Com o objetivo de tornar as atividades operacionais mais produtivas, as indústrias têm investido cada vez mais em robótica. Nesse contexto, o braço robótico é um dos dispositivos mais requisitados.
Dotado de alta tecnologia, o braço robótico é tido como elemento fundamental da indústria avançada, inclusive da Indústria 4.0.
Ele simula os movimentos do braço humano e, com destreza e muita eficiência, é capaz de manipular uma série de ferramentas e objetos, em tarefas simples como mover pequenas peças, ou complexas, como explorar o fundo do mar.
Neste artigo, você vai conhecer melhor esse instrumento, entender como funciona, quais os principais usos, tipos, sua importância para os processos produtivos e muito mais! Acompanhe.
O que é um braço robótico?
Braço robótico é um dispositivo mecânico programado para realizar ações semelhantes às de um braço humano. Consiste em um mecanismo próprio da robótica, uma ciência da engenharia aplicada, que combina a tecnologia de máquinas operatrizes com a ciência da computação.
Em outras palavras, o conceito trata de replicar a habilidade humana a partir da combinação de mecânica, eletrônica e software para manipular objetos e executar tarefas específicas de forma eficiente, controlada e autônoma.
Sua operação é fundamentalmente precisa e requer mecanismos como motores, sensores, atuadores, além de partes conectadas que fazem movimentos de rotação e translação, com elos que formam uma cadeia cinemática.
O braço robótico tem diferentes graus de liberdade – termo mecânico que se refere à sua capacidade de deslocamento e de rotação, podendo atuar sozinho ou integrado a um robô mais complexo.
São amplamente utilizados em indústrias para automação de processos e atividades de logística, soldagem, encaixotamento, paletização, corte, usinagem, lixamento, rebarbação, operações colaborativas, etc.
Como surgiu o braço robótico?
O braço robótico tem suas raízes no desenvolvimento da robótica e automação, que começaram a se intensificar na metade do século 20.
Em 1956, George Devol, um inventor americano, criou o primeiro robô industrial chamado “Unimate”, que era um manipulador programável capaz de realizar tarefas simples em linhas de montagem. Ele foi implementado em 1961 na fábrica da General Motors.
Anos depois, em 1969, o estudante de Engenharia Mecânica do Stanford Artificial Intelligence Lab (SAIL), Victor Scheinman, desenvolveu o primeiro braço mecânico, batizado de Stanford Arm. Essa invenção é tida como referência até hoje, influenciando a estrutura de equipamentos modernos.
Mais tarde, em 1981, o engenheiro Takeo Kanade construiu o primeiro braço mecânico com motor instalado nas juntas do dispositivo, algo que deixou a movimentação muito mais rápida e precisa.
A partir dos anos 90, o desenvolvimento de softwares mais sofisticados, inteligência artificial e sensores aprimorados levaram à criação de braços robóticos mais avançados, capazes de realizar tarefas complexas de forma autônoma e com maior interação com humanos.
Qual a importância do braço robótico?
Essencialmente, um braço robótico serve para ampliar as capacidades humanas, executando tarefas repetitivas ou complexas com maior eficácia e repetibilidade.
Além do mais, a adoção de braços robóticos nas indústrias também promove a otimização dos processos e a redução de custos, bem como melhora a segurança e o desempenho.
Essa combinação de fatores torna os braços robóticos uma solução valiosa para enfrentar os desafios da produção moderna, permitindo às empresas mais adaptabilidade e melhoria contínua de sua eficiência operacional.
Segurança
A aplicação dos diferentes tipos de robótica amplia consideravelmente a segurança das operações na indústria, pois é possível ter melhor controle das ações e assim evitar acidentes.
Os braços robóticos ajudam a minimizar riscos para os trabalhadores, especialmente em tarefas mais perigosas, como manuseio de materiais pesados, trabalho em ambientes extremos ou exposição a substâncias tóxicas.
Otimização de processos industriais
Essa inovação tecnológica é altamente vantajosa para a indústria em geral, pois pode compor sistemas de automação, auxiliando os trabalhos que envolvem repetibilidade e precisão.
