Efector final del robot
Introducción. El éxito de cualquier operación robotizada de recoger y colocar depende de cómo la herramienta táctil (GRIPPER) asegura, manipula y libera las partes. Para construir un GRIPPER que se adapte a una necesidad particular de manera exitosa se debe pensar en primera instancia en cuán flexible y modular puede ser e l sistema. Los componentes modulares se prefieren en todos los casos, ya que son ajustables, de bajo peso y con frecuencia menos costosos. Definición de efector final. Un efector final es la parte con que el robot manipula los objetos, estos suelen ser neumáticos, hidráulicos, electro neumáticos y electrónicos (servocontrolados). Las capacidades del robot básico deben aumentarse por medio de dispositivos adicionales adicionales los cuales incluyen el herramental que se une a la m uñeca del robot y a los sensores que permiten al robot interaccionar con su entorno. En robótica el término efector final se utiliza para de scribir la mano o herramienta que está unida a la muñeca. Los elementos de sujeción se utilizan para agarrar y sostener los objetos y se suelen denominar pinzas. Se distingue entre las que utilizan dispositivos de agarre mecánico y las que utilizan algún otro tipo de dispositivo (ventosas, pinzas magnéticas, adhesivas, ganchos, etc.) En la elección o diseño de una pinza se han de tener en cuenta diversos factores. Entre los que afectan al tipo de objeto y de manipulación al realizar destacan el peso, la forma, el tamaño del objeto y la fuerza que es necesario ejer cer y mantener para sujetarlo. Entre los parámetros de la pinza cabe destacar su peso (que afecta a las inercias del robot), el e quipo de accionamiento y la capacidad de control.
Clasificación de efectores finales Existe una amplia gama de efectores finales necesarios para realizar una gran variedad de funciones de trabajo diferentes. Estos tipos se pueden dividir en dos categorías principales: 1. Pinzas 2. Herramientas Pinzas mecánicas Las pinzas mecánicas es un efector final que utiliza dedos mecánicos impulsados por un mecanismo para agarrar una pieza. Los dedos, son los accesorios de la pinza que están en contacto con la pieza. La función del mecanismo pinza es trasladar algo a partir de un suministro de energía que origina una acción de agarre de los dedos sobre la pieza. La energía es suministrada por el robot y puede ser neumática, eléctrica, mecánica o hidráulica. El mecanismo debe ser capaz de abrir y ce rrar los dedos y de aplicar la fuerza suficiente contra la pieza para sostenerlo de forma segura cuando se cierra la pinza. Existen varias formas de clasificación de pinzas mecánicas y de sus mecanismos de actuación. Un método es realizar la clasificación de acuerdo con el tipo de movimiento de los dedos utilizado por la pinza. En esta clasificación las pinzas pueden impulsar la apertura y cierre de los dedos mediante uno de los movimientos siguientes: 1.
Movimiento de pilotaje.
2.
Movimiento lineal o traslación.
Las pinzas mecánicas se pueden clasificar de acuerdo al tipo de dispositivo cinemático utilizado para actuar el movimiento del dedo. En ésta clasificación se tienen los siguientes tipos: 1.
Actuación de articulación.
2.
Actuación de engranaje y bastidor.
3.
Actuación de leva.
4.
Actuación de tornillo.
5.
Actuación de cable y polea.
6.
Varios.
7.
Las pinzas mecánicas se pueden clasificar de acuerdo al tipo de dispositivo mecánico utilizado para actuar el movimiento. En esta clasificación se tienen los siguientes t ipos:
1.
Pinzas simples. Es que sólo se monta un dispositivo de agarre unidos en la muñeca del robot.
2.
Pinzas dobles. Esta posee dos dispositivos de agarre unidos a la muñeca y se utiliza para sostener dos objetos distintos.
