Implementação de robótica colaborativa num laboratório para teste de peças de marroquinaria
Abstract
O mercado de luxo de bens de marroquinaria é muito competitivo, no qual a satisfação do cliente é a prioridade número um para qualquer empresa. Para garantir que o cliente fica satisfeito é necessário aplicar técnicas e métodos desenvolvidos para aumentar a qualidade dos produtos fabricados. Uma destas atividades envolve a identificação de defeitos, visíveis ou não, nos bens produzidos. Este processo deve ser realizado o mais cedo possível no ciclo de vida do produto, caso contrário poderá ser o cliente a identificar os defeitos no produto final. Este tipo de problemas acarreta um grande impacto para a empresa, não só devido a custos diretos, mas também a custos indiretos. Na presente dissertação analisa-se um exemplo de um problema desta natureza e desenvolve-se um método para o identificar atempadamente, possibilitando o desenvolvimento de soluções. O problema analisado nesta dissertação é o aparecimento de um rasgão em porta-cartões, após um número de anos de utilização. Esta falha é recorrente, não controlável nem identificável, e constitui o maior motivo de reclamação por parte dos clientes em produtos da mesma família. Para recriar esta falha foi necessário desenvolver um sistema de testagem que permitisse simular o gesto humano de inserir e retirar um cartão. O sistema teria que repetir estes movimentos durante vinte mil ciclos (equivalente a cerca de vinte anos de uso normal de um utilizador) de forma precisa e intuitiva. Este foi constituído por um braço robótico colaborativo articulado de 6 DOF, um end-effector na sua extremidade com dois cartões afixados e um suporte para imobilizar uma peça enquanto esta é testada. O suporte foi desenvolvido para albergar peças de formatos variáveis graças a três paredes móveis, ajustáveis com o auxílio de três fusos roscados. Assim que foi concluída a montagem do sistema físico e se programou o braço robótico, procedeu-se à seleção das peças a testar. Foram submetidas um total de sete amostras ao teste desenvolvido, sendo três de um modelo A, três de um modelo B e uma de um modelo C. Após um período de tempo de 17 horas para testar cada peça, obtiveram-se resultados de desgaste que comprovaram o sucesso no desenvolvimento do teste. Constatou-se que todos os exemplares apresentavam sinais de um rasgão na área estudada, com uma aparência comum e muito semelhantes a um caso real por parte de um cliente. A semelhança entre as peças testadas e as peças danificadas de clientes e a baixa variabilidade entre os resultados permitiu ainda a validação do procedimento para aplicar em projetos similares futuros.
Full text
Universidade do Minho Escola de Engenharia José Pedro Ferreira Ribeiro Implementação de robótica colaborativa num laboratório para teste de peças de marroquinaria dezembro de 2021
Universidade do Minho Escola de Engenharia José Pedro Ferreira Ribeiro Implementação de robótica colaborativa num laboratório para teste de peças de marroquinaria Dissertação de Mestrado Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Trabalho efetuado sob a orientação do Professor Doutor José Mendes Machado dezembro de 2021
ii DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Atribuição-NãoComercial-CompartilhaIgual CC BY-NC-SA https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
iii AGRADECIMENTOS Gostaria de agradecer a todos aqueles que contribuíram, direta ou indiretamente, para a realização desta dissertação. À Atepeli, por acreditar em mim com uma oportunidade em desenvolver a dissertação num ambiente industrial. Tenho muito por estar grato em todo o apoio, orientação e disponibilidade que deram no período de 6 meses que trabalhei convosco. Jamais esquecerei o fantástico ambiente de trabalho que proporcionaram, desde o momento de integração na empresa, às atividades recreativas, aos momentos de companheirismo do dia-a-dia e às pessoas que fizeram parte destas ocasiões. Queria deixar um especial obrigado aos meus companheiros de Guimarães com quem partilhei tantos momentos, dentro e fora da empresa, em especial à Elisa Maio, Patrícia Peixoto e Tiago Teixeira. Ao Ângelo Sousa e à Stéphanie Soares, por todo o conhecimento e orientação que me proporcionaram durante o desenvolvimento desta dissertação. Ao Agostinho Pacheco, que me viu a crescer, acompanhou o meu percurso académico e esteve à altura nos momentos que mais necessitei de ajuda. Ao Prof. Dr. José Machado, o meu orientador, pela guiamento e orientação no decorrer do desenvolvimento da dissertação. À minha família, por todo o esforço que fizeram ao longo do meu percurso académico. Sempre acreditaram em mim, apoiaram os meus sonhos e aspirações, chamaram à atenção quando necessário, mas nunca negaram um ombro amigo quando mais precisei. À minha namorada, Sofia Machado, pelo apoio incondicional no desenvolvimento da dissertação. Sem vocês tenho a certeza de que nada disto seria possível. O meu maior obrigado!
iv DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho.
v RESUMO O mercado de luxo de bens de marroquinaria é muito competitivo, no qual a satisfação do cliente é a prioridade número um para qualquer empresa. Para garantir que o cliente fica satisfeito é necessário aplicar técnicas e métodos desenvolvidos para aumentar a qualidade dos produtos fabricados. Uma destas atividades envolve a identificação de defeitos, visíveis ou não, nos bens produzidos. Este processo deve ser realizado o mais cedo possível no ciclo de vida do produto, caso contrário poderá ser o cliente a identificar os defeitos no produto final. Este tipo de problemas acarreta um grande impacto para a empresa, não só devido a custos diretos, mas também a custos indiretos. Na presente dissertação analisa-se um exemplo de um problema desta natureza e desenvolve-se um método para o identificar atempadamente, possibilitando o desenvolvimento de soluções. O problema analisado nesta dissertação é o aparecimento de um rasgão em porta-cartões, após um número de anos de utilização. Esta falha é recorrente, não controlável nem identificável, e constitui o maior motivo de reclamação por parte dos clientes em produtos da mesma família. Para recriar esta falha foi necessário desenvolver um sistema de testagem que permitisse simular o gesto humano de inserir e retirar um cartão. O sistema teria que repetir estes movimentos durante vinte mil ciclos (equivalente a cerca de vinte anos de uso normal de um utilizador) de forma precisa e intuitiva. Este foi constituído por um braço robótico colaborativo articulado de 6 DOF, um end-effector na sua extremidade com dois cartões afixados e um suporte para imobilizar uma peça enquanto esta é testada. O suporte foi desenvolvido para albergar peças de formatos variáveis graças a três paredes móveis, ajustáveis com o auxílio de três fusos roscados. Assim que foi concluída a montagem do sistema físico e se programou o braço robótico, procedeu-se à seleção das peças a testar. Foram submetidas um total de sete amostras ao teste desenvolvido, sendo três de um modelo A, três de um modelo B e uma de um modelo C. Após um período de tempo de 17 horas para testar cada peça, obtiveram-se resultados de desgaste que comprovaram o sucesso no desenvolvimento do teste. Constatou-se que todos os exemplares apresentavam sinais de um rasgão na área estudada, com uma aparência comum e muito semelhantes a um caso real por parte de um cliente. A semelhança entre as peças testadas e as peças danificadas de clientes e a baixa variabilidade entre os resultados permitiu ainda a validação do procedimento para aplicar em projetos similares futuros. Palavras-Chave: Qualidade; Simulação do Gesto Humano; Falha Recorrente; Testagem; Robótica Colaborativa.
vi ABSTRACT The luxury leather goods market is seriously competitive, in which customer satisfaction is the number one priority for any company. To ensure customer satisfaction it is necessary to apply certain techniques and methods to increase the quality of the products produced. One of these activities involves identifying defects, visible or not, in the leather goods. This process must be carried out as soon as possible in a product's life cycle, otherwise it may be the customer who identifies these defects in the final product. This type of problem has a greater impact on the company, not only because of its direct costs, but also because of its indirect costs. In this dissertation it is analyzed an example of this problem and it is developed a method for carefully identifying the problem, in a timely manner, and therefore enabling the creation of possible solutions. The problem analyzed in this dissertation is the creation of a tear in card holders, after several years of use. This failure is recurrent, not controllable, or identifiable, and constitutes the biggest reason for complaints by customers on products of the same family. To recreate this flaw, it was necessary to develop a testing system that would allow simulating the human gesture of inserting and removing a card. The system would have to repeat these movements for twenty thousand cycles (equivalent to about twenty years of normal use of a user) in a precise and intuitive way. This was made up of an articulated collaborative robotic arm of 6 DOF, an end-effector with two fixed cards and a support to immobilize a piece while it is being tested. The support was developed to accommodate pieces of variable shapes thanks to three movable walls, adjustable with the aid of three threaded spindles. Once the assembly of the physical system was completed and the robotic arm was programmed, it was time to select the parts to be tested. A total of seven samples were submitted to the test, from which three of a model A, three of a model B and one of a model C. After a period of 17 hours to test each part, wear and tear results were obtained and proved that the development of the test proved was successful. It was found that all specimens showed signs of a tear in the studied area, with a common appearance and very similar to a real case of a client. The similarity between the tested parts and damaged customer parts and the low variability between the results also allowed for the validation of the procedure in order to be applied in similar future projects. Keywords: Quality; Simulation of Human Gesture; Recurrent failure; Testing; Collaborative Robotics.
vii ÍNDICE Agradecimentos .................................................................................................................................. iii Resumo............................................................................................................................................... v Abstract.............................................................................................................................................. vi Índice ................................................................................................................................................ vii Índice de Figuras ................................................................................................................................. x Índice de Tabelas ............................................................................................................................. xiii Lista de Abreviaturas, Siglas e Acrónimos ......................................................................................... xiv 1. Introdução .................................................................................................................................. 1 1.1 Enquadramento e motivação .............................................................................................. 2 1.2 A empresa ......................................................................................................................... 2 1.2.1 Identificação e localização .............................................................................................. 2 1.2.2 Matéria-prima e Fornecedores ........................................................................................ 3 1.2.3 Produtos comercializados .............................................................................................. 4 1.2.4 Processos Produtivos ..................................................................................................... 4 1.3 Objetivos ........................................................................................................................... 6 1.4 Estrutura da Dissertação .................................................................................................... 7 2. Revisão de bibliografia ................................................................................................................ 8 2.1 Robótica ............................................................................................................................ 9 2.1.1 Braços robóticos articulados ........................................................................................ 11 2.1.2 Cinemática e geração de trajetória em braços robóticos articulados .............................. 12 2.2 Robótica colaborativa ....................................................................................................... 13 2.2.1 Mercado e implementação ........................................................................................... 14 2.2.2 HRC ............................................................................................................................ 16 2.2.3 Desafios ...................................................................................................................... 17 2.2.4 Segurança ................................................................................................................... 18 2.2.5 Aplicações ................................................................................................................... 19 2.3 Qualidade ........................................................................................................................ 21
viii 2.3.1 Definição e importância ............................................................................................... 21 2.3.2 Manage for quality ....................................................................................................... 23 2.4 Projeto Mecânico ............................................................................................................. 25 2.4.1 Modelos descritivos ..................................................................................................... 25 2.4.2 Modelos prescritivos .................................................................................................... 26 2.4.3 Modelos sistemáticos ................................................................................................... 28 3. Sistema robótico num laboratório de teste de matéria ............................................................... 29 3.1 Definição do problema ..................................................................................................... 30 3.2 Estabelecimento de objetivos ........................................................................................... 30 3.2.1 Lista de objetivos ......................................................................................................... 31 3.2.2 Ordenação da lista de objetivos .................................................................................... 31 3.2.3 Método da árvore de objetivos ...................................................................................... 32 3.3 Método de análise de funções .......................................................................................... 33 3.3.1 Função Global ............................................................................................................. 33 3.3.2 Subfunções ................................................................................................................. 34 3.4 Projeto conceptual ........................................................................................................... 35 3.4.1 Requisitos de funcionamento ....................................................................................... 35 3.4.2 Especificações técnicas ............................................................................................... 35 3.4.3 Mapa morfológico ........................................................................................................ 36 3.4.4 Método de DATUM ...................................................................................................... 38 3.5 Projeto de detalhe ............................................................................................................ 39 3.5.1 Manipulador ................................................................................................................ 39 3.5.2 Suporte de fixação ....................................................................................................... 43 3.5.3 End-Effector ................................................................................................................. 48 4. Testes e análise e discussão de resultados ................................................................................ 54 4.1 Testes realizados ............................................................................................................. 55 4.1.1 Amostragem ................................................................................................................ 55 4.1.2 Programação ............................................................................................................... 56 4.1.3 Análise e discussão de resultados ................................................................................ 59
1 1. INTRODUÇÃO A presente dissertação desenvolveu-se no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica na Universidade do Minho, e foi realizada em contexto empresarial, numa empresa de produção de componentes de marroquinaria. Neste capítulo é apresentado um enquadramento e motivação, uma descrição dos aspetos operatórios da empresa em questão, os objetivos previstos para o desenrolar do projeto assim como a organização do documento.
