Pinça robótica simplificada ainda pode lidar com tarefas complexas de manipulação de objetos

Nos últimos anos, roboticistas do mundo todo projetaram várias pinças robóticas que podem pegar e manipular diferentes tipos de objetos. As pinças mais eficazes para lidar com tarefas manuais do mundo real, particularmente tarefas complexas de manipulação de objetos, são frequentemente aquelas inspiradas em mãos humanas.

Apesar de seu desempenho tipicamente bom, muitas mãos robóticas humanoides dependem de mecanismos avançados e às vezes caros, bem como de ferramentas de programação sofisticadas. Isso pode limitar sua implantação em larga escala, pois as torna impraticáveis ​​no desenvolvimento de robôs com eficiência energética e custo-efetivos.

Pesquisadores da Universidade Purdue e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveram recentemente uma pinça robótica mais simples, mas aparentemente igualmente eficaz. Esta pinça, apresentada em um artigo publicado no arXiv servidor de pré-impressão, foi considerado capaz de lidar efetivamente com tarefas complexas de manipulação de objetos, apesar de ter menos graus de liberdade (GDL) do que pinças inspiradas em mãos humanas.

“Mãos robóticas convencionais de alta profundidade de campo (DOF) podem executar tarefas complexas de manipulação manual, mas não são triviais para programação/controle devido aos seus mecanismos complexos”, disse Yu She, coautor do artigo, ao Tech Xplore.

“Em contraste, as pinças robóticas tradicionais de mandíbula paralela de um DOF são fáceis de programar/controlar, mas são limitadas a tarefas de agarrar e são desafiadoras para executar manipulação manual. Nossa equipe tem como objetivo projetar uma pinça que preencha a lacuna entre esses dois tipos de pinças.”

O novo gripper desenvolvido por She e seus colegas tem 5 DOF. Embora seu design simples o torne mais fácil de controlar por meio de ferramentas de programação, o gripper ainda pode executar manipulações manuais semelhantes às humanas, contando com dados sensoriais registrados por um sensor tátil integrado baseado em visão.

O gripper recém-projetado consiste essencialmente de dois dedos presos a uma base de gripper. Notavelmente, a equipe também montou um pequeno sensor tátil baseado em visão no topo do dedo esquerdo do gripper.

“A base do gripper fornece um DOF para fechar e abrir o gripper”, ela explicou. “Cada dedo é equipado com um atuador linear e um servo motor rotacional, fornecendo um total de cinco DOFs do gripper. Os dedos do gripper são fabricados a partir de material PLA usando impressão 3D. Um sensor tátil baseado em mini visão GelSight é montado na ponta do dedo esquerdo, fornecendo informações sobre a geometria, orientação e força de preensão do objeto agarrado.”

A característica marcante da pinça desenvolvida por She e seu colega é que, embora seus movimentos possam ser facilmente controlados, ela ainda pode atingir um alto nível de destreza durante tarefas de manipulação manual, combinando seus 5 graus de liberdade.

Os pesquisadores avaliaram o gripper em uma série de experimentos iniciais do mundo real e descobriram que ele ia além das habilidades básicas de manipulação da maioria dos grippers simples com alguns DOF. O gripper poderia efetivamente completar dois tipos de manipulação de objetos conhecidos como singulação e escavação. Por exemplo, ele poderia imitar o movimento humano de esfregar partículas de areia presas entre a superfície de um objeto e seus dedos, uma ação que os humanos podem realizar quando estão pegando conchas na praia.

“Demonstramos que uma pinça com menos graus de liberdade do que uma mão robótica humanoide pode concluir com sucesso tarefas intrincadas de manipulação na mão”, disse ela. “Essa redução na complexidade pode levar a um design de controlador mais simples e a soluções robóticas mais robustas, econômicas e energeticamente eficientes, que são mais fáceis de implementar e manter.”

A pinça robótica introduzida por esta equipe de pesquisa poderá em breve ser desenvolvida ainda mais e aplicada a outras tarefas complexas de manipulação de objetos. Seu design subjacente também poderá inspirar o desenvolvimento de outros sistemas robóticos semelhantes para manipulação de objetos que sejam econômicos e eficientes.

“Agora planejamos usar a pinça tátil desenvolvida para realizar tarefas de manipulação mais desafiadoras que estão atualmente além das capacidades de outras pinças robóticas”, acrescentou. “Essas tarefas incluem, mas não estão limitadas a, manipulação de objetos lineares deformáveis.”

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