O poder da Válvula Pneumática nas mãos

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14/08/2018

Garras robóticas convencionais com “dedos” rígidos tendem a ser caras, têm capacidades limitadas e não são particularmente adequadas para manusear com segurança objetos delicados. Para superar tais obstáculos, os pesquisadores do Laboratório de Robótica e Biologia (RBO Lab) da Universidade Técnica de Berlim estão desenvolvendo garras robóticas suaves que são adaptáveis, simples e baratas. O objetivo final é imitar de perto as ações de uma mão humana.

Entre outros projetos, o Laboratório RBO realiza pesquisas básicas sobre como criar e controlar o que eles denominam Soft Hands. O foco principal é projetar atuadores macios robustos, personalizáveis ​​e eficazes e tecnologia de controle relacionada.

De acordo com funcionários do laboratório, os tradicionais atuadores eletromecânicos construídos a partir de componentes como motores, engrenagens, tendões e elos são propensos a desgaste, exigem muitas peças e são difíceis de montar. Isso torna os robôs resultantes caros e, para a maioria das aplicações, inacessíveis.

As mãos suaves representam um ponto de partida do design clássico de mão robótica porque exploram especificamente a conformidade mecânica associada a estratégias de controle sofisticadas. Os movimentos dos dedos são alimentados por ar comprimido. O objetivo é tornar o agarramento simples, flexível e adaptável, sacrificando o posicionamento ultra-preciso que não é necessário em muitas aplicações.

O laboratório desenvolveu vários protótipos. A versão mais recente é apelidada de RBO Hand 2, supostamente uma mão antropomórfica barata, altamente complacente e hábil. Os dedos, chamados de atuadores PneuFlex, são feitos de borracha de silicone reforçada com fibra usando processos de fabricação e moldagem de aditivos. No futuro, os atuadores macios podem ser impressos em 3D em uma única etapa de fabricação, usando uma variedade de materiais e projetos, para fornecer recursos específicos definidos pelo usuário.

A construção do dedo inclui uma seção superior de borracha e borracha embutida com fibras inelásticas na seção inferior. Inchando o dedo com as forças aéreas pressurizadas, o topo se estende enquanto a metade inferior não. As diferenças resultantes no comprimento entre a parte superior e a parte inferior fazem com que o atuador dobre. As fibras de reforço helicoidalmente feridas fortalecem e estabilizam a forma do atuador, de modo que a inflação leva à flexão, e não à expansão radial.

A equipe também está investigando a inclusão de sensores flexíveis nos atuadores PneuFlex. Devido à alta deformabilidade, a maioria das tecnologias de sensores existentes não é compatível com atuadores flexíveis. Para adicionar capacidades de feedback táctil, os investigadores estão a explorar tecnologias de sensores alternativos, tais como: sensores de tensão de metal líquido para detecção de deformação; ralar de fibras ópticas para sentir a forma; Fibras condutoras termoplásticas-elastômeras para medir tensão; e sensoriamento por toque com superfícies capacitivas multicamada extensíveis.

O RBO Hand 2 é controlado usando um PneumaticBox relativamente barato, um sistema desenvolvido para sincronização em tempo real e controle dos dedos pneumáticos. O hardware da PneumaticBox inclui uma variedade de válvulas de 5/3 e um computador embutido (Beaglebone Black), juntamente com drivers de válvulas, sensores de pressão e uma fonte de alimentação de 24 V. Ele usa software robótico de código aberto amplamente utilizado (como ROS, RoboticsLab RLab e Python) e pode ser controlado remotamente através de uma rede TCP / IP.

O RBO Hand 2 foi desenvolvido para investigar as capacidades e limites das mãos robóticas quando se confia apenas em estruturas suaves e deformáveis. A adaptabilidade exclusiva do dispositivo oferece vários benefícios, como:

  • Prontamente suporta colisões sem corte
  • Oferece energias de baixo impacto
  • Dedos em conformidade passiva e contato de desacoplamento da palma do braço do robô, estabilizando o controle de força
  • Adaptabilidade a várias formas de objetos simplifica o controle dos dedos
  • A atuação pneumática permite geometrias complexas de mão e atuador

Por fim, outro aspecto importante do trabalho, de acordo com funcionários do RBO Lab, é que a engenharia de soft-robot ainda está em sua infância, em comparação com as mãos eletromecânicas. A pesquisa contínua em projetos, controles e tecnologias relacionadas a mãos suaves deve resultar em mais avanços.