COBOTS

13º Congresso de Inovação, Ciência e Tecnologia do IFSP - 2022  

COBOTS

F. S. VILANOVA¹, C. E. CORREA², J. AMARAL³, L. S. VILANOVA ⁴, H. C. GOMES ⁵

1. Pós-Graduando em Indústria 4.0, IFSP, Câmpus Sorocaba, [email protected]
2. Pós-Graduando em Indústria 4.0, IFSP, Câmpus Sorocaba, [email protected]
3. Pós-Graduando em Indústria 4.0, IFSP, Câmpus Sorocaba, [email protected]
4. Graduando em Engenharia Elétrica, UNISO, Campus Cidade Universitária, [email protected]
5. Docente no Curso de Pós-Graduação em Indústria 4.0, IFSP, Câmpus Sorocaba, [email protected]

     Área de conhecimento (Tabela CNPq): 3.04.05.02-5 Automação Eletrônica de Processos Elétricos e Industriais

RESUMO: A revolução tecnológica impulsionada pelo advento da indústria 4.0 oferece novos desafios para as organizações, pois muitas delas terão que desenvolver novos modelos de negócios ou se adaptarem aos já existentes para se adequarem a esta nova realidade de consumidores e trabalhadores que se tornam a cada dia mais exigentes tecnologicamente. Este cenário de evolução tecnológica propicia grandes oportunidades para o desenvolvimento e exploração de soluções que resultem no aumento do bem estar da sociedade como um todo, levando em consideração aspectos industriais, sociais, educacionais, sustentáveis e econômicos. Neste contexto, surgem empresas que estão concentrando seus esforços no desenvolvimento de robôs colaborativos que visem atender essa nova demanda que surge no mercado. Os cobots são robôs inteligentes especialmente desenvolvidos para colaborarem com o homem em tarefas repetitivas, perigosas, não ergonômicas, inseguras ou que necessitem de um alto nível de precisão, deixando os humanos livres para se concentrarem em atividades que demandem criatividade e pensamento crítico. Logo, o objetivo deste trabalho é apresentar os principais conceitos, aplicações, tendências e resultados que podem ser alcançados através da interação colaborativa entre os humanos e os cobots, partindo do princípio de diversos ramos de atuação aos quais este tipo de tecnologia se aplica.

PALAVRAS-CHAVE: cobots; robôs inteligentes; indústria 4.0; evolução tecnológica; interação colaborativa.

COBOTS

ABSTRACT: The technological revolution driven by the advent of Industry 4.0 offers new challenges for organizations, as many of them will have to develop new business models or adapt to existing ones to fit this new reality of consumers and workers who become more and more technologically demanding every day. This scenario of technological evolution provides great opportunities for the development and exploration of solutions that result in the increase of the welfare of society as a whole, taking into consideration industrial, social, educational, sustainable, and economic aspects. In this context, there are companies that are concentrating their efforts in the development of collaborative robots that aim to meet this new demand in the market. Cobots are intelligent robots specially developed to collaborate with humans on tasks that are repetitive, dangerous, non-ergonomic, unsafe, or that require a high level of precision, leaving humans free to concentrate on activities that demand creativity and critical thinking. Therefore, the objective of this work is to present the main concepts, applications, trends and results that can be achieved through the collaborative interaction between humans and cobots, starting from the principle of several industries to which this type of technology applies.

KEYWORDS: cobots; intelligent robots; industry 4.0; technological evolution; collaborative interaction.

INTRODUÇÃO

Os Cobots também conhecidos como robôs colaborativos, são robôs que podem trabalhar ao lado dos seres humanos de forma segura, diferentemente dos robôs industriais convencionais, que necessitam de isolamento (CÁMARA DE VALENCIA, 2022). Assim sendo, eles são a solução ideal para operações repetitivas em pequenos espaços, pois possibilitam automatizar qualquer tarefa de uma determinada rotina produtiva, pois proporcionam processos mais eficientes e rápidos, que resultam no aumento da produtividade e na redução significativa dos riscos para a saúde dos trabalhadores. 