2 1.1 Enquadramento e motivação O mercado de produção e comercialização de bens de luxo é regido por padrões de qualidade extremamente exigentes. O elevado custo dos produtos finais cria, de forma subconsciente, elevadas expectativas para o cliente, de tal forma que não é tolerado qualquer tipo de defeito. Ao garantir que fica satisfeito com a sua última compra dá-se um passo no sentido de uma próxima compra com a mesma marca, criando-se assim uma fieldade aos seus produtos. O cliente não só espera um produto livre de qualquer defeito como também que a peça adquirida aguente o uso normal, sem qualquer falha e sinais óbvios de desgaste, durante muitos anos. O problema que daqui surge é que certos problemas de qualidade apenas poderão ser detetados após o produto ter sofrido quatro ou cinco anos de uso por parte de um cliente, por exemplo, não sendo possível identificálos previamente ao produto ser vendido. Por vezes estas falhas resultam numa reclamação por parte do cliente e possivelmente num pedido de reembolso ou de um produto de substituição. Isto poderá trazer consequências económicas severas, não só a curto prazo como a longo prazo também. Devido à natureza volátil do mercado de moda de luxo existe uma necessidade constante de se desenvolver e produzir novos produtos, para atrair novos clientes ou simplesmente para manter os clientes habituais interessados na marca. A rápida introdução de novos produtos cria a necessidade de se desenvolver novos materiais e testar novos meios de produção. Este fenómeno, associado ao problema já mencionado, obriga à criação de um método para validar a durabilidade de um produto e, assim, poder garantir com confiança que este irá manter-se livre de qualquer defeito visual e/ou funcional durante um determinado número de anos. 1.2 A empresa A dissertação de mestrado foi realizada em contexto empresarial, sob a forma de um estágio curricular com a duração de 6 meses. No presente capítulo será descrita a ATEPELI – Ateliers de Ponte de Lima, no qual se falará um pouco sobre a sua história, os produtos que comercializa e o processo produtivo utilizado. 1.2.1 Identificação e localização A empresa a ATEPELI – Ateliers de Ponte de Lima, com ateliers em Ponte de Lima, Penafiel e Santa Maria da Feira, compromete-se a produzir componentes de pequena, média e grande marroquinaria para o setor de moda de luxo.
3 Cada atelier é especializado em determinados produtos, podendo estes ser alças, pegas de bolsas ou, mais recentemente, componentes para calçado. A ATEPELI – Ateliers de Ponte de Lima encontra-se integrada num dos maiores grupos multinacionais de produtos de luxo, presente em 60 países, fundado em 1987 e que conta com mais de 75 marcas de setores de moda, bebidas, perfumaria, entre outros. O primeiro atelier do grupo em Portugal foi inaugurado em 2011, em Ponte de Lima, já sob o nome “ATEPELI” e, atualmente, constitui o centro de operações da empresa. A empresa tem vindo a expandir e atualmente é constituída por três ateliers e duas empresas subcontratadas. Mais recentemente foi criada a unidade de Penafiel, visível na Figura 1, local no qual foi se desenvolveu o projeto de dissertação. Figura 1 - Unidade da ATEPELI em Santa Marta, Penafiel. 1.2.2 Matéria-prima e Fornecedores A ATEPELI produz exclusivamente para uma marca do grupo, querendo isto dizer que todo o seu volume de vendas é totalmente interno ao grupo. A empresa não produz os produtos finais comercializados para o público geral, mas sim os componentes que os integram. A ATEPELI procura assim responder às exigências e desejos do seu cliente, estando este composto por vários ateliers de produto acabado internos ao grupo, sendo que a produção apenas arranca com uma encomenda dos mesmos. Quando uma encomenda é processada é então possível criar uma ordem de fabrico, na qual constam os processos/etapas e a sua ordem cronológica, as matérias, componentes e o tempo necessário para o fabrico de determinado produto. Tratando-se de produtos de marroquinaria a ATEPELI lida diariamente com pele e materiais sintéticos criados para a mesma finalidade. A nível de componentes a empresa utiliza, na grande maioria dos produtos, peças metálicas ou fechos. Deve-se referir que tanto os componentes como as matérias-primas podem ter duas origens distintas. O cliente pode fornecer as matérias, já cortadas, e os componentes (fechos, molas, entre outros) ou a própria empresa recorre aos seus fornecedores locais para a aquisição dos mesmos.
4 1.2.3 Produtos comercializados A empresa produz peças de pequena marroquinaria e de marroquinaria. Relativamente ao primeiro grupo, as peças produzidas constituem o interior do produto acabado, isto é, os pequenos foles de carteiras, poche-cc (organizador de cartões) ou poche-monnaie (porta-moedas), identificados na Figura 2. Figura 2 - Componentes de pequena marroquinaria produzidos na ATEPELI. Dentro da marroquinaria produzem-se, maioritariamente, componentes para o exterior do produto vendido ao consumidor final, podendo estes ser bandoulières (alças de ombro), poignées (pegas), tirettes (puxadores de fechos) ou porte-adresse (identificador de morada), visíveis na Figura 3. Figura 3 - Componentes de marroquinaria produzidos na ATEPELI. 1.2.4 Processos Produtivos O fluxo de material na zona de produção é altamente variável, não só pela quantidade de produtos diferentes, mas pelas implicações que a sua introdução traz nas linhas. Todavia, é possível delinear um fluxo típico dos produtos pelas várias linhas e definir qual é a função dos processos desempenhados em cada uma. Foles Poche cc Poche-monnaie Poignées Bandoulières Porte-adresse Tirettes
5 Armazém e corte O processo produtivo tem o seu início e o seu fim no armazém. O armazém é o responsável por receber todas as matérias-primas, mais concretamente compras de pele e reforços, sendo que o próprio armazém abastece posteriormente os restantes ateliers. Adicionalmente, o armazém também é a entidade responsável por rececionar os componentes e os consumíveis (tinta, cola, fio, entre outros). Caso o produto que se encontra em produção requeira a utilização da matéria-prima adquirida, esta será transportada do armazém para as máquinas de análise, seleção e corte automático e posteriormente transportadas para uma das linhas de preparação. Caso o cliente forneça os kits com todos os recursos materiais necessários para o fabrico da peça, que toma o nome de “ pré-coupes ”, estes serão diretamente abastecidos aos postos da preparação por um elemento do armazém. Preparação Como o próprio nome indica, as linhas de preparação têm o objetivo de preparar os componentes para a montagem, envolvendo normalmente processos como: • Igualizar a matéria-prima: Esta etapa assegura que todas as peças saem da preparação com uma espessura igual por toda a sua área e igual em todo o lote; • Colagem: A vasta maioria dos produtos produzidos exigem pelo menos um processo de colagem, como por exemplo colar dois pedaços de pele de forma que os lados visíveis sejam as “frentes” das respetivas peles. Outro exemplo é a colagem de um reforço entre dois pedaços de pele • Pintura: A pintura das bordas expostas de pele tem uma enorme importância no acabamento do produto, tanto num ponto de vista estético como também funcional. Normalmente é realizado na preparação, porém existe a possibilidade de se observar uma etapa de pintura na montagem. Montagem As peças produzidas pela linha de preparação são alimentadas à de montagem, sob a forma de pequenos lotes de unidades (normalmente 30 unidades) inseridas numa caixa. A linha de montagem contém três processos principais: • Costura: Esta etapa tem uma enorme influência no desempenho do produto acabado. Pode ser realizada de forma automática, manual ou uma junção de ambos, como é o caso na linha do torron com um produto do tipo poignée , como se pode observar na Figura 4.
6 Figura 4 - Exemplo de poignée produzido que requere costura automática e manual. • Acabamento: Este procedimento pode tomar diversas formas, mas é normalmente realizado após a costura. A título de exemplo, como o que acontece com o poignée apresentado na Figura 4, a borda resultante da união de dois materiais deve passar por uma lixa antes de ser pintada. • Pintura: Assim como se observa na preparação, a pintura é considerada um processo crítico na produção da peça. • Cravação/colagem: Na montagem faz-se a fixação entre as peças metálicas e as peças de marroquinaria. Este processo pode ser feito por cravação ou, no caso do poignée visível na Figura 4, por colagem em torno de uma peça metálica. Controlo e Embalamento Dada a montagem como finalizada, antes que a peça passe para o embalamento é necessário realizar um rigoroso controlo de qualidade de todos os produtos produzidos. O controlo é feito no “muro da qualidade” e recorre maioritariamente a uma análise visual dos artesões. Dito isto, são também realizados testes de resistência, funcionalidade e avaliados os acabamentos segundo padrões de qualidade estabelecidos, sob a forma de um master de qualidade. Por fim, após serem aprovados, os componentes produzidos regressam ao armazém, onde são cuidadosamente embalados, rotulados e processados a tempo da próxima expedição de produtos. O Anexo A contém uma análise mais detalhada do fluxo de material no atelier . 1.3 Objetivos Este projeto origina-se a partir de um conjunto de necessidades da empresa, no que diz respeito à qualidade e à consistência do produto final. Sentiu-se grande interesse, por parte da empresa, em criar um teste que permitisse validar a durabilidade das peças, podendo-se identificar peças conformes de não-conformes e averiguar se peça aguenta o equivalente a vinte anos de uso normal sem falhas aparentes.
7 Para isso este teste tem que simular o gesto humano no movimento de inserir e retirar o cartão da peça, de uma forma repetível e com elevada exatidão. A partir destas necessidades foi possível delinear os objetivos principais para este projeto: • Definir os parâmetros do teste (nº de ciclos, movimentos, formas de fixar a peça, entre outros); • Projetar e construir os componentes necessários para desempenhar o teste; • Integrar os componentes desenvolvidos com um programa para o teste; • Testar peças de formatos variáveis; • Analisar os resultados obtidos e avaliar o sucesso do teste; • Validar o teste para usos futuros; 1.4 Estrutura da Dissertação A presente dissertação está estruturada de uma forma lógica e simples. No primeiro capítulo é feita uma introdução ao tópico a explorar, seguida de uma breve apresentação da empresa e dos objetivos a cumprir. No segundo capítulo é realizada uma revisão bibliográfica com o intuito de contextualizar e explicar certos assuntos que serão tratados numa fase posterior. O terceiro capítulo trata do desenvolvimento das soluções mecânicas necessárias para o presente trabalho, desde a fase de clarificação do problema, ao projeto conceptual e, por fim, ao projeto de detalhe. O quarto capítulo aborda a integração dos componentes desenvolvidos anteriormente com a programação do manipulador. Neste capítulo são apresentadas as peças a testar, os resultados obtidos dos testes e a análise e discussão dos mesmos. Por fim, no capítulo cinco, avalia-se o sucesso do trabalho desenvolvido e contemplam-se conclusões adicionais e possíveis trabalhos futuros.
8 2. REVISÃO DE BIBLIOGRAFIA No presente capítulo será realizada uma revisão de bibliografia acerca das áreas abordadas na dissertação. É abordado o tópico da robótica, no qual se aprofunda a vertente da robótica colaborativa e a colaboração homem-robô (HRC). Posteriormente são discutidos conceitos de qualidade, os custos da qualidade e o impacto da mesma numa empresa. Por fim são ainda abordados os fundamentos teóricos sobre projeto mecânico.
