Robótica concebida para ambientes hostis

No artigo seguinte discutiremos como uma empresa emprega técnicas criativas de design e ferramentas de configuração online para fornecer motores e redutores personalizados para o seu mais recente braço robótico e pinça — capazes de se adaptarem a uma grande variedade de aplicações.

O CEO da Blueprint Lab, Paul Phillips, combinou a sua paixão pela engenharia mecatrónica com o seu amor pelo surf e pelo mergulho no oceano. A empresa, localizada nos subúrbios de Sydney, Austrália, concebe e fabrica produtos que operam nos ambientes hostis do fundo do oceano. De acordo com Paul, “apercebi-me numa fase inicial que os fabricantes de veículos submarinos precisavam de hardware especializado para executar tarefas de manipulação remota. O desenvolvimento deste tipo de ferramentas era proibitivamente caro e complexo. A equipa da Blueprint Lab “ama a tecnologia mais do que qualquer outra coisa”, razão pela qual estamos empenhados em inventar produtos tecnicamente inovadores. Amamos o que fazemos”, explica.

O Reach Alpha 5 é o manipulador subaquático de cinco funções mais leve do mundo.

O exclusivo argumento de venda dos manipuladores e pinças robóticas da empresa é a sua dimensão. O Reach Alpha 5 é o manipulador ROV mais pequeno do mundo, de acordo com Paul. Quando dobrado, tem uma dimensão de apenas ~23 x 15 x 4 cm (~9 x 6 x 1,5 polegadas) e ~58 cm (~23 polegadas) de extensão total com um alcance dinâmico de ~40 cm (~16 polegadas). O braço é capaz de suportar 2 kg (~4,4 libras) de peso no alcance total e uma carga axial nominal de 100 kg (~220 libras). A força de fecho do efetor terminal é de cerca de 600 N. As unidades foram concebidas para uma operação em profundidades de até 300 metros (aprox. 1000 pés).

Como um suplemento utilizável para qualquer ROV, o Reach Alpha 5 é um dispositivo totalmente elétrico que funciona a partir de 18–30 VDC. O sistema pode ser fácil e rapidamente integrado através de protocolos RS232/RS485 padrão. A unidade oferece uma deteção de fugas para uma maior tranquilidade antes do lançamento do veículo. Os efetores terminais intercambiáveis incluem pinças de pinça padrão, bem como mandíbulas quadriculares, mandíbulas de recuperação especializadas, pinças de ponta de agulha, mandíbulas macias, mandíbulas paralelas e mandíbulas de corte de corda. As unidades são essencialmente concebidas em alumínio AL6061 anonizado duro. Tanto os braços como os efetores terminais podem ser concebidos em aço inoxidável para ambientes mais duros e onde é necessária uma maior resistência.

O Reach Alpha 5 é acionado por motores DCX maxon de 16 mm e engrenagens planetárias. Os motores estão integrados numa disposição lado a lado, para que possam acionar em ambas as direções de forma eficiente. Um sistema de controlo concebido internamente é instalado entre os motores, de modo a manter uma disposição compacta. Um conjunto de engrenagens em espiral, também concebido internamente, é utilizado como elemento de acionamento final. O feedback para o sistema é fornecido por um codificador de posição absoluta de efeito de Hall incorporado. “Para as juntas de maior binário, utilizamos caixas de redutores de elevado binário devido à sua maior capacidade de carga. Para outras juntas, tais como o agarrador e os motores de rotação em linha, os componentes padrão DCX foram suficientes”, afirmou Paul. 

“Dado que desenvolvemos o hardware, o firmware e o software para os nossos produtos internamente, fomos capazes de fornecer níveis muito mais elevados de otimização, operacionalidade e apoio aos nossos clientes”, afirmou Paul. O maior desafio para a empresa tem sido levar um produto desde o protótipo até à fase de produção do desenvolvimento. A necessidade de obter sempre tudo perfeito é essencial para proporcionarmos a conformidade, capacidade de processo e repetibilidade na produção que os clientes exigem. Devido a isto, a Blueprint Lab acredita que uma das maiores vantagens da maxon é o seu configurador online para personalizar motores — com uma produção em 11 dias — o que permite aos clientes encomendar motores 24 horas por dia, 7 dias por semana. E, de seguida, entregar o produto em quantidades ao nível da produção, conforme as exigências do mercado.

