Desenvolvimento de garra para braço robótico de baixa carga por manufatura aditiva

Abstract

A área da manufatura aditiva começa gradualmente a ser entendida como uma alternativa viável no fabrico de produtos industriais. Paralelamente a área da robótica evoluiu tecnologicamente nos últimos anos. Cada vez mais surge o interesse em aliar as duas áreas, seja no fabrico de elementos robóticos funcionais, como em protótipos de robôs de pequena escala. A Spinner Dynamics é uma empresa que adota a manufatura aditiva nos seus processos de fabrico, tendo desenvolvido neste contexto um braço robótico de open source. A primeira fase do presente trabalho incidiu na melhoria do funcionamento desse braço robótico e do desempenho mecânico dos seus componentes. Numa segunda fase procedeu-se ao desenvolvimento de uma garra para esse braço robótico, assente na tecnologia de manufatura aditiva, fabricação por filamento fundido (FFF), e no método de design generativo para proceder ao redesign da sua geometria. Neste processo definiram-se como pressupostos para o princípio de funcionamento da garra, uma preensão por impacto realizada por duas pinças paralelas, uma atuação elétrica por servomotor e uma minimização do número de peças e operações de montagem, bem como da sua massa. Neste âmbito procedeu-se à caracterização mecânica de diferentes tipologias de peças da garra, bem como à caracterização dimensional de uma das suas peças. O custo da garra foi também determinado. Neste trabalho concluiu-se que as ações de melhoria tiveram um impacto positivo nos movimentos realizados pelo braço robótico. O fabrico de uma garra pela tecnologia de FFF com a utilização do método de design generativo, mostrou que a manufatura aditiva tem o potencial para ser utilizada no contexto da robótica.

Additive manufacturing is gradually beginning to be understood as a viable alternative for the manufacture of industrial products. At the same time, the area of robotics has evolved technologically in recent years. There is increasing interest in combining the two areas, whether in the manufacture of functional robotic elements, or in small-scale robot prototypes. Spinner Dynamics is a company that adopts additive manufacturing in its manufacturing processes, having developed an open source robotic arm in this context. The first phase of this work focused on improving functionality of this robotic arm and the mechanical performance of its components. In a second phase, a gripper was developed for this robotic arm, based on an additive manufacturing technology, fused filament fabrication (FFF), and the generative design method to redesign its geometry. In this process, the gripper operating principle was based on an impact grip, carried out by two parallel clamps, an electrical actuation by a servomotor and a minimization in the number of parts and assembly operations, as well as their mass. In this context, the mechanical characterization of different parts of the gripper was carried out, as well as a dimensional characterization of one of its parts. The cost of the gripper was also determined. The improvement actions implemented in this work had a positive impact on the movements performed by the robotic arm. The manufacture of a gripper using FFF technology and generative design method showed that additive manufacturing has the potential to be used in the context of robotics.