Diseño, fabricación y control de un robot blando neumático

Este trabajo se engloba dentro del campo del conocimiento de la robótica blanda. Esta es una nueva rama de la robótica que apareció hace aproximadamente diez años y actualmente está en auge, publicándose cada vez más al respecto. Los robots de este tipo, a los que comúnmente se denomina como Soft Robots, tienen una característica fundamental que los diferencia de los robots clásicos que llevan desarrollándose desde los años sesenta. Esta es que se pasa de una cadena cinemática sólida a una flexible, con todo lo que ello conlleva. Debido al poco tiempo que ha tenido esta rama de la robótica para desarrollarse, todavía hay muchos temas que investigar. Desde nuevos materiales, procesos de fabricación hasta nuevos y sofisticados métodos de control. Esta nueva clase de robots se consiguen actualmente mediante el empleo de distintos tipos de polímeros elásticos, como por ejemplo siliconas, que se unen a otros materiales que permiten la actuación, como pueden ser los muelles de materiales con memoria de forma o cámaras neumáticas hinchables. Motivado por ello, este trabajo fin de grado comprende el diseño, fabricación y control de un nuevo robot blando que utiliza la actuación neumática. El objetivo es desarrollar un Soft Robot con morfología de tubo continuo, que disponga de nueve grados de libertad controlables de forma independiente. Este debe ser capaz de moverse en las tres direcciones espaciales y realizar tareas de manipulación. Para la elaboración física del robot se ha empleado silicona de estaño y un método de fabricación basado en el moldeo a la cera perdida. Este método de fabricación, así como el diseño final del robot, son fruto de numerosas iteraciones que han servido para perfeccionar el diseño inicial y encontrar el proceso más óptimo para fabricarlo. Los moldes se han fabricado mediante impresión 3D en PLA, y posteriormente se han rellenado con la silicona para obtener el modelo deseado. Para conformar los huecos interiores, a los que se ha denominado vejigas en el contexto de este trabajo, se han realizado mediante modelo positivo de cera de parafina que se extrae en fase líquida una vez solidificada la silicona. Se han ensayado distintos tipos de siliconas y materiales para el conformado del robot. Con respecto al sistema de control, en este trabajo se ha optado por un control en cadena abierta, ajustado a partir de un modelo obtenido de manera empírica, lo que ha precisado del desarrollo de un procedimiento de experimentación y captura de datos. Estos datos consisten en tablas que relacionan la posición y orientación que alcanza el extremo del robot, con el conjunto de presiones que hay en las vejigas en dicho momento. Para recoger estos datos, se ha ideado un sistema automatizado que hace uso de un sistema de adquisición de datos, basado en visión por computador, que también se ha desarrollado en este proyecto. Este sistema, utilizando dos cámaras rgb en configuración de estereovisión, permite captar la orientación y posición de una baliza luminosa respecto a un sistema fijo que se establece previamente. Todos los desarrollos software que se han realizado a lo largo de este trabajo se han unificado en un único software de control con interfaz gráfica, para hacer más amigable el robot a futuros proyectos. Este software permite controlar el banco de actuación a bajo nivel, realizar la captura de datos mediante visión por computador, realizar el proceso de toma de datos de forma automática y controlar en posición y orientación el extremo del robot. Una vez toda terminadas todas las fases de las que dispone este proyecto, se han realizado los ensayos necesarios para verificar que el prototipo realizado cumple con las especificaciones propuestas