A aplicação de unidades de medição inercial (IMU) MEMS no setor industrial concentra-se principalmente no controle de movimento de alta precisão, monitoramento de equipamentos e produção automatizada. A escolha de uma IMU MEMS adequada para aplicações industriais exige uma análise abrangente de precisão, adaptabilidade ambiental, compatibilidade de interface e custo-benefício.

A aplicação de IMUs MEMS no campo da robótica industrial e automação concentra-se principalmente no controle e feedback de atitude, navegação de AGVs/AMRs e monitoramento e diagnóstico de vibrações. Na aplicação de controle e feedback de atitude, a IMU MEMS fornece informações em tempo real sobre atitude (inclinação, rotação e guinada) e velocidade angular das juntas, atuadores finais ou plataformas móveis do robô, permitindo controle preciso de movimento, planejamento de trajetória e prevenção de colisões. Na aplicação de navegação de AGVs/AMRs, a IMU MEMS é integrada a sensores de velocidade das rodas, LiDAR e sensores visuais para fornecer funcionalidade de navegação inercial. Quando a referência externa é perdida temporariamente, a IMU pode manter o posicionamento e a direção a curto prazo, melhorando a robustez e a continuidade da navegação. Na aplicação de monitoramento e diagnóstico de vibrações, a IMU MEMS é instalada nas juntas, estruturas principais ou motores do robô para monitorar o espectro e a amplitude da vibração durante a operação, para manutenção preditiva e para identificar falhas precoces, como desgaste de rolamentos, desbalanceamento e desalinhamento.

Os requisitos para IMU MEMS na área de robôs industriais e automação concentram-se principalmente nos seguintes aspectos:

1. Requisitos para indicadores de desempenho estáticos (alta precisão)

A estabilidade de viés zero é o indicador mais importante do desempenho estático, e uma baixa estabilidade de viés zero significa que a precisão a longo prazo da estimativa de atitude (inclinação, rotação e guinada) é crucial. Quando robôs operam por longos períodos ou veículos guiados automaticamente (AGVs) precisam navegar com precisão, uma baixa deriva de viés zero é fundamental para garantir a precisão da atitude. A estabilidade de viés zero dos giroscópios geralmente requer <1°/h, e aplicações de alta qualidade exigem <0,5°/h. O índice de estabilidade de polarização zero dos acelerômetros requer <1 mg. Além disso, a variação angular aleatória reflete as características de ruído branco da saída do giroscópio, que determina a taxa na qual o erro de integração angular aumenta ao longo do tempo. Uma baixa variação angular aleatória é fundamental para alcançar uma postura de alta precisão, especialmente em um curto período de tempo, e é particularmente crítica para o controle de movimento de robôs de alta velocidade e alta dinâmica.

Tomando como exemplo as séries U6300 e U7000 de IMU MEMS de alto desempenho da Micro-Magic Inc.:

2. Requisitos de desempenho dinâmico (alta largura de banda, grande alcance)

A frequência de movimento das articulações de robôs industriais é alta, e a frequência de vibração na extremidade do braço robótico pode ser ainda maior. Uma alta largura de banda é crucial para capturar com precisão movimentos e vibrações rápidos. Normalmente, a largura de banda precisa ser superior a 100 Hz, podendo chegar a centenas de Hz. Além disso, os robôs podem iniciar e parar rapidamente, colidir, ou os AGVs (Veículos Guiados Automaticamente) podem trafegar em terrenos irregulares. A sobrecarga pode causar distorção por saturação de dados; portanto, as IMUs MEMS (Unidades de Medição Inercial) precisam ter uma faixa de medição suficientemente ampla. Tipicamente, os giroscópios podem exigir ± 300°/s a ± 2000°/s ou mais, enquanto os acelerômetros podem exigir ± 2g a ± 50g ou mais.

Tomando como exemplo os produtos U3600, U5000 e U6488 da Micro-Magic Inc.:

3. Requisitos de adaptabilidade ambiental (excelente resistência à vibração e ao impacto)

O ambiente industrial é repleto de vibrações (motores, engrenagens, correias transportadoras, etc.). A IMU (Unidade de Medição Inercial) deve ser capaz de suprimir essas interferências de vibração e evitar a emissão de dados errôneos (especialmente giroscópios, que são sensíveis a vibrações lineares e geram erros sensíveis à aceleração). Um bom projeto mecânico (como amortecimento) e algoritmos avançados de processamento de sinal são essenciais. É preciso garantir que o equipamento não seja danificado e que seu desempenho não seja permanentemente comprometido ao lidar com colisões inesperadas, quedas ou operações de alto impacto. Normalmente, ele precisa suportar impactos de milhares de g.

Tomando como exemplo os produtos U3500, U3600 e U3700 da Micro-Magic Inc.:

4. Integração e praticidade do sistema

As IMUs MEMS têm sido cada vez mais utilizadas nos setores industrial e militar devido ao seu tamanho reduzido, leveza e baixo consumo de energia. A miniaturização permite que as IMUs sejam facilmente incorporadas em juntas de robôs, extremidades de articulações, corpos compactos de AGVs e até mesmo no interior de ferramentas, sem grandes alterações no projeto ou no desempenho. O design leve minimiza o impacto da IMU na capacidade de carga e no desempenho de movimento dos robôs, especialmente para robôs de alta velocidade, alta precisão ou colaborativos. O baixo consumo de energia da IMU prolonga a vida útil da bateria de robôs móveis e nós de sensores sem fio, reduzindo o consumo geral de energia e os requisitos de dissipação de calor do sistema.

Tomando como exemplo os produtos U300, U3500 e U3000 da Micro-Magic Inc.:

Conclusão

Os IMUs MEMS de nível industrial precisam atingir um alto nível de equilíbrio nesses indicadores rigorosos para atender aos requisitos abrangentes dos robôs industriais modernos e dos sistemas de automação em termos de precisão de percepção, confiabilidade, desempenho em tempo real e robustez.

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