à distância entre os eixos 1 e 4. Isso é chamado de singularidade do ombro. Alguns fabricantes de robôs também mencionam singularidades de alinhamento, onde os eixos 1 e 6 se tornam coincidentes. Isto é simplesmente um sub case das singularidades do ombro. Quando o robô passa perto de uma singularidade do ombro, a articulação 1 gira muito rápido.

O terceiro e último tipo de singularidade em robôs de seis eixos articulados verticalmente divididos em punho ocorre quando o centro do punho está no mesmo plano dos eixos 2 e 3.

Singularidades estão intimamente relacionadas com os fenômenos de bloqueio do cardan, que tem uma causa básica similar de eixos se alinharem.

Um vídeo ilustrando esses três tipos de configurações singulares está disponível aqui.

Saúde e segurança
A Federação Internacional de Robótica previu um aumento mundial na adoção de robôs industriais e eles estimaram 1,7 milhão de novas instalações de robôs em fábricas em todo o mundo até 2020 [IFR 2017]. Avanços rápidos em tecnologias de automação (por exemplo, robôs fixos, robôs colaborativos e móveis e exoesqueletos) têm o potencial de melhorar as condições de trabalho, mas também de introduzir riscos no local de trabalho na fabricação de locais de trabalho. Apesar da falta de dados de vigilância ocupacional sobre lesões associadas especificamente com robôs, pesquisadores do Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional dos EUA (NIOSH) identificaram 61 mortes relacionadas ao robô entre 1992 e 2015 usando buscas de palavras-chave do Bureau of Labor Statistics (BLS) Banco de dados de pesquisa do Censo de Lesões Ocupacionais Fatais (veja informações do Centro de Pesquisa em Robótica Ocupacional). Usando dados do Bureau of Labor Statistics, o NIOSH e seus parceiros estaduais investigaram quatro fatalidades relacionadas ao robô sob o Programa de Avaliação de Avaliação e Controle da Fatalidade. Além disso, a Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA, na sigla em inglês) investigou dezenas de mortes e ferimentos relacionados a robôs, que podem ser revisados ​​na página de busca de acidentes da OSHA. Lesões e fatalidades podem aumentar ao longo do tempo devido ao aumento do número de robôs colaborativos e co-existentes, exoesqueletos alimentados e veículos autônomos no ambiente de trabalho. Além disso, a Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA, na sigla em inglês) investigou dezenas de mortes e ferimentos relacionados a robôs, que podem ser revisados ​​na página de busca de acidentes da OSHA. Lesões e fatalidades podem aumentar ao longo do tempo devido ao aumento do número de robôs colaborativos e co-existentes, exoesqueletos alimentados e veículos autônomos no ambiente de trabalho. Além disso, a Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA, na sigla em inglês) investigou dezenas de mortes e ferimentos relacionados a robôs, que podem ser revisados ​​na página de busca de acidentes da OSHA. Lesões e fatalidades podem aumentar ao longo do tempo devido ao aumento do número de robôs colaborativos e co-existentes, exoesqueletos alimentados e veículos autônomos no ambiente de trabalho.

Padrões de segurança estão sendo desenvolvidos pela Robotic Industries Association (RIA) em conjunto com o American National Standards Institute (ANSI). Em 5 de outubro de 2017, a OSHA, NIOSH e RIA assinaram uma aliança para trabalhar em conjunto para aprimorar o conhecimento técnico, identificar e ajudar a lidar com possíveis riscos no local de trabalho associados a robôs industriais tradicionais e a tecnologia emergente de instalações e sistemas de colaboração homem-robô e ajudar a identificar pesquisa necessária para reduzir os riscos no local de trabalho. Em 16 de outubro, a NIOSH lançou o Centro de Pesquisa em Robótica Ocupacional para “fornecer liderança científica para orientar o desenvolvimento e o uso de robôs ocupacionais que melhoram a segurança, a saúde e o bem-estar dos funcionários”. Até agora, as necessidades de pesquisa identificadas pelo NIOSH e seus parceiros incluem: rastreamento e prevenção de ferimentos e mortes,

A primeira medida de proteção é, portanto, geralmente a separação do espaço de movimento dos robôs humanos e industriais pela grade protetora com portões de segurança seguros ou fotocélulas. Abrir a porta de proteção ou interromper a barreira de luz faz com que o robô pare imediatamente. Em modos de operação especiais, onde o humano deve entrar na área de perigo do robô (por exemplo, durante o ensino), um botão de habilitação deve ser acionado para permitir explicitamente os movimentos do robô. Ao mesmo tempo, as velocidades do robô devem ser limitadas a um nível seguro.

