Efector final del robot

Un efector final es un dispositivo que se encuentra en el extremo de un brazo robótico y está diseñado para interactuar con el entorno. La naturaleza exacta de este dispositivo depende de la aplicación del robot.

En la definición estricta, que se origina a partir de los manipuladores robóticos en serie , el efector final significa el último eslabón (o extremo) del robot. En este punto final, se fijan las herramientas. En un sentido más amplio, un efector final puede verse como la parte de un robot que interactúa con el entorno de trabajo. Esto no se refiere a las ruedas de un robot móvil ^[1] o los pies de un robot humanoide , que no son efectores finales sino parte de la movilidad de un robot.

Los efectores finales pueden consistir en una pinza o una herramienta.

Cuando se hace referencia a la prensión robótica, hay cuatro categorías generales de pinzas robóticas: ^[1]

1. Impactivo: mandíbulas o garras que agarran físicamente por impacto directo sobre el objeto.
2. Ingresivo: alfileres, agujas o pelos que penetran físicamente la superficie del objeto (utilizados en la manipulación de textiles, carbono y fibra de vidrio).
3. Astrictivo: fuerzas de atracción aplicadas a la superficie del objeto (ya sea por vacío, magneto- o electroadhesión ).
4. Contiguo: requiere contacto directo para que se produzca la adhesión (como pegamento, tensión superficial o congelación).

Estas categorías describen los efectos físicos utilizados para lograr un agarre estable entre una pinza y el objeto a agarrar. ^[2] Las pinzas industriales pueden emplear medios mecánicos, de succión o magnéticos. Las ventosas y los electroimanes dominan el campo automotriz y el manejo de láminas de metal. Las pinzas Bernoulli explotan el flujo de aire entre la pinza y la pieza, en el que una fuerza de elevación acerca la pinza y la pieza (usando el principio de Bernoulli ). Las pinzas Bernoulli son un tipo de pinzas sin contacto; el objeto permanece confinado en el campo de fuerza generado por la pinza sin entrar en contacto directo con él. Las pinzas Bernoulli se han adoptado en el manejo de células fotovoltaicas, el manejo de obleas de silicio y en las industrias textil y del cuero. Otros principios se utilizan menos a escala macro (tamaño de pieza >5 mm), pero en los últimos diez años han demostrado aplicaciones interesantes en el micromanejo. Otros principios adoptados incluyen: pinzas electrostáticas y pinzas de van der Waals basadas en cargas electrostáticas (es decir, fuerza de van der Waals ); pinzas capilares; pinzas criogénicas, basadas en un medio líquido; pinzas ultrasónicas; y pinzas láser, siendo estas dos últimas principios de agarre sin contacto. Las pinzas electrostáticas utilizan una diferencia de carga entre la pinza y la pieza ( fuerza electrostática ) a menudo activada por la propia pinza, mientras que las pinzas de van der Waals se basan en la baja fuerza (aún electrostática) de atracción atómica entre las moléculas de la pinza y las del objeto. Las pinzas capilares utilizan la tensión superficial de un menisco líquido entre la pinza y la pieza para centrar, alinear y agarrar una pieza. Las pinzas criogénicas congelan una pequeña cantidad de líquido, y el hielo resultante proporciona la fuerza necesaria para levantar y manipular el objeto (este principio también se utiliza en la manipulación de alimentos y en el agarre de textiles). Aún más complejas son las pinzas ultrasónicas , en las que se utilizan ondas estacionarias de presión para levantar una pieza y atraparla a un nivel determinado (un ejemplo de levitación se da tanto a nivel micro, en la manipulación de tornillos y juntas, como a escala macro, en la manipulación de células solares u obleas de silicio), y una fuente láser que produce una presión suficiente para atrapar y mover micropiezas en un medio líquido (principalmente células). Las pinzas láser también se conocen como pinzas láser .

Una categoría particular de pinzas de fricción/mandíbula son las pinzas de aguja. Se denominan pinzas intrusivas y aprovechan tanto la fricción como el cierre de la forma como las pinzas mecánicas estándar.

