Mecanismos autoadaptativos

Mecanismo de aleteo propuesto por Leonardo da Vinci en el Códice Atlántico.

Los mecanismos autoadaptativos , a veces llamados simplemente mecanismos adaptativos, en ingeniería , son mecanismos subactuados que pueden adaptarse a su entorno. Uno de los ejemplos más conocidos de este tipo de mecanismos son los dedos subactuados, las pinzas y las manos robóticas . A diferencia de los mecanismos subactuados estándar, en los que el movimiento está gobernado por la dinámica del sistema, el movimiento de los mecanismos autoadaptativos generalmente está limitado por elementos flexibles ubicados inteligentemente en los mecanismos.

Definición

Los mecanismos subactuados tienen un número menor de actuadores que el número de grados de libertad (GDL) . En un plano bidimensional , un mecanismo puede tener hasta tres GDL (dos traslaciones, una rotación), y en un espacio euclidiano tridimensional , hasta seis (tres traslaciones, tres rotaciones). En el caso de los mecanismos autoadaptativos, la falta de actuadores se compensa con elementos pasivos que limitan el movimiento del sistema. Los resortes son un buen ejemplo de dichos elementos, pero se pueden utilizar otros según el tipo de mecanismo.

Uno de los primeros ejemplos de mecanismo autoadaptativo es el ala batiente propuesta por Leonardo da Vinci en el Codex Atlanticus . ^[1]

Manos poco activadas

Movimiento autoadaptativo de un dedo accionado por enlace.

El primer dedo subactuado conocido fue el Soft-Gripper diseñado por Shigeo Hirose a fines de la década de 1970. ^[2] El tipo más común de mecanismos de transmisión utilizados en manos autoadaptativas son los enlaces y los tendones. ^[3]

Cinetostática

Los dedos y las manos subactuados se suelen analizar en función de su cinetostática (energía cinética despreciable, análisis estático de un mecanismo en movimiento) en lugar de la dinámica del sistema, ya que la energía cinética de estos sistemas es generalmente despreciable en comparación con la energía potencial almacenada en los elementos pasivos. Las fuerzas aplicadas por cada falange de un dedo subactuado se pueden calcular con la siguiente expresión:

${\displaystyle \mathbf {F} =\mathbf {J} ^{-T}\mathbf {T} ^{*T}\mathbf {t} }$

donde F es el vector formado por las fuerzas aplicadas, J es la matriz jacobiana del dedo, T ^* es la matriz de transmisión, y t es el vector de par formado (actuador y elementos pasivos). ^[4]

Aplicaciones

Una mano robótica autoadaptativa, SARAH (Self-Adaptive Robot Auxiliary Hand), fue diseñada y construida para ser parte de la caja de herramientas de Dextre . Dextre es un telemanipulador robótico que se encuentra al final de CANADARM-2 en la Estación Espacial Internacional . ^[5] El Yale OpenHand es un ejemplo de mecanismos autoadaptativos de código abierto que se pueden encontrar en línea. ^[6] Algunas empresas también están vendiendo manos autoadaptativas para fines industriales. ^[7] Las prótesis son otra aplicación para las manos autoadaptativas. Un ejemplo conocido es la mano SPRING (Self-Adaptive Prosthesis for Restoring Natural Grasping). ^[8]

Otros ejemplos

Los mecanismos autoadaptativos se pueden utilizar para otras aplicaciones, como los robots caminantes . ^{[9] [10]}

Los mecanismos flexibles son otro ejemplo de mecanismos autoadaptativos, donde los elementos pasivos y el mecanismo de transmisión son un único bloque monolítico. ^[11]

Referencias

1. Birglen, Lionel. "Desde el aleteo de las alas hasta los dedos poco activados y más allá: una mirada amplia a los mecanismos autoadaptativos" (PDF) .
2. Hirose, Shigeo; Umetani, Yoji (1978-01-01). "El desarrollo de una pinza blanda para la versátil mano robótica". Mecanismo y teoría de máquinas . 13 (3): 351–359. doi :10.1016/0094-114X(78)90059-9. ISSN  0094-114X.
3. Manos robóticas subactuadas | Lionel Birglen | Springer.
4. "Análisis de rigidez de dedos subactuados y su aplicación a la detección táctil propioceptiva - Revistas y revistas IEEE". doi :10.1109/TMECH.2016.2589546. S2CID  27465071. {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
5. "El sistema de compañeros". Popular Science . Consultado el 14 de agosto de 2018 .
6. "Proyecto Yale OpenHand".
7. "Robotiq: Pinzas adaptables".
8. Pons, José L. (2008). Robots portátiles: exoesqueletos biomecatrónicos . John Wiley & Sons. pp. 269–278. ISBN 978-0470987650.
9. "Diseño de una pierna robótica autoadaptativa utilizando un elemento flexible activado - Revistas y revistas IEEE". doi :10.1109/LRA.2017.2670678. S2CID  9935863. {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
10. ICI.Radio-Canada.ca, Zone Science - (15 de junio de 2018). "Perfectionner la démarche du robot de démain". Radio-Canada.ca (en francés canadiense) . Consultado el 15 de agosto de 2018 .
11. Howell, Larry L. (3 de agosto de 2001). Mecanismos de cumplimiento. John Wiley & Sons. ISBN 9780471384786.