O protótipo criado no PFE contribui para a fabricação de mecanismo que destampa e esvazia as garrafas com falhas de enchimento

 

Leandro Steiw

 

O ciclo de engarrafamento e rotulagem de bebidas está sujeito a algumas falhas. Orientados pelo professor Fábio Ferraz Júnior, os graduandos Ana Almeida Barros, da Engenharia Mecânica, e Breno Quessie Barbosa de Lima, Eduardo Papandrea Santana e Guilherme Schmulevich de Souza Aranha, da Engenharia Mecatrônica, dedicaram-se a um desses desafios. O trabalho “Desenvolvimento de Garras Robóticas para Manuseio de Garrafas de Cerveja”, apresentado como um Projeto Final de Engenharia (PFE), é resultado da parceria que o Insper mantém com a Ambev, via Cervejaria do Futuro, a iniciativa de inovação da fabricante de bebidas.

Em paralelo à esteira de engarrafamento, existe uma segunda linha na qual as garrafas com falhas vão se acumulando até serem abertas e esvaziadas. Essa atividade é repetitiva demais para um operador humano. O objetivo, então, é que a manipulação do vasilhame seja feita por máquinas. O desafio dos quatro estudantes era desenvolver uma garra acoplável e integrada ao robô, capaz de segurar firmemente a garrafa para a retirada da tampa e virar o gargalo para baixo para esvaziamento.

Esse tipo de garra não é novidade. Existem modelos testados pela cervejaria que deram certo, mas que duravam pouco, exigindo trocas frequentes. Os dois problemas essenciais nesse processo são a aderência — a garrafa está úmida por fora e dificulta o atrito da pinça — e a baixa estabilidade — a garra não consegue posicionar e segurar com firmeza a garrafa para a retirada da tampa. O mecanismo também deve ser integrado ao robô e aplicar uma força máxima para não quebrar a garrafa.

Os estudantes trabalharam com quatro requisitos. A garra precisaria ter acionamento 100% elétrico, sem alimentação pneumática como a maioria das existentes, permitindo a movimentação do robô para qualquer ponto da linha de produção. A força de aperto precisaria ser constante durante todo o ciclo. O mecanismo devia se adaptar a diferentes tamanhos de garrafa, sendo acoplável e operada por um robô. E o custo de produção estava limitado a 20.000 reais — um tremendo desafio, porque sistemas similares podem chegar a 50.000 reais.

Refinando os requisitos a partir de entrevistas com os usuários da fábrica, o grupo definiu ainda outras duas metas: durabilidade da garra superior a 500 horas de uso e ciclo de operação (desde abrir até esvaziar a garrafa) em cerca de 25 segundos. A Ambev desejava receber um projeto que pudesse ser aprimorado depois. Assim, os estudantes desenvolveram um protótipo funcional da garra. “Esse é um projeto tipicamente mecatrônico porque envolve conhecimento nas áreas de mecânica, programação e eletrônica, no qual eles usam praticamente todo o conhecimento que tiveram no curso até então”, explica Ferraz.

Além do conhecimento técnico em Engenharia, os graduandos do Insper aprendem as melhores práticas e conceitos de Processo de Desenvolvimento de Produtos (PDP), que foram adotados no PFE. “Os alunos planejam as suas atividades, definem os seus prazos e responsáveis e analisam os riscos envolvidos, buscando minimizá-los”, afirma o professor. “Eles desenvolveram todas essas técnicas durante o projeto, usando as ferramentas adequadas, e apresentaram um conceito do projeto para o cliente, para depois avançar no detalhamento e finalizar um protótipo funcional, com todas as partes integrantes do projeto.”

O grupo projetou alguns protótipos preliminares, escolheu o que atendia ao conceito e avançou para a usinagem mecânica, a confecção da placa eletrônica e a programação do microcontrolador que interage com o robô. A garra foi acoplada a um robô do colaborativo do Laboratório de Automação do Insper, similar ao da linha de produção da Ambev. Para os testes, foi escolhida a garrafa de um litro, mais pesada e, portanto, mais crítica para o processo.

 

Ciclo completo

No final, o protótipo ficou muito bem definido. “Foi um PFE desafiador, porque não é fácil desenvolver e integrar mecânica, programação e eletrônica”, diz Ferraz. “Praticamente todos os critérios de sucesso foram atingidos. O custo de produção da garra, por exemplo, ficou em 6.000 reais para esse protótipo inicial. A expectativa da Ambev era receber um projeto de bom potencial, e o ciclo de trabalho do grupo realmente se fechou. Teve começo, meio e fim.”

Todos concordam que a aderência da garrafa ao protótipo se tornou o principal entrave, único ponto que o grupo não resolveu na íntegra nos quatro meses de PFE. “A maior dificuldade foi garantir a repetição do processo com segurança”, diz o aluno Guilherme Aranha. Mesmo assim, valeu a tentativa. “Os conhecimentos de aula foram importantes para dar uma boa base para o projeto em todas as áreas, mas fomos atrás de vários detalhes específicos de cada área do conhecimento”, afirma Aranha.

A aluna Ana Barros acredita que, durante o PFE, o mais importante era focar no problema e encontrar os resultados independentemente dos parâmetros de aula, buscando ajuda dos professores ou de profissionais experientes. O colega Breno Quessie complementa: “O Insper nos incentiva ao trabalho em grupo, e o professor Ferraz nos orientou a adotar coisas parecidas às que já tínhamos feito na graduação. Precisamos pesquisar e aprender sobre muitos pontos, que complementaram os nossos conhecimentos para concluir o projeto. Tivemos a oportunidade de visitar a fábrica da Ambev, e parte da contribuição profissional do PFE é o contato direto com a própria empresa”.

Na opinião de Aranha, o PFE ajudou a colocar em prática conhecimentos desenvolvidos durante todo o curso. “Treinei bastante modelagem 3D, design de peças mecânicas, criação e montagem de circuitos elétricos e programação embarcada”, diz. “Além disso, trabalhamos muito na divisão de tarefas e no trabalho em equipe, criando prazos e agendando reuniões de alinhamento da proposta e do andamento. Gostei do projeto e tenho muito interesse na área de engenharia.”

Ferraz lembra que os estudantes beneficiaram-se da estrutura de laboratórios do Insper. “Os nossos laboratórios são praticamente uma cópia do que existe na Ambev”, afirma o professor. “Temos impressoras 3D, máquinas de usinagem, corte a laser, máquinas para fazer placas eletrônicas. São seis robôs colaborativos considerados o estado da arte da robótica, os quais nem todas as escolas têm. Assim, quando os alunos entram em ambientes industriais, eles se sentem familiarizados e ficam bem confortáveis.”