La pinza mecánica más conocida puede ser de dos, tres o incluso cinco dedos.

Una forma común de agarre robótico es el cierre forzado . ^[3]

Generalmente, el mecanismo de agarre se realiza mediante pinzas o dedos mecánicos. Las pinzas de dos dedos tienden a usarse para robots industriales que realizan tareas específicas en aplicaciones menos complejas. ^{[ cita requerida ]} Los dedos son reemplazables. ^{[ cita requerida ]}

Se utilizan dos tipos de mecanismos para el agarre con dos dedos que tienen en cuenta la forma de la superficie que se va a agarrar y la fuerza necesaria para agarrar el objeto.

La forma de la superficie de agarre de los dedos se puede elegir en función de la forma de los objetos que se van a manipular. Por ejemplo, si un robot está diseñado para levantar un objeto redondo, la forma de la superficie de agarre puede ser una impresión cóncava del mismo para que el agarre sea eficiente. Para una forma cuadrada, la superficie puede ser un plano.

Aunque hay numerosas fuerzas que actúan sobre el cuerpo que ha sido levantado por un brazo robótico, la fuerza principal es la fuerza de fricción. La superficie de agarre puede estar hecha de un material blando con un alto coeficiente de fricción para que la superficie del objeto no se dañe. La pinza robótica debe soportar no solo el peso del objeto, sino también la aceleración y el movimiento que se produce por el movimiento frecuente del objeto. Para averiguar la fuerza necesaria para agarrar el objeto, se utiliza la siguiente fórmula$${\displaystyle F={\frac {ma}{\mu n}}}$$

dónde:

${\estilo de visualización \,F}$	es	la fuerza necesaria para agarrar el objeto,
${\estilo de visualización \,m}$	es	la masa del objeto,
${\estilo de visualización \,a}$	es	la aceleración del objeto,
${\estilo de visualización \,\mu }$	es	el coeficiente de fricción y
${\estilo de visualización \,n}$	es	el número de dedos en la pinza.

Una ecuación más completa tendría en cuenta la dirección del movimiento. Por ejemplo, cuando el cuerpo se mueve hacia arriba, en contra de la fuerza gravitatoria, la fuerza necesaria será mayor que la que se requiere para moverlo en dirección contraria a la fuerza gravitatoria. Por lo tanto, se introduce otro término y la fórmula se convierte en:

$${\displaystyle F={\frac {m(a+g)}{\mu n}}}$$

Aquí, el valor de debe tomarse como la aceleración debida a la gravedad y la aceleración debida al movimiento.${\estilo de visualización \,g}$${\estilo de visualización \,a}$

En el caso de muchas tareas de manipulación físicamente interactivas, como escribir y manipular un destornillador, se puede aplicar un criterio de agarre relacionado con la tarea para elegir los agarres más adecuados para cumplir con los requisitos específicos de la tarea. Se propusieron varias métricas de calidad de agarre orientadas a la tarea ^[4] para orientar la selección de un buen agarre que satisfaga los requisitos de la tarea.

Los efectores finales que se pueden utilizar como herramientas sirven para diversos fines, como la soldadura por puntos en un conjunto, la pintura por pulverización cuando es necesaria la uniformidad de la pintura y otros fines en los que las condiciones de trabajo son peligrosas para los seres humanos. Los robots quirúrgicos tienen efectores finales que se fabrican específicamente para este fin.

El efector final de un robot de línea de montaje normalmente sería un cabezal de soldadura o una pistola pulverizadora de pintura . El efector final de un robot quirúrgico podría ser un bisturí u otra herramienta utilizada en cirugía. Otros posibles efectores finales podrían ser máquinas herramienta como un taladro o fresas . El efector final del brazo robótico del transbordador espacial utiliza un patrón de cables que se cierran como la abertura de una cámara alrededor de un mango u otro punto de agarre. ^{[ cita requerida ]}

• Pinza (herramienta)
• Prehensibilidad
• Tenazas
• Mano de sombra
• IEEE RAS TC sobre manos robóticas, agarre y manipulación