Collaborative gripper for robotic aplications

Abstract

O começo da quarta revolução industrial introduziu uma tendência corrente para o uso de tecnologias de automação onde os humanos e os robôs partilham o mesmo espaço de trabalho, a inteligência artificial apoia nas tomadas de decisão e onde todos os sistemas e utilizadores estão conectados entre si. Este novo paradigma trouxe os robôs colaborativos, resultando numa diminuição dos níveis de esforço humano devido a uma parceria eficiente entre este e a máquina, combinando a performance cognitiva e a capacidade de coordenação do utilizador com a precisão e capacidade de realizar trabalhos repetitivos do robô.Um robô colaborativo tem de incluir um gripper de modo a poder pegar as diferentes partes requeridas pelo seu utilizador. Os grippers tradicionais são projetados de acordo com determinadas tarefas, pelo que têm configurações específicas, normalmente inalteráveis, trazendo muitas limitações para o conceito de Indústria 4.0, onde a capacidade de adaptação a diferentes cenários com precisão é desejada. Em resposta à procura da indústria, grippers capazes de trabalhar com robôs colaborativos já existem, contudo o preço e o tamanho associado a estes cria uma barreira à sua aceitação na indústria.A motivação para este estudo é tentar atender a esta necessidade e o objetivo é criar um gripper de baixo custo, feito em impressão 3D, compacto e capaz de pegar diferentes objetos com uma elevada capacidade de adaptação. Além disso, a interação humana será tida em conta, dando ao utilizador um total controlo, em segurança, do gripper.Este estudo começa por definir e classificar os grippers convencionais de acordo com a sua cinemática, modo de atuação e quanto ao seu mecanismo de deslizamento. No final desta classificação é apresentado um resumo e uma comparação de desempenho entre estes.De seguida, é apresentado o conceito proposto, o Col-Gripper, descrevendo detalhadamente os protótipos desenvolvidos desde o design, a análise cinemática, a programação destes, até à implementação e realização de testes em cada geração do Col-Gripper.Por fim, é apresentada uma revisão acerca dos protótipos desenvolvidos, onde são analisadas todas as conquistas alcançadas em cada protótipo e são propostos desenvolvimentos futuros a realizar.

The beginning of the fourth industrial revolution, introduced a current trend of automation technologies, where humans and robots share workplaces, artificial intelligence supports decision-making and all systems and users are connected. This new paradigm brought collaborative robots, giving rise to a decrease of human effort levels with an efficient co-working partnership between the human and the machine, combining the cognitive performance and coordination from humans and the precision and capacity to produce repetitive work from robots.A collaborative robot has to include a gripper in order to grab different parts desired by its user. Traditional grippers are projected according to dedicated tasks, with specific configurations, normally unchangeable, which brings many limitations to the Industry 4.0 concept, where a capacity to adapt to different scenarios with precision is vital. In response to the industry demand, there are grippers to work with collaborative robots, but the high price and the large size associated became a barrier to their acceptance in the industry.The motivation behind this study is to try to fulfil this need and the aim is to create a low-cost gripper made in 3D printing that is compact and capable of grabbing different objects with a great adaptability. In addition, the human interaction will still happen by offering the user total control of the gripper safely.This study starts by defining and classifying conventional grippers according to their kinematic classification, driving force and sliding mechanism. An overview and a performance comparison between these grippers is made at the end of the classification.Then the Col-Gripper is introduced, describing in detail the developed prototypes involving its design, kinematic analyses, programming, implementation and the tests made with each generation of this gripper.Finally, there is an overview about the developed prototypes, analysing all achievements in each generation, and possible future developments are presented.