Também aumenta a disponibilidade das empresas, pois trata-se de um equipamento que pode atuar continuamente, ou seja, 24 horas por dia.
Os braços robóticos são altamente versáteis e podem ser programados para realizar uma variedade de tarefas, em diversas etapas do processo industrial, desde montagem até embalagem e inspeção.
Essa flexibilidade permite uma adaptação rápida às possíveis mudanças nas demandas de produção, facilitando a implementação de sistemas de manufatura ágil.
Além disso, a automação de processos repetitivos libera os operadores humanos para se concentrarem em tarefas que requerem habilidades cognitivas e criativas.
Desempenho
Diferente da mão de obra humana, o braço robótico não se exausta em nenhuma circunstância de trabalho, o que ajuda a diminuir erros e a manter a padronização da produção. E consequentemente, aumentar a produtividade do negócio.
Em outras palavras, a precisão e a consistência dos braços robóticos são muito superiores às capacidades humanas em muitas tarefas repetitivas. Eles conseguem operar com uma exatidão milimétrica, o que resulta em produtos de maior qualidade.
Isso é especialmente importante em indústrias como a automotiva e a eletrônica, onde a precisão é fundamental.
Redução de custos
Os custos operacionais, tanto diretos quanto indiretos, são reduzidos: os robôs produzem de forma mais econômica do que os meios tradicionais, evitando o desperdício de material, por exemplo.
Embora o investimento inicial em braços robóticos possa ser significativo, a longo prazo, eles levam à redução de custos operacionais.
Com o uso dessa automação, as indústrias podem diminuir os custos com mão de obra, reduzir resíduos e sobras e aumentar a eficiência geral.
Como funciona o braço robótico?
O equipamento é composto por diversas partes móveis e possui elos (ou segmentos) interconectados por juntas de movimentação relativa, que permitem uma variedade de movimentos e flexibilidade.
Acionadores são utilizados para executar esses movimentos, orientados por um sistema de controle e gerados por atuadores, que podem ser motores elétricos, servo motores ou cilindros pneumáticos. Esses componentes aplicam força e movimentam as articulações conforme necessário.
O controle é realizado por meio de programação via controladores ou plataformas microcontroladoras, como Arduino ou Raspberry Pi, que direcionam o comportamento do mecanismo robótico.
São utilizadas linguagens de programação específicas para criar os scripts que determinam as sequências de movimentos do braço robótico.
Além do mais, os operadores podem interagir com o braço robótico por meio de interfaces gráficas ou painéis de controle, para ajustes de parâmetros ou seleção de diferentes modos de operação.
Sensores podem ser integrados ao braço robótico para fornecer feedback em tempo real sobre sua posição, velocidade e força.
Veja aplicações com atuadores:
Componentes de um braço robótico
Como a estrutura do dispositivo é semelhante ao braço humano, nos referimos às suas partes nos mesmos termos. Sendo, portanto, constituído por uma base, um antebraço, o braço em si e um punho, onde é fixado um elemento terminal, como uma garra, pinça, ventosa ou ferramenta específica para cada aplicação.
De forma geral, o braço robótico é composto pelos seguintes elementos:
- Estrutura mecânica – Elos, que são a parte rígida do braço e as articulações, que são as conexões entre os elos que permitem movimentos relativos;
- Atuadores – Responsáveis por gerar movimento. Podem ser motores elétricos, servo motores ou cilindros pneumáticos/hidráulicos;
- Transmissores – Transferem o movimento gerado pelos atuadores (como motores) para as partes móveis do braço robótico, permitindo que ele execute uma variedade de movimentos, como rotação, elevação e extensão;
- Sensores – Os sensores podem indicar posição, força, tensão e proximidade de outros objetos;
- Elementos terminais – São ferramentas posicionadas na extremidade do braço, utilizadas para tarefas específicas, como agarrar, segurar ou manipular objetos;
- Controlador – Dispositivo que processa os comandos e controla os atuadores. Podem ser microcontroladores (como Arduino ou Raspberry Pi) ou controladores dedicados;
- Fonte de alimentação – Fornece a energia necessária para o funcionamento dos motores e componentes eletrônicos.
