Pneumática é a chave para a atuação robótica humana

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24/09/2018

Quando o futuro não dá certo do jeito que o cinema ou a televisão imaginavam, muitas vezes as pessoas se queixam da falta de itens disponíveis hoje - de carros voadores a TVs de relógio de pulso, até a robótica realista. Enquanto a Ford ainda não anunciou o Floating Taurus 2014 e a Apple ainda não aperfeiçoou o iTV vestível, o especialista em tecnologia de automação Festo Corp. vem fazendo algumas coisas fascinantes e futurísticas na robótica. E talvez o futuro não seja tão distante quanto pensávamos.

Nos últimos anos, a equipe alemã de P & D da Festo desenvolveu algumas invenções dignas de novidades. O modelo de voo ultraleve SmartBird foi inspirado por uma gaivota de arenque e é extremamente aerodinâmico e ágil - certamente impressionou o público na Feira de Hanover de 2011. Outros projetos têm desempenhado as idéias naturais de troncos de elefantes, medusas e lagartixas.

O último produto desse tipo a ser futurista é o ExoHand, um sistema de assistência robótica operado pneumaticamente que, segundo a empresa, criará um ambiente de trabalho mais humano na produção - e ampliará o escopo de ação das pessoas, mesmo com a idade. funcionando como um sistema de assistência para tarefas de montagem em produção.

Apresentado pela primeira vez na Feira de Hanôver de 2012, o ExoHand potencialmente expandirá a futura cooperação homem-máquina em ambientes industriais baseados em robótica leve. Como um sistema de feedback de força, ele pode estender o escopo de ação das pessoas em ambientes de produção. O sistema também pode ser usado como uma plataforma para o desenvolvimento de novas aplicações em robótica de serviços, bem como em sistemas de assistência pessoal.


Aderência e toque pneumático O ExoHand é um exoesqueleto adaptado individualmente à mão humana. Os dedos podem ser movidos ativamente e sua força amplificada. Os movimentos da mão do usuário podem ser registrados e transmitidos para a mão robótica em tempo real. A estrutura do exoesqueleto suporta a mão humana externamente e simula os graus fisiológicos de liberdade da mão.

O hardware de ambos os ExoHands - o 'wearable' que é chamado de órtese ativa e a mão robótica - é exatamente o mesmo. Cada um usa os mesmos atuadores e válvulas na mão robótica e a empresa simplesmente adicionou uma mão de silício moldada.

Oito atuadores pneumáticos movem o exoesqueleto. Os sensores registram as forças, ângulos e distâncias. Os algoritmos de controle servo pneumático de circuito aberto e fechado permitem o movimento preciso das articulações dos dedos individuais. O dispositivo suporta as várias possibilidades de agarrar e tocar que uma mão humana pode criar. Os componentes pneumáticos permitem um controle altamente flexível e ergonômico das articulações dos dedos individuais. Forças elevadas podem, assim, ser transmitidas com precisão em um espaço pequeno e com baixo peso - sem que o sistema se torne rígido e restritivo. Essa flexibilidade pneumática é crucial na interação homem-máquina, pois minimiza o risco de lesões.

Os atuadores são cilindros pneumáticos tipo DFK-10 da Festo , cada um com um curso de aproximadamente 40 mm e uma força de 40 Newtons. Ar comprimido a 6 bar é usado, juntamente com piezoválvulas.

Dipl.-Des. Elias Knubben, chefe de projetos biônicos corporativos da Festo, explicou que a tecnologia pneumática foi escolhida porque os atuadores são leves, robustos e poderosos - e também porque são especialmente seguros para a interação entre o homem e a máquina.

Knubben disse que o sistema de acionamento pneumático compreende algumas não-linearidades dominantes que vêm da característica de fluxo das válvulas e do atrito dos cilindros.

“Cada dedo da mão robótica artificial é movido usando um loop de controle de posição. O algoritmo compensa as não-linearidades. As pressões de cada cilindro são medidas e indicam a força de preensão ”, disse Knubben. “Essa força emocionante é refletida na mão 'vestível'. Assim, a pressão - e não a posição - dos cilindros é controlada para perceber a força de preensão. Os cursos de cilindros da mão 'vestível' formam as posições de referência para a mão robótica artificial mencionada. ”

Aumentando o poder na montagem


Apesar de um alto nível de automação, ainda há muitas tarefas de montagem na indústria que só podem ser executadas por seres humanos. Muitas delas são tarefas repetitivas que causam fadiga e podem ser particularmente desafiadoras para membros mais velhos da força de trabalho. O ExoHand ajuda os operadores a continuar trabalhando por mais tempo sem incorrer em danos físicos permanentes. Pode ser usado como um sistema de assistência, fornecendo maior resistência para tarefas de montagem.

Quando usado para manipulação remota de uma mão robótica em um ambiente industrial, o ExoHand permite que atividades complexas em ambientes perigosos ou perigosos sejam executadas à distância. Como todas as articulações e seus atuadores existem na forma de um exoesqueleto fora da mão real, o ExoHand pode ser usado sobre uma mão humana ou uma mão artificial feita de silicone. Ele executa duas funções aqui - atuando primeiramente como uma interface entre o operador e o sistema de controle e, em segundo lugar, como uma mão robótica. Isso permite o controle de uma mão artificial completa com praticamente todos os graus de liberdade relevantes.

Assim, com um único sistema, é possível projetar um cenário combinando robótica com órteses. Forças podem ser transmitidas para a mão como feedback de força de outro ambiente, criando uma capacidade de sentir formas. Essa tecnologia oferece enorme potencial não apenas para manipulação remota, mas também para navegação no mundo virtual.

Sinergias em robótica de serviços e reabilitação


Quando o ExoHand é usado em combinação com um robô em ambientes médicos, características humanas são absolutamente essenciais. Na terapia de acidente vascular cerebral, por exemplo, a órtese de mão pode ser usada para ajudar a tratar os primeiros sinais de paralisia em pacientes. O ExoHand pode ser usado em conjunto com uma interface cérebro-computador para criar um ciclo de feedback fechado. Pode ajudar pacientes com AVC que estão mostrando os primeiros sinais de paralisia para restaurar a conexão perdida entre o cérebro e a mão. Um sinal de eletroencefalografia (EEG) do cérebro indica o desejo do paciente de abrir ou fechar a mão. A órtese ativa da mão realiza o movimento. O resultado é um efeito de treinamento que, com o tempo, ajuda os pacientes a moverem a mão novamente sem qualquer assistência técnica.

Knubben explicou que houve muitas pequenas mudanças durante o desenvolvimento, como a mudança significativa de mudança de um sistema de medição de posição rotacional para um linear.

"O processo de design é um desenvolvimento contínuo do começo ao fim."

Fonte: https://www.pneumatictips.com/pneumatics-is-key-to-human-robotic-actuation/