Desenvolvimentos recentes (robôs assistentes) apontam na direção em que o robô detecta, por meio de sensores, uma aproximação de um objeto estranho ou de uma pessoa a tempo e retarda seu movimento, pára ou mesmo recua automaticamente. Assim, no futuro, é possível uma cooperação conjunta com o robô em sua vizinhança imediata.

Todos os circuitos de controle de segurança pessoal normalmente são redundantes e monitorados de forma que uma falha, como um curto-circuito, não resulte em perda de segurança.

Uma análise de risco é usada para determinar os perigos representados pelo robô ou equipamento adicional e para projetar um dispositivo de proteção adequado para ele. Todos os dispositivos conectados no circuito de segurança devem corresponder à categoria selecionada.

Estrutura de mercado
Segundo o estudo World Robotics 2018 da Federação Internacional de Robótica (IFR), havia cerca de 2.097.500 robôs industriais operacionais até o final de 2017. Estima-se que esse número atinja 3.788.000 até o final de 2021. Para o ano de 2017, o IFR estima o mundo vendas de robôs industriais com US $ 16,2 bilhões. Incluindo o custo de software, periféricos e engenharia de sistemas, o volume de negócios anual para sistemas de robôs é estimado em US $ 48,0 bilhões em 2017.

A China é o maior mercado de robôs industriais, com 137.900 unidades vendidas em 2017. O Japão detinha o maior estoque operacional de robôs industriais, com 286.554 no final de 2015. O maior cliente de robôs industriais é a indústria automotiva com 33% de participação de mercado / indústria eletrônica com 32%, indústria metalomecânica com 12%, indústria de borracha e plásticos com 5%, indústria alimentícia com 3%. Na indústria têxtil, vestuário e couro, 1.580 unidades estão operacionais.

Fabricante
Os fabricantes conhecidos de robôs industriais são:

Alemanha:
Dürr AG
Robô KUKA
Reis Robotics (parte da KUKA AG desde 2013)

Japão:
Motoman
Yaskawa Electric Corporation
Denso
Epson
Fanuc
Hirata
Indústrias Pesadas Kawasaki
Mitsubishi Electric
Nihon Densan Sankyo
Panasonic

Suíça:
Güdel
Sistemas Sigpack (Embalagem Bosch)
Stäubli
Robótica da ABB

Áustria:
sistemas de robôs igm

ESTADOS UNIDOS:
Tecnologia Adept

Quase todos os fabricantes usam seus próprios controles, que diferem em sua programação, desempenho e precisão de trajetória alcançável do robô. Os controles típicos são IRC5, S4C + (ABB AG) e KRC3 (Kuka AG).

Além disso, existem inúmeras casas de sistema, que dão vida aos robôs industriais em sistemas individuais adaptados às necessidades dos respectivos clientes. Em produções em larga escala, como na produção de automóveis, muitas vezes são usados ​​apenas robôs de um único fabricante. Isso reduz o número de peças de reposição a serem mantidas em estoque. Também elimina a necessidade de treinar funcionários em diferentes sistemas. No entanto, mais e mais fabricantes de automóveis estão se voltando para o fornecedor robótico mais barato para adjudicar o contrato, a fim de reduzir uma população robótica unilateral e, portanto, a dependência do preço de um único fabricante.

Empresas como a VW, que costumava ter sua própria produção robótica, descontinuaram isso com especialização crescente e agora estão terceirizando sua necessidade de robôs industriais externamente.