O programa DCX maxon inclui motores que oferecem alta densidade de potência, alta eficiência e constituem uma linha de motores de funcionamento suave. Os motores estão disponíveis para configuração online nas dimensões de 6 mm a 35 mm. Os clientes podem escolher entre escovas de metais preciosos ou grafite, rolamentos de esferas ou sinterizados e muito mais numa caixa fechada ou sem moldura. A maxon permite aos utilizadores configurar e combinar motores DC ou BLDC e redutores planetários e sensores de acordo com as suas especificações individuais. Graças às diferentes gerações do produto, o motor e a relação da engrenagem mudaram para melhor responder aos requisitos do cliente e para aperfeiçoar a robustez. De acordo com Paul, “a gama DCX permitiu estas alterações na perfeição sem necessidade de qualquer design mecânico. 

Durante a fase de desenvolvimento de um atuador, por exemplo, a empresa pode encomendar até 20 variações do motor online antes de escolher o produto certo. Isto permite à empresa poupar dinheiro, uma vez que o tempo de investigação é muito mais dispendioso. Além disso, permite que a Blueprint teste todas as opções disponíveis antes de tomar a sua decisão.

Os motores DCX de 16 mm da maxon são utilizados no manipulador Reach Alpha 5.

Durante uma sessão de brainstorming com Bianca Braun e Brett Motum da maxon, foram apresentadas outras ideias. Durante a sessão, Paul e a sua equipa voltaram-se para os sistemas de controlo maxon. Um desejo inicial para a empresa seria incorporar uma versão minimalista do servoamplificador ESCON da maxon para se adequar aos diâmetros do motor. A conversa desviou-se para os métodos de configuração de um sistema de controlo por um engenheiro. O designer selecionaria a partir de características já existentes no hardware do sistema de controlo do motor e, depois, configuraria a forma do sistema de controlo online. “A abertura da maxon a novas ideias é importante”, afirmou Paul.

A maioria das aplicações para os manipuladores robóticos da empresa encontra-se em locais de difícil acesso ou perigosos. As unidades são utilizadas nos ROV para operações de busca e recuperação, realizando inspeções de infraestruturas offshore para operações de petróleo e gás, recolhendo amostras para investigação científica marinha, bem como em operações especiais de recuperação pelos elementos militares e civis de primeira intervenção. Além de operar sob o oceano para investigação, o Reach Alpha 5 pode ser utilizado para operações policiais e militares, tais como robôs de eliminação de bombas e para uma inspeção visual próxima em operações petroquímicas e nucleares.

O desenvolvimento interno de tecnologias essenciais para o Reach Alpha 5 proporciona à Blueprint Lab uma forte vantagem técnica sobre outras empresas enquanto se expande para mercados mais amplos, tais como aplicações nucleares, petroquímicas, terrestres e aeroespaciais. “Estamos sempre a pensar nos próximos desenvolvimentos”, explicou Paul. Por exemplo, os algoritmos de aprendizagem automática são um tópico de destaque na empresa, uma vez que esta está a implementar hardware nos seus mais recentes produtos que a vão ajudar a direcioná-la para o futuro da IA.

A Blueprint Lab é uma empresa visionária e de tecnologia inovadora que opera com mais de 20 engenheiros criativos que adoram o seu trabalho. Paul admite que gostaria de ver mais mulheres engenheiras a candidatarem-se na empresa. “Seria ótimo ver mais mulheres engenheiras mecatrónicas na Austrália”, afirmou. “Estamos sempre à procura de pessoas dinâmicas e simplesmente não há mulheres licenciadas em número suficiente para a indústria robótica neste momento”. 

É incrível ver o que pode ser feito quando se reúnem os engenheiros certos e os produtos certos. A Blueprint Lab fez da sua missão incorporar nos seus produtos componentes de precisão, como os motores maxon. Com o crescimento dos veículos de operação remota de todos os tipos que utilizam pinças e braços robóticos, haverá um lugar para empresas como a Blueprint Lab nos anos vindouros.