Diseño y fabricación de un soft gripper de tres dedos con accionamiento neumático

Abstract

Introducción: Las acciones de agarre y manipulación son algunas capacidades fundamentales tanto en humanos como en robots manipuladores, y sobre este último, esa capacidad ha sido causante del mejoramiento de actividades predominantemente dentro del sector industrial [6]. Por cierto, cuando nos referimos a agarre y manipulación, una descripción simplificada pero sin pérdida de generalidad del agarre es la capacidad de tomar y sostener un objeto, mientras que manipulación es la capacidad de ejercer fuerza sobre un objeto y, por lo tanto, lograr su rotación y desplazamiento de manera independiente o simultáneamente, con el fin de transportarlo de un sitio a otro [9]. En los robots manipuladores, las acciones de agarre y manipulación se realizan mediante un dispositivo de sujeción acoplado al extremo final del brazo robótico. Ese dispositivo se conoce como efector final, herramienta terminal, o, de manera más universal: gripper. En el presente trabajo se empleará el término gripper para referirse al dispositivo encargado de interactuar directamente con los objetos durante el proceso de manipulación. En la mayoría de los robots manipuladores industriales y de servicio, las acciones de agarre y manipulación se realizan mediante grippers de tipo mecánicos con estructura rígida, los cuales están compuestos por enlaces articulados, mecanismos de transmisión y actuadores eléctricos o neumáticos convencionales [8]. Este tipo de grippers ha sido ampliamente utilizado debido a su robustez y precisión en entornos de trabajo estructurados, donde los objetos a manipular presentan geometrías bien definidas y condiciones de operación repetitivas, véase la Figura 1.1 como ejemplo. Sin embargo, la rigidez mecánica de esta clase de herramientas limitan su capacidad de adaptación ante variaciones en la forma, tamaño o propiedades mecánicas de los objetos, lo que puede derivar en un agarre únicamente para objetos específicos, o en daños al objeto durante la manipulación [5]. En respuesta a las limitaciones de los grippers rígidos, los grippers blandos, en adelante denominados soft grippers, han emergido como una alternativa orientada a mejorar la adaptabilidad y seguridad durante el proceso de manipulación. Este tipo de efectores finales se caracteriza por el uso de materiales flexibles, como silicona o caucho, que permiten una interacción más conforme con los objetos, reduciendo el riesgo de daño al manipular elementos delicados, frágiles o de geometría irregular, ver por ejemplo la Figura 1.2. A diferencia de los mecanismos rígidos tradicionales, los soft grippers pueden deformarse de manera controlada para ajustarse a la forma del objeto, imitando en mayor medida el comportamiento versátil del agarre humano. Dentro de las estrategias de accionamiento empleadas en los soft grippers, la actuación neumática destaca como una de las más utilizadas, debido a su capacidad para generar movimientos suaves y continuos mediante la aplicación de presiones positivas. Este tipo de actuación se basa en la presurización de cámaras internas fabricadas con materiales blandos, las cuales han sido diseñadas para producir deformaciones predefinidas, como la flexión de los dedos, permitiendo así la sujeción de objetos de manera eficiente y segura. En lo que respecta a sus métodos de fabricación, los soft grippers son tan diferentes en tipos y formas que la cuestión de su fabricación solo puede estudiarse después de establecer límites específicos. La Figura 1.3 muestra algunos parámetros y propiedades típicos que interactúan en la fabricación de robots blandos de silicona, ejemplificados mediante dos procesos de fabricación distintos: fabricación directa y moldeo por inyección.