Un efector final es el dispositivo al final de un brazo robótico , diseñado para interactuar con el entorno. La naturaleza exacta de este dispositivo depende de la aplicación del robot.
En la definición estricta, que proviene de los manipuladores robóticos en serie , el efector final significa el último eslabón (o final) del robot. En este punto final, se adjuntan 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 a 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, existen cuatro categorías generales de pinzas robóticas: [1]
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 sector del automóvil y la manipulación de chapas 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 él. Las pinzas Bernoulli se han adoptado en la manipulación de células fotovoltaicas, en la manipulación 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 micromanipulación. Otros principios adoptados incluyen: pinzas electrostáticas y pinzas de van der Waals basadas en cargas electrostáticas (es decir, la fuerza de van der Waals ); pinzas capilares; pinzas criogénicas, basadas en un medio líquido; pinzas ultrasónicas; y pinzas láser, siendo las 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 fuerza baja (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 se utiliza también en la manipulación de alimentos y en el agarre de textiles). Aún más complejas son las pinzas ultrasónicas , donde se utilizan ondas estacionarias de presión para levantar una pieza y atraparla en un cierto nivel (ejemplos de levitación son tanto a nivel micro, en el manejo de tornillos y juntas, como a escala macro, en el manejo de células solares o obleas de silicio), y fuente láser que produce una presión suficiente para atrapar y mover micropartes en un medio líquido (principalmente células). Las pinzas láser también se conocen como pinzas láser .
Una categoría particular de pinzas de fricción/mordazas es la de pinzas de agujas. Se denominan pinzas intrusivas y aprovechan tanto la fricción como el cierre de forma como 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 utilizarse en robots industriales que realizan tareas específicas en aplicaciones menos complejas. [ cita necesaria ] Los dedos son reemplazables. [ cita necesaria ]
Dos tipos de mecanismos utilizados en el agarre con dos dedos tienen en cuenta la forma de la superficie a agarrar y 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 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 existen numerosas fuerzas que actúan sobre el cuerpo 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 no se dañe la superficie del objeto. La pinza robótica debe soportar no sólo el peso del objeto sino también la aceleración y el movimiento causado por el movimiento frecuente del objeto. Para saber la fuerza necesaria para agarrar el objeto, se utiliza la siguiente fórmula
dónde:
Una ecuación más completa explicaría la dirección del movimiento. Por ejemplo, cuando el cuerpo se mueve hacia arriba, contra la fuerza gravitacional, la fuerza requerida será mayor que la fuerza gravitacional. Por tanto, se introduce otro término y la fórmula queda:
Aquí, el valor de debe tomarse como la aceleración de la gravedad y la aceleración del movimiento.
Para muchas tareas de manipulación físicamente interactivas, como escribir y manejar un destornillador, se puede aplicar un criterio de agarre relacionado con la tarea para elegir los agarres que sean más apropiados para cumplir con los requisitos específicos de la tarea. Se propusieron varias métricas de calidad de comprensión orientadas a tareas [4] para guiar la selección de una buena comprensión que satisfaga los requisitos de la tarea.
Los efectores finales que se pueden utilizar como herramientas sirven para diversos fines, incluida la soldadura por puntos en un conjunto, la pintura con pistola 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 fabricados 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 una fresa . El efector final del brazo robótico del transbordador espacial utiliza un patrón de cables que se cierran como la apertura de una cámara alrededor de un mango u otro punto de agarre. [ cita necesaria ]
