Tomar un objeto y manipularlo es una actividad que nos parece muy natural, y hasta simple, ya que los humanos la realizamos sin esfuerzo. Pero la realidad es que todo aquel que quiso darle esta capacidad a una máquina ha descubierto que se trata de una tarea para nada fácil de implementar.Además de la cantidad de articulaciones que se necesitan para darle versatilidad a una mano robótica, se necesita sensibilidad táctil.
Para que podamos mover las falanges como lo hacemos, los dedos de la mano humana poseen 3 articulaciones cada uno —15 en total en toda la mano—. A éstas hay que agregarles la articulación principal de la muñeca.
De ellas, seis son juntas de doble eje de movimiento o "universales". Traducido a actuadores, o motores, para hablar en términos sencillos, esto significa que para mover una mano de manera diestra deben actuar orquestadamente 21 de estos actuadores, todos ellos ubicados en un espacio bastante acotado.
Y cuando descubrimos que hacen falta sensores de tacto como los que tenemos nosotros en las manos, veremos que, como mínimo, se necesitan unas dos decenas de ellos.
Recordemos que además hacen falta sensores de temperatura, o nuestra mano robótica correrá graves riesgos de resultar dañada.
La articulación de la muñeca tiene dos grados de libertad de movimientos. Esto significa que necesita una junta universal. Y, por supuesto, ya que soporta la totalidad de cualquier esfuerzo que se hace con la mano (más el propio peso de ella), requiere de actuadores potentes.
Los dedos también tienen dos grados de libertad en su articulación con la palma (llamada metacarpofalangeal en nuestra anatomía, ya que articula la falange proximal con el hueso metacarpiano). Uno de los movimientos (el lateral, que nos permite abrir los dedos) es muy limitado, pero el otro (llamado de flexión) es extremadamente amplio.
El pulgar tiene una movilidad excepcional —por esto es absolutamente clave en las habilidades de manipulación—, y los otros cuatro dedos se mueven de manera limitada en sentido lateral, aunque su capacidad de flexión (para abrir y cerrar la mano) es muy buena. Esta capacidad de flexionar así los dedos es, claro, muy importante para la habilidad que tenemos de atrapar objetos y mantenerlos con seguridad.
Los dedos también tienen dos grados de libertad en su articulación con la palma (llamada metacarpofalangeal en nuestra anatomía, ya que articula la falange proximal con el hueso metacarpiano). Uno de los movimientos (el lateral, que nos permite abrir los dedos) es muy limitado, pero el otro (llamado de flexión) es extremadamente amplio.
El pulgar tiene una movilidad excepcional —por esto es absolutamente clave en las habilidades de manipulación—, y los otros cuatro dedos se mueven de manera limitada en sentido lateral, aunque su capacidad de flexión (para abrir y cerrar la mano) es muy buena. Esta capacidad de flexionar así los dedos es, claro, muy importante para la habilidad que tenemos de atrapar objetos y mantenerlos con seguridad.
La mano Shadow Dextrous es un sistema de mano humanoide que reproduce 24 grados de libertad de movimientos de la mano de un humano, de la manera más exacta posible. La han diseñado para que tenga una fuerza y sensibilidad al movimiento comparables a los de la mano humana.
Se trata de un sistema completo, autocontenido. La sección del antebrazo contiene los músculos y las válvulas que los manejan. El sistema incorpora los controles necesarios
para el control de la mano, entre ellos programas de computadora bajo la licencia GNU GPL.
Las dimensiones y proporciones de esta mano son las de un varón humano típico. La estructura del antebrazo es comparable en longitud al antebrazo humano, aunque en la base se ensancha hasta 146 mm.
Algunas medidas más:
Longitud de un dedo desde la yema del dedo al centro del nudillo: 100 mm.
Longitud del pulgar: 102 mm.
Longitud de la palma desde el nudillo medio al eje de movimiento de la muñeca: 99 mm.
Grosor de la palma: 22 mm.
Ancho de la palma: 84 mm.