9 2.1 Robótica A robótica é uma área interdisciplinar que combina conhecimentos de sistemas eletrónicos, mecânicos e os devidos desenvolvimentos de software necessários para combinar ambos. Esta ciência é responsável por projetar, fabricar e mediar o uso de robôs nas mais diversas áreas do quotidiano, desde a aplicações industriais como a aplicações de serviços. A aplicação da robótica em ambientes industriais constitui a esmagadora maioria dos cenários de utilização, devido às vantagens que apresenta tanto para o empregador como para os operários no chão de fábrica. O aumento da eficiência e da qualidade na produção, a substituição de humanos em tarefas perigosas/repetitivas e a possibilidade de trabalhar dois ou três turnos sem pausas previstas são apenas alguns exemplos das vantagens inerentes à aplicação de robôs industriais. [1] As vantagens mencionadas ganham maior relevância quando são enquadradas com a definição original da palavra “robô”. Derivada do termo de origem checa “ robota” , que tem uma tradução literal de “trabalho forçado”, um robô é definido por um dispositivo eletrónico/mecânico reprogramável capaz de várias tarefas de forma automática ou semiautomática. Todavia a cultura japonesa define o termo “robô” como sendo “qualquer dispositivo que substitua o trabalho humano”. [2] O ritmo acelerado do avanço tecnológico nas últimas décadas, nomeadamente na área da informática e da eletrónica, proporcionou a desenrolar de uma grande evolução na área da robótica. Contudo este ramo tecnológico teve os primeiros avanços há mais de um século atrás. Em 1950 Isaac Asimov definiu as três leis que qualquer robô deverá seguir: • Lei 1: Um robô nunca deve ferir um ser humano ou deixar que o mesmo seja ferido. • Lei 2: Um robô deve obedecer às ordens dadas por seres humanos, exceto quando estas ordens entrarem em conflito com a primeira lei. • Lei 3: Um robô deve proteger-se a si próprio, desde que tal proteção não entre em conflito com a primeira ou segunda lei. [3] Construi-se a Tabela 1, que apresenta sucintamente a evolução de sistemas robóticos relevantes para o presente trabalho, na qual são descritos os sistemas bem como as suas inovações, acompanhadas de uma ilustração.
10 Tabela 1 - Identificação e contextualização dos marcos históricos mais importantes na área da robótica. Na atualidade os robôs industriais são capazes de desempenhar operações de soldadura, aplicação de tinta ou cola, de montagem e de inspeção ou manuseio de matéria/objetos. Dois fatores comuns entre as tarefas mencionadas são a repetibilidade e as condições de trabalho por vezes imprópria para humanos. Assim, os robôs industriais foram criados com o principal objetivo de substituir a mão-de-obra tradicional em atividades denominadas “3D’s” ( dirty , dangerous e dull ). [7] Por forma a ser possível responder às necessidades de indústrias como a automóvel, aeroespacial ou de componentes eletrónicos, desenvolveram-se robôs altamente precisos e flexíveis. Autor Denominação Inovação Descrição Ilustração Nikola Tesla “Remote Control Boat” (1898) Permitiu o controlo de posição e velocidade de um objeto sem qualquer ligação física [4] Tratava-se de um barco telecomandado com cerca de 2 metros, dispondo de uma série de antenas uma caixa de receção de sinais, um propulsor e leme acionados por um motor elétrico e uma pequena bateria [4] William Grey Walter “Elmer & Elsie” (1948/ 1949) Com a introdução do computador na década de 1940 foi criado o primeiro robô eletrónico autónomo com movimentos complexos [5] O robô apresentava uma estrutura com três rodas. Era constituído por um sensor de luz, ligado à locomoção e direção, e um sensor de contacto, que era capaz de redirecionar a estrutura [5] George Devol “ Unimate ” (1961) Introdução da robótica controlada de forma digital e com memória reprogramável [6] O primeiro robô industrial possuía seis graus de liberdade programáveis. Este continha também um controlador extremamente simples, ligado a uma memória de tambor. [6]
17 Figura 11 - Vários níveis de interação entre o trabalhador e o robô colaborativo. Adaptado de [22] Adicionalmente aos níveis apresentados previamente encontram-se os níveis “Sincronizado” e “Cooperação”. O primeiro diz respeito ao cenário em que ambos os elementos partilham um espaço de trabalho, mas nunca trabalham lá simultâneo, já o segundo refere-se a uma situação em que ambos estão a trabalhar no mesmo espaço de trabalho, mas nunca estão no mesmo produto ao mesmo tempo. [22] 2.2.3 Desafios As maiores dificuldades pretendem-se na movimentação do manipulador numa área muito congestionada e na apreensão, por parte dos colaboradores, de integrar o robô na sua equipa. Esta apreensão deve-se a múltiplas razões, como falta de conhecimento da robótica em geral e de potenciais aplicações para o robô, ceticismo quanto aos níveis e protocolos de segurança usados e receio de perder o trabalho para a solução robotizada. [23] Estudos demonstram que existem alguns casos de trabalhadores capazes de reconhecer as vantagens desta área da robótica. [16] No entanto aquilo que se verifica mais frequentemente é uma relutância difícil de ultrapassar, devido não exclusivamente, mas principalmente à segurança na operação do manipulador. Não só deve ser seguro de usar, mas também parecer seguro, pois é importante assegurar uma boa experiência de utilização ao operador. Algumas funções de segurança que deve possuir incluem: • Sistemas de deteção de proximidade: O robô possui a capacidade de deteção de pessoas e objetos e ajustar o seu comportamento caso algo seja detetado; • Sistemas de deteção de colisão: Uma colisão deverá ser detetada através da monotorização de uma força ou de um momento de torsão anormalmente elevado nas juntas do manipulador; • Atuadores com rigidez variável: A possibilidade em obter uma determinada rigidez para uma junta consoante a programação utilizada permite rapidamente fazer a transição entre um robô totalmente rígido para um capaz de ceder facilmente, o que poderá ser útil no caso de uma colisão. [24] Coexistência Sincronizado Cooperação Colaboração WT WR WP WR – Workspace do robô
18 O outro fator que impede a adoção generalizada de robótica colaborativa e, por isso, que merece ser mencionado é a falta de conhecimento e dúvidas acerca das vantagens desta tecnologia, pela simples razão de ser uma novidade na indústria. Existe alguma incerteza acerca da eficiência operacional de um robô colaborativo, já que esta normalmente é medida sem ter em conta paragens ou ritmos de trabalho mais lentos por ter colidido ou quase colidido com o colaborador. Uma outra dúvida questiona os impactos, a curto, médio e longo prazo, que esta tecnologia terá nos empregos dos operadores e se realmente funciona apenas como uma ferramenta e não como uma solução que os substitua. Por último é importante mencionar que ainda existe muita ambiguidade na implementação dos standards inerentes ao robô, sejam estes de segurança, da aplicação em questão, entre outros. [22] 2.2.4 Segurança A segurança é um pré-requisito na projeção de qualquer produto, mas ganha uma importância redobrada quando se trata de um espaço de trabalho partilhado por um colaborador e por um robô colaborativo. Com o intuito de simplificar o desenvolvimento de novos sistemas foram criados vários standards de segurança, os quais reúnem num só documento todos os requerimentos funcionais e diretrizes para o desenho dos componentes. [21] Os standards de segurança podem ser divididos em três tipos: • Tipo A: Diz respeito ao conjunto dos padrões de segurança mais básicos, aplicados a todo o tipo de maquinaria. Exemplos de normas deste tipo são a ISO 12100 e a IEC 61508. • Tipo B: Refere-se aos padrões de segurança genéricos. Caso seja do grupo de padrões B1, identificam-se normas como a ISO 13849-1 e IEC 62061 que especificam a conceção de sistemas de segurança de baixa complexidade. Caso se trate do grupo B2 já se encontrarão normas como a ISO 13850 e ISSO 13851, que descrevem os aspetos funcionais de um botão de emergência e dispositivos de controlo que requerem duas mãos para funcionar, respetivamente. • Tipo C: Coleção de normas que especificam as medidas de segurança para maquinaria especifica. Um exemplo de particular relevância é a norma ISO 10218, que regula a segurança de robôs industriais.
19 A norma ISO 10218 é dividida na ISO-10218-1 (ISO 10218-1:2006 “ Industrial Robots - Safety Requirements - Part 1: Robots ”) [25], que diz respeito aos requerimentos de segurança no fabrico dos robôs, e na ISO-10218-2 (ISO 10218-1:2008 “ Industrial Robots - Safety Requirements - Part 2: Robotic Systems and Integration ”) [26], que é destinada para a pessoa que integrar o sistema na determinada aplicação. Adicionalmente foi criado a norma ISSO TS 15066 [27] que fornece alguma informação extra no que toca ao funcionamento normal do robô. 2.2.5 Aplicações Um robô colaborativo oferece imenso potencial no que toca à variedade de tarefas que pode automatizar. A sua implementação trará vantagens como: • Aumento da produtividade que advém da automatização das tarefas mais repetitivas; • Aumento da qualidade através da utilização de sistemas de inspeção automáticos; • Reduzidos custos de aquisição, de montagem e de uma eventual mudança de tarefa; • Permitem alocar os operários a tarefas mais desafiantes e recompensadoras; • Melhora drasticamente a saúde dos trabalhadores visto que os está a poupar de tarefas por vezes pouco ergonómicos ou, em alguns casos, de elevado risco de lesão; • Elevada flexibilidade de aplicação, o que permite mudar a tarefa do robô muito facilmente devido às suas reduzidas dimensões, programação intuitiva e vasta gama de acessórios; [13] Este último ponto é realmente uma das principais razões pela qual este tipo de robótica tem vindo a crescer a um ritmo tão acelerado. Ao contrário de uma solução robótica tradicional, que seria construída e implementada para uma aplicação muito especifica, qualquer robô colaborativo foi projetado para conseguir desempenhar o maior número de aplicações possível. A aplicação talvez mais facilmente associada com um robô deste tipo é numa tarefa de Pick & Place . Esta tarefa consiste no transporte de uma peça de um ponto A para um ponto B, com uma mudança ou não da sua orientação. Na sua forma mais simples as peças são apresentadas ao robô através de um tapete rolante, numa posição e orientação previsível e estável ao longo do tempo. Este tipo de aplicação é um dos mais usados por todo o mundo, não só pela sua simplicidade de implementação, mas também por estar a substituir um trabalhador numa das tarefas mais mundanas, repetitivas e exaustivas num ambiente produtivo. A instalação de uma tarefa deste tipo requer um end-effector próprio para pegar na peça em questão. Atualmente existem várias soluções off-the-shelf , como dedos manipuladores e ventosas, cujos exemplares ser observados na Figura 12a) e Figura 12b), respetivamente. [13]
20 Figura 12 - End-effectors comummente usados para aplicações do tipo Pick & Place: a) Dedos manipuladores; [28] b) Ventosa com sistema de vácuo. [29] Uma outra aplicação, que se baseia nos princípios base de uma tarefa Pick & Place , é o embalamento e a paletização. Na grande maioria das empresas existe a necessidade de embalar e/ou colocar os produtos embalados numa palete, pronta para ser transportada. Neste processo surge a oportunidade de implementar um robô colaborativo para fazer estas mesmas tarefas, ou seja, colocar o produto acabado em caixas e, posteriormente, organizar estas caixas sob a forma de uma palete. Ademais estas tarefas envolvem cargas não muito elevadas para um manipulador deste tipo, são extremamente repetitivas e previsíveis. Para automatizar um processo de embalamento ou paletização é necessário um end-effector apropriado e um sistema de monotorização de tapes de rolantes. O end-effector terá uma configuração algo semelhante àquela vista na Figura 12b), já o sistema de monotorização deverá recorrer a sensores, por exemplo sensores por infravermelhos, para informar o controlador do robô acerca da chegada de uma caixa à posição predefinida. Um esquema de um processo típico de paletização pode ser observado na Figura 13. [13] Figura 13 - Cobot a desempenhar uma tarefa de paletização com o auxílio de um tapete rolante. [30] As aplicações supramencionadas e pequenas variações são consideradas aplicações de manuseio de peças e constituem a maioria dos casos de implementação da robótica. Os últimos dados registados estimam que 71.9% dos robôs colaborativos instalados desempenham funções de montagem e de manuseio de peças. [18] a) b)
21 Neste último o robô tem apenas o papel de manipular o objeto em questão para o processo seguinte na cadeia de produção. O robô, neste caso, é usado como uma ferramenta apenas, de forma a aliviar a carga no trabalhador. [21] Existem, no entanto, uma série de outras aplicações para a robótica colaborativa. Alguns exemplos são: • Tarefas de processo, podendo ser soldadura, aplicação de cola e outros produtos; • Tarefas de acabamento, como polir ou rebarbar; • Processos de inspeção de qualidade; • Aplicação à indústria automóvel. [13] 2.3 Qualidade O termo qualidade é muito abrangente e não existe consenso sobre o seu real significado. Este termo representa diferentes conceitos dependendo se é analisado com a perspetiva de um produtor ou de um cliente, sendo que o último será o único tratado em diante. 2.3.1 Definição e importância Uma das primeiras propostas para o termo indicava que “qualidade” se refere a “conformidade com os requerimentos”. [31] O escritor e professor Peter F. Drucker apresentava um ponto de vista complementar a este, defendo que “qualidade” significava “aquilo que o cliente recebe em troca e está disposto a pagar”. [32] Talvez a definição mais comumente usado é a de Joseph M. Juran , que define o termo “qualidade” como sendo “aptidão para um uso”. [33] Contudo o mesmo autor fez uma reformulação na definição, querendo isto dizer que o termo agora significa “aptidão para um propósito”, isto é, deve-se satisfazer as necessidades do cliente com ausência de falhas e garantir bom atendimento ao cliente caso surja uma. Esta definição também refere que o produto deve não só ser eficiente na forma como responde às necessidades do cliente, mas, em simultâneo, deve haver a preocupação de ser eficiente no sentido de melhorar o desempenho do negócio. [34] Para esta dissertação será usada a última definição apresentada, isto é, “qualidade significa aptidão para um propósito”. A procura contínua por qualidade traz benefícios culturais e, naturalmente, económicos. O último ponto é de partir relevância pois o aumento da qualidade não era visto como um método para melhorar receitas, mas sim como um contratempo para a maioria das empresas. [32] Os efeitos financeiros da qualidade podem ser agrupados em dois grupos: receitas e custos da qualidade.
