Flexible Robot Grasping Tools Controlled by EMG Signals

Abstract

Cada vez mais os robôs assumem uma posição fundamental na nossa sociedade, principalmente no sector industrial, dos quais destacam os braços robóticos, que possibilitam a execução de uma enorme variedade de tarefas.A correta manipulação dos objetos requer uma pega de boa qualidade logo, a evolução da garra robótica deve acompanhar a evolução do braço robótico. A abordagem tradicional reside em duas opções completamente diferentes, sendo a primeira o uso de garras convencionais que demonstram ser muito sensíveis a variações de posição e/ou orientação. Quanto à segunda, configura uma solução bem mais complexa (mãos robóticas antropomórficas), que garante um funcionamento quase perfeito, mas que tem como desvantagens um preço muito elevado e uma maior dificuldade de controlo. A designação de soft robotics surge como intermédio das opções anteriores e poderá representar o futuro em quase todas as áreas da robótica, particularmente nas garras robóticas. Estes instrumentos de manipulação, normalmente baseados em estruturas biológicas, assumem boas qualidades físicas e uma enorme capacidade adaptativa.O objetivo deste projeto é produzir uma garra robótica pelo princípio da Hybrid Deposition Manufacturing (HDM). O núcleo rígido, produzido numa impressora 3D, assume a responsabilidade estrutural, enquanto um composto polimérico proporciona a conformidade e a aderência necessária à garra robótica. Estas características asseguram as condições perfeitas de manipulação. Apesar de utilizar apenas um motor, as juntas flexíveis dos dedos agem de forma independente, gerando um bom desempenho na pega de diferentes objetos (forma, tamanho e orientação). Isto é possível pois o número de graus de atuação é muito inferior ao número de graus de liberdade da mão, onde apenas são dados os comandos para abrir e fechar. Para aumentar a qualidade da garra robótica e assegurar uma manipulação mais efetiva, foi utilizada uma câmera e um sensor ultrassónico (colocados nas laterais da mão), os quais são controlados a partir de um Raspberry Pi 3.Atualmente, o controlo de movimentos robotizados é executado por longas linhas de código, mas quando o local onde o robô opera é composto por pessoas com baixos conhecimentos de programação, é essencial procurar maneiras mais intuitivas de o fazer.A garra robótica resultante deste projeto é controlada através de um dispositivo de eletromiografia (EMG), convertendo os movimentos musculares em sinais digitais. Cada gesto tem um significado específico, gerando uma resposta específica, o que facilita o controlo do robô, melhorando a interação homem-máquina. Desta forma, torna-se possível o controlo de robôs por pessoas sem conhecimentos de programação.

Nowadays, the robots assume a fundamental position in our society, and even a major one when talking about the industry sector. The most common robots are the robotic arms which can execute an enormous variety of tasks. A correct manipulation of objects requires fine grasping capabilities so the evolving of the gripper should be parallel to the evolving of the robotic arm. The traditional approach resides in two completely different options, being the first one the use of conventional parallel grippers which demonstrate to be very sensitive to position and/or orientation variations. The second one consists of a solution much more complex (anthropomorphic robotic hands), which guarantees an almost perfect operation, having as disadvantage a higher price and a greater difficulty of control.Soft robotics emerges in the middle of these two options and will probably represent the future in almost all areas of robotics, particularly in robotic grippers. These manipulation tools, usually based on biological structures, assume good physical qualities and an enormous adaptive capacity. This project consists of a production of a flexible robotic gripper produced by the hybrid deposition manufacturing (HDM) principle. The hard core, built on a 3D-printer assumes the structural responsibility while a polymeric compost gives to the hand the compliance and the grip required to assure perfect manipulation conditions. Despite the fact of using only one motor, the flexural joints act independently generating a good performance when grabbing different objects (shape, size and orientation). This happens due to the fact that we are operating an under-actuated hand where the only thing controlled is the opening/ closing mechanism.In order to increase the quality of the gripper and to assure a more effective manipulation, it will be used a camera and an ultrasonic sensor (disposed on the hand laterals), which are controlled by a Raspberry Pi 3.Currently, controlling robotic motion is resumed by long lists of code but when the robot environment is composed by people with no coding knowledge, it is essential to search for more intuitive ways of doing it. The robotic gripper built on this project is controlled using an electromyography (EMG) device, converting the muscular movements into digital signals. Each gesture has a specific meaning, generating a specific response, which improves human-machine interaction (HMI). In this way, it becomes possible the control of robots by people without programming knowledge.