A pinça de aparafusar imita dois

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Os pesquisadores desenvolveram um robô que pode pegar um parafuso, mantê-lo no lugar e acioná-lo. Foto cortesia do Instituto Coreano de Tecnologia Industrial

A parte de aparafusamento do efetor final foi projetada para aplicar força de contato consistente sem um sensor de força, usando uma estrutura de ligação flexível. Foto cortesia do Instituto Coreano de Tecnologia Industrial

Para testar seu efetor final de aparafusamento robótico, os pesquisadores criaram uma célula robótica para montar uma cadeira de madeira. A célula está equipada com três cobots. Dois cobots, equipados com pinças padrão, mantêm partes da cadeira no lugar, enquanto o terceiro cobot, equipado com o efetor final de aparafusamento, instala os parafusos. Foto cortesia do Instituto Coreano de Tecnologia Industrial

A inserção é um processo de cinco etapas: determinar a posição e o tamanho do parafuso ou pino usando visão mecânica; segure a peça; alinhe a peça com a broca ou a ponta de inserção; alinhe a peça com o furo; e aperte o parafuso ou empurre o pino. Foto cortesia do Instituto Coreano de Tecnologia Industrial

Um elo flexível é montado em ambos os lados do dedo para aparafusar. Sua forma o torna um elemento compatível. O link flexível permite que o driver mantenha a força de contato sem um controlador de força preciso. Foto cortesia do Instituto Coreano de Tecnologia Industrial

Para automatizar uma tarefa de montagem que requer duas mãos, os engenheiros têm duas opções: um robô equipado com um trocador de ferramentas ou dois robôs. Agora, em breve poderá haver uma terceira opção. Desenvolvemos uma única ferramenta de ponta de braço que pode simultaneamente segurar uma peça, como um pino ou um parafuso longo, no lugar e instalá-la ao mesmo tempo.

A montagem de móveis é um bom exemplo de aplicação que poderia se beneficiar desse efetor final. Considere o processo de montagem de uma cadeira típica da IKEA. Muitas etapas envolvem segurar uma peça, como uma perna, enquanto insere outra peça, como uma cavilha ou um parafuso. Seria consideravelmente ineficiente automatizar cada etapa da montagem usando vários robôs.

As garras padrão de dois ou três dedos não possuem graus de liberdade ou controle para realizar todas as três tarefas – pegar um parafuso, mantê-lo no lugar e apertá-lo.

Vários estudos analisaram o uso de uma pinça antropomórfica para tais tarefas. Por possuírem uma configuração de articulação semelhante à da mão humana, essas pinças apresentam alto grau de liberdade e versatilidade. Um estudo mostrou que tal pinça poderia ser usada para girar uma chave hexagonal – desde que a ferramenta já estivesse engatada no fixador. A pinça não conseguiu realizar todo o processo de aparafusamento.

Desenvolvemos uma pinça robótica para aparafusamento que imita a montagem com as duas mãos por uma pessoa.

Para manipular pequenos objetos, as pessoas usam uma pinça. Para objetos grandes ou objetos que exigem grande força, eles usam uma pegada poderosa. A manipulação das mãos é essencial para beliscar. Em contraste, uma preensão poderosa gira ou muda de direção usando os pulsos ou braços, porque os graus de liberdade dos dedos são restritos. Para apertar um parafuso, uma pessoa aperta o parafuso com dois ou três dedos para alinhá-lo com a chave e o orifício. Então, com a outra mão, ele usa uma empunhadura elétrica para apertar o parafuso com uma ferramenta.

Nossa pinça de aparafusamento executa ambas as funções simultaneamente. Um único efetor final é dividido em duas partes: uma para segurar o parafuso e outra para apertá-lo.

A parte de preensão pode agarrar objetos como parafusos e buchas. É composto por dois dedos e uma configuração conjunta de roll-yaw-pitch-pitch. A articulação de guinada desempenha o papel de pronação e supinação do pulso humano. A junta de rolo fornece movimentos de compressão e elevação. As pontas dos dedos possuem uma ranhura em forma de V para manusear pequenos objetos cilíndricos, como parafusos. A ranhura ajuda a alinhar o parafuso na direção vertical sem manipulação adicional. Também evita que o parafuso escorregue.

Para apertar um parafuso, uma pessoa segura uma ferramenta e a gira usando o pulso ou braço. Ao mesmo tempo, ele pressiona o fixador com força suficiente para que a ferramenta não se separe da cabeça do parafuso. A parte de aparafusamento do nosso efetor final desempenha essa função usando um dedo, um motor de aparafusamento e um elo flexível.