Ancho del pulgar en la base: 34 mm.
Desde la base del antebrazo al eje de movimiento de la muñeca: 434 mm.
La mano, sensores, músculos y las válvulas de control tienen un peso total de 3,8 kilogramos. El centro de masa está a aproximadamente 160 mm de la base.
Existe cierta variedad en velocidades de movimiento entre las piezas de la mano. Los diversos métodos de movimiento producen variación en las velocidades máximas. El movimiento general es, en promedio, de algo más de la mitad de la velocidad de la de un ser humano. Por ejemplo, el tiempo de transición desde abierto a cerrado de la mano completa es de 0,2 segundos, aproximadamente.
Sensores de posición
La rotación de las articulaciones se mide con sensores de efecto Hall que tienen una resolución típica de 0,2 grados. Estos datos se digitalizan localmente con convertidores analógico / digitales de 12 bits. La velocidad de muestreo se puede configurar hasta llegar a un máximo de 180 Hz.
Sensores de presión
La presión en cada músculo se mide con sensores de presión de estado sólido colocados directamente en las válvulas. Se mide con una resolución de 12 bits en un rango de 0 a 4 bars.
Músculos de aire
Los músculos de aire (Air Muscles) o, mejor, músculos neumáticos, se comportan de una manera muy similar a un músculo biológico. Cuando se les insufla aire comprimido, se contraen hasta alcanzar un 40 % de su longitud original. A medida que se van contrayendo, la fuerza que ejercen se reduce, pero la primera parte del recorrido es suficientemente potente. Por esa razón, por lo general se los utiliza ampliando el movimiento por medio de una palanca.
Se trata de un sistema completo, autocontenido. La sección del antebrazo contiene los músculos y las válvulas que los manejan. El sistema incorpora los controles necesarios
para el control de la mano, entre ellos programas de computadora bajo la licencia GNU GPL.Las dimensiones y proporciones de esta mano son las de un varón humano típico. La estructura del antebrazo es comparable en longitud al antebrazo humano, aunque en la base se ensancha hasta 146 mm.
Algunas medidas más:
Longitud de un dedo desde la yema del dedo al centro del nudillo: 100 mm.
Longitud del pulgar: 102 mm.
Longitud de la palma desde el nudillo medio al eje de movimiento de la muñeca: 99 mm.
Grosor de la palma: 22 mm.
Ancho de la palma: 84 mm.
Ancho del pulgar en la base: 34 mm.
Desde la base del antebrazo al eje de movimiento de la muñeca: 434 mm.
La mano, sensores, músculos y las válvulas de control tienen un peso total de 3,8 kilogramos. El centro de masa está a aproximadamente 160 mm de la base.
Existe cierta variedad en velocidades de movimiento entre las piezas de la mano. Los diversos métodos de movimiento producen variación en las velocidades máximas. El movimiento general es, en promedio, de algo más de la mitad de la velocidad de la de un ser humano. Por ejemplo, el tiempo de transición desde abierto a cerrado de la mano completa es de 0,2 segundos, aproximadamente.
Sensores de posición
La rotación de las articulaciones se mide con sensores de efecto Hall que tienen una resolución típica de 0,2 grados. Estos datos se digitalizan localmente con convertidores analógico / digitales de 12 bits. La velocidad de muestreo se puede configurar hasta llegar a un máximo de 180 Hz.
Sensores de presión
La presión en cada músculo se mide con sensores de presión de estado sólido colocados directamente en las válvulas. Se mide con una resolución de 12 bits en un rango de 0 a 4 bars.
Músculos de aire
Los músculos de aire (Air Muscles) o, mejor, músculos neumáticos, se comportan de una manera muy similar a un músculo biológico. Cuando se les insufla aire comprimido, se contraen hasta alcanzar un 40 % de su longitud original. A medida que se van contrayendo, la fuerza que ejercen se reduce, pero la primera parte del recorrido es suficientemente potente. Por esa razón, por lo general se los utiliza ampliando el movimiento por medio de una palanca.
Fuentes:
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