Pinzas ventosas o de vacío. También denominadas casquetes de vacío, pueden utilizarse como dispositivos de pinza para manipular algunas clases de objetos. Los requisitos habituales exigidos a los objetos a manipular son que sean planos, suaves y limpios. Las ventosas utilizadas en este tipo de pinzas de robot suelen ser de material elástico, tal como caucho o plástico blando. Una excepción sería cuando el objeto a manipular esté constituido por un material blando. En este caso, la ventosa sería de una sustancia dura. La forma de la ventosa es nor malmente redonda. Se requiere algún medio de extracción del aire entre la ventosa y la superficie de la pieza para crea el vacío. La bomba de vacío y el tubo Venturi son dos dispositivos comunes utilizados para este propósito. La bomba de vacío es un dispositivo accionado por pistón o impulsado por paletas, cuya potencia es suministrada por un motor eléctrico. Es capaz de crear un vacío relativamente alto. El tubo Venturi es un dispositivo más simple, y puede impulsarse por medio de la presión del aire de taller. Su costo inicial es me nor que el de una bomba de vacío y es relativamente fiable debido a su sencillez. Sin embargo, la fiabilidad total del sistema de vacío depende de la fuente de presión del aire.
Pinzas magnéticas Las pinzas magnéticas pueden ser un medio muy factible de manipular materiales ferrosos. Las pinzas magnéticas pueden dividirse en dos categorías: las que utilizan electroimanes y las que emplean imanes permanentes. Las pinzas electromagnéticas son fáciles de controlar, pero requieren una fuente de alimentación de corriente continua y una unidad de control adecuada. Como con cualquier dispositivo de agarre robótico, la pieza debe de liberarse al final del ciclo de manipulación. Esto es más fácil de realizar con un electroimán que con un imán permanente. Cuando la pieza ha de liberarse, la unidad de control invierte la polaridad a un nivel de potencia reducido, antes de desconectar el electroimán. Este procedimiento actúa para cancelar el magnetismo residual en la pieza de trabajo y asegura una liberación positiva de la pinza. Los imanes permanentes tienen la ventaja de no re querir una fuente de alimentación exterior para accionar el imán. Sin embargo, existe una pérdida de control que acompaña a esta ventaja aparente. Por ejemplo, cuando la pieza ha de liberarse al final del ciclo de manipulación, debe proporcionarse algún medio para separar la pieza del imán. El dispositivo que le acompaña se le denomina eyector o despegador. Su función es separar mecánicamente la pieza del imán. Los imanes permanentes se consideran para tareas de manipulación en entornos peligrosos que requieran dispositivos a prueba de explosiones. El hecho de que no se necesita ningún circuito eléctrico para accionar el imán reduce el riego de chispas, que podrían producir una ignición en dicho ambiente.
Pinzas adhesivas Diseños de pinzas en los que una sustancia adhesiva realiza la acción de agarre pueden utilizarse para manipular tejidos y otros materiales livianos. Los requisitos para los elementos a manipular son que deben agarrarse por un lado solamente y que no son adecuadas otras formas de agarre , tales como por vacío o por imanes. Una de las limitaciones potenciales de una pinza adhesiva es que la sustancia adhesiva pierde su pegajosidad con un empleo repetido. En consecuencia, su fiabilidad como dispositivo de agarre se disminuye con cada ciclo de operación sucesivo. Para superar esta limitación, el material adhesivo se carga en la forma de una cinta continua en un mecanismo de alimentación que está unido a la muñeca del robot. El mecanismo de alimentación funciona de una manera similar a un mecanismo de la cinta de una máquina de escribir. Ganchos, cucharas y otros dispositivos diversos. Una diversidad de otros dispositivos pueden utilizarse para agarrar piezas o materiales en las aplicaciones robóticas. Los ganchos pueden emplearse como e fectores finales para manipular contenedores de pieza y para cargar y descargar piezas que cuelguen de transportadores aéreos. Evidentemente los elementos a manipular por un gancho deben de tener alguna especie de asidero para permitir la acción del gancho.
