Com equipamentos de ponta e anos de experiência, a Fraunhofer IPA chega às causas básicas da operação imprecisa do robô. Fonte: Rainer Bez, Fraunhofer IPA
Os robôs são quase sempre altamente repetíveis. A precisão absoluta, por outro lado, muitas vezes deixa a desejar. Uma equipe do Instituto Fraunhofer de Engenharia de Manufatura e Automação IPA está descobrindo as razões para isso e ajudando as empresas a obter sistemas robóticos mais eficientes.
A repetibilidade e a precisão absoluta são parâmetros estabelecidos para avaliar a qualidade e a precisão com que um robô executa uma tarefa específica. Se um robô executa uma tarefa específica muitas vezes com resultados quase idênticos, isso demonstra uma repetibilidade muito boa. Muitos industrial os robôs atingem valores na faixa de 0,1 mm ou melhores.
Em contraste, a precisão absoluta descreve a precisão com que as coordenadas espaciais de um robô são alcançadas em relação ao seu sistema base, independentemente dos movimentos anteriores. E aqui muitas vezes ainda há espaço para melhorias. Normalmente, são alcançados valores entre 0,5 e 1,5 mm. Esta tendência à imprecisão não é um problema para algumas aplicações, mas é para outras.
Desvantagens de robôs imprecisos
É difícil usar robôs com baixa precisão absoluta em processos que não são repetidos de forma idêntica, como na produção de lotes pequenos. Quando soldagem Numa montagem, por exemplo, é particularmente importante que a ponta do fio esteja posicionada precisamente no centro da costura de solda. O posicionamento exato resulta em cordões de solda de alta qualidade que atendem aos requisitos da indústria.
No entanto, desvios de apenas alguns décimos de milímetro podem prejudicar significativamente a qualidade ou até mesmo levar a rejeições. A precisão absoluta não é importante apenas para soldagem baseada em robô, mas também para aplicações como choose and place, pintura sem excesso de spray ou perfuração e rebarbação baseada em robô.
Outra desvantagem de robôs imprecisos torna-se aparente na programação offline (OLP), que também é frequentemente utilizada nos processos mencionados acima. Aqui, o programa do robô é criado em uma simulação e depois transferido para o robô actual. A vantagem está na possibilidade do robô manter o funcionamento enquanto a programação é realizada. Portanto, enquanto o robô processa um componente, o próximo componente pode ser programado em paralelo.
Mas se a precisão absoluta for insuficiente, o programa criado não poderá ser usado diretamente. Em vez disso, são necessárias correções demoradas, levando a paradas indesejadas da máquina, o que, por sua vez, prejudica a eficiência e a produtividade.
A precisão absoluta frequentemente alcançada de 0,5 a 1,5 mm é, portanto, insuficiente para aplicações complexas e pode limitar ou mesmo impedir o uso de robôs em determinadas aplicações. Freqüentemente, também leva a etapas de trabalho adicionais, como o reensinamento, o que reduz a eficiência de toda a cadeia produtiva. Em muitos cenários industriais, uma precisão absoluta semelhante à repetibilidade é desejável ou mesmo exigida.
Razões para a falta de precisão absoluta
Além das medições de precisão oferecidas de acordo com ISO 9283as empresas recorrem repetidamente a Fraunhofer IPA com a questão de como podem melhorar o desempenho dos seus robôs em termos de precisão. As causas das imprecisões são múltiplas e podem ser divididas em causas relacionadas ao {hardware}, ao software program e às causas externas.
Razões relacionadas ao {hardware} podem incluir o design do robô, como codificadores ou engrenagens inferiores, ou rigidez insuficiente, seja um braço articulado, um robô SCARA ou um sistema de pórtico. A má calibração do robô é uma das principais razões para a imprecisão do lado do software program, juntamente com a insuficiência controlador desempenho.
Além disso, um número crescente de sistemas robóticos está adicionalmente equipado com funções “cognitivas”, particularmente aquelas relacionadas com a percepção. Esses chamados sistemas de circuito fechado funcionam com sensores que detectam o ambiente do robô e seus programas processa os dados medidos para ajustar o caminho do robô de acordo. Em tal sistema, dados de sensor de baixa qualidade, um controlador de baixo desempenho ou interação abaixo do splendid entre os componentes da célula robótica geralmente causam problemas.
Finalmente, fatores externos como temperatura e pressão do ar, mas também forças de processo que ocorrem, podem ter um impacto negativo na precisão absoluta.
As medições feitas por estes dispositivos têm uma precisão de +- 40 µm em qualquer lugar do espaço de trabalho. Fonte: Fraunhofer IPA
Análise abrangente com novo benchmark
Se as empresas que utilizam robôs, bem como os próprios fabricantes de robôs, estiverem insatisfeitos com a precisão absoluta dos seus sistemas, toda a aplicação deverá ser examinada e analisada. Conforme descrito acima, é necessária uma investigação particular person das causas.
A equipe de automação do Fraunhofer IPA é um parceiro de projeto neutro que pode conduzir esta análise de causa raiz de maneira metódica, com base em amplo conhecimento e experiência especializada.
Em um projeto típico, a equipe primeiro registra a situação atual usando tecnologia de sensores como o Leica Absolute Tracker AT960 para criar um banco de dados sólido. O rastreador a laser registra as posições do robô com precisão submilimétrica. Indicadores de desempenho especiais são calculados a partir dos dados registrados, que podem ser usados para determinar o desempenho do sistema robótico.
Além disso, as características do robô movimentos são examinados, o que também fornece informações valiosas. Numa etapa posterior, os especialistas investigam a causa do comportamento indesejável. Para fazer isso, eles examinam o {hardware} e o software program do sistema robótico.
Além disso, a equipe desenvolveu um benchmark de circuito fechado especificamente para os sistemas robóticos de circuito fechado mencionados acima. O benchmark é adequado para robôs de vários fabricantes. No benchmark, um dispositivo de referência, um “metrônomo”, é usado para provocar determinados comportamentos no robô, o que permite tirar conclusões sobre seu desempenho.
Embora a ISO 9283 se concentre apenas no próprio robô para medir a precisão absoluta, o benchmark desenvolvido pode examinar tudo o que constitui um processo ou procedimento controlado em circuito fechado. Por exemplo, isto inclui o desempenho de toda a célula robótica, incluindo a tecnologia do sensor e o processo pretendido.
O procedimento de benchmark foi apresentado no 56º Simpósio Internacional de Robótica (ISR 2023) e na 21ª Conferência Internacional sobre Tecnologia de Automação e Engenharia Mecânica (CASE 2025).
Com um robô preciso, o caminho planejado pode ser executado sem interação handbook no robô actual. Fonte: Fraunhofer IPA
Valor agregado de alta precisão absoluta
Um robô com precisão absoluta suficiente pode não apenas substituir equipamentos mais caros, mas também aumentar a flexibilidade e minimizar o retrabalho. Em muitas aplicações, faz sentido investigar anomalias e melhorar a precisão absoluta.
Um robô que funciona de forma precisa e confiável oferece vantagens econômicas, além de aumentar a competitividade de uma empresa. Investir nesta área é, portanto, uma decisão estratégica que compensa no longo prazo.
Sobre o autor
Martin Finkbeiner é gerente de projetos no Instituto Fraunhofer de Engenharia de Manufatura e Automação IPA. Ele pode ser contatado em (e-mail protegido) e +49 711 9701046.