De acordo com a patente (US5952796A), um cobot é um aparelho e método para interação física direta entre uma pessoa e um manipulador de uso geral controlado por um computador. Em outras palavras, pode-se designar um cobot como um robô colaborativo, pois eles são robôs especificamente projetados para colaborar com os humanos em um mesmo ambiente (UNIVERSAL ROBOTS, 2019).

Os cobots também podem ser definidos como dispositivos robóticos passivos mecanicamente e, portanto, seguro, pois se destinam ao contato físico direto com um operador humano, no qual, o operador fornece energia para os movimentos, enquanto os cobots respondem aos movimentos através de controles realizados por software (UNIVERSAL ROBOTS, 2019).

Ao longo deste artigo será apresentado aspectos históricos da evolução da robótica, tendências de evolução robótica colaborativa, tipos de cobots, as principais diferenças entre robôs e cobots, os métodos disponíveis para programação de um cobot, as normas regulamentadoras que definem as especificações técnicas para fabricação, as vantagens e desvantagens no uso na indústria, a classificação do nível de colaboração, e o retorno sobre o investimento (ROI – Return on Investiment), relativo a implementação dos cobots na indústria.

MATERIAL E MÉTODOS

Foram utilizados para a pesquisa bibliográfica, majoritariamente, sites relacionados aos fabricantes e conteúdo de sites voltados à área industrial, bem como manuais, catálogos, revistas científicas, literaturas e outros artigos voltados ao meio em questão.

A abordagem será qualitativa; e em relação aos objetivos pretendidos, a pesquisa será descritiva e o delineamento será através da pesquisa bibliográfica.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Embora seja difícil mensurar de forma precisa o retorno sobre o investimento (ROI) na aplicação de robôs colaborativos em processos industriais, é possível apontar um aumento na lucratividade das empresas através da melhoria dos processos operacionais proporcionados pela implementação dos cobots em linhas de produção (IND4.0, 2022).

A redução do desperdício de materiais, a disponibilidade em mais de um turno de trabalho e o nível de rendimento dos cobots são fatores que também devem ser levados em consideração (IND4.0, 2022). Como exemplo podemos citar a empresa alimentícia Ajinomoto do Brasil que ao empregar robôs colaborativos em seu processo de paletização conseguiu um aumento de 67% em sua produtividade em um período de apenas 3 meses (IND4.0, 2022).

Com relação aos tipos de cobots, de acordo com a ISO 10218 parte 1 e parte 2, é possível definir os robôs colaborativos da seguinte forma (A3, 2022): 

• Parada Monitorada de Segurança: Os robôs colaborativos definidos como parada monitorada de segurança são destinados a aplicações que possuem interação mínima entre o robô e os trabalhadores humanos. Normalmente, esses tipos de robôs colaborativos assemelham-se a um robô industrial com uma série de sensores que interrompem a operação do robô quando um humano entra no ambiente de trabalho.
• Velocidade e Separação: São similares aos robôs de parada monitorada e segurança, no entanto, os robôs colaborativos de velocidade e separação utilizam sistemas de visão mais avançados para desacelerar as operações quando um trabalhador humano se aproxima, de modo a interromper completamente a operação quando um trabalhador está muito perto do robô.
• Limitação de Potência e Força: Esses tipos de robôs colaborativos são construídos com cantos arredondados e uma série de sensores de colisão inteligentes para detectar rapidamente o contato com um trabalhador humano e interromper a operação. Esses robôs colaborativos usam braços robóticos colaborativos e apresentam limitações de força para garantir que qualquer colisão com um humano não resulte em ferimentos.
• Orientação Manual: Esses robôs colaborativos são equipados com um dispositivo guiado manualmente pelo qual o operador controla diretamente o movimento do robô durante o modo automático. Enquanto estiver no modo automático, o robô que realiza a colaboração guiada (modo manual) responde apenas à entrada de controle direto do operador. Isso permite que o robô suporte, por exemplo, o peso de uma peça de trabalho pesado enquanto o operador a manipula na posição, reduzindo assim o risco de lesões no operador por esforço repetitivo. Capacidades semelhantes podem ser usadas para "ensinar" ou programar um robô, mas propriamente falando, a orientação manual como operação colaborativa que ocorre enquanto o robô está em modo automático, durante a produção normal ou enquanto a programação, não é feita em modo automático nem utilizada durante a produção.