Tipos de braço robótico
Há uma variedade de tipos de braços robóticos, que se diferem pela sua aplicação, estrutura e controle.
Para decidir qual é o melhor para um projeto industrial, é preciso considerar fatores como o layout do ambiente, o fluxo de mercadorias, o volume de picking, o tipo de carga, etc.
Os tipos mais comuns no mercado são:
- Braço Robótico Articulado – Possuem várias articulações (pelo menos 3) que permitem movimento em múltiplos eixos, apresenta alta flexibilidade e alcance.
Pode ter de 2 a 7 graus de liberdade. Ideal para operações mais complexas, montagem, soldagem, pintura e tarefas de manipulação em geral;
- Braço Robótico Paralelo: Sua estrutura possui múltiplos braços que se conectam a uma plataforma comum. Apresenta grande rigidez e precisão, com menor alcance em comparação aos articulados.
Tem aplicação em indústrias que exigem alta precisão, como montagem de componentes eletrônicos e manipulação de produtos delicados;
- Braço Robótico SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm): Estrutura com braços em forma de “L” que permitem movimentos horizontais e uma pequena flexibilidade vertical.
Apresenta alta velocidade e precisão em tarefas de montagem. É ideal para operações em linha de montagem, manuseio de materiais e operações de embalagem;
- Braço Robótico Cartesiano: Também conhecido como braço robótico linear, possui movimentos simples, em linha reta, ao longo dos eixos X, Y e Z, baseado no sistema de coordenadas cartesianas.
Oferece alta precisão em aplicações de posicionamento e é comumente utilizado em tarefas como pick-and-place (pegar e colocar), montagem, embalagem e operações em máquinas CNC;
- Braço Robótico Cilíndrico: Este tipo combina movimentos lineares e rotacionais, formando uma configuração cilíndrica. Geralmente possui um eixo rotacional e um ou dois eixos lineares que permitem movimento vertical e horizontal.
É frequentemente utilizado em processos de soldagem, manuseio de materiais e automação de tarefas em ambientes industriais.
- Braço Robótico Esférico (ou Polar): Utiliza um sistema de coordenadas esféricas, composto por um eixo rotacional e um ou mais eixos de movimento, permitindo variações de movimentos em ângulos e distâncias dentro de um volume esférico.
A cinemática pode ser mais complexa devido aos múltiplos eixos de rotação e os ângulos envolvidos. Comumente utilizado em tarefas que exigem movimentos dinâmicos, como pintura, soldagem, e manipulação em espaços limitados.
Tipos de braço robótico industrial
São os tipos projetados especificamente para uso em fábricas e ambientes industriais. Podem ser principalmente do tipo articulado, paralelo ou SCARA, dependendo da aplicação.
Tratam-se de equipamentos robustos, programáveis e ideais nos processos de fabricação, embalagem, paletização e outras operações automatizadas.
Quais as principais aplicações de um braço robótico?
Os braços robóticos têm uma ampla gama de aplicações em diversas indústrias, contribuindo para a automação e eficiência em processos. Outros setores também se beneficiam dessa inovação, como os de saúde e educação.
A seguir, vamos apresentar essas diferentes aplicações, destacando as vantagens e exemplos.
Linhas de produção
Nas fábricas, o braço robótico costuma ser empregado em linhas de produção, operando sozinho ou auxiliando os funcionários em trabalhos como montagem, embalagem, manuseio de materiais, pintura, etc.
Seu uso promove o aumento da eficiência, uma vez que pode operar continuamente, com mais rapidez e sem interrupções não programadas, aumentando a produtividade.
Além disso, reduz as chances de erros em tarefas que exigem alta precisão e repetição e garante um padrão de qualidade uniforme ao longo da produção.
Em fábricas de eletrônicos, por exemplo, braços robóticos são usados para soldar componentes em placas de circuito, assegurando uma montagem rápida e precisa.
Processos logísticos
Em complexos logísticos, braços robóticos são utilizados para automação de armazéns e centros de distribuição. O equipamento pode ser instalado para ajudar na movimentação de cargas pesadas, substituindo o uso de empilhadeiras ou porta-paletes.