22 O aumento da qualidade, segundo a definição de Joseph M. Juran, indica que o produto irá responder melhor às necessidades do cliente. Daqui resulta um produto mais desejado, um aumento do setor no mercado, a possibilidade de cobrar um preço maior e, por fim, um maior volume de vendas. Este último fator tem um valor redobrado pois um aumento de 20% no volume de vendas pode traduzir-se num aumento de 50% de lucro, visto que o custo fixo se mantém constantes (é possível ver este fenómeno representado sob a forma de um gráfico na Figura 14). [34] Figura 14 - Gráfico "Break-Even". Adaptado de [34] O outro tipo de custos que afeta o lucro de uma empresa são os custos de qualidade, podendo estes ser custos de boa ou de má qualidade. Os custos de má qualidade devem-se a: • Erros internos: Estes custos devem-se a falhas internas, isto é, são detetas antes do produto ser comercializado. Podem ter a forma de avarias, refazer produtos, horas extra, sucata, entre outros. • Erros externos: Estes custos devem-se a falhas externas e, por isso, apenas são detetas após o produto ser comercializado. Alguns exemplos deste tipo de falhas incluem reclamações e possíveis devoluções, pedidos de garantia, entre outros. O total de custos de má qualidade (COPQ) mostra às empresas a dura realidade sobre o quanto os seus lucros foram afetados. Ao fazer cálculos detalhados do COPQ é criado um guia de como eliminar esses custos, removendo sistematicamente a má qualidade que os criou. É ainda de notar que os custos sobem exponencialmente à medida que o produto ultrapassa uma etapa no seu ciclo produtivo. Unidades vendidas Custos variáveis Custos fixos Lucro Total de custos € Receitas
23 Isto significa que será menos dispendioso detetar uma falha ao inspecionar os materiais em bruto do que detetar uma falha na verificação final do produto. A Figura 15 procura ilustrar a subida de preços após várias etapas de controlo da qualidade do produto. [35] Figura 15 - Modelo ilustrativo da subida dos custos após as várias fases de controlo de qualidade. Adaptado de [35] Como já foi referido anteriormente existem custos de boa qualidade, podendo originar-se por: • Custos de prevenção: Custos atribuídos a práticas para detetar problemas/não conformidades antes que estes aconteçam. Pode identificar-se, como exemplos, sessões de formação, planeamento da produção, controlo de qualidade fora da linha, entre outros. • Custos de avaliação: Custos atribuídos a atividades que permitam avaliar produtos/serviços antes que estes sejam comercializados. Alguns exemplos destas atividades incluem testes de laboratório, inspeções, certificação, entre outros 2.3.2 Manage for quality Esta expressão diz respeito ao conjunto de passos e cuidados a ter para garantir a produção de um produto de alta qualidade. Dependendo da época e da definição que se usa para “qualidade” esta filosofia também sofre algumas alterações. Durante a maioria do século passado como um produto de qualidade era aquele que funcionava de acordo com as expectativas do cliente, o importante era conhecer os seus requerimentos, sendo que “ manage for quality ” significava apenas “produto que cumpre com os requerimentos”. Com o passar do tempo o conceito de “qualidade” abrangia outros serviços relacionados com o produto, como embalamento, atendimento ao cliente e design . Com esta mudança a filosofia “ manage for quality ” também sofreu uma reformulação, referindo-se agora ao “conjunto de métodos que qualquer empresa ou negócio pode usar para obter resultados superiores, ao desenvolver, melhorar continuamente e garantir que todos os produtos, serviços e processos satisfazem as necessidades dos clientes e dos stakeholders ”. [34] Reclamação Inspeção Revocação Não conforme CAPA
24 O uso generalizado destas técnicas levou à criação de vários modelos, alguns usados até ao dia de hoje. O exemplo mais notório é o modelo para melhoria da qualidade Six Sigma , atualmente adotado por empresas como Samsung e Oracle . [36] As empresas expandiram o uso das ferramentas mais básicas deste modelo para toda a cadeia produtiva e com isto descentralizaram a responsabilidade de obter qualidade. Para demonstrar a importância da qualidade para uma empresa foi elaborada a Tabela 2, que apresenta os benefícios para os dois fatores chave de “qualidade”. Tabela 2 - Benefícios esperados para uma empresa quando aumentam a qualidade dos produtos. [33] Corresponder com as necessidades e expectativas do cliente Ausência de falhas no produto final Permite às empresas: • Aumentar a satisfação do cliente; • Servir as necessidades de uma sociedade; • Tornar produtos e serviços vendáveis; • Ganhar margem no mercado; • Ultrapassar a competição; • Melhorar as receitas; • Cobrar preços mais elevados; Permite às empresas: • Diminuir a taxa de ocorrência de erros; • Reduzir necessidade de refazer produtos; • Reduzir falhas e custos associados a garantias do produto; • Reduzir a insatisfação do cliente; • Reduzir número de inspeções, testes e auditorias; • Reduzir o tempo de desenvolvimento de um novo produto; • Melhorar a capacidade da empresa; • Melhorar o desempenho de entrega; O maior efeito está nas receitas Neste caso qualidade superior é mais cara O maior efeito está nos custos internos Neste caso qualidade superior é mais barata
25 2.4 Projeto Mecânico A principal responsabilidade de qualquer projetista é de aplicar os seus conhecimentos técnicos na resolução de problemas técnicos o otimizar a solução tendo em conta restrições especificas do projeto, em termos de materiais, custos, entre outros. O seu objetivo consiste em responder da melhor forma aos requerimentos e exigências do cliente. [37] Esta atividade de engenharia é altamente complexa e exige uma conjugação de conhecimentos específicos de diferentes areas. Associado ao facto que a etapa de projeto terá um enorme impacto no desempenho técnico e/ou económico do produto em questão, torna-se necessária a criação de métodos sistemáticos que possam clarificar os passos a seguir para o projetista. [37] 2.4.1 Modelos descritivos Os modelos descritivos procuram descrever a sequencia típica de atividades que um projetista deve seguir. Este tipo de modelos está orientado para soluções, defendo que deve ser feito um esforço para gerar soluções conceptuais o mais cedo possível no projeto. Tipicamente uma solução conceptual é analisada, avaliada, refinada e preparada para produção. Em casos em que uma dada solução não passe da fase de análise ou avaliação é gerada uma nova solução conceptual e o ciclo é reiniciado, como pode ser observado na Figura 16. [38] Figura 16 - Estrutura típica de um modelo descritivo. Adaptado de [38] Após a proposta de solução ter sido avaliada tendo em conta os requisitos, os objetivos e as restrições levantadas, o ponto final do processo será a comunicação da solução criada, pronta para produção. Estudo Criação Avaliação Comunicação
26 2.4.2 Modelos prescritivos Para além de fornecer um guia convencional sobre os passos a seguir no projeto (à semelhança do que acontece com os modelos descritivos), os modelos prescritivos ambicionam motivar e convencer o projetista a adotar melhores hábitos de trabalho. Pode-se mesmo afirmar que estes modelos oferecem uma metodologia de projeto sob a forma de um procedimento sistemático, com a mesma filosofia de um algoritmo. Todos os modelos prescritivos põem um maior foco no trabalho analítico feito antes da geração de soluções. Com isto pretende-se garantir que o problema do projeto foi bem compreendido e que nenhum elemento constituinte do mesmo é ignorado. Os modelos prescritivos seguem uma estrutura básica, sugerida por John Jones em 1963, composta por: • Análise: Identificação dos requerimentos de design e conversão dos mesmos numa lista de especificações de desempenho; • Síntese: Criação de possíveis soluções para cada especificação de desempenho e geração de designs completos; • Avaliação: Avaliar a forma como as propostas de solução correspondem com os requerimentos de desempenho no que toca à utilização, produção e eventual venda do produto em questão; [39] Apesar de, à primeira vista, este modelo parecer simples e convencional, na verdade são bem mais complexos que um modelo descritivo, por exemplo. Neste caso as especificações de desempenho derivam diretamente dos problemas identificados, e através da geração e combinação de possíveis subsoluções é possível determinar qual será o design mais apropriado. [38] Ao longo do tempo foram criados vários modelos que seguem os princípios mencionados. Um caso de particular relevância foi criado pela associação profissional de engenheiros na Alemanha, também conhecida por “VDI” ( Verein Deutscher Inginieure ). Esta associação criou uma série de procedimentos, incluindo a “ VDI 2221: Systematic Approach to the Design of Technical Systems and Products ”. Como o próprio nome indica este é um método sistemático, no qual o processo do projeto é dividido em etapas de trabalho mais genéricas, tornando-o um método racional e aplicável a qualquer indústria. Na Figura 17 é possível observar a estrutura da diretiva VDI 2221 , não só as etapas que a constituem, mas também a forma como se relacionam e os resultados esperados após a conclusão de cada etapa.
33 Neste diagrama tem-se objetivos de nível superior (os que se localizam acima) e objetivos de mais baixo nível (os que se encontram na parte inferior do diagrama). As ligações no sentido descendente indicam como é que se pode alcançar um objetivo de nível superior ao passo que as ligações no sentido ascendente indicam o porquê da inclusão de um objetivo de mais baixo nível. 3.3 Método de análise de funções Após a realização da árvore de objetivos foi possível observar níveis de generalidade muito diferentes. Nesta fase do projeto é muito importante questionar o nível de generalidade adequado, pois poderá ser necessário um elevado nível para a proposta de soluções inovadoras ou um baixo nível para uma análise mais focada e detalhada ao problema proposto. Por forma a averiguar qual é o nível do problema foi delineado, primeiramente, as funções essenciais que um tipo de solução deveria necessariamente satisfazer. Foi, por isso, necessário criar uma estrutura de funções para auxiliar e explicitar os intervalos de liberdade que se teve para desenvolver propostas que satisfaziam os requisitos funcionais. A estrutura de funções foi dividida em dois diagramas: um para a função global, onde se observa a conversão de entradas em saídas através de um “caixa negra”; um segundo diagrama no qual a “caixa negra” se transforma numa caixa transparente, sendo desta forma visíveis todas as sub-funções que permitem a execução uma função de nível superior, isto é, a função global. 3.3.1 Função Global Para definir a função global foi necessário pensar no que devia ser alcançado pelo teste, mas não como devia ser alcançado. Assim, olhando para o teste de laboratório, foi identificada a sua função global: testar a resistência das peças. Deve ainda garantir-se que todas as entradas e saídas estão listadas e classificadas convenientemente de acordo com três grandes conjuntos, isto é, materiais, energia e informação/sinal. Pela observação da Figura 22 é notório que as entradas estão convenientemente definidas, sendo que a matéria corresponde às peças a serem testadas, a energia diz respeito à energia elétrica e a informação corresponde à programação criada para desempenhar o teste. Como saídas tem-se as peças sujeitas ao teste e os dados fornecidos pelo robô para uma análise posterior.
