E QUIPAMENTO ROBÓTICO ADICIONAL , EIXOS EXTERNOS

No tratamento dos aspetos gerais de um projeto com robôs associado às aplicações de processo de soldadura ou cladding, surge a necessidade de referência ao equipamento robótico adicional de suporte a estes processos. Trata-se do equipamento que, não fazendo parte integrante de um robô enquanto produto de fabrico em série, é necessário para a execução de alguns trabalhos específicos e é controlado, ou manipulado, pelo mesmo. Um equipamento robótico tipicamente encontrado numa célula robotizada e controlado pelo robô são os eixos externos. Tratam-se de juntas cujo controlo é comum e conjunto ao manipulador, e estão associadas mais frequentemente a uma ou duas funções: (i) à movimentação do próprio braço pela sua base, para o aumento do espaço de trabalho na solução conjunta do manipulador com este eixo externo, e (ii) à movimentação das peças ou do seu equipamento de suporte, para facilitar o reposicionamento durante a realização do trabalho, melhorando o seu alcance pelo manipulador. Numa célula robotizada de soldadura ou cladding é muito habitual existir, pelo menos, um destes tipos de eixos externos associados ao robô. A designação ‘externos’ parece estar relacionada com o algoritmo de controlo destes eixos, porque mesmo sendo juntas igualmente servocontroladas pelo robô, o seu controlo integra o robô na forma de um grau de movimento independente dos existentes, ou seja, aos graus de liberdade do robô para o posicionamento no espaço é acrescentada uma ou várias deslocações que não alteram as entradas no modelo cinemático para obtenção da posição e orientação desejada no extremo do braço. Se um eixo externo é utilizado para movimentar outro equipamento de suporte ao trabalho do robô, ou peças, a sua função pode limitar-se ao reposicionamento, linear ou rotativo, que é mais fácil de instalar e programar quando comparado com outras soluções mecânicas menos flexíveis. Os fabricantes de robôs industriais já permitem facilmente a

integração adicional de eixos externos no controlador dos robôs e, na maioria dos casos, disponibilizam produtos previamente desenvolvidos para as duas configurações descritas.

A Figura 10 apresenta um manipulador montado sobre um eixo externo linear que, neste caso, tem a função de realizar o movimento do braço em translação.

Figura 10 Eixo externo para translação de um manipulador [16]

A colocação de um manipulador sobre um eixo externo, tal como apresentado na Figura 10, invalida grande parte das suas características dinâmicas que se referem ao desempenho dos movimentos, como a precisão ou a repetibilidade, no conjunto do sistema montado.

Neste caso, isto acontece porque a base do robô deixa de ser um órgão estático, passando para um grupo de componentes que acrescentam folgas mecânicas, incerteza na fixação, dilatação de materiais, elasticidades, entre outros. O resultado é que os valores de precisão e repetibilidade do conjunto passa a ser o somatório dos correspondentes valores para o manipulador e para o eixo externo. Note-se também que esses valores referentes ao eixo externo não dependem apenas do seu fabrico mas também, por exemplo, do rigor da sua montagem, nivelação e alinhamento, ou da rigidez do solo. Outros dados que podem ser relevantes na análise de um eixo externo deste tipo é a sua capacidade de aceleração e velocidade máximas, referentes à base do manipulador, assim como o tempo de estabilização posicional. Tratando-se de um produto previamente desenvolvido pelos fabricantes de robôs, a capacidade de carga deste tipo de eixo externo raramente é referida, em detrimento da indicação dos modelos de manipulador para o qual ele está preparado.

Se o eixo externo, ou um conjunto deles, é utilizado para manipular as peças ou o equipamento de suporte ao trabalho do robô, a designação mais utilizada para esse mecanismo é a de posicionador. Além de facilitar o alcance do manipulador, através do

posicionamento das peças em pontos ou orientações mais favoráveis, em muitos casos o posicionador é também utilizado para criar a divisão entre a área de trabalho do robô e a de montagem manual pelo operador. Os principais fabricantes desenvolveram posicionadores em diferentes gamas e configurações, que se adequam a uma grande parte das aplicações de soldadura ou cladding robotizadas. Estes posicionadores são normalmente constituídos por um a cinco eixos, e adequam-se a vários tamanhos e capacidades de carga. Se comparados os posicionadores disponíveis enquanto produto de fabrico padrão, nota-se uma tendência para igualar os graus de liberdade possibilitados pelos vários modelos. Dos principais fabricantes de robôs industriais, a ABB e a MOTOMAN parecem ter a maior gama de posicionadores disponível como produto de fabrico padronizado. A gama do fabricante KUKA é mais limitada nas configurações de posicionadores previamente desenvolvidas, e a FANUC praticamente não apresenta posicionadores de vários eixos previamente desenvolvidos, mas apenas diversos conjuntos de moto-redutores, ou posicionadores de um eixo, permitindo o seu agrupamento e posterior desenvolvimento dedicado de um posicionador com vários eixos.

A Tabela 3 mostra o comparativo de alguns posicionadores de vários eixos disponibilizados por estes fabricantes. As imagens apresentadas nesta tabela foram obtidas exclusivamente das páginas de internet de cada um dos fabricantes mencionados.

Tabela 3 Comparativo de posicionadores de vários eixos

Nas características técnicas destes produtos encontram-se parâmetros semelhantes aos de um manipulador: volume de trabalho, velocidade máxima das juntas, capacidade de carga, precisão e repetibilidade, e tempo de alternação ou interchange. Os tempos de alternação correspondem, nos posicionadores com eixo de divisão entre áreas de trabalho, ao tempo total necessário para o posicionador alternar as estações de trabalho entre o posto do operador e o posto do robô, o que na maioria dos casos corresponde a uma rotação de 180º no eixo principal e demora entre três a seis segundos. Nos exemplos apresentados anteriormente na Tabela 3, apenas os posicionadores com mais de três eixos permitem esta funcionalidade. No entanto, existem posicionadores de apenas um eixo em que esta é a sua única funcionalidade.

O modelo de célula de fabrico industrial para os processos de soldadura ou cladding mais facilmente encontrado atualmente em produção, é constituído por um ou dois manipuladores e o respetivo controlador, um posicionador, o equipamento de soldadura e as proteções de segurança. A Figura 11 apresenta uma célula robotizada de soldadura ou cladding. Nesta célula, que representa o padrão FlexArc da ABB, são visíveis dois robôs, um posicionador de três eixos e as vedações de segurança.

Figura 11 Exemplo de célula robotizada de soldadura ou cladding [17]