19. Mâini de robot
19. Mâini de robot
Claudio Melchiorri, Makoto Kaneko
Claudio Melchiorri, Makoto Kaneko
Mâinile de robot cu mai multe degete au o capacitate potențială pentru realizarea manipulării cu dexteritate a obiectelor, folosind mișcări de rostogolire și glisare. Acest capitolul abordează modelul, acționarea, detectarea și controlul mâinilor de robot cu mai multe degete. Din punct de vedere al proiectării, au o constrângere puternică în implementarea actuatorului datorită limitării spațiului în fiecare articulație. După introducerea scurtă la prezentarea generală a efectorului-final antropomorfic și a dexterității acestuia în secț. 19.1, diverse abordări pentru acționare sunt prevăzute cu avantajele și dezavantajele lor în secț. 19.2. Clasificarea cheie este (1) acționare la distanță sau acționare încorporată și (2) relația dintre numărul articulațiilor și numărul actuatoarelor. În secț. 19.3, sunt descrise actuatoare și senzori folosiți pentru mâini cu multe degete. În secț. 19.4, sunt introduse modelarea și controlul considerând atât efecte dinamice cât și frecare. Aplicațiile și tendințele sunt date în Secț. 19.5. În cele din urmă, acest capitol este închis cu concluzii și lecturi suplimentare.
Mâinile umane au mari potențialități nu numai pentru prinderea obiectelor de diferite forme și dimensiuni, dar de asemenea, pentru manipularea lor într-o manieră abilă. Aceasta este o experiență obișnuită pe care, prin antrenament, pot efectua manipularea acrobatică a obiectelor în formă de băț, manipulează un creion folosind mișcări de rulare sau de alunecare, efectuează operațiuni precise care necesită un control fin al uneltelor sau obiectelor mici. Este evident că acest tip de dexteritate nu poate fi realizat de un simplu gripper capabil numai de mișcare de deschidere/închidere. O mână de robot cu mai multe degete poate prin urmare, oferi o mare oportunitate pentru realizarea unei astfel de manipulări abile într-un sistem robotic. În plus, trebuie, de asemenea, să considerăm că ființele umane nu folosesc mâinile numai pentru apucarea sau manipularea obiectelor. Explorarea, atingerea, percepția proprietăților fizice (rugozitate, temperatură, greutate, doar pentru a menționa câteva) sunt alte sarcini fundamentale pe care de obicei suntem capabili să le realizăm datorită mâinilor noastre. Ne așteptăm la acest tip de capabilități de la efectorii-finali robotici și, prin urmare, prin adăugarea de echipamente de detectare destul de avansate și strategii de control adecvate, putem îmbunătăți capacitățile de interacțiune cu mediul, realizarea, pentru exemplu, de explorare activă, detectarea proprietăților suprafeței de detectare (frecare locală, impedanță și așa mai departe), sarcini care sunt de obicei foarte grele sau imposibile pentru simple gripper-e. Din acestea și din alte motive, studiul mâinilor de robot cu mai multe degete au interesat puternic comunitate de cercetare încă din primele zile ale roboticii. La sfârșitul anilor 1970, Okada a dezvoltat o mână de robot multideget cu un sistem de antrenare a tendonului și a demonstrat o mișcare de deschidere a piuliței [19.1]. La începutul anilor 1980, au fost lansate două proiecte majore de mâini de robot cu mai multe degete: mâna de la Stanford/Jet Propulsion Laboratory (JPL; VIDEO 751) și mâna de la Utah/Massachusetts Institute of Technology (MIT) [19.2, 3]. Aceste două mâini de robot încă reprezintă un reper și un termen de comparație pentru modelul de dispozitive noi. De atunci, mai multe mâini cu degete multiple au fost proiectate și dezvoltate într-un număr de institute de cercetare din întreaga lume. Printre cel mai cunoscut, se poate menționa Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hand(s) (VIDEO 754, VIDEO 768 și VIDEO 769), Mechanical Engineering Laboratory (MEL) hand, Electro-Technical Laboratory (ETL) hand, Darmstadt hand, Karlsruhe hand, University of Bologna (UB) hand (VIDEO 756, VIDEO 767), Barrett hand (VIDEO 752), Yasukawa hand, Gifu hand, U-Tokyo hand, Hiroshima hand, Soft Pisa/IIT hand (VIDEO 749, VIDEO 750) și multe altele [19.4-10].
La proiectarea unei mâini cu mai multe degete, pe baza utilizării sale, ar trebui mai întâi să definiți următoarele probleme cheie: numărul și configurația cinematică a degetelor, aspectul antropomorfic sau neantropomorfic, acționare încorporată sau la distanță, sistem de transmisie (în cazul acționării de la distanță), alocarea senzorului, integrarea cu un dispozitiv de transport (braț robot), controlul. Toate aceste aspecte sunt luate în considerare în acest capitol.