O que é Robot End Effector?
End Effector | Definição de efetor final
Um robô Efetora final ou uma garra robótica é uma peça mecânica fixada na extremidade do hardware do braço do robô que se destina à interação direta do ambiente e adjacente. A finalidade desta parte mecânica está sujeita à aplicação do robô no mundo. No caso de um manipulador serial, a garra robótica geralmente fica no último link do hardware. O efetor final também é chamado de Gripper e é análogo à mão de um corpo humano.
Isso é diferente das rodas ou pernas dos robôs móveis, pois as últimas são usadas apenas para facilitar a mobilidade dos robôs. Mas o executor final do robô é de natureza específica para o aplicativo e contém designs variados para acomodar os diversos fins de manipulação de um objeto.
Projeto do efetor final do robô
Posição final do efetor
O efetor final geralmente é projetado para ser conectado na extremidade do robô manipulador. Portanto, o termo 'Ferramentas de fim de braço' também é usado em casos apropriados. Isso facilita o contato direto do efetor final com o meio ambiente. Portanto, a manipulação de um objeto ocorre através da pinça de acordo com a aplicação do robô. Freqüentemente, são adaptados para atender a requisitos de processos especiais, diferentes daqueles geralmente usados.
Tipos de efetores finais em robôs
Robot End-effector é classificado em quatro tipos gerais com base no uso de efeitos físicos para alcançar uma pegada estável entre a garra e o objeto a ser agarrado.
- Garra de impacto: Estas são mandíbulas ou garras que exibem uma preensão física impactando diretamente no objeto.
- Garra Ingressiva: Estas são superfícies de ponta afiada como alfinetes, agulhas ou pêlos que exibem penetração física dentro da superfície do objeto. As aplicações podem ser vistas no manuseio de têxteis, carbono e fibra de vidro.
- Garra Astrictive: Essas garras aplicam forças atraentes à superfície do objeto usando vácuo, magneto ou eletroaderência.
- Garra Contigutiva: Essas garras requerem contato direto para exibir adesão, como cola, tensão superficial ou congelamento.
Exemplo de End Effector
Efetora de extremidade mecânica | Garra Mecânica Efetor final
Crédito da imagem:Chojitsa at Wikipédia em inglês, brilho alterado por um usuário desconhecido, Efetor, marcado como domínio público, mais detalhes sobre WiKimedia Commons
Crédito da imagem: Alexgace, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons
Garra do efetor final do robô | Diferentes tipos de efetores finais
Algumas garras são categorizadas por seu princípio de operação. Alguns deles foram brevemente discutidos abaixo:
Garra Bernoulli
Ele aplica o princípio de Bernoulli, explorando o fluxo de ar entre a garra e o objeto a ser agarrado. Isso gera uma força de elevação que traz a pinça e o objeto para mais perto, sem permitir que eles entrem em contato direto. Conseqüentemente, Bernoulli Gripper é uma pinça sem contato. As aplicações da garra Bernoulli podem ser vistas no manuseio de células fotovoltaicas, indústrias de manufatura de semicondutores e na indústria têxtil.
Garra Eletrostática
Ele explora as características da carga eletrostática, utilizando uma diferença de carga entre a garra e o objeto. A própria garra geralmente ativa essa diferença de carga.
Garra de Van der Waals
A garra Van der Waals explora a baixa forca eletrostatica entre a garra e os objetos elementais.
Pinça Capilar
As garras capilares utilizam a tensão superficial de um menisco líquido entre a garra e o objeto em direção à sua orientação e preensão.
Garra Criogênica
Garras criogênicas criam gelo congelando uma pequena quantidade de líquido, que é então usado para fornecer a força necessária para levantar e agarrar o objeto. A aplicação da pinça criogênica pode ser vista no manuseio de alimentos e na preensão têxtil.
Gripper Ultrasonic
As garras ultrassônicas são de natureza mais complexa do que as categorias acima, que exploram ondas estacionárias de pressão para levitar uma parte e envolvê-la em um determinado nível. O levantamento pode ser visto tanto no nível micro quanto no nível macro. A levitação de micronível é evidente no manuseio de parafusos e gaxetas. Em contraste, o levantamento em macroescala pode ser visto em uma célula fotovolítica ou manipulação de substrato de Si e em uma fonte de laser.
Garra intrusiva
Esta é uma categoria específica de pinças de mandíbula que utiliza a força de fricção para agarrar objetos. Um exemplo de pinça intrusiva é a pinça de agulha. Elas são chamadas de garras intrusivas porque exploram tanto os atritos quanto as características de fechamento das garras mecânicas padrão.