34 Figura 22 - Estrutura da função global para o teste de laboratório desenvolvido. 3.3.2 Subfunções De modo a possibilitar a iniciação do teste é necessário fixar a peça ao suporte, com um pedaço de borracha na interface entre os dois componentes. Após ter-se garantido que a peça está bem fixa, o próximo passo será selecionar o programa correspondente á peça a ser testada. Os dois passos mencionados constituem as subfunções fora dos limites do sistema, como se pode verificar na Figura 23. Figura 23 - Esquema das subfunções do teste de laboratório desenvolvido. Além das subfunções mencionadas dever-se-á escolher o programa designado para a peça em teste de entre uma libraria já criada, permitindo assim a entrada de “Energia” e consequentemente o “Movimentar” do robô. De seguida a função global, “Testar a resistência das peças” é cumprida na forma da subfunção “Executar o teste”, concluindo assim o mesmo. Dado como concluído o teste deve proceder-se à retirada da peça testada, obtendo assim a saída pretendida, e à retenção de alguns dados relevantes sobre a execução do teste, como por exemplo o número de ciclos até se observar um rasgão na peça, o tempo necessário para cada ciclo, entre outros. Testar a resistência das peças [ENERGIA] [SINAL] [MATÉRIA] Energia Programação Peças Trabalho Dados Peças testadas [ENERGIA] [SINAL] [MATÉRIA] Energia Programação Peças Trabalho Dados Peças testadas Testar a resistência das peças Preparar a peça Fixar a peça ENERGIA Escolher o programa SINAL MATÉRIA Movimentar Executar o teste Libertar a peça Consultar dados do teste Peça testada Nº de ciclos, duração, etc
35 3.4 Projeto conceptual 3.4.1 Requisitos de funcionamento Tendo em conta a estrutura de funções e a árvore de objetivos, previamente realizados, foi possível estabelecer quais são os atributos de desempenho necessários para o correto funcionamento do teste. Assim, concluiu-se que o mesmo devia garantir: • Funcionamento intuitivo; • Reduzido custo; • Elevada segurança; • Grande robustez; • Elevada fiabilidade; • Flexibilidade e polivalência; • Elevada capacidade de carga; Dos atributos selecionados, é importante ainda identificar quais são aqueles que são exigidos e aqueles desejados. Como atributos exigidos foram identificados a segurança, elevada fiabilidade de movimentação e execução do teste e elevada capacidade de carga. A segurança, tanto do utilizador como para o próprio equipamento, é sempre o ponto de partida para qualquer projeto, ganhando particular importância por se tratar de um cenário onde há uma interação homem-máquina. É ainda exigido que o teste apresente uma elevada robustez, em todos os componentes que o constituem, não só por uma questão de segurança e custo, mas mais uma vez para evitar comprometer a precisão na movimentação do manipulador. Como atributos desejados podem foram indicados um sistema de funcionamento intuitivo para o utilizador, um reduzido custo, flexibilidade e polivalência do teste. Os últimos pontos referidos não são necessários para a execução do sistema final, mas são estes os responsáveis por tornar a experiência de utilização do produto mais comoda e confortável. 3.4.2 Especificações técnicas O estabelecimento dos requisitos de um produto serve como ponto de partida para se definirem as especificações do mesmo. As especificações técnicas são, essencialmente, as características quantificadas capazes de satisfazer os atributos escolhidos. Desta forma criou-se a seguinte tabela (Tabela 5), com todos as especificações discretizadas. Cada especificação foi classificada como desejada (“W”) ou exigida (“D”), com base no requisito a que correspondem.
36 Tabela 5 - Listagem das especificações técnicas requeridas ao teste de laboratório. Especificações técnicas para Teste de Laboratório Pág.1 Mudanças D ou W Requerimentos Responsável W W D D D D D D D W W D D Ambiente gráfico de programação Programação simples e programação por demonstração Sistemas de segurança individual Sistemas de segurança para o próprio equipamento Segurança segundo norma EN ISSO 10218-1:2011 Movimentação com repetibilidade de +/- 0.5 mm Movimentação com 6 DOF Força máxima aplicável > 100 N Velocidade máxima de movimentação > 2000 mm/s Suporte de fixação ajustável Uso de materiais com custo médio < 2€/kg Materiais com σy > 50 MPa Ausência de arestas vivas 3.4.3 Mapa morfológico O método do Mapa morfológico permite organizar as diferentes opções para cada uma das areas a desenvolver e fazer a melhor junção entre elas de modo a obter um melhor princípio de solução. Deste modo foi elaborada uma tabela de dupla entrada (Tabela 6), onde na vertical surgem as sub-funções desenvolvidas para o teste e na horizontal surgem as diferentes sub-soluções para os respetivos tópicos. Posteriormente foram também feitas novas combinações de elementos, isso é, foram agrupadas diferentes sub-soluções de diferentes sub-funções.
37 Tabela 6 - Mapa morfológico para o teste de laboratório. 1 2 3 Manipulador A Suporte B End-effector C Assim que mapa morfológico foi concluído, todas as soluções teoricamente possíveis para o produto foram apresentadas. No entanto, como o número de combinações é exatamente 27, não é possível analisar todas essas combinações. Assim, optou-se por limitar o conjunto de sub-soluções em cada linha e apenas considerar as que cumprem determinados critérios, nomeadamente a simplicidade, eficiência e baixo custo. A peça-chave neste teste é o manipulador/mecanismo que faz a inserção e retirada do cartão na própria peça. Apesar de se poder utilizar um manipulador linear de apenas um DOF, para que o teste se aproxime do movimento real de uma pessoa é necessária uma maior dexteridade por parte do mesmo. Neste caso a solução ideal passa por recorrer a um braço articulado de 6 DOF, não só porque permite obter movimentos muito próximos aos de um humano, mas também porque possui a capacidade de automatizar outras etapas do teste. Tendo isto em conta elaboraram-se 4 princípios de solução: • 1ª solução: A3 – B2 – C1; • 2ª solução: A3 – B2 – C3; • 3ª solução: A3 – B3 – C1; • 4ª solução: A3 – B3 – C3; Soluções Sub-funções
38 3.4.4 Método de DATUM O método DATUM é um método para avaliar e selecionar a melhor proposta de solução para ser desenvolvida posteriormente. Desta forma, as soluções criadas e apresentadas no mapa morfológico são comparadas com uma referência (DATUM). Para fazer essa comparação, foi criada uma tabela de dupla entrada na qual os objetivos são apresentados verticalmente e as soluções apresentadas horizontalmente. As células que intercetam um objetivo com um conjunto de solução devem ser preenchidas com um “+”, “-” ou “s”, no caso de a solução em questão ser melhor, pior ou semelhante. Depois de surgirem 4 soluções do mapa morfológico foram avaliadas, por comparação direta, com uma solução de referência constituída pelos elementos A3, B1 E C1 da Tabela 6, usando o método DATUM. A importância relativa de cada objetivo permanece igual àquela atribuída previamente no subcapítulo 3.2.1, resultando na seguinte Tabela 7. Tabela 7 - Método de DATUM. IR S1 S2 S3 S4 Referência Fiável e repetível 10 s s s s D Movimentação precisa 10 s s s s A Mecanicamente robusto 8 s s - - T Apresentar capacidade de carga suficiente 7 s s s s U Facilidade de programar 9 s s s s M Apresentar um funcionamento intuitivo 8 s s s s Movimento previsível e seguro 9 s s s s Segurança do próprio equipamento 9 s s s s Conter sistemas de proteção ao utilizador 7 s s s s Teste desenhado para receber múltiplas peças 8 + + + + Apresentar componentes de produção simples 7 - - + - Optar preferencialmente por componentes off-the-shelf 6 - - + - Permitir a elaboração de testes diferentes no futuro 8 s + s + Flexível 7 + + + + Custo reduzido 6 s - s - Total + 2 3 4 3 0 Total - 2 3 1 4 0 Soma total 0 0 3 -1 0 Peso total 2 4 20 -4 0
39 Ao analisar a Tabela 7 é possível concluir que a solução 3 é a mais indicada para o presente projeto e, por isso, foi desenvolvida nos subcapítulos seguintes. 3.5 Projeto de detalhe 3.5.1 Manipulador Para o presente projeto a empresa disponibilizou um braço articulado com 6 DOF. O braço robótico em questão constitui um importante elemento daquilo que era conhecido como “robô Silva”. O robô Silva tratava-se de um sistema embebido, no qual se encontra um já mencionado braço robótico articulado no centro da estrutura e uma série de periféricos que o auxiliavam e que permitia desempenhar processos de pintura automatizada. Na Figura 24 é possível encontrar a constituição exterior do robô Silva, com a respetiva legenda. Figura 24 – Ilustração dos vários postos constituintes do robô Silva. O braço em questão é um Universal Robot UR10, um braço robótico colaborativo de 6 DOF, com uma capacidade de carga útil de 10 kg e um alcance de trabalho de 1300 mm. O UR10 tem uma repetibilidade de 0,1 mm, o que o torna ideal para processos que exigem uma elevada precisão de movimentação, e uma velocidade máxima da ferramenta de 1 m/s (outras características e especificações técnicas foram expressas no Anexo B). Os robôs colaborativos da Universal Robots são conhecidos pela sua facilidade de programação, podendo usar-se programação por demonstração para indicar o movimento desejado. O UR10 pode trazer muitas vantagens, como: • Programação fácil e intuitiva usando o ecrã incorporado e o software próprio Polyscope ; • Muito flexível devido a possuir 6 DOF; • Disponibilidade de vários acessórios compatíveis, como end-effectors , no mercado; • Permite trabalhar ao lado de colaboradores sem barreiras de segurança. 1 2 3 4 5 6 Legenda 1. Estrutura/bancada do robô; 2. Suportes de alimentação; 3. Braço robótico articulado UR10; 4. Postos de coloração; 5. Postos de secagem; 6. Gavetas de extração;
40 Na Figura 25 é possível observar a localização e denominação normalmente dada a cada uma das seis juntas de rotação do braço em estudo, bem como a posição do TCP. Após observar o nome das juntas é possível aferir que estas foram atribuídas com base numa comparação feita com o braço humano visto existirem múltiplas semelhanças. Figura 25 - Identificação e nomenclatura dada às seis juntos do braço robótico e do TCP. No eixo de rotação de cada junta encontra-se montado um motor sem escoves de imanes permanentes com uma nova tecnologia denominada “ integrated harmonic drive ”. Esta tecnologia reduz o número de peças necessárias, resultando num braço de menor tamanho, maior fiabilidade e menor peso. Como são os motores a lidar diretamente com a carga aplicada obtém-se uma excelente precisão de movimento e controlo de força. Todos estes fatores associados à sua elevada capacidade de carga tornam este tipo de motores a opção ideal para braços articulados de massa reduzida. O movimento do robô consegue-se através da conjugação entre as seis juntas, sendo esta feita automaticamente pelo seu controlador. Para se iniciar um movimento é necessário indicar dois pontos no espaço e o robô fará uma trajetória que intercete esses pontos, sem qualquer intervenção adicional. Para se selecionar estes dois pontos poderá usar-se um controlo do estilo joystick no ambiente de programação ou, alternativamente, poderá mover-se manualmente o braço para as duas ou mais posições pretendidas. Naturalmente o movimento criado terá tanta mais complexidade quanto maior for o número de pontos selecionados. O robô também possui vários tipos de movimento, nomeadamente: 1 2 3 4 5 6 Legenda 1. Base; 2. Ombro; 3. Cotovelo; 4. Pulso 1; 5. Pulso 2; 6. Pulso 3; 7. TCP 7
41 • Move J – Movimentação rápida não-linear, utilizada em situações em que se pretende rapidamente mover o TCP entre dois pontos e nas quais o caminho escolhido não é relevante (não pode possuir nenhum obstáculo ou restrição). Ex: Movimentações de aproximação; • Move L – Movimentação linear, utilizada em situações em que se pretende mover o TCP entre dois pontos e nas quais é imperativo que o percurso seja linear. Ex: Inserir e/ou retirar uma peça de um orifício; • Move P – Movimentação de processo, utilizada em situações em que se pretende mover o TCP entre dois pontos e nas quais é pretendido que se mantenha uma velocidade constante. Ex: Aplicação de cola e movimentos circulares. Como já foi discutido anteriormente para que o robô se desloque segundo os eixos cartesianos X, Y e Z o robô terá que converter a posição desejada no espaço em deslocações angulares em cada uma das juntas. A este cálculo dá-se o nome de cinemática inversa e, ao contrário da cinemática direta, este cálculo pode ter múltiplas soluções, soluções únicas, soluções indeterminadas ou mesmo soluções impossíveis. Para os casos em que o cálculo para as deslocações angulares é impossível significa que o robô não consegue fisicamente mover-se para aquele ponto em específico. A única explicação para estes casos é que o ponto escolhido está fora do espaço de trabalho do robô (assinalado a cinzento na Figura 26). Figura 26 - Espaço de trabalho (assinalado a verde) do UR10. [41] Em termos teóricos uma singularidade ocorre quando se perde um ou mais eixos de liberdade, o que torna impossível a movimentação do TCP numa determinada orientação. Em termos práticos espera-se uma singularidade quando o cálculo para as deslocações das juntas é indeterminado, isto é, o cálculo degenera e seriam necessários valores de velocidade de valor infinito ou excessivamente altos nas juntas para deslocar o TCP para aquele ponto.