Las cucharas y los calderos pueden utilizarse para manipular algunos materiales en forma de polvo o líquidos. Los productos químicos en forma de polvo o líquido, materiales alimenticios, sustancias granulares y metales fundidos son ejemplos de materiales que pueden manipularse por un robot que utilice este método de sujeción. Una de sus limitaciones es que la cantidad de mate riales recogido por el robot es, a ve ces, difícil de controlar. El derrame en el ciclo de manipulación e también un problema. Otros tipos de pinzas incluyen dispositivos hinchables, en los que la vejiga o diafragma hinchable se expande para agarrar el objeto. La vejiga hinchable es de caucho u otro material elástico, lo que le hace adecuada para agarrar objetos frágiles. La pinza aplica una presión de agarre uniforme contra la superficie de objeto en lugar de una fuerza concentrada típica de una pinza mecánica. Se están realizando actividades de investigación y desarrollo con el objetivo de diseñar una pinza universal capaz de agarrar y manipular una amplia gama de objetos con geometrías diferentes. Si dicho dispositivo universal pudiera desarrollarse y comercializarse a un coste relativamente bajo, ahorraría el tiempo y dinero de diseñar un efector final específico para cada nueva aplicación de robot. La mayoría de los modelos de pinza objeto de consideración están modelados para poseer una versatilidad considerable en semejanza a la mano humana. Un dispositivo de agarre con varias articulaciones y ejes de movimiento controlado, a semejanza con la mano humana, es mecánicamente muy completo. En consecuencia, estos efectores finales de investigación suelen tener tres dedos en vez de cinco. De este modo, se reduce la complejidad de la mano si n una pérdida notable de su funcionalidad.
Mercado Barrett Hand La serie BH8 de Barret es una pinza multidedo programable con la capacidad de asegurar el agarre de objetos de diferentes tamaños, formas y orientaciones. Pese a su reducido peso y forma compacta, está completamente autocontenida. Su comunicación con comunicaciones serie estándar, e integración con cualquier brazo es rápida y simple. La serie BH8 multiplica inmediatamente el valor de cualquier brazo que requiera automatización flexible. La serie BH8 de Barrett aloja una CPI, software, electrónica de comunicación, servo controladores y 4 motores sin escobillas (brushless). De sus tres dedos de articulaciones múltiples, dos tienen un grado extra de libertad con movilidad. - Peso: 1.2 kg. - Dimensiones: 200x200x300 mm. - Número dedos: 3. - Motores por dedo: 1. - Articulación por dedo: 2. - Carga: 6kg (2kg por dedo).
Shadow Hand La Shadow Hand es la mano robótica más similar a una mano humana disponible en el mercado. Dispone de 24 grados de libertad, permitiendo una correspondencia directa entre el movimiento humano y el del robot. Dispone de sensorización integrada y control de posición, lo que permite un control preciso desde un ordenador externo, así como la posibilidad de integrarla en una plataforma robótica. La Shadow Hand se comercializa con diferentes configuraciones de accionamientos: Servomotores eléctricos.
Músculos neumáticos, que permiten que la mano sea utilizada para manipular objetos frágiles o blandos.
Además, la mano puede ser equipada con sensores táctiles en los dedos, ofreciendo una sensibilidad suficiente como para detectar una moneda pequeña. - 24GDL. - Peso: 3,9 kg. - Dimensiones: - Longitud de los dedos: 102 mm. - Longitud de la palma: 99 mm. - Grosor de la palma: 22 mm. - Antebrazo: 434 mm. - Material: combinación plástico metal.
Dextrous Hand La mano robotizada Dextrous tiene el tamaño aproximado de una mano humana y dispone de 7 grados de libertad configurables para la realización de un número muy elevado de agarres positivos y no-positivos de piezas de múltiples formas y capaz de trabajar en e ntornos industriales. Mediante el sensor táctil es posible el reconocimiento de formas y superficies y medida de presión. Gracias a estos sensores, el proceso de agarre puede detectar si el objeto puede cogerse de forma óptima o el agarre debe reajustarse (agarre reactivo). La fuerza de agarre puede medirse y ajustarse de forma controlada. La estrategia de control puede cargarse como un módulo de programa en la memoria de la electrónica de control de la mano.
