Pneumática Potencia as Mãos Suaves

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

Entre outros projetos, o RBO Lab realiza pesquisas básicas sobre como criar e controlar o que chamam Soft Hands. O foco principal é projetar atuadores flexíveis robustos, personalizáveis e eficazes e tecnologia de controle relacionada.

De acordo com funcionários do laboratório, os atuadores eletromecânicos tradicionais construídos a partir de componentes como motores, engrenagens, tendões e elos são propensos ao 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 afastamento do design clássico das mãos dos robôs, porque elas exploram especificamente a conformidade mecânica juntamente com estratégias de controle sofisticadas. Os movimentos dos dedos são alimentados por ar comprimido. O objetivo é tornar o aperto 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 compatível e hábil. Os dedos, chamados atuadores PneuFlex, são feitos de borracha de silicone reforçada com fibra usando processos de fabricação e moldagem aditivos. No futuro, os atuadores flexíveis podem ser impressos em 3D em uma única etapa de fabricação, usando uma variedade de materiais e designs, para fornecer recursos específicos definidos pelo usuário.

A construção dos dedos inclui uma seção superior de borracha e borracha incorporada com fibras inelásticas na seção inferior. Inflar o dedo com ar pressurizado força a parte superior a se estender enquanto a metade inferior não. As diferenças resultantes de comprimento entre a parte superior e a inferior fazem com que o atuador se dobre. As fibras de reforço de corda helicoidal 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 incorporação 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 recursos de feedback tátil, os pesquisadores estão explorando tecnologias alternativas de sensores, tais como: sensores de deformação de metal líquido para detectar deformação; grade de fibras ópticas para detectar a forma; fibras condutoras de elastômero termoplástico para medir a tensão; e sensor de toque com superfícies capacitivas multicamadas extensíveis.

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

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

Suporta facilmente colisões contundentes

Oferece energias de baixo impacto

Dedos e palma da mão passivamente desacoplam o contato do braço do robô, estabilizando o controle de força

A adaptabilidade a várias formas de objetos simplifica o controle dos dedos

A atuação pneumática permite geometrias complexas de mãos e atuadores

Por fim, outro aspecto importante do trabalho, de acordo com funcionários da RBO Lab, é que a engenharia de robôs moles ainda está engatinhando, em comparação com as mãos eletromecânicas. A pesquisa contínua em projetos, controles e tecnologias relacionadas a mãos suaves deve resultar em novas descobertas.