Esta sección presenta un novedoso mecanismo de cinta transportadora integrado en un robot personalizado accionado por tendones, con un diámetro inferior a un centímetro. Describe el diseño y la fabricación del mecanismo, el diseño del robot, el ensamblaje del sistema de accionamiento y una nueva aplicación: el acoplamiento entre robots.
Diseño del mecanismo
El mecanismo de cinta transportadora recorre todo el robot continuo accionado por tendones y su desplazamiento se controla mediante un par de motores situados en la base. En cada disco separador del robot se cortan dos canales con muescas, desplazados con respecto a la línea central. Uno de los canales está abierto hacia la circunferencia exterior del robot, mientras que el otro queda cerrado dentro de ella. Una cinta transportadora sube por un canal hacia el extremo distal del robot, rodea una polea con rodamiento en la punta y baja por el otro canal. El diseño del robot incluye tres pares de canales, desplazados radialmente 120 grados, para alojar tres cintas transportadoras.
Acoplamiento entre robots
Dos robots, cada uno con una cinta transportadora magnética de polaridad opuesta a la del otro, pueden acoplarse por atracción magnética para formar un sistema multirrobot. Dos robots adyacentes despliegan sus cintas transportadoras por eversión al mismo ritmo, dejando al descubierto los puntos de acoplamiento magnético. A medida que los imanes se acoplan y se deslizan a lo largo de los robots, el proceso genera un efecto de «cierre de cremallera».
Metodología
Los experimentos caracterizan el mecanismo de cinta transportadora y su aplicación al acoplamiento entre robots para obtener rigidez variable. Primero, se caracterizan los requisitos de accionamiento de la cinta transportadora dentro de un solo robot. Después, un estudio de caso sobre el acoplamiento tangencial entre robots investiga las ganancias de rigidez obtenidas mediante el acoplamiento y cómo cambia la rigidez en función de la cantidad y la ubicación de los puntos de acoplamiento.
En las configuraciones acopladas, las mediciones se toman en el efector final de un robot para representar las ganancias de rigidez efectiva del sistema acoplado en ese punto. La caracterización de las contribuciones individuales al aumento de rigidez de cada robot del sistema sigue siendo un trabajo en curso.
Caracterización de la rigidez: acoplamiento entre robots
Se investigan dos configuraciones de acoplamiento entre robots como opciones viables. En una modalidad, cambia la posición de un robot y de los puntos de acoplamiento con respecto al robot que se mide. En la otra, solo cambia la posición de los puntos de acoplamiento, independientemente de ambos robots.
El estudio cuantifica cómo difiere la rigidez efectiva del sistema multirrobot acoplado de la de un solo robot sin acoplar, y cómo cambia en función de la cantidad y la ubicación de los puntos de acoplamiento.
Caracterización del sistema
Los resultados demuestran que es viable integrar un mecanismo de cinta transportadora en un robot subcentimétrico accionado por tendones, con fuerzas de accionamiento razonables y el consiguiente desplazamiento de la punta del robot durante el accionamiento.
El accionamiento de la cinta produce un desplazamiento de la punta inferior al 6% de la longitud del robot en las formas probadas. Se está estudiando este efecto con un muestreo más denso de ángulos de flexión y con accionamiento motorizado de la cinta, que debería reducir aún más el desplazamiento de la punta al aplicar el paso de compensación de tendones. En futuros trabajos se podría integrar un controlador de compensación basado en modelos para reducir aún más el desplazamiento de la punta.
Caracterización de la rigidez
Con la primera modalidad de acoplamiento, se observó una tendencia predecible en el desplazamiento de la punta: en general, este disminuyó al aumentar el número de puntos de acoplamiento o al acercarlos a la punta. Esto sugiere que la modalidad podría utilizarse para ajustar de forma activa y continua la configuración de acoplamiento entre robots durante una tarea y lograr los cambios de rigidez deseados, sin necesidad de predeterminar los puntos de acoplamiento.
Con la segunda modalidad de acoplamiento, no se observó ninguna tendencia significativa entre el desplazamiento de la punta y la reconfiguración de los puntos de acoplamiento, ni en cuanto a cantidad ni a ubicación. Esto sugiere que la modalidad podría ajustar las longitudes efectivas de los extremos libres de ambos robots para satisfacer requisitos cambiantes de destreza del efector final, sin alterar significativamente la rigidez del sistema. El espacio de trabajo alcanzable del sistema acoplado sigue bajo investigación.
El modelo de flexión de vigas subestima la deflexión real de la punta porque supone que la base del robot está fija en el punto de acoplamiento más distal y no contempla la flexibilidad del cuerpo proximal del robot. En futuros trabajos se colocarán marcadores en la punta de cada robot, en los puntos de acoplamiento y en la base, para aislar y modelar directamente la contribución a la rigidez de cada sección.
Los resultados preliminares corresponden a una sola configuración de robots acoplados. Se espera que las tendencias observadas se generalicen a otras configuraciones de acoplamiento tangencial, con variaciones según la forma de los robots y sus contribuciones relativas a la rigidez. En futuros trabajos se investigarán los efectos de la forma de los robots, las configuraciones de acoplamiento no planas y la integración de la cinta en robots más largos y con varios segmentos.
Conclusión
El mecanismo de cinta transportadora permite reposicionar activamente elementos funcionales a lo largo del cuerpo de un robot continuo. El acoplamiento magnético entre robots demuestra una nueva aplicación del reposicionamiento activo para modular la rigidez. Esta contribución busca inspirar nuevos avances en la reconfigurabilidad activa a bordo como medio para mejorar la capacidad de adaptación de los robots continuos a los requisitos cambiantes de las tareas.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se mueve la cinta transportadora a lo largo del robot continuo? Una cinta sube por un canal, rodea una polea con rodamiento en la punta del robot y baja por otro canal. Un par de motores en la base controla su desplazamiento.
¿Cómo permite el mecanismo acoplar dos robots? Los robots utilizan cintas transportadoras magnéticas de polaridades opuestas. Las cintas dejan al descubierto puntos de acoplamiento que se atraen y se deslizan hasta unirse, como en un cierre de cremallera.
¿Qué ocurrió con el desplazamiento de la punta durante el accionamiento de la cinta? En las formas de robot probadas, el accionamiento de la cinta produjo un desplazamiento de la punta inferior al 6% de la longitud del robot.
¿Cómo afectó la configuración de acoplamiento a la rigidez? En la primera modalidad de acoplamiento, el desplazamiento de la punta generalmente disminuyó al aumentar el número de puntos de acoplamiento o al acercarlos a la punta. En la segunda modalidad, no se observó ninguna tendencia significativa al cambiar la cantidad o la ubicación de los puntos de acoplamiento.