La servoneumática permite que los robots imiten la naturaleza

La Bionic Learning Network de Festo AG en Esslingen, Alemania, es un grupo de expertos de investigadores que utilizan la naturaleza como ejemplo para desarrollar nuevas máquinas y sistemas de movimiento. Un desarrollo reciente es el Asistente de procesamiento biónico, un robot biomecatrónico liviano que se basa en tecnología servoneumática para generar movimientos similares a la trompa de un elefante. Un día, podría cambiar la forma en que los fabricantes manejan los productos.

Consta de tres elementos básicos: un brazo, un eje de mano y una pinza con dedos adaptables. El brazo consta de tres segmentos, cada uno de los cuales consta de tres actuadores de fuelle de poliamida, con una conicidad de 3° que se extiende a lo largo del segmento. Los fuelles individuales cubren un tercio de la circunferencia del brazo, por lo que accionar los tres fuelles con aire comprimido extiende el brazo linealmente. Presurizar solo uno o dos produce un desplazamiento angular. Cuando se expulsa el aire comprimido, el fuelle actúa como un resorte y vuelve a su posición original. Los potenciómetros de cable Bowden están montados fuera de la posición de la pista del actuador y permiten el control del movimiento en bucle cerrado.

El eje manual contiene tres actuadores de fuelle adicionales alrededor de la rótula. Activarlos moverá las mordazas hasta un ángulo de 30°. El transmisor de posición Festo SMAT-8M, un sensor de proximidad magnético compacto con una repetibilidad de ±0,1 mm, rastrea el movimiento y permite una alineación precisa.

Finalmente, el FinGripper, basado en un diseño de aleta de cola de pez, es el dispositivo que realmente sujeta la pieza de trabajo. A diferencia de los manipuladores de pinzas metálicas tradicionales, FinGripper es ligero, flexible y se adapta fácilmente a la forma de los objetos, lo que lo hace especialmente adecuado para productos frágiles y de formas irregulares. Consiste en un actuador de fuelle neumático (o, para una vida más larga, un cilindro de aire simple) y tres dedos. El aire comprimido acciona los fuelles, que abren y cierran los dedos mediante la acción de una palanca.

Los dedos básicos consisten en dos bandas de plástico que se unen en un extremo para formar una estructura triangular. Los soportes intermedios para mayor resistencia se unen a las correas mediante juntas articuladas. Según los funcionarios de la empresa, el diseño flexible permite que los dedos se adapten a la forma de la pieza de trabajo cuando se aplica presión lateral, como una mano humana, pero mucho más rápido.

La válvula de control direccional proporcional VPWP de Festo controla el flujo a los actuadores en el sistema servoneumático. Estas válvulas cuentan con operación de 5/3 vías para cambiar la dirección y la velocidad del movimiento, transmisión de datos digitales, sensores de presión incorporados, algoritmos de control y diagnóstico adaptables de «ajuste automático».

El control de movimiento general se realiza a través de un controlador de robot CMXR, que también se utiliza con los robots de manipulación de trípodes y el pórtico de alta velocidad de la empresa. Según funcionarios de la compañía, el CMXR combina elementos mecánicos, de accionamiento y de control en un sistema de movimiento completo para coordinar el movimiento 3D altamente dinámico.

Proporciona funciones como suavizado de trayectoria de movimiento, forma de rampa de aceleración y velocidad de trayectoria constante, pero también protege el equipo de procesamiento, como la sobrecarga. CMXR interpola y posiciona todos los ejes, por lo que la posición final de la herramienta se puede definir en tres dimensiones. Esto significa que puede trazar contornos a lo largo de la línea central, lo que se requiere para pegar, soldar con láser y cortar con chorro de agua. El CMXR es el controlador principal, así como la interfaz para la isla de válvulas, el controlador del motor del servoeje y el sistema de visión.

fabricación no convencional
Un desafío particular para los ingenieros de Festo es cómo fabricar eficientemente la geometría precisa de actuadores neumáticos y pinzas. Y, de hecho, «este concepto de procesamiento completamente nuevo solo es posible con una tecnología de fabricación rápida», explica Klaus Mller-Lohmeier, Technical Manager Advanced Prototyping en Festo. Todas estas piezas están fabricadas mediante un proceso de sinterización selectiva por láser.»De lo contrario, no serán prácticos», explicó.

Durante este proceso, se aplica a la plataforma base una capa continua de polvo de poliamida de solo 0,1 mm de espesor. Cada nueva capa se fusiona con la capa inferior mediante un rayo láser, que endurece el polvo para formar una estructura sólida. Esto evita los costosos moldes necesarios para producir piezas mediante el moldeo por inyección tradicional.

Según Festo, la alta flexibilidad de la poliamida, su excelente elasticidad a largo plazo y su baja densidad (0,95 g/cc) la hacen ideal para los asistentes de manipulación biónicos. El material proporciona una capacidad de transferencia de peso a fuerza sin precedentes, un requisito previo para el alto rendimiento del dispositivo. Por ejemplo, el FinGripper es aproximadamente un 90 % más liviano que las pinzas metálicas comparables, lo que le permite sujetar y transportar piezas de trabajo de manera eficiente.

Actualmente, el asistente de manejo biónico es solo un prototipo y se está probando y evaluando. La versión de tercera generación se lanzará a principios del próximo año. Sin embargo, Festo dice que los principios básicos de diseño ayudan a futuras innovaciones. Las posibles aplicaciones no se limitan al agarre automático de objetos delicados como frutas, verduras, huevos y plantas. Según la compañía, otros usos potenciales incluyen la automatización de operaciones lecheras, el manejo de equipos médicos y el apoyo a personas mayores y con discapacidades físicas.

Sin embargo, los FinGrippers están siendo utilizados actualmente por casi 20 usuarios en robots de trípode más tradicionales para manipular de manera rápida y confiable frutas, flores y bulbos, así como alimentos sensibles a la presión como huevos de chocolate huecos.

Ahora mira al robot en acción:

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