Os cobots e robôs tem formato e estruturas muito similares em aparência, porém existem diferenças muito significativas entre eles que são apresentadas abaixo:

• Os cobots podem ser transportados com maior facilidade quando comparados aos robôs tradicionais. Eles não necessitam ser instalados em local fixo como os robôs tradicionais, o que permite uma melhor adaptação às necessidades da empresa;
• Os robôs tradicionais são desenvolvidos para desempenharem tarefas específicas, já os cobots são mais versáteis, podendo executar diferentes funções;
• Os robôs tradicionais foram desenvolvidos com o objetivo de substituir os humanos no posto de trabalho, já os cobots foram desenvolvidos para atuar em conjunto com os trabalhadores humanos em um mesmo ambiente;
• O custo de implementação dos cobots em uma linha de produção são menores do que o custo de implementação dos robôs tradicionais, isso permite que a empresa tenha uma amortização mais rápida do investimento;
• Os robôs tradicionais necessitam de severas medidas de segurança, e, portanto, costumam trabalhar dentro de uma “jaula”, de modo a evitar acidentes com os trabalhadores humanos; já os cobots podem trabalhar em conjunto com os trabalhadores da empresa em um mesmo ambiente, pois não oferecem riscos à saúde destes trabalhadores, uma vez que foram especialmente projetados para essa finalidade (IBERDROLA, 2022).

Na questão de normalização da fabricação dos cobots; questão essa muito importante para padronização e garantia de qualidade e segurança desse tipo de equipamento; em 2016 foi elaborada a norma ISO/TS 15066:2016, que define especificações concretas para fabricantes e utilizadores de robôs colaborativos. Esta norma não exclui o contato físico, pois está previsto que haja um trabalho colaborativo entre os cobots e os operadores humanos, porém, a norma contempla os limites máximos de força e de pressão dos cobots. Portanto, a segurança não passa por evitar colisões, mas sim por limitar a intensidade da força e da pressão do robô a valores que o operador possa tolerar, sem sofrer lesões, em caso de contato.

Um item importante na avaliação da implantação dos cobots são suas vantagens e desvantagens e podemos citar como vantagem a característica de fácil programação que permitem executar a configuração de modo fácil e rápido. Além disso, os cobots são flexíveis em relação a sua implementação e seguros aos operadores humanos (UNIVERSAL ROBOTS, 2019).

Assim sendo, os cobots são ideais para desenvolver aplicações de pick and place, empacotamento, aparafusamento, alimentação de máquinas, montagem, paletização, separação, soldagem e colagem (UNIVERSAL ROBOTS, 2019).

Os robôs colaborativos não estão restritos apenas a execução das atividades citadas acima, eles podem atuar em tarefas que demandem atenção e sensibilidade, colaborando com os humanos em atividades voltadas a análise e inspeção,  atuando em laboratórios clínicos em operações voltadas a manipulação de agentes contaminantes, em hospitais e centros de reabilitação neurológica colaborando com médicos e fisioterapeutas na recuperação de pacientes com sequelas de coágulos sanguíneos e acidentes vasculares cerebrais ou  mesmo auxiliando pessoas em tarefas do cotidiano, tais como na entrega de refeições, na prática de exercícios físicos ou ajudando na higienização pessoal (IND4.0, 2021).   