Outros benefícios são o aumento da velocidade de picking (seleção de itens), a diminuição de erros de manuseio e armazenamento e a otimização do uso do espaço físico, já que podem operar em áreas de armazenamento vertical.
Movimentação de carga
Braços robóticos podem ser programados para diferentes tipos de movimentações e volumes, podendo então ser usados para levantar, mover e empilhar cargas mais pesadas em ambientes industriais.
Dessa forma, ajudam a promover a melhoria da segurança para os trabalhadores, reduzindo o risco de lesões por levantamento manual. E também aumentam a velocidade e a precisão na movimentação de cargas.
Indústrias de manufatura, por exemplo, usam braços robóticos para carregar e descarregar materiais pesados, como peças metálicas ou pallets.
Outras aplicações
No âmbito educacional, o braço robótico é usado no ensino de programação, matemática, física, eletrônica, entre outras disciplinas, de uma forma dinâmica e divertida.
Na medicina, a ferramenta tecnológica auxilia os médicos em cirurgias, realizando operações com exatidão e rapidez, dando conforto para o profissional e segurança para o paciente. Segundo artigo do Estadão, a ferramenta “garante melhor visibilidade dos órgãos e tecidos do corpo humano”.
Na indústria alimentícia, braços robóticos são usados para embalar e manipular produtos, reduzindo o contato manual e melhorando a segurança alimentar.
O braço mecânico também é adotado nas residências, para realizar tarefas do cotidiano, como preparar uma xícara de café, por comando via smartphone.
Quanto custa o braço robótico?
Podemos encontrar em lojas especializadas desde os modelos mais básicos e baratos até os mais complexos e caros, usados geralmente para fins industriais.
Os preços podem variar muito: vão de aproximadamente R$100,00, em um kit simples para montagem didática, até valores exorbitantes, que compreendem recursos de tecnologia avançada, aplicada à indústria.
Uma possibilidade é comprar os componentes necessários e montar seu próprio equipamento robótico, gastando relativamente pouco.
Existem opções, em diferentes materiais, na forma de kits para montar, estruturas pré-montadas e até braços mecânicos prontos para uso. Muitos dos produtos podem integrar projetos compatíveis com Arduino, Raspberry Pi e outros microcontroladores.
Um protótipo desenvolvido por um estudante brasileiro, por exemplo, exigiu menos de R$2.000,00, enquanto o produto similar existente no mercado pode chegar a R$200.000,00.
Como fazer a manutenção de braços robóticos?
A manutenção de braços robóticos é crucial para garantir seu desempenho ideal, prolongar a vida útil e minimizar paradas não programadas.
Portanto, é importante realizar sempre uma manutenção preventiva, que envolve inspeções periódicas em busca de sinais de desgaste, danos ou vazamentos, limpeza adequada e lubrificação de articulações e componentes móveis, de acordo com recomendações do fabricante.
Também é importante verificar cabos, conectores e fiações para identificar danos ou desgaste, além de checar se todas as conexões elétricas estão firmes e sem corrosão. Os sensores precisam de calibrações periódicas para garantir precisão nos movimentos.
Sistemas de monitoramento podem ser usados para analisar dados de desempenho, identificando padrões que possam indicar problemas futuros.
É recomendável manter o software do robô e o firmware do controlador sempre atualizados, isso pode incluir melhorias de desempenho e correções de segurança. Bem como realizar backups regulares das configurações e programas do robô para evitar perda de dados.
Se for necessária uma manutenção corretiva, ao identificar falhas, faça uma análise detalhada para determinar a causa raiz antes de realizar reparos. Use peças de reposição originais recomendadas pelo fabricante para garantir compatibilidade e qualidade.
Conclusão
O braço robótico é um dos equipamentos tecnológicos mais procurados por empresas que desejam aumentar a eficiência de produção e se inserir em um cenário de indústria avançada.
Vimos que sua atuação é possível com a utilização de controladores variados, que dependem do projeto ou da preferência do usuário.
Com vantagens como maior disponibilidade e produtividade, a robótica revolucionou a relação homem/máquina. No caso das indústrias, ela aumenta a competitividade no mercado em que atuam.
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