Desafios da engenharia robótica sobre os quais ninguém fala – Built for Engineers

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Acredite ou não, o setor de robótica está tomando de assalto a economia industrial. Todas as estatísticas indicam que nossos colegas de trabalho, motoristas e assistentes pessoais logo serão robôs sofisticados!

Você sabe que anualmente 500.000 empregos na área de manufatura estão deixando de ser preenchidos, semanalmente 70.000 baby boomers estão se aposentando da força de trabalho e os millennials, a geração futura, não estão tão animados para entrar no setor de manufatura? Consequentemente, não é de se admirar que as tecnologias de automação, incluindo a robótica, estejam crescendo a uma velocidade vertiginosa.

Com a chegada das tecnologias – 5G, computação de ponta, aprendizado de máquina, inteligência artificial e avanços nas tecnologias de visão, o setor de robótica está no ponto ideal para cumprir as promessas do setor 4.0. Porém, criar robôs autônomos e flexíveis para lidar com pequenos lotes de trabalho com altíssima precisão sem comprometer a segurança é um desafio.

Tanto os OEMs estabelecidos quanto as empresas iniciantes enfrentam os mesmos desafios de engenharia robótica: equilibrar as complexas compensações entre desempenho, confiabilidade, precisão, segurança e eficiência energética.

Um robô não é apenas um braço mecânico. Ele também não é um carro. Embora ambos sejam máquinas dinâmicas, um robô é um sistema profundamente integrado em que cada decisão cria um efeito cascata em outros domínios. Uma mudança no motor (eletromagnética de baixa frequência) afeta o braço do vibração (mecânica), que gera excesso de calor (fluido e umidade; térmico) e força mudanças no algoritmo de controle (automação).

Resolver esses problemas em silos isolados com uma abordagem do tipo “construir e testar” é uma receita para o fracasso. Esse método tradicional, que se baseia em protótipos físicos caros, inevitavelmente leva a descobertas tardias que podem inviabilizar projetos, inflar orçamentos e paralisar o desenvolvimento.

Existe uma maneira engenhosa. Usando um par de robôs industriais como exemplo, vamos explorar como uma abordagem de simulação multifísica ajuda você a dominar esses desafios interconectados antes de você construa um protótipo.

1. Domando a dinâmica: Da vibração à precisão

Para um robô de alta velocidade, a precisão não é perdida – ela é roubada pela dinâmica descontrolada. É nesse ponto que os insights de Simcenter tornam-se essenciais. Para colocar a vibração novamente sob controle, é preciso primeiro entender as forças e acelerações complexas que atuam não apenas nos braços principais do robô, mas também nas juntas, nos motores e nas caixas de engrenagens.

Usando o Simcenter, você pode simular o funcionamento completo do robô ciclo operacional para:

• Calcular com precisão o cargas dinâmicas e acelerações em cada parte do robô.
• Analisar como os componentes flexíveis, como os braços e as caixas de engrenagens, se dobrarão e vibrarão sob essas cargas.
• Prever e neutralizar as frequências ressonantes que prejudicam o desempenho e causam fadiga mecânica de longo prazo.
• Otimizar o projeto estrutural para máxima rigidez e peso mínimo, garantindo que o robô se estabilize instantaneamente para maximizar o rendimento e a precisão.

2. Dimensionamento correto de atuadores para obter o máximo de desempenho e eficiência

O cálculo tradicional de “tentativa e erro” ou de ponto único para o dimensionamento do atuador é notoriamente ineficiente. Ele geralmente leva a dois resultados ruins:

• Subdimensionamento: O robô não consegue atingir as metas de desempenho.
• Superdimensionamento: Uma opção “segura” comum que aumenta o custo, o peso e, o mais importante, consumo de energia e calor.

Em vez de adivinhar, o Simcenter permite que você simular o perfil completo da missão do robô. Ao fornecer os caminhos de movimento como entrada, ele calcula com precisão a velocidade, o torque e a potência necessários. Isso permite que você selecione o atuador ideal em um catálogo-um que seja perfeitamente compatível com a tarefa, minimizando o custo e o desperdício de energia.

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