Um robô que não sai da linha

Dispositivo desenvolvido na FEM se desloca na fábrica seguindo percursos virtuais definidos por um software

Deslocar materiais com agilidade e segurança dentro de uma fábrica é uma das etapas mais importantes para determinar a produtividade. Pensando nisso, pesquisadores da Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM) da Unicamp, sob a liderança do docente Janito Ferreira, desenvolveram um sistema que permite otimizar o transporte de mercadorias em uma unidade da Samsung. Trata-se de um robô capaz de transitar de maneira autônoma pelo espaço da fábrica, levando pacotes com segurança até o ponto de expedição.

O projeto, financiado por meio de incentivos da Lei de Informática, tem como principal objetivo atualizar a tecnologia de alguns dos robôs utilizados dentro das fábricas. Comumente, robôs são dispositivos que se deslocam seguindo linhas direcionais coladas no chão. Essa forma de localização pode falhar caso essas faixas sofram algum dano, como descolamentos, apagamentos ou manchas. Além disso, em ambientes fabris mais dinâmicos, onde há uma reformulação frequente de espaços e logística, torna-se necessária a constante reaplicação dessas linhas.

O novo dispositivo, por sua vez, se desloca seguindo linhas virtuais definidas por um software. De acordo com o professor Rodrigo Bacurau, do Departamento de Mecânica Computacional da FEM, na primeira vez que se desloca pelo ambiente – de maneira manual, com o auxílio de um controle remoto –, o robô examina as paredes e obstáculos ao longo do caminho, elaborando um mapa depois gravado em um arquivo digital. “Com isso, você pode importar o mapa em um programa de editor de imagem e desenhar os percursos nos quais deseja que o robô navegue, utilizando linhas que emulam aquelas do chão. A vantagem é que essas linhas não estragam e nem sujam e sua trajetória é muito mais fácil de se reconfigurar”, esclarece o docente.

Além dos pesquisadores da Unicamp, o projeto contou com a participação de especialistas da Universidade Federal de Itajubá, em Minas Gerais, e da Universidade Jorge Tadeo Lozano (Colômbia). Ao todo, dez profissionais das três instituições, entre docentes e alunos de mestrado e doutorado, atuaram de maneira multidisciplinar em áreas tão diversas como mecânica, cinemática, programação, eletrônica e sistemas embarcados. Houve ainda uma troca de informações entre especialistas da Samsung e a equipe do projeto, referentes à tecnologia desenvolvida e possíveis adaptações a serem aplicadas em seus robôs futuros.

Segurança e deslocamento

Para garantir a integridade física de todos os presentes nesses ambientes, a plataforma desenvolvida desloca-se a, no máximo, meio metro por segundo e possui uma arquitetura que fornece três níveis de segurança.

No primeiro nível, os lidares – tecnologia de detecção remota da distância de objetos – identificam a presença de obstáculos nas proximidades e interrompem o deslocamento caso haja algo a uma distância menor do que um limite pré-definido. Se esse sistema de alto nível, por qualquer motivo, vier a falhar, o sistema computacional embarcado de baixo nível – responsável por controlar os motores do robô – também possui sensores de distância que acionam a paralisação da estrutura. Caso, ainda assim, haja uma falha de segurança, bumpers na parte frontal interrompem o movimento desativando os motores eletricamente.

“O robô deve andar no mesmo ambiente no qual os trabalhadores da fábrica também estão e, para segurança, foi definido que ele não deve desviar de sua trajetória caso algum obstáculo surja, mas parar imediatamente e só voltar a se deslocar quando o caminho estiver livre”, comenta Ferreira, o responsável por fazer a transferência de conhecimento para a empresa.

Segundo o docente, uma das principais inovações do robô desenvolvido consistiu na capacidade de posicionamento preciso sem uso de sensores de localização global, como o GPS, e sem o uso de sistemas seguidores de linhas físicas. Por esse motivo, quando o projeto iniciou-se, os cientistas definiram como requisito necessário a localização do dispositivo com erro máximo de 30 milímetros. Ao final do projeto, no entanto, conseguiram obter um sistema de localização extremamente preciso, com erro máximo de 5 milímetros.

Para que isso fosse possível, foi utilizada uma técnica chamada fusão sensorial, que combina informações de posicionamento fornecidas por diferentes sensores. No caso da plataforma robótica, há três fontes de localização: os deslocamentos realizados pelas rodas; as acelerações lineares e velocidades angulares experimentadas pelo robô; e a localização obtida a partir dos lidares utilizando a técnica de Slam, sigla em inglês para localização e mapeamento simultâneos.

“Com essas informações, utilizamos um filtro de Kalman, que, a partir da localização dada por cada um desses sistemas, realiza cálculos matemáticos para determinar a posição mais provável do robô. É essa a posição que a gente utiliza e foi assim que a gente conseguiu a acurácia na localização”, comenta Bacurau.

“A Samsung acredita no poder de transformação das universidades no mercado de tecnologia e estamos animados com mais essa parceria com a Unicamp”, afirmou Miguel Lizarraga, gerente de Inovação Aberta da Samsung Brasil.

Os docentes já desenvolvem outros projetos na área de veículos inteligentes dentro do Laboratório de Mobilidade Autônoma (LMA) da FEM. Em um desses projetos, estão sendo feitas melhorias no Veículo Inteligente do Laboratório de Mobilidade Autônoma (Vilma), um Fiat Punto instrumentado capaz de transitar autonomamente. Dentre essas melhorias, destaca-se o desenvolvimento de um sistema de comunicação entre veículos (V2V) e veículo e infraestrutura de trânsito (V2X), que auxiliará os motoristas a evitarem colisões e outros acidentes.

Todos os veículos autônomos desenvolvidos no LMA utilizam como base a plataforma ROS (Robot Operating System), uma open-source framework que permite a comunicação entre diferentes módulos do veículo e o reaproveitamento e o compartilhamento de código. Especialistas no ROS, os pesquisadores do LMA pretendem, em breve, poder fornecer para a comunidade acadêmica cursos de capacitação nessa plataforma.