42 Apesar do robô conseguir deslocar-se para todos os pontos no espaço esférico assinalado a verde na Figura 26 as singularidades ocorrem, na verdade, mais frequentemente nessa zona. Verificam-se frequentemente nos pontos próximos do limite de espaço de trabalho, tanto exterior como interior, devido à forma como se encontram montadas as juntas. Movimentos lineares que passem próximo do limite interior do espaço de trabalho, mesmo que lentos, exigem um movimento muito rápido por parte da junta na base do robô, o que pode constituir um risco tanto para o manipulador como para o utilizador. Adicionalmente, também poderão verificar-se singularidades para casos em que existam dois ou mais eixos de rotação das juntas alinhados entre si, como se pode observar no exemplo presente na Figura 27. Figura 27 - Singularidade do pulso 4 e pulso 6 Quando se está muito próximo de se atingir uma singularidade o robô automaticamente adapta-se para salvaguardar os componentes que o constituem. Em casos extremos em que se verifique uma situação que possa realmente danificar o manipulador, como um embate em si mesmo, será dada uma paragem de emergência. As funções de movimentação mostram ser as mais relevantes na programação do robô visto que, independentemente da aplicação, será sempre necessário algum tipo de movimento por parte do robô. Todavia existe uma enorme variedade de funções extra que permitem suportar o movimento do robô e obter aplicações mais complexas e autónomas. Alguns exemplos incluem: • Função “ Wait ”: Permite que o manipulador espere por um determinado período de tempo ou de um input externo para continuar com o seu funcionamento (ex: aguardar a chegada de uma peça para pegar na mesma); Pulso 4 Pulso 6
49 Na Figura 34 é possível identificar um padrão de furos no centro da peça polimérica. Este padrão foi criado para que esta peça pudesse ser montada diretamente na ponta do robô nos respetivos furos roscados. Com este sistema basta alinhar os furos do end-effector com os furos do robô e, através de quatro parafusos M5, com 0,5 mm de passo e norma ISO 21269, é possível fixar a peça ao robô. De forma a garantir o correto dimensionamento do end-effector realizou-se um estudo estrutural para o mesmo. Este estudo pretende determinar a largura mínima do end-effector para que este seja capaz de suportar uma carga de 100 N numa extremidade enquanto se encontra imobilizada pela outra extremidade. O cenário descrito pode ser visualizado mais facilmente na Figura 36. Figura 36 - Cenário de embate entre o end-effector e o suporte universal. Para este estudo considerou-se o cenário mais extremo, no qual o manipulador está a movimentar-se verticalmente, de cima para baixo, e embate no suporte com a máxima intensidade, isto é, com F =100 N. Nesta análise o end-effector foi seccionado e apenas se examinou o lado de menor largura (à direita na Figura 36) visto ser representativo para o presente estudo. Considerou-se ainda que a peça se encontrava encastrada (à direita) e que a força do manipulador era distribuída pela distância entre dois dos parafusos que o prende ao end-effector . Tendo esta informação por base, e com as dimensões expressas no Anexo E, construiu-se o diagrama de corpo-livre presente na Figura 37. Figura 37 - Diagrama de corpo-livre do end-effector. q = 2.7 N/mm MA RAY RAX 36 mm 97 mm
50 O primeiro passo a fazer é calcular as reações na barra. Sabendo que o corpo da barra está em equilíbrio o somatório de forças e momentos em qualquer ponto é nulo: ∑Fix = 0, n i=1 ∑Fiy = 0, n i=1 ∑MA = 0 n i=1 ( 1 ) Pode então afirmar-se que: { ∑Fix = 0 → RAX = 0 n i=1 ∑Fiy = 0 → -q1×36 + RAY = 0 n i=1 ∑MA = 0 → q1×36×( 97+36 2) - MA = 0 n i=1 ↔ ↔ {RAX = 0 N RAY = q1×36 = 2.7 × 36 = 97.20 N MA = 2.7 × 36 ×(97 + 36 2)= 11178.00 N∙mm O passo seguinte compreende a realização do diagrama de esforços transversos e o resultante diagrama de momentos fletores. Para isto usa-se a prática de subdividir a barra em segmentos e estudar cada segmento individualmente, utilizando os pontos que os unem para definir as condições de fronteira. Pode-se dividir a barra em dois segmentos: • Correspondente a 0 ≤ x < 36 (mm); • Correspondente a 36 ≤ x < 133 (mm). Para a secção entre 0 e 36 mm, sabendo que o valor para os esforços transversos é dado por: T= -∫wdx ( 2 ) Tem-se: T= - ∫2.7dx = -2.7x + c ( 3 )
51 Para x = 0: Para x = 36: O momento fletor, em qualquer ponto, pode ser calculado pela integração do esforço transverso: M = ∫Tdx ( 6 ) Desta forma, para esta secção, a equação para o momento fletor é dada por: Para x = 0: Para x = 36: Para o segmento entre 36 e 133 mm deve repetir-se o procedimento. Neste caso, como não existem cargas externas aplicadas nesta secção (apenas conta com a reação RAY), pode-se concluir que para x = 133: Os momentos fletores, para esta secção, são dados pela expressão: Para x = 36: Para x = 133: Pela convenção de sinais admite-se que MA = -11178 N∙mm. É-se levado a concluir que os valores coincidem e que, por isso, os cálculos estão corretos. T = 0 → 0 = - 2.7 × 0 + c → c = 0 ( 4 ) T = -2.7 × 36 → T = -97.2 N ( 5 ) M = ∫(-2.7x)dx → M = -2.7 2x2 + c ( 7 ) M = 0 → M= -2.7 202 + c → c = 0 ( 8 ) M = -2.7 2362 → M = -1749.6 N∙mm ( 9 ) T = -RAY = -97.2 N ( 10 ) M = ∫(-97.2)dx → M = -97.2x + c ( 11 ) -1749.6 = -97.2 × 36 + c → c =1749.6 ( 12 ) M = -97.2 × 133 + 1749.6 = -11178 N∙mm ( 13 )
52 É então possível desenhar os diagramas de esforços transversos e de momentos fletores para o presente problema, como se pode observar na Figura 38. Figura 38 - Diagrama de esforços transversos e de momentos fletores. O dimensionamento do end-effector é feito de acordo com a condição: Em que: • σ – Valor numérico de tensão de flexão (MPa); • MMAX – Valor máximo do momento fletor observado no diagrama de momentos (Nm); • Wx – Módulo da secção transversal (cm3); • [σ] – Máxima tensão de flexão admitida (MPa); O módulo da secção transversal Wx é dado pela equação 15: σ = Mmax Wx ≤ [σ] ( 14 ) Wx = b × h2 6 ( 15 ) -97.2 T (N) M (Nmm) -1749.6 -11178 q = 2.7 N/mm MA RAY RAX 36 mm 97 mm
53 Para o dimensionamento do end-effector é necessário selecionar uma das duas medidas para a secção transversal, isto é, fixar o valor de b e calcular o valor de h (na equação 15) ou vice-versa. Para o presente caso, ao usar uma placa de PVC de 5mm de espessura, significa que b = 5 mm e que é necessário calcular o valor h. Considerando que o momento máximo MMAX no diagrama da Figura 38 é 11.178 Nm e que a tensão admissível à flexão [σ] é de 70 MPa, afere-se que o módulo de secção mínimo Wmin capaz de suporte os esforços neste cenário obtém-se por: Através da fórmula apresentada na equação 15 é possível calcular o valor mínimo para b, isto é: Visto que o valor escolhido para b na peça final foi 45 mm, pode-se concluir que se respeitou o valor mínimo obtido para esta dimensão expresso na equação 17, não estando muito afastado do mesmo. Permite assim afirmar que a peça foi corretamente dimensionada. Wmin = Mmax [σ] = 11.178(N∙m) [70(MPa)] = 0.16 сm3 ( 16 ) b = 6 × W h2 = 6 × 0.16(сm3) (0.5(сm))2 = 3.83246 сm = 38.3 mm ( 17 )
54 4. TESTES E ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS Neste capítulo é explicada a programação desenvolvida para o teste, com uma descrição detalhada dos comandos utilizados. Adicionalmente, são apresentadas as peças usadas no estudo bem como os resultados obtidos após serem submetidas ao teste de resistência. Por fim faz-se uma análise e uma discussão critica acerca dos resultados obtidos.
55 4.1 Testes realizados O teste criado tem o principal objetivo de recrear, da forma mais realista possível, o desgaste numa peça poche-cc equivalente ao uso normal da peça num período de vinte anos. Por outras palavras pretendese criar um teste que consiga espelhar os movimentos e hábitos de um humano ao inserir um cartão no designado espaço da carteira e repetir este ciclo o número de vezes necessário para equivaler a vinte anos. O teste foi idealizado para testar a resistência ao desgaste da peça, mais especificamente estudar a tendência de cedência das zonas destacadas na Figura 39. Figura 39 - Zonas suscetíveis a maior desgaste no poche-cc. O procedimento consiste na inserção repetida (vinte mil repetições) de um cartão numa das aberturas, repetindo-se este procedimento para os restantes poche-cc a serem testados. A abertura escolhida é, por norma, na primeira fila (em modelos com duas filas) ou na segunda fila (em modelos com três filas) e na primeira coluna. Considera-se que esta abertura consegue realisticamente representar as restantes e, por isso, o seu comportamento durante e após o teste pode ser extrapolado para todas as aberturas. 4.1.1 Amostragem Para o presente trabalho foram usados três modelos distintos de poche-cc, os quais se encontram na Figura 40. Cada modelo possui um total de três unidades, à exceção daquele representado na Figura 40C), o que equivale a um total de sete amostras. O processo de amostragem focou-se em selecionar modelos com diferenças em termos de dimensões, cores e até materiais e não tanto no tamanho da amostra em si. Todavia considera-se que este será suficiente para permitir discutir o sucesso do teste desenvolvido.
