La neumática potencia las manos suaves

Las pinzas robóticas convencionales con "dedos" rígidos tienden a ser costosas, tienen capacidades limitadas y no son particularmente adecuadas para manejar objetos delicados de manera segura. Para superar tales obstáculos, los investigadores del Laboratorio de Robótica y Biología (RBO Lab) de la Universidad Técnica de Berlín están desarrollando pinzas robóticas blandas que son adaptativas, simples y económicas. El objetivo final es imitar de cerca las acciones de una mano humana.

Entre otros proyectos, el Laboratorio RBO realiza una investigación básica sobre cómo crear y controlar lo que llaman Soft Hands. El enfoque principal es diseñar actuadores suaves robustos, personalizables y efectivos y tecnología de control relacionada.

Según los funcionarios del laboratorio, los actuadores electromecánicos tradicionales construidos a partir de componentes como motores, engranajes, tendones y enlaces son propensos al desgaste, requieren muchas piezas y son difíciles de ensamblar. Esto hace que los robots resultantes sean caros y, para la mayoría de las aplicaciones, inaccesibles.

Las manos suaves representan una desviación del diseño clásico de mano de robot porque explotan específicamente el cumplimiento mecánico junto con estrategias de control sofisticadas. Los movimientos de los dedos son impulsados por aire comprimido. El objetivo es hacer que el agarre sea simple, flexible y adaptable al tiempo que se sacrifica el posicionamiento ultra preciso que no es necesario en muchas aplicaciones.

El laboratorio ha desarrollado varios prototipos. La última versión se llama RBO Hand 2, según se informa, una mano antropomórfica económica, altamente conforme y diestra. Los dedos, llamados actuadores PneuFlex, están hechos de caucho de silicona reforzado con fibra mediante procesos de fabricación y moldeo de aditivos. En el futuro, los actuadores blandos pueden imprimirse en 3D en un solo paso de fabricación utilizando una variedad de materiales y diseños, para proporcionar capacidades específicas definidas por el usuario.

La construcción de los dedos incluye una sección superior de goma y goma incrustada con fibras inelásticas en la sección inferior. Al inflar el dedo con aire presurizado, la parte superior se extiende y la mitad inferior no. Las diferencias de longitud resultantes entre la parte superior y la inferior hacen que el actuador se doble. Las fibras de refuerzo enrolladas helicoidalmente fortalecen y estabilizan la forma del actuador, por lo que la inflamación conduce a la flexión en lugar de a la expansión radial.

El equipo también está investigando la incorporación de sensores blandos en los actuadores PneuFlex. Debido a la alta deformabilidad, la mayoría de las tecnologías de sensores existentes no son compatibles con actuadores flexibles. Para agregar capacidades de retroalimentación táctil, los investigadores están explorando tecnologías de sensores alternativas tales como: sensores de deformación de metal líquido para detectar la deformación; rejilla de fibras ópticas para detectar la forma; fibras conductoras de elastómero termoplástico para medir la tensión; y detección táctil con superficies capacitivas multicapa extensibles.

El RBO Hand 2 se controla utilizando un PneumaticBox relativamente económico, un sistema desarrollado para la sincronización y el control en tiempo real de los dedos neumáticos. El hardware PneumaticBox incluye un conjunto de válvulas de 5/3 y una computadora integrada (Beaglebone Black) junto con controladores de válvula, sensores de presión y una fuente de alimentación de 24 V. Utiliza un software robótico de código abierto ampliamente utilizado (como ROS, RoboticsLab RLab y scripts Python) y se puede controlar de forma remota a través de una red TCP / IP.

El RBO Hand 2 fue desarrollado para investigar las capacidades y los límites de las manos robóticas cuando se basa solo en estructuras suaves y deformables. La adaptabilidad única del dispositivo ofrece varios beneficios, tales como:

Resiste fácilmente colisiones contundentes

Ofrece energías de bajo impacto.

Dedos pasivamente compatibles y contacto de desacoplamiento de la palma del brazo del robot, estabilizando el control de la fuerza

La adaptabilidad a varias formas de objetos simplifica el control de los dedos

La actuación neumática permite geometrías complejas de mano y actuador

Finalmente, otro aspecto importante del trabajo, según los funcionarios de RBO Lab, es que la ingeniería de robots blandos todavía está en su infancia, en comparación con las manos electromecánicas. La investigación continua en diseños, controles y tecnologías relacionadas con las manos suaves debería dar lugar a nuevos avances.