Efector final del robot - Robot end effector

En robótica, un efector final es el dispositivo al final de un brazo robótico , diseñado para interactuar con el entorno. La naturaleza exacta de este dispositivo depende de la aplicación del robot.

En la definición estricta, que se origina en manipuladores robóticos en serie , el efector final significa el último eslabón (o final) del robot. En este punto final, se adjuntan las herramientas . En un sentido más amplio, un efector final puede verse como la parte de un robot que interactúa con el entorno de trabajo. Esto no se refiere a las ruedas de un robot móvil ni a los pies de un robot humanoide , que no son efectores finales sino que forman parte de la movilidad de un robot.

Los efectores finales pueden consistir en una pinza o una herramienta. En cuanto a la prensión robótica, existen cuatro categorías generales de pinzas robóticas:

1. Impactante: mandíbulas o garras que se agarran físicamente por impacto directo sobre el objeto.
2. Ingresivo: alfileres, agujas o pelos que penetran físicamente en la superficie del objeto (utilizados en la manipulación de textiles, fibra de carbono y vidrio).
3. Astrictiva: fuerzas de atracción aplicadas a la superficie de los objetos (ya sea por vacío, magneto o electroadhesión ).
4. Contigutivo: requiere contacto directo para que se produzca la adherencia (como cola, tensión superficial o congelación).

Estas categorías describen los efectos físicos utilizados para lograr un agarre estable entre una pinza y el objeto a agarrar. Las pinzas industriales pueden emplear medios mecánicos, de succión o magnéticos. Las ventosas y los electroimanes dominan el campo de la automoción y la manipulación de láminas de metal. Las pinzas Bernoulli explotan el flujo de aire entre la pinza y la pieza, en la que una fuerza de elevación acerca la pinza y la pieza (según el principio de Bernoulli ). Las pinzas Bernoulli son un tipo de pinzas sin contacto; el objeto permanece confinado en el campo de fuerza generado por la pinza sin entrar en contacto directo con él. Las pinzas Bernoulli se han adoptado en la manipulación de células fotovoltaicas, manipulación de obleas de silicio y en las industrias textil y del cuero. Otros principios se utilizan menos a escala macro (tamaño de pieza> 5 mm), pero en los últimos diez años han demostrado aplicaciones interesantes en la micromanipulación. Otros principios adoptados incluyen: pinzas electrostáticas y pinzas van der Waals basadas en cargas electrostáticas (es decir , fuerza de van der Waals ), pinzas capilares y pinzas criogénicas, basadas en un medio líquido y pinzas ultrasónicas y pinzas láser, dos principios de agarre sin contacto. Las pinzas electrostáticas utilizan una diferencia de carga entre la pinza y la pieza ( fuerza electrostática ) a menudo activada por la propia pinza, mientras que las pinzas de van der Waals se basan en la baja fuerza (aún electrostática) de atracción atómica entre las moléculas de la pinza y las de la pinza. objeto. Las pinzas capilares utilizan la tensión superficial de un menisco líquido entre la pinza y la pieza para centrar, alinear y sujetar una pieza. Las pinzas criogénicas congelan una pequeña cantidad de líquido, y el hielo resultante proporciona la fuerza necesaria para levantar y manipular el objeto (este principio se utiliza también en la manipulación de alimentos y en el agarre de textiles). Aún más complejas son las pinzas ultrasónicas , donde se utilizan ondas estacionarias de presión para levantar una pieza y atraparla a un cierto nivel (los ejemplos de levitación son tanto a nivel micro, en el manejo de tornillos y juntas, como a escala macro, en el manejo de células solares o obleas de silicio), y una fuente láser que produce una presión suficiente para atrapar y mover micropartes en un medio líquido (principalmente células). Las pinzas láser también se conocen como pinzas láser .

Una categoría particular de pinzas de mordaza / fricción es la de pinzas de aguja. Estos se denominan pinzas intrusivas, explotando tanto la fricción como el cierre de forma como pinzas mecánicas estándar.

