La pinza per avvitamento ne imita due

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I ricercatori hanno sviluppato un effettore finale robotico in grado di raccogliere una vite, tenerla in posizione e azionarla. Foto per gentile concessione dell'Istituto coreano di tecnologia industriale

La parte di avvitamento dell'effettore finale è progettata per applicare una forza di contatto costante senza un sensore di forza, utilizzando una struttura di collegamento flessibile. Foto per gentile concessione dell'Istituto coreano di tecnologia industriale

Per testare il loro effettore finale di avvitamento robotico, i ricercatori hanno ideato una cella robotica per assemblare una sedia di legno. La cella è dotata di tre cobot. Due cobot, dotati di pinze standard, tengono in posizione le parti della sedia mentre il terzo cobot, dotato dell'effettore finale di avvitamento, installa le viti. Foto per gentile concessione dell'Istituto coreano di tecnologia industriale

L'inserimento è un processo in cinque fasi: determinare la posizione e la dimensione della vite o del tassello utilizzando la visione artificiale; afferrare la parte; allineare la parte con la punta dell'avvitatore o la punta di inserimento; allineare la parte con il foro; e avvitare la vite o inserire il tassello. Foto per gentile concessione dell'Istituto coreano di tecnologia industriale

Un collegamento flessibile è montato su entrambi i lati del dito dell'avvitatore. La sua forma lo rende un elemento conforme. Il collegamento flessibile consente al conducente di mantenere la forza di contatto senza un preciso controller di forza. Foto per gentile concessione dell'Istituto coreano di tecnologia industriale

Per automatizzare un'attività di assemblaggio che richiede due mani, gli ingegneri hanno due opzioni: un robot dotato di cambio utensile o due robot. Ora, potrebbe presto esserci una terza opzione. Abbiamo sviluppato un unico strumento all'estremità del braccio in grado di tenere contemporaneamente in posizione una parte, come un tassello o una vite lunga, e di installarla allo stesso tempo.

L'assemblaggio di mobili è un buon esempio di applicazione che potrebbe trarre vantaggio da un simile effettore finale. Considera il processo di assemblaggio di una tipica sedia IKEA. Molti passaggi prevedono di tenere una parte, ad esempio una gamba, mentre si inserisce un'altra parte, ad esempio un piolo o una vite. Sarebbe notevolmente inefficiente automatizzare ogni fase di assemblaggio utilizzando più robot.

Le pinze standard a due o tre dita non hanno i gradi di libertà o il controllo necessari per eseguire tutte e tre le attività: prendere una vite, tenerla in posizione e guidarla.

Diversi studi hanno esaminato l'utilizzo di una pinza antropomorfa per tali compiti. Poiché hanno una configurazione articolare simile a quella della mano umana, queste pinze hanno un elevato grado di libertà e versatilità. Uno studio ha dimostrato che una pinza di questo tipo potrebbe essere utilizzata per girare una chiave esagonale, purché lo strumento fosse già agganciato al dispositivo di fissaggio. La pinza non è riuscita a eseguire l'intero processo di avvitamento.

Abbiamo ideato una pinza robotica per avvitamento che imita l'assemblaggio a due mani da parte di una persona.

Per manipolare piccoli oggetti, le persone usano una presa a pizzico. Per oggetti di grandi dimensioni o oggetti che richiedono grande forza, usano una presa potente. La manipolazione della mano è essenziale per pizzicare. Al contrario, una presa potente ruota o cambia direzione usando i polsi o le braccia, perché i gradi di libertà delle dita sono limitati. Per avvitare una vite, una persona pizzica la vite con due o tre dita per allinearla con l'avvitatore e il foro. Quindi, con l'altra mano, usa una presa potente per avvitare la vite con uno strumento.

La nostra pinza per avvitamento svolge entrambe queste funzioni contemporaneamente. Un singolo effettore finale è diviso in due parti: una per afferrare la vite e un'altra per azionarla.

La parte di presa può afferrare oggetti come viti e tasselli. Comprende due dita e una configurazione congiunta di roll-yaw-pitch-pitch. L'articolazione dell'imbardata svolge il ruolo di pronazione e supinazione del polso umano. Il giunto a rullo fornisce sia movimenti di presa che di sollevamento. I polpastrelli hanno una scanalatura a forma di V per la manipolazione di piccoli oggetti cilindrici, come le viti. La scanalatura aiuta ad allineare la vite in direzione verticale senza ulteriori manipolazioni. Inoltre impedisce alla vite di scivolare.

Per avvitare una vite, una persona afferra uno strumento e lo ruota utilizzando il polso o il braccio. Allo stesso tempo, preme sull'elemento di fissaggio con una forza sufficiente affinché l'utensile non si separi dalla testa della vite. La parte di avvitamento del nostro effettore finale svolge questo ruolo utilizzando un dito, un motore di avvitamento e un collegamento flessibile.