56 Figura 40 - Três modelos de amostras escolhidas para submeter ao teste. 4.1.2 Programação A etapa da programação é a última e por isso procede ao fabrico do suporte de fixação e do end-effector e à organização de um grupo de amostragem. Quando estes foram concluídos o sistema completo encontrava-se como aparenta na Figura 41. É de destacar, na Figura 41, que o suporte foi ajustado para a peça exemplo, as molas de fixação encontram-se fechadas e o manipulador, com o end-effector já montado, mostra estar na pose inicial do programa. Figura 41 - Constituição final completa do sistema de testagem. A) B) C)
57 A etapa da programação foi realizada exclusivamente no ecrã que acompanha o robô, utilizando o software próprio da Universal Robots . A realização da programação seguiu quatro etapas: • Fazer um esquema sobre o procedimento desejado para o teste; • Traduzir o esquema criado em funções, mais especificamente funções Move , If...Else , Loop , Assignment (com a qual se definiu o contador interno de ciclos); • Identificação dos pontos no espaço que definem as funções de movimento; • Ajuste das funções de movimento e resolução de problemas; O programa criado foi evoluindo através de um ciclo iterativo de resolução de problemas e adição de comandos e de complexidade. Pretendia-se que, após ser dada a ordem para iniciar o programa, o robô partisse da posição inicial (semelhante àquela vista na Figura 41) e começasse a testar uma abertura da peça de forma totalmente automática. Após se terem completado vinte mil ciclos (um contador interno era incrementado sempre que se completava uma inserção), o robô retirava-se e esperava que lhe fosse dado ordem para começar a testar uma nova peça. Deve-se mencionar que a primeira inserção apresentava uma trajetória mais lenta e mais complexa que todos os restantes ciclos, que utilizam uma trajetória abreviada da primeira. Este comportamento foi incutido ao robô para poder garantir que o primeiro ciclo não danificava uma peça que outrora se encontrava nova e, por isso, opunha-se à inserção rápida de um cartão. Por outro lado, a utilização de uma trajetória cuidada e lenta, como no primeiro ciclo, para os restantes ciclos iria resultar numa duração excessiva para o teste completo, daí adotar-se um movimento mais rápido e com menos cautela. Com o intuito de demonstrar a programação desenvolvida foi criado o esquema presente na Figura 42. Figura 42 - Diagrama do funcionamento do programa criado. Iniciação do programa • Iniciação do programa • Reset do contador de ciclos Primeiro ciclo • Movimentação cuidada de inserção • Retirada e incrementação do contador Restantes ciclos • Movimentação abreviada de inserção • Retirada e incrementação do contador Finalização do programa • Retirada para posição inicial • Aguardar ordem para reiniciar o teste Peça fixa no suporte
58 O algoritmo do programa criado encontra-se expresso na Figura 43. É de notar que o bloco à direita é a continuação do bloco da esquerda. Figura 43 - Programação usada para a realização do teste. Na Figura 43 pode observar-se todo o funcionamento mencionado anteriormente. O bloco A é referente à iniciação do programa, no qual se dá a ordem de reiniciar o contador “ciclos” e, por isso, deve atribuirse o valor de “0”. O bloco B corresponde ao início e ao fim do programa, isto é, indica ao robô que se deve movimentar para o Waypoint_1 na condição de se estar a iniciar o programa (“ciclos=0”) ou na conclusão do mesmo (“ciclos=20000”). Para este último cenário o programa emite uma mensagem popup a perguntar se é pretendido reiniciar o teste e, se for o caso, dá se o reset do contador “ciclos”. O bloco C corresponde ao primeiro ciclo, no qual é feita a primeira inserção do cartão na peça. O movimento de inserção contém nove waypoints por forma a obter-se uma trajetória precisa e fiável. Cada ponto permite definir a velocidade e aceleração das juntas no movimento para esse ponto. Para estes waypoints foram atribuídas velocidades nas juntas mais reduzidas que o predefinido (em certos casos reduziu-se de 80 °/s para 40 °/s) com o intuito de evitar estragos na peça e facilitar uma paragem de emergência em casos mais extremos. Depois do movimento “ MoveJ ” para a inserção dá-se a retirada do mesmo com o movimento por os waypoints 11 e 12 e, por fim, é feito um incremento unitário do contador “ciclos”. A) B) C) D) E
65 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS Neste capítulo tiram-se algumas conclusões relativamente ao trabalho desenvolvido e são dadas sugestões para trabalhos futuros.
66 5.1 Conclusões O primeiro capítulo deste trabalho teve o propósito de introduzir a empresa e o setor de luxo no qual se enquadra. Esta secção permitiu ainda apresentar os produtos produzidos, de entre os quais se incluía as peças analisadas neste trabalho, isto é, os poche-cc (porta cartões). Por fim foram identificados os objetivos a cumprir e a estruturação do trabalho desenvolvido. O capítulo dois, à semelhança do primeiro, teve o papel de contextualizar o trabalho desenvolvido nos seguintes capítulos. Serviu, essencialmente, para explorar tópicos de forma a simplificar a sua compreensão em diante. O problema que se encontra na base deste trabalho foi primeiramente exposto no primeiro capítulo e foi analisado mais rigorosamente no início do terceiro capítulo. O problema identificado prende-se na ocorrência de falhas nos produtos comercializados que não são visíveis nem identificáveis em nenhum momento antes de abandonar o atelier . Este problema é a origem do maior número de reclamações por parte de clientes. A empresa tem a qualidade dos seus produtos no topo da sua lista de prioridades e, como tal, surgiu o presente projeto. No capítulo três foi desenvolvido, desde uma fase puramente conceptual a uma fase de detalhe, um sistema de testagem que fosse capaz de simular o equivalente a vinte anos de uso normal de um poche-cc . O sistema criado, formado por um suporte universal, um braço articulado colaborativo com 6 DOF e um end-effector com dois cartões, desempenhou um teste com vinte mil ciclos de inserir e retirar um cartão de uma das aberturas de sete exemplares de poche-cc . Foi imperativo o uso de um robô colaborativo pois a tarefa exigia um sistema de reduzidas dimensões, de baixo custo, com programação intuitiva e com presença de sistemas de segurança embutidos. Ao analisar os resultados obtidos dos testes das sete amostras pôde-se concluir que o teste demonstrou uma elevada precisão e uma variância reduzida nos resultados de desgaste entre as amostras. Adicionalmente, após traçar comparações entre as peças testadas e um exemplo de uma falha real de um utilizador, concluiu-se que o teste cumpriu com o seu principal objetivo de recriar os movimentos de um utilizador e de recriar a falha de uso mais comum. Apesar de demorado, com uma duração de dezassete horas para cada peça, este teste mostrou-se uma ferramenta muito importante para a empresa devido à frequência de ocorrências deste tipo de falha. A capacidade de recriar, com enorme precisão e fidelidade, uma falha comum nestas peças permite à empresa idealizar e pôr à prova possíveis soluções para este problema de uma forma rápida e cómoda para toda a equipa. A enorme flexibilidade de operações oferecida pelo sistema permite ainda simular diferentes falhas no futuro, mediante as necessidades do cliente ou o processo de melhoria continua implementado na empresa. Considera-se que todos os objetivos previamente estabelecidos foram atingidos, dando-se assim o projeto como bem sucedido.
67 5.2 Trabalhos futuros Com o lançamento de novos produtos é possível que se criem novos materiais e novos processos de fabrico. À medida que os clientes vão usando estes produtos é expectável que surjam problemas de qualidade nunca antes vistos. Por forma a solucionar esta questão são dadas as seguintes sugestões para trabalhos futuros: • Validar o teste para uma maior variedade de peças; • Validar o teste para diferentes problemas; • Integrar um gripper no manipulador para uma maior polivalência de operações;
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71 ANEXO A – LAYOUT E FLUXO DE MATERIAL A produção começa e acaba no armazém. A partir do armazém, um determinado produto pode iniciar o processo produtivo na linha P1, P2, P3 ou P4 ou, em casos específicos, pode alimentar diretamente as linhas de montagem. Após ter passado pela preparação a peça será concluída numa das sete linhas de montagem (M1, M2, M3, M4, M5, M6 ou M7). Dada como concluída a montagem o componente pode ou não passar pelo muro da qualidade e, posteriormente, dirige-se para o embalamento, é transportado de volta para o armazém e preparado para expedição. Na Figura 53 é possível observar o layout do Atelier de Penafiel, tendo em conta tudo aquilo que foi referenciado anteriormente. Adicionalmente procurou-se demonstrar, na Figura 53, várias possibilidades para o fluxo na produção. Figura 53 - Layout do Atelier de Penafiel. Fluxo na produção Área Administrativa Entrada/Área Social Corte Armazém M3 M5 M4 M1 M7 M2 M6 P3 P4 P1 P2
72 ANEXO B – ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS BRAÇO ROBÓTICO UR10 Tabela 8 - Especificações técnicas do braço articulado UR10. Peso (braço) 28,9 kg Carga 10 kg Alcance 1300 mm Intervalos de articulação +/- 360° em todos os eixos Velocidade Base e ombro: 120°/s Cotovelo e punhos: 180°/s Ferramenta ≈ 1m/s Repetibilidade +/- 0,1 mm Secção Ø118 mm Níveis de liberdade 6 eixos Dimensões do controlador (CxAxP) 475 mm x 423 mm x 268 mm E/S disponíveis Entradas digitais Saídas digitais Entradas analógicas Saídas analógicas Controlador 16 16 2 2 Punho 2 2 2 - Alimentação E/S 24 V - 2 A no controlador e 12/24 V - 600 mA na ferramenta Comunicação TCP/IP 100 Mbit: IEEE 802.3u, 100BASE-TX Entrada ethernet e Modbus TCP Programação Interface gráfica de utilizador Polyscope num ecrã tátil de 12 polegadas Emissão de ruído Relativamente silencioso Classificação IP IP54 Consumo elétrico Cerca de 350 W utilizando um programa corrente Funcionamento colaborativo 15 funções de segurança Conformidade com as normas: EN ISO 13849:2008 PL d EN ISO 10218-1:2011, Ponto 5.4.3 Materiais utilizados Alumínio, plástico PP Temperatura de trabalho 0-50 °C Alimentação 100-240 V CA, 50-60 Hz Ligações Cabo entre o robô e o controlador (6 m) Cabo entre o ecrã tátil e o controlador (4,5 m)
73 ANEXO C – MANUAL PARA A UTILIZAÇÃO DO ROBÔ UR10 Manual Robô Silva UR10 CB3 Introdução ao robô e criação de um programa
74 LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS, TERMOS E ACRÓNIMOS End-Effector – Consiste no mecanismo/ferramenta, afixado à extremidade do robô, que será responsável por interagir com o ambiente circundante. A sua constituição e o seu modo de operação dependem, naturalmente, da aplicação para a qual foi concebido. Cada aplicação para o manipulador exige um determinado tipo de end-effector , podendo este ser: camaras, ferramentas de corte, engenhos de furar, máquinas para polir, para soldar, grippers , entre outros. Gripper – Termo com origem no verbo “ Grip ” (que se traduz em “agarrar”), é uma designação comum para uma ferramenta que tenha a capacidade de pegar num objeto. Normalmente denominado de “amarra”, este sistema é montado na extremidade do manipulador, pode ter vários meios de acionamento (elétrica, pneumática, etc) e várias configurações (dois dedos, ventosas, etc). TCP – Abreviatura de “ Tool Center Point ”, este ponto é definido como o ponto de referência pela qual a programação para a movimentação do robô será criada. Situado no centro da extremidade do endeffector , este ponto extra foi criado para que a movimentação do robô seja controlada por um sistema de eixos coordenados que conte com a presença de uma ferramenta. Caso o manipulador não conte com nenhum end-effector , o TCP irá coincidir com o centro da extremidade do último elo do braço articulado. Input/Output – Um input (entrada) refere-se a um fluxo de informação, qualquer que seja a sua forma, entre o exterior e o interior do robô e um output (saída) refere-se a um fluxo de informação entre o interior do robô e o exterior. A título de exemplo um input pode consistir no sinal emitido por um botão que controla uma função do robô, ou mesmo aquele proveniente do ecrã tátil que é usado para o movimentar e controlar. Um output pode tomar a forma de um sinal sonoro ou luminoso de emergência e o controlo de tapete rolante ou de um end-effector . Payload – Este termo refere-se ao total de massa que o robô está a transportar/manipular. Neste somatório está incluído o peso do elemento metálico na extremidade do braço, o end-effector e o objeto que possa estar a ser carregado. A palavra payload muitas vezes refere-se também á carga máxima que o robô consegue levantar. Waypoint – Termo dado para um ponto, no espaço, que pertence à trajetória do movimento do robô. Um Waypoint é o elemento mais importante da programação do robô pois indica, de forma concreta, as posições e as poses que o braço deve tomar no decorrer da aplicação.