A principal desvantagem dos cobots é sua capacidade de carga inferior, em relação aos robôs convencionais, isso ocorre, pois, o objetivo dos cobots é realizar a integração do trabalho homem/máquina de modo que eles possam atuar em um mesmo ambiente (UNIVERSAL ROBOTS, 2019). Em relação aos níveis de colaboração entre cobots e pessoas, de acordo com a “International Federation of Robotics (IFR)”, podem ser classificados em modos de segurança distintos e gradativos, sendo eles:

• Coexistência - não existe gaiola de proteção entre o robô e as pessoas, portanto, neste caso o espaço de trabalho não é compartilhado;
• Colaboração sequencial - neste caso o espaço de trabalho é compartilhado e os movimentos do cobot são sequenciais;
• Cooperação - é aquele que possui o espaço e o trabalho compartilhado entre o cobot e os humanos, portanto, neste caso há a interação entre o homem e a máquina;
• Colaboração responsiva - na qual o robô responde em tempo real as movimentações dos humanos.

Devido a versatilidade, flexibilidade, o baixo custo e a facilidade de implementação, a robótica colaborativa cresce em um ritmo acelerado ano a ano. Uma grande tendência que promete marcar o futuro da indústria, é a utilização de robôs colaborativos com inteligência artificial (AI). 

A inteligência artificial permitirá que os cobots trabalhem com grandes volumes de dados, atuando assim na detecção de mudanças nas condições de trabalho, no monitoramento e na otimização das operações, e permitindo diagnósticos das condições de falhas e identificação de padrões nas operações em andamento. Isso possibilitará que eles utilizem os insights obtidos para impulsionar o melhor desempenho tornando sua atuação mais completa e produtiva durante a realização das atividades (UNIVERSAL ROBOTS, 2020).

Nos dias atuais é necessário programar o cobot, ensinando-lhe a tarefa que ele irá executar, porém no futuro com o auxílio da AI bastará mostrar uma funcionalidade básica ao cobot e ele conseguirá reproduzir a tarefa e até mesmo aperfeiçoá-la (FORCE DESIGN INC, 2022).

Além disso, fabricantes estão estudando a aplicação de diversos tipos de linguagens para que cobots e humanos possam se comunicar de melhor forma. A KUKA empresa líder em robótica inteligente promete entregar uma tecnologia baseada na programação neurolinguística (PNL), que permitirá uma perfeita integração entre o homem e a máquina otimizando ainda mais os processos onde os cobots forem integrados. 

CONCLUSÕES

 Este artigo apresentou aspectos históricos e teóricos sobre os cobots, onde o objetivo foi destacar sua possibilidade de utilização nos diversos segmentos indústria e, sobretudo, ressaltar a possibilidade de interação entre os cobots e os homens de modo seguro e eficiente.

É notória a importância dos robôs colaborativos para o futuro da humanidade. O avanço da inteligência artificial possibilitará que os cobots passem a ser aplicados em áreas que até então eram predominantemente ocupadas por humanos, como por exemplo na área da saúde. 

Ainda podemos apontar os cobots como uma forte tendência de mercado para os próximos anos, em relatório divulgado pela International Federation of Robotics (IFR), o uso de robôs colaborativos na indústria cresceu em torno de 11% atingindo uma participação recorde de mercado de 4,8% em um total de 373.000 robôs instalados no ano de 2019 e a previsão é que haja um crescimento de 42% no período de 2022 a 2030 (IFR, 2022).

REFERÊNCIAS

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INFRA NEWS TELECOM. Ajinomoto investe em robôs colaborativos e aumenta produtividade em 67%. Infra News Telecom [Online], 2022. Disponível em: https://infranewstelecom.com.br/ajinomotoinveste-em-robos-colaborativos-e-aumenta-produtividade-em-67/. Acesso em: 19 out. 2022.

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