Efector final del robot

Cuando nos referimos a la prensión robótica, existen cuatro categorías generales de pinzas robóticas: ^{[ 1 ]}

1. Impactivo: mandíbulas o garras que sujetan físicamente el objeto mediante impacto directo.
2. Ingresivo: alfileres, agujas o púas que penetran físicamente la superficie del objeto (utilizado en la manipulación de textiles, fibra de carbono y fibra de vidrio).
3. Astrictivo: fuerzas atractivas aplicadas a la superficie del objeto (ya sea por adhesión neumática ^{[ 2 ]} , magneto- o electroadhesión ).
4. Contiguo: que 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 sujetar. ^{[ 3 ]} Las pinzas industriales (también conocidas como "pinzas") pueden emplear medios mecánicos, de succión o magnéticos. Las ventosas y los electroimanes predominan en el sector automotriz y en la manipulación de láminas metálicas. Las pinzas Bernoulli aprovechan el flujo de aire entre la pinza y la pieza, en el que una fuerza de elevación acerca la pinza y la pieza (utilizando 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 ella. Las pinzas Bernoulli se han adoptado en la manipulación de células fotovoltaicas, la manipulación de obleas de silicio y en las industrias textil y del cuero.

Otros principios se utilizan menos a escala macroscópica (tamaño de pieza >5 mm), pero en los últimos diez años han demostrado aplicaciones interesantes en la micromanipulación. Estos 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 ) que a menudo se activa por la propia pinza, mientras que las pinzas de van der Waals se basan en la baja fuerza (todavía 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 sujetar 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 la sujeción de textiles). Aún más complejas son las pinzas ultrasónicas , donde se utilizan ondas estacionarias de presión para levantar una pieza y atraparla a un cierto nivel (ejemplos de levitación se encuentran tanto a nivel microscópico, en la manipulación de tornillos y juntas, como a escala macroscópica, en la manipulación de células solares u obleas de silicio), y la 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/mandíbulas son las pinzas de aguja. Estas se denominan pinzas intrusivas, ya que aprovechan tanto la fricción como el cierre de forma, al igual que las pinzas mecánicas estándar.

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

Una forma común de agarre robótico es el cierre por fuerza . ^{[ 4 ]}

Generalmente, el mecanismo de agarre se realiza mediante pinzas o dedos mecánicos. Las pinzas de dos dedos suelen utilizarse en robots industriales que realizan tareas específicas en aplicaciones menos complejas. Los dedos son reemplazables.

En el agarre con dos dedos existen dos tipos de mecanismos que dependen de la forma de la superficie que se va a sujetar y de la fuerza necesaria para agarrar el objeto.

La forma de la superficie de agarre de los dedos se puede elegir según la forma de los objetos que se van a manipular. Por ejemplo, si un robot está diseñado para levantar un objeto redondo, la superficie de agarre puede tener una forma cóncava para optimizar el agarre. Para un objeto cuadrado, la superficie puede ser plana.

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

dónde:

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 requerida será mayor que la necesaria en contra de la fuerza gravitatoria. Por lo tanto, se introduce otro término y la fórmula queda de la siguiente manera:

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

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

Para muchas tareas de manipulación físicamente interactivas, como escribir y manejar un destornillador, se puede aplicar un criterio de agarre específico para elegir los agarres más adecuados para cumplir con los requisitos de la tarea. Se propusieron varias métricas de calidad de agarre orientadas a la tarea ^{[ 5 ]} para guiar la selección de un buen agarre que satisfaga los requisitos de la tarea.