Gripper como efector final

Para que un robot pueda hacer su trabajo, debe tener al menos una forma de interactuar con los elementos de su entorno. La forma más simple de hacer esto es mediante un actuador que permita agarrar lo que necesite.

Agarrar; esa es la palabra clave. Traducido al inglés: To grip.

El elemento mecánico más sencillo para agarrar un objeto es una pinza. Es decir, dos piezas que ejercen presión, una sobre la otra, para agarrar al objeto que se encuentre entre ellas. Pinza en inglés es: Gripper.

En tanto que un robot siempre debe manipular un objeto, es común que en lugar de usar el término efector final se utilice el término gripper para describir a cualquier herramienta que tenga un robot.

Cabe aclarar que el término correcto es efector final. Porque es el último elemento en la cadena cinemática del robot que interactúa o tiene un efecto en su entorno. Por lo tanto, un gripper es un efector finar pero un efector final no es siempre un gripper.

¿Qué hace un gripper?

Como su nombre lo indica un gripper sirve para tomar cosas. Agarrarlas. Debido a que la mayoría de la documentación respecto a robots y los fabricantes de herramientas se encuentra en inglés, es común encontrar y usar el término gripper y no pinza. Que sería su traducción al español.

Siendo estrictos en la definición un gripper agarra, lo que de acuerdo a la RAE significa Asir fuertemente. Claro que es un poco ambiguo, por eso para mayor claridad vemos la definición de uno de sus sinónimos: Sujetar.

De acuerdo a la RAE Sujetar significa poner en una cosa algún objeto para que no se caiga, mueva o desordene. Esto tiene más sentido en robótica. Esa “cosa” es el efector final y el “objeto” es el elemento con el que interactúa. Pero lo que realmente hace a esta definición más apropiada es que nos indica: que no se caiga, mueva o desordene. Si llevamos esto a términos más formales significa que lo que el robot tome, deberá conservar la misma orientación y posición con respecto al marco de referencia del efector final.

Imaginemos un sistema coordenado de tres dimensiones XYZ ubicado al final del último eslabón del robot. Este será nuestro marco de referencia. Todas las distancias serán medidas desde este punto. Ahora supongamos que tenemos un gripper montado en nuestro robot y que el punto de sujeción se encuentra sobre el eje Z a 10 cm de distancia y el movimiento de apertura y cierre se efectúa sobre el plano XY.

Dadas las condiciones anteriores, si el robot toma un objeto cilíndrico, el centro del objeto estará a 10 cm del marco de referencia del efector final exactamente en el eje Z.

Cuando el robot lleve el objeto a otra posición, ésta distancia deberá ser exactamente la misma. No 9.98 cm ni 10.15, 10.00 cm. Es decir, el objeto no debe resbalarse durante su traslado.

Orientación del objeto

De acuerdo a la definición de la RAE, sujetar implica que el objeto no se mueva o desordene. Para el caso de un objeto tomado por un gripper esto significa conservar su orientación.

Si tomamos un objeto cilíndrico orientado verticalmente y lo sujetamos únicamente de dos puntos, uno a cada lado del objeto. El cilindró podrá rotar con facilidad alrededor del eje que cruza por los puntos de sujeción.

Si esto ocurre, no estamos asegurando la orientación del objeto y por tanto el gripper no está haciendo su trabajo como debe.

Si los puntos en los que se hace presión para sujetar el objeto mencionado anteriormente son áreas con una superficie que no permite deslizamientos, entonces el cilindro en cuestión quedará efectivamente sujeto. Incapaz de cambiar su orientación.

No debemos confundir la orientación del objeto con la del efector final. Recordemos que nuestro punto de referencia es un marco coordenado EN el efector final, es decir se mueve y rota con él. Si la aplicación requiere que el objeto sea cambiado no solo de posición sino también de orientación, es el robot el que debe encargarse de ello. Para lograrlo girará sus articulaciones de manera que el efector final se encuentre en la orientación deseada.

La orientación del efector final es con respecto a un punto de referencia fijo, normalmente en la base del robot. Y la orientación del objeto, la que debe permanecer contante durante su manipulación es con respecto al efector final.

¿Cómo seleccionar un gripper?

Primero que nada, hay que conocer la geometría del objeto a manipular y sus posibles variaciones. En el ejemplo anterior planteamos que se trataba de un objeto cilíndrico, pero si se trata de una taza de café, un componente electrónico, una pieza metálica con bordes pronunciados, ¿Qué pasa entonces?

Probablemente la acción de apertura y cierra siga siendo la misma, pero la forma del gripper, es decir, de los elementos que entran en contacto con el objeto, no.

De acuerdo a la geometría del objeto seleccionaremos un gripper que tenga el rango de apertura apropiado. Esto es, que abra lo suficiente para tomar el objeto. También debemos seleccionar la forma que deben tener los elementos de sujeción (pinzas o tenazas). Por ejemplo una taza tal vez convenga más tomarla desde adentro y no desde afuera. Eso significa que el gripper entrará hasta cierto punto en la taza y posteriormente abrirá para ejercer presión sobre las paredes y así sujetar la taza.

Conforme se complica la geometría o los materiales, se puede complicar utilizar un gripper. O al menos uno de tipo pinza que es del que hemos hablado. Existen otros elementos de sujeción que utilizan succión o electroimanes para hacer su trabajo.

Pero independientemente del tipo y forma del gripper, una vez que se ha seleccionado, tenemos otro problema. Ahora la forma del robot ha cambiado. Tenemos un objeto acoplado al final del robot. Por lo tanto debemos considerar las dimensiones del gripper para que el robot sepa en donde está el punto en el que los objetos se sujetan. Además de considerar durante la programación del robot las dimensiones externas del gripper a causa de sus actuadores y accesorios, como mangueras, válvulas, cables, pistones, etc. Esto con la finalidad de evitar colisiones durante su movimiento

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