Integration of Digital Twin, IoT and LoRa in SCARA Robots for Decentralized Automation with Wireless Sensor Networks

Resumo

A integração de Gêmeos Digitais (Digital Twin – DT), Internet das Coisas (Internet of Things – IoT) e da tecnologia de comunicação sem fio de longo alcance (Long Range Wireless – LoRa) na automação industrial aumenta a eficiência, a flexibilidade e o monitoramento em tempo real dos processos. Este estudo propõe uma arquitetura descentralizada de automação para robôs SCARA, utilizando redes de sensores sem fio para aprimorar a escalabilidade, reduzir a quantidade de componentes de infraestrutura e otimizar a tomada de decisão baseada em dados. A validação experimental demonstrou uma redução de 74,9% no tempo de ciclo, diminuindo de 55,42 s para 13,91 s em todos os cenários de teste. O sistema alcançou uma taxa de sucesso na entrega de pacotes de 98,6%, garantindo comunicação confiável, enquanto a latência permaneceu entre 1 e 2 segundos, mantendo a sincronização entre o robô físico e seu gêmeo digital. As principais contribuições do estudo incluem: (i) uma estrutura de controle descentralizada para robôs SCARA; (ii) uma avaliação da comunicação sem fio baseada em LoRa; e (iii) a validação experimental da viabilidade da solução proposta. Os resultados confirmam a eficácia do sistema na transmissão estável de dados em tempo real e na execução precisa de movimentos robóticos, oferecendo uma alternativa de menor custo em comparação às estruturas convencionais. Apesar das vantagens identificadas, desafios como segurança de dados, interoperabilidade e sincronização em tempo real ainda requerem investigações adicionais. Este estudo fornece contribuições relevantes para a implementação prática de DT, IoT e LoRa na robótica industrial, favorecendo avanços na manufatura inteligente e na Indústria 4.0.