La pinza mecánica más conocida puede ser de dos, tres o incluso cinco dedos.

Los efectores finales que se pueden utilizar como herramientas sirven para varios propósitos, incluida la soldadura por puntos en un ensamblaje, la pintura con aerosol cuando es necesaria la uniformidad de la pintura y otros fines donde las condiciones de trabajo son peligrosas para los seres humanos. Los robots quirúrgicos tienen efectores finales que se fabrican específicamente para ese propósito.

Mecanismo de pinza

Una forma común de agarre robótico es el cierre forzado .

Generalmente, el mecanismo de agarre se realiza mediante pinzas o dedos mecánicos. Las pinzas de dos dedos tienden a utilizarse para robots industriales que realizan tareas específicas en aplicaciones menos complejas. Los dedos son reemplazables.

Dos tipos de mecanismos utilizados en el agarre con dos dedos tienen en cuenta la forma de la superficie a agarrar y la fuerza requerida para agarrar el objeto.

La forma de la superficie de agarre de los dedos se puede elegir de acuerdo con la forma de los objetos a manipular. Por ejemplo, si un robot está diseñado para levantar un objeto redondo, la forma de la superficie de la pinza puede ser una impresión cóncava para que el agarre sea eficaz. Para una forma cuadrada, la superficie puede ser un plano.

Fuerza necesaria para agarrar un objeto

Aunque existen numerosas fuerzas que actúan sobre el cuerpo que ha sido levantado por un brazo robótico, la fuerza principal es la fuerza de fricción. La superficie de agarre puede estar hecha de un material blando con alto coeficiente de fricción para que la superficie del objeto no se dañe. La pinza robótica debe soportar no solo el peso del objeto, sino también la aceleración y el movimiento causado por el movimiento frecuente del objeto. Para averiguar la fuerza necesaria para sujetar el objeto, se utiliza la siguiente fórmula

$${\ Displaystyle F = {\ frac {ma} {\ mu n}}}$$

dónde:

${\ Displaystyle \, F}$	es	la fuerza necesaria para agarrar el objeto,
${\ Displaystyle \, m}$	es	la masa del objeto,
${\ Displaystyle \, a}$	es	la aceleración del objeto,
${\ Displaystyle \, \ mu}$	es	el coeficiente de fricción y
${\ Displaystyle \, n}$	es	el número de dedos en la pinza.

Una ecuación más completa explicaría la dirección del movimiento. Por ejemplo, cuando el cuerpo se mueve hacia arriba, contra la fuerza gravitacional, la fuerza requerida será mayor que hacia la fuerza gravitacional. Por lo tanto, se introduce otro término y la fórmula se convierte en:

$${\ Displaystyle F = {\ frac {m (a + g)} {\ mu n}}}$$

Aquí, el valor de debe tomarse como la aceleración debida a la gravedad y la aceleración debida al movimiento. ${\ Displaystyle \, g}$${\ Displaystyle \, a}$

Para muchas tareas de manipulación físicamente interactivas, como escribir y manejar un destornillador, se puede aplicar un criterio de agarre relacionado con la tarea para elegir los agarres más apropiados para cumplir con los requisitos específicos de la tarea. Se propusieron varias métricas de calidad de comprensión orientadas a la tarea para guiar la selección de una buena comprensión que satisfaga los requisitos de la tarea.

Ejemplos de

El efector final de un robot de línea de montaje sería típicamente un cabezal de soldadura o una pistola de pintura . El efector final de un robot quirúrgico podría ser un bisturí u otra herramienta utilizada en cirugía. Otros posibles efectores finales pueden ser máquinas herramienta como un taladro o una fresa . El efector final del brazo robótico del transbordador espacial utiliza un patrón de cables que se cierran como la apertura de una cámara alrededor de un asa u otro punto de agarre.

Ver también

• Grapple (herramienta)
• Tenazas
• Mano de sombra
• IEEE RAS TC sobre manos robóticas, agarre y manipulación

Referencias