81 Figura 61 - Calibração da orientação da ponta da ferramenta do robô. De seguida o software irá levar o utilizador para um menu no qual será possível controlar a posição e orientação do end-effector . Nesta etapa o utilizador deverá colocar o braço robótico numa posição semelhante àquela observada na Figura 62a), no qual se pode destacar que a ponta da ferramenta do manipulador tem os seus eixos coordenados paralelos, segundo o eixo z, em relação aos da feature “ Base” do robô. Depois de clicar “ Ok ”, as caixas correspondentes à posição (X, Y e Z) e à orientação (RX, RY e RZ) do end-effector serão preenchidas automaticamente, como se pode observar, a vermelho, na Figura 62b). Figura 62 - Processo de calibração da orientação da ferramenta do robô e exemplo de resultados esperados Dada esta etapa como concluída é também recomendado que sejam preenchidos os restantes campos presentes na Figura 62b (assinalados a verde), isto é, a massa da ferramenta e o seu centro de gravidade. Na grande maioria dos casos basta pesar a ferramenta e estimar o seu centro de gravidade no eixo de 𝑧 (caso a ferramenta seja uniforme ao longo deste eixo, o valor a inserir no campo 𝐶𝑍 seria metade da sua altura). A localização do TCP e do centro de massa pode ser vista na Figura 63a) e a forma como medir a distância entre o TCP e o ponto de referência encontra-se expressa na Figura 63b). a) b) a) b)
82 Figura 63 - Localização do TCP e do centro de massa. Assim que todos os campos se encontrem preenchidos deve-se clicar na aba “ Load/Save ” à esquerda (destacado a vermelho na Figura 64), dar um nome à instalação e clicar no botão “ Save ” ou “ Save As… ”(assinalado a verde na Figura 64), sendo que neste último caso poderemos mudar o nome. Figura 64 - Ilustração de como guardar a instalação criada. 3.3 Comandos Básicos Agora que o end-effector está montado e/ou configurado e o setup está concluído é possível criar-se um programa. Para isto deve clicar-se no botão “ Program Robot ” e, de seguida, no botão “ Empty Program ” (no caso em que se pretenda criar um novo programa), assinalados a vermelho na Figura 65a) e na Figura 65b), respetivamente. TCP Centro de massa Distância a medir a) b)
83 Figura 65 - Comandos para a criação de um novo programa. 3.3.1 Função “ Move ” A função “ Move ” é a função mais essencial para a operação do robô. Para se criar uma função deste tipo, dentro do programa, deve-se clicar em “ Robot Program ” (que se encontra na caixa azul na Figura 66a), em seguida em “ Structure ” (assinalado a vermelho, na mesma figura) e, por fim, no botão “ Move ” (assinalado a vermelho na Figura 66b). Figura 66 - Criação de um movimento na programação do manipulador. Uma função “ Move” cria um movimento, uma trajetória, quando são definidos pelo menos dois pontos, ou seja, o ponto de partida e o ponto de chegada. Caso exista a necessidade/interesse que o TCP do robô passe por um determinado ponto entre a partida e a chegada já definidos, ou que tenha de contornar um obstáculo pelo caminho, é necessário adicionar mais um ponto, pelo menos, ficando assim com três Waypoints . Ao inserir uma função “ Move ” será criado, por definição, um Waypoint , que aparecerá com a cor de amarelo (significa “não definido”). Para definir este ponto deve-se seguir a sequência assinalada a vermelho na Figura 67a), ou seja, carregar na aba “ Command ”, em seguida carregar em “ Waypoint ” na árvore do programa e, por fim, selecionar “ Set this waipoint ”. a) b) 1 2 3 a) b)
84 Caso se pretenda adicionar um Waypoint antes ou depois do original deve usar-se os botões “ Add waypoint before ” ou “ Add waypoint after ”, respetivamente, assinalados a verde na Figura 67ª). Figura 67 - Processo de definição de um waypoint. Ao selecionar o botão “ Set this waipoint ” irá aparecer um ambiente gráfico semelhante aquilo visto na Figura 67b). Nesta página é possível mover o braço robótico segundo quatro meios: 1) Utilizando as setas, segundo a Feature selecionada; 2) Definindo uma posição ou orientação especifica para o TCP nos campos X, Y, Z, RX, RY e RZ, segundo a Feature selecionada; 3) Ajustando manualmente o ângulo de cada junta, independentemente da Feature selecionada; 4) Movendo manualmente o TCP do manipulador, carregando no botão “ FreeDrive ”, um botão preto que se encontra na parte traseira do ecrã tátil (cuja localização é visível na Figura 68); Figura 68 - Identificação e localização do botão "FreeDrive" no ecrã tátil. Botão “FreeDrive” a) b) Nota: Uma Feature é um sistema de eixos coordenados 𝑥, 𝑦 e 𝑧. Por definição o manipulador já conta com duas, isto é, a Base (na base) e a Tool (no TCP). Pode ser criada uma Feature pelo utilizador, de forma a simplificar a programação, ao selecionar: “ Instalation ” – “ Features ” – “ Plane ” e definir os três pontos necessários.
85 Após se ter definido o Waypoint 1, para dar continuidade ao movimento, deve-se adicionar Waypoints dentro do mesmo movimento, como foi explicado anteriormente. Adicionalmente também é possível adicionar uma nova função “ Move ”, consecutiva àquela que se possuía. Por vezes esta última opção será a única que consegue satisfazer os requisitos da aplicação em questão. Isto acontece porque, como se pode constatar na Figura 69, assinalado a vermelho, existem 3 tipos de movimentação, cada um com o seu propósito: • Move J – Movimentação rápida não-linear, utilizada em situações em que se pretende rapidamente mover o TCP entre dois pontos e nas quais o caminho escolhido não é relevante (não pode possuir nenhum obstáculo ou restrição). Ex: Movimentações de aproximação; • Move L – Movimentação linear, utilizada em situações em que se pretende mover o TCP entre dois pontos e nas quais é imperativo que o percurso seja linear. Ex: Inserir e/ou retirar uma peça de um orifício; • Move P – Movimentação de processo, utilizada em situações em que se pretende mover o TCP entre dois pontos e nas quais é pretendido que se mantenha uma velocidade constante. Com este movimento, o TCP não irá parar nos Waypoints definidos, mas sim movimentar-se sobre um arco concêntrico com o Waypoint definido ao aproximar-se deste. Ex: Utilização em processos de soldadura, aplicação de cola e movimentos circulares. Figura 69 - Diferentes variações/tipos da função “ Move”. Será da responsabilidade do utilizador em decidir qual deverá ser o tipo de movimentação para cada instância. Adicionalmente poderá ser necessário ajustar a velocidade do movimento entre dois Waypoints . Para isto deve ativar-se a opção “ Show advanced options ” e ajustar os valores de acordo com o pretendido (destacados na caixa verde da Figura 70).
86 Figura 70 - Exemplo de um programa responsável pela movimentação de um manipulador. Assinalado a vermelho na Figura 70 é possível observar uma serie de funções de movimentação, interligadas entre si. Ao observar a sequência, sem conhecer o propósito do movimento, é possível assumir que será algo como o que foi expresso na Figura 71: Figura 71 - Sequência esperada para a sequência de movimentos apresentada. 3.3.2 Função “ Wait ” Esta função, como o próprio nome indica, serve para imobilizar o manipulador durante um determinado período de tempo. A função “ Wait ” tem relevância em alguns casos, como por exemplo: • Aguardar (0.5 –1) s, após dar a ordem para apanhar uma peça, de forma a garantir que o gripper a agarrou; • Aguardar que uma caixa chegue ao fim de um tapete rolante para ser colocada numa palete; • Aguardar que um contador interno atinja um determinado valor; Para inserir uma função deste tipo deve seguir-se a sequência, assinalada a vermelho, na Figura 72a. Desta forma, deve-se clicar em “ Program ”, “ Structure ” e “ Wait ”. Posteriormente, carregando em “ Command ”, serão apresentadas as várias opções que controlam a função (visíveis na Figura 72b). Poderá ser regida por tempo (assinalado a “A”), esperar por um input (digital assinalado a “B” e analógico a “C”) ou aguardar para que uma determinada expressão se torne verdade (assinalado a “D”). Movimento rápido para iniciar o programa Aproximação do TCP a um objecto Movimentação a velocidade constante (ex: Aplicar cola) Afastamento do TCP do objecto
87 Figura 72 - Instruções sobre a introdução e controlo da função "Wait". De forma a explicar a importância da função “ Wait ” deve observar-se a Figura 73. Neste exemplo é pretendido que o robô apenas inicie a movimentação, desde a posição atual até à posição 2, quando a caixa se encontrar na presente posição. Este sincronismo é assegurado pelos sensores identificados na Figura 73, os quais ligam ou desligam mediante a presença, ou ausência, da caixa e comunicam essa informação ao controlador do robô. Posteriormente deve ser criada a respetiva função “ Wait ”, selecionando a opção B da Figura 72b) e, por fim, escolher o sensor pretendido na caixa “< Di.input >”. Figura 73 - Exemplo prático para a utilização da função "Wait". 3.3.3 Função “ Set ” Esta função serve, essencialmente, para criar ouputs para aparelhos/sistemas externos ou para incrementar valores de variáveis internas. A primeira funcionalidade tem particular relevância pois é com este mecanismo que será possível interagir com um end-effector quando o mesmo não vem acompanhado com um software do fabricante. 1 2 3 A B D C Sensores Controlador a) b)
88 Por outras palavras, é possível ligar um atuador de natureza pneumática ou elétrica (por exemplo um gripper por vácuo) manualmente ao controlador do robô, nas entradas especificadas como “ outputs ”, e usar a função “ Set ” para enviar um sinal analógico ou, neste exemplo, digital para alimentar ou desligar esse mesmo atuador. A Figura 74a) diz respeito aos passos a serem tomados para inserir esta função na programação. Devese, por isso, pressionar em “ Structure ”, “ Basic ” e “ Set ”. Figura 74 - Instruções sobre a introdução e controlo da função "Set". Como é possível observar pela Figura 74b), a função “ Set ” oferece uma variedade de ferramentas e, segundo o contexto deste documento, é importante realçar as de maior importância. Após ter inserido a função e pressionado a aba “ Command ”, são oferecidos sete comandos no total. Existe a possibilidade de criar um output digital, isto é, selecionar um output reconhecido pelo controlador e mudar o seu estado de 0 (desligado) para 1 (ligado) ou vice-versa (assinalado com “A”). Adicionalmente poderá alterarse o valor de um output analógico (assinalado com “B”), incrementar, de forma unitária, uma variável interna (assinalado a “C”) ou mudar o payload do manipulador (assinalado a “D”). 3.3.4 Função “ Loop ” Esta função tem a capacidade de simplificar a programação pois permite repetir uma sequência de funções de forma rápida e intuitiva. Ao inserir uma função Loop na árvore de programação é criado um ciclo no qual se podem inserir outras funções, como a função “ Move ”, a “ Wait ”, a “ Set ”, a “ Pop-up ”, entre outras. Na Figura 75a) é possível ver o método para inserir esta função, e na Figura 75b) pode-se observar as várias opções para definir condição que controla o ciclo “ Loop ”. 1 2 3 A B D C Sensor Gripper a) b)
89 Figura 75 - Instruções sobre a introdução e controlo da função "Loop". Para esta função existe a opção de deixá-la infinitamente em Loop , atribuir um número finito de ciclos ou esperar que uma determinada expressão se torne verdade para finalizar o decorrer da função. 3.3.5 Função “ Pop-up ” A utilização desta função reserva-se, normalmente, para casos de emergência ou anomalia, nos quais o operador é avisado que aconteceu um erro. Assim que a mensagem é lançada, sob a forma de um popup , o programa é pausado e só irá retomar o seu funcionamento quando o utilizador der a devida ordem, ao clicar no botão “ OK ”. Para se adicionar esta função deve-se seguir os passos de ambas as imagens da Figura 76. Figura 76 - Instruções sobre a introdução e controlo da função "Pop-up". Cabe ao utlizador em escolher o tipo de pop-up (assinalado com A, B e C na Figura 76b) que desejaria que aparecesse. Após escolher um dos três tipos é recomendado que se pressione o botão “ Preview Popup ” para verificar se corresponde com aquilo que se tinha idealizado. A Figura 77 apresenta um preview dos três tipos de pop-up . 1 2 3 Nº de ciclos 1 2 3 Inserir texto aqui! 1 2 3 4 5 A B C a) b) a) b)
90 Figura 77 - A) Previsualização de uma mensagem; B) Previsualização de um aviso; C) Previsualização de um erro. 3.3.6 Função “ If…Else ” À semelhança daquilo que acontecia com a função “ Loop ”, esta também permite que se insiram funções no seu interior, podendo criar-se um subprograma no programa principal. A entrada neste subprograma, como o próprio nome da função indica, é regido por uma condição. O programa principal, ao ser executado, irá passar por cada linha de programação, por ordem e no sentido descendente. Ao chegar a uma função “ If…else ”, caso respeite a condição “ If ” irá executar as funções que se encontram no seu interior, caso contrário irá procurar por uma contra condição, isto é, aquilo a que se chama “ Else ”. A condição “ Else ” será, logicamente, um complemento à condição “ If ” ou o completo oposto desta (no caso de só haver dois cenários possíveis). É uma boa prática garantir que, independentemente do desenrolar do programa, as condições “ If ” e “ Else ” criadas devem ser capazes de o cobrir, isto é, uma condição tem de se verificar. Todavia também deve mencionar-se que não se deve criar condições “ If ” e “ Else ” que se possam verificar em simultâneo. A Figura 78 diz respeito às instruções sobre inserir e modificar uma função “ If…else ”. Figura 78 - Instruções sobre a introdução e controlo da função "If...else". 3.4 Apresentação de um programa completo Agora que já foram mencionadas as principais funções é importante aplicá-las e organizá-las sob a forma de um programa completo. Desta forma vai-se usar o programa presente na Figura 79 como um exemplo a analisar. A B C 1 2 3