O tipo mais comum de pinça mecânica são as pinças com vários dedos contendo dois, três ou até cinco dedos.
Os efetores finais podem ser amplamente utilizados na indústria de ferramentas para aplicações como soldagem por pontos em uma montagem, pintura em spray para conformar a uniformidade na aplicação de tinta e outras situações onde a proteção dos interesses humanos se torna essencial. Os robôs cirúrgicos também têm efetores finais que são personalizados de acordo com os requisitos do procedimento.
Como funcionam os Efetores Finais?
Um executor de extremidade de robô é basicamente a extremidade de negócios do robô. Se não estiver lá, um robô quase não tem utilidade, porque é desprovido do equipamento que desempenha a função principal para servir a um propósito específico. Por exemplo, um braço robótico articulado é geralmente programado para alcançar um local específico dentro de sua área de trabalho. Ainda assim, sem a disponibilidade de um efetor final, ele não pode realizar a operação a que está atribuído, tornando sua existência redundante.
Embora este equipamento principal para ferramentas seja projetado para cada propósito, o princípio básico de trabalho permanece mais ou menos o mesmo. Portanto, é de extrema importância que entendamos como funciona um efetor final de robô. Isso não apenas nos ajudará no processo de design do equipamento, mas também nos ajudará a escolher o efetor final certo para o nosso propósito. A garra robótica é fisicamente montada no pulso do manipulador, seguida pela fixação das conexões de força. As conexões de energia podem ser hidráulicas, pneumáticas ou elétricas.
O principal componente de força é gerado no elo de base, que produz movimento. Esse movimento é então transferido elo por elo até a periferia extrema do manipulador robótico, onde a garra é fixada. Este caso é válido se um único atuador alimentar o manipulador robótico da base. Mas também pode levar ao mau funcionamento e falha estrutural, mesmo com o menor desvio dos limites de força das ligações individuais.
O avanço na engenharia com o uso de atuadores nativos em cada junta produziu mais flexibilidade em relação ao uso de um manipulador robótico. Cada link pode gerar mais energia individualmente, e o efetor final do robô pode explorar toda a energia do atuador conectado ao pulso. Isso permite que o efetor final levante objetos mais pesados e agarre melhor os ambientes não estruturados.
Sistemas de acionamento do robô e efetores finais
Os sistemas de acionamento do robô são responsáveis por fornecer energia para toda a operação do robô. A velocidade, capacidade de carga e eficiência do robô são determinadas pelo mecanismo de acionamento. Para que o corpo, braço, gesto e punho do manipulador executem o movimento esperado, os movimentos das articulações individuais devem ser controlados adequadamente. O dispositivo de acionamento que aciona o robô faz esse trabalho.
O mais comumente usado sistemas de acionamento de robôs em aplicações industriais são discutidos abaixo.
Movimentação elétrica
Os sistemas de acionamento elétrico podem mover robôs em altas velocidades ou com alta eletricidade. Este tipo de robô pode ser operado usando servo motores CC ou motores de passo CC. Pode ser usado com juntas rotacionais e lineares. Robôs pequenos e sistemas precisos podem se beneficiar do sistema de acionamento elétrico. Mais notavelmente, ele melhorou a precisão e a consistência. Este dispositivo tem uma desvantagem: é significativamente mais caro. O robô Maker 110 é um exemplo desse tipo de mecanismo de acionamento.
Acionamento hidráulico
Os sistemas de acionamento hidráulico são projetados especialmente para robôs maciços. É capaz de fornecer mais potência ou velocidade do que os sistemas de acionamento elétrico. Tanto a junta linear quanto a rotacional podem se beneficiar desse mecanismo de acionamento. Atuadores de palhetas rotativas geram movimentos rotativos, enquanto os pistões hidráulicos produzem movimento linear. A desvantagem mais importante desse acionamento é o vazamento de óleo hidráulico. 'Robôs da série Unimate 2000' é um exemplo de um robô de sistema de acionamento hidráulico.
Acionamento pneumático | Efetora de extremidade pneumática
Os sistemas de acionamento pneumático são particularmente adequados para pequenos robôs com <5o liberdade. Ele tem o potencial de ter alta precisão e velocidade. Os atuadores rotativos podem atuar neste mecanismo de acionamento para realizar movimentos rotativos. O pistão também pode ser usado para fornecer gestos translacionais para juntas deslizantes. Em comparação com o acionamento hidráulico, esse mecanismo é mais barato. A desvantagem desse método é que ele não seria adequado para operações mais rápidas.
