Garra robótica teleoperada com realimentação de força

Para manipular objetos, a mão humana enfrenta dificuldades relacionadas a limitações físicas como tamanho do membro, tremores, fadiga e distância que alcança. Em uma cirurgia, robôs podem manipular instrumentos cirúrgicos muito menores e com maior precisão, podendo ser guiados por equipamentos de imagens médicas não invasivas como tomógrafos. Também podem operar em ambientes hostis ao ser humano, tais como grandes profundidades no oceano, trabalhar no espaço, dentre outras aplicações e possibilidades. Infelizmente, os sistemas disponíveis no mercado ainda não apresentam um retorno significativo da sensação de toque, de força e textura ao operador. Sendo assim, o objetivo do presente projeto é desenvolver um protótipo funcional composto por uma garra robótica de dois dedos teleoperada e um dispositivo a ser acoplado a uma mão humana com realimentação de força, que denominamos de manipulador. O projeto foi dividido em etapas, sendo as principais: estudo das tecnologias, desenvolvimento da placa base e firmware, desenvolvimento isolado dos blocos e posterior integração dos mesmos, assim como os respectivos testes. Foram utilizados servo motores e motores de passo para movimentação da garra e retorno de força ao usuário, assim como componentes mecânicos para construção das pinças. Para captar a força exercida pela garra e pela mão do operador foram utilizados sensores de força resistivos, denominados de FSR (Force Sensor Resistor) e Micro Load Cells. Para leitura e atuação nos componentes utilizou-se uma placa Arduino Uno, uma plataforma aberta e baseada no micromanipulador Atmega328. O protótipo é capaz de acompanhar o movimento de pinça do polegar e indicador do usuário, além de acompanhar a rotação do seu punho, criando uma resistência proporcional à leitura obtida pelos sensores da garra robótica, assim como este último se posiciona de acordo com a posição do manipulador. O projeto pode ser adaptado para outras aplicações práticas e, também, como plataforma para o ensino de robótica.In order to manipulate objects, the human hand faces problems related to physical limitations: arm length, tremors, fatigue and maximum reach. In a surgery robots can manipulate small surgical instruments with high precision, while guided by visual non-invasive equipments like tomographs. They can also operate in hostile ambients, such as depths in the ocean, space, amongst other applications and possibilities. Unfortunately, the systems available on the market still haven’t shown significant results concerning response to touch sensation, force, and texture to the operator. Therefore, this project aims at developing a working prototype composed by a two-fingered teleoperated claw and a device attached to the human hand that is able to provide force feedback, so-called controller. The project has been divided in stages, being the main ones: study of technologies, development of the main base, firmware, and development of isolated blocks to be integrated and tested during the project. Servo and stepper motors were used to move de claw, and give force feedback to the user, as well as mechanical components were used for the construction of the tweezers. Force sensor resistors and micro load cells were used for reading the force excerced by the claw and the operator hand. The Arduino Uno board was used for controlling the system, which is an open-source plataform based on Atmega328 microcontroller. The prototype is able to follow the movement of the thumb and forefinger of the user, as well as to monitor the rotation of the wrist, creating resistence proportional to the readings obtained by the teleoperated claw sensors, as the latter is positioned according to the position of the controller. This project can be adapted to other pratical applications, and also as a plataform for teaching robotics