Os sistemas de acionamento elétrico e hidráulico são os dois tipos de sistema de acionamento mais amplamente usados. Uma discussão detalhada pode ser encontrada SUA PARTICIPAÇÃO FAZ A DIFERENÇA.
Força Efetora Final
Mecanismo de garra
Várias forças estão trabalhando em todo o corpo de um manipulador robótico. A força dominante nesta lista é a força de fricção porque é ela que determina o quão duro ou macio o aperto deve ser para prevenir qualquer possível dano ao objeto.
A empunhadura do efetor final deve ser forte e flexível o suficiente para suportar o peso do objeto e também lidar com o movimento e a aceleração produzidos pelo movimento contínuo do objeto. Portanto, é imperativo calcular a quantidade de força exigida pela pinça para agarrar um objeto.
A fórmula para encontrar a força exigida pelo efetor final do robô para a preensão necessária em um objeto, a seguinte fórmula é usada:
F=ma/μn
onde
onde
onde F= força necessária para agarrar o objeto,
m= massa do objeto,
a= aceleração do objeto,
µ= coeficiente de atrito,
n= número de dedos na garra
A equação acima é mais de uma forma generalizada e, portanto, considerada incompleta em uma variedade de situações. Para torná-lo adequado para um ambiente mais realista, é introduzido outro termo que pode ser visto na equação modificada abaixo. Isso cuidará das flutuações na força de gravitação que ocorrem em relação à direção do movimento. Por exemplo, o movimento para cima do objeto contra a gravidade requer mais força na garra do que o movimento para baixo do objeto em direção à gravidade.
F=[m(a+g)]/μn
Aqui, g é a aceleração por causa da gravidade, e a é a aceleração devido ao movimento do objeto.
Um critério de alça relacionado à tarefa pode ser usado para escolher alças que são mais adequadas para cumprir as especificações básicas de tarefas para certas tarefas de manipulação visualmente interativas, como escrever e manusear chaves de fenda. Vários critérios de consistência de compreensão orientada para a tarefa foram propostos para auxiliar na avaliação de uma compreensão forte que atenda às especificações da tarefa.
O Robotic End Effector é multifuncional?
A garra robótica pode realizar mais de uma tarefa durante o projeto e a fabricação. Por exemplo, os robôs domésticos destinam-se a ajudar idosos e pessoas com deficiência ou qualquer pessoa com mobilidade reduzida. Portanto, eles devem ser capazes de mapear o ambiente, mover-se para os locais desejados e também pegar os objetos necessários.
Por outro lado, os manipuladores robóticos industriais usados na indústria de automação podem ter efetores finais capazes de agarrar e pegar objetos. Isso também pode ser usado como uma peça de equipamento de ferramentas. A 'ferramenta de fim de braço' é altamente justificada nesses casos porque o efetor final do robô serve ao propósito literalmente descrito pelo nome.
No caso de um robô cirúrgico, o efetor final do robô é projetado e fabricado de forma personalizada para pegar os equipamentos cirúrgicos nos locais desejados, manipulá-los na região que está sendo operada e também realizar o procedimento real usando esses instrumentos.
Portanto, uma única garra robótica pode ser projetada e fabricada para várias tarefas e operações por meio de pesquisa completa e estudo cuidadoso dos movimentos precisos a serem gerados.
Garra de braço robótica
Efetora de extremidade do braço do robô
Para ler sobre o design do Robot am e sua utilização clique aqui.
Pinça Magnética | Efetora de extremidade magnética
Escolha e coloque a garra | Escolha e coloque o efetor final
A robô em forma de série manipulador com um efetor ou pinça de ponta de pegar e colocar típico tem uma configuração de vários dedos. O número de dedos no efetor final depende da forma, tamanho e peso do objeto que deve ser agarrado. Uma discussão detalhada pode ser encontrada SUA PARTICIPAÇÃO FAZ A DIFERENÇA.
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Tenho formação em Engenharia Aeroespacial, atualmente trabalhando na aplicação da Robótica na Indústria de Defesa e na Ciência Espacial. Sou um aprendiz contínuo e minha paixão pelas artes criativas me mantém inclinado a projetar novos conceitos de engenharia.
Com os robôs substituindo quase todas as ações humanas no futuro, gosto de trazer aos meus leitores os aspectos fundamentais do assunto de uma forma fácil, mas informativa. Também gosto de me manter atualizado com os avanços da indústria aeroespacial simultaneamente.
