Passive Compliance
- También llamado: mechanical compliance
- Categoría: Mechanical structure › Arms & end-effectors
- Etiquetas: compliance, end-of-arm-tooling, assembly, contact, mechanism-design
Flexibilidad incorporada en el mecanismo de un robot, como muelles, amortiguadores o materiales blandos, que le permite ceder ante las fuerzas de contacto sin ninguna medición ni control activo.
Definición
Complianza pasiva (passive compliance) es la holgura mecánica diseñada en un robot o en sus herramientas. Muelles, elastómeros, elementos flexibles (flexures), amortiguadores o materiales blandos se deforman cuando actúa sobre ellos una fuerza de contacto, de modo que el efector final puede desplazarse o inclinarse ligeramente para absorber errores de posición y de orientación. Como la respuesta proviene de la física y no de un controlador, actúa al instante, no necesita sensores ni cálculo y sigue funcionando si fallan el software o la alimentación.
Es la contrapartida de la complianza activa, en la que un controlador, como el control de impedancia o de admitancia, usa mediciones de fuerza o de par y comandos de motor para hacer que un robot rígido se comporte como si fuera complaciente. La complianza activa puede cambiar su rigidez sobre la marcha, pero está limitada por la medición, el ancho de banda del control y la latencia; la complianza pasiva responde a los impactos más rápido que cualquier lazo de control, pero tiene una rigidez fija o que solo se ajusta lentamente. Muchos sistemas usan ambas, por ejemplo una muñeca complaciente bajo un brazo con control de impedancia.
Un ejemplo muy conocido es el dispositivo de complianza de centro remoto (remote center compliance), una muñeca que sitúa su centro de complianza cerca de la punta de la pieza sujetada, de modo que la desalineación lateral y angular durante la inserción de clavija en agujero (peg-in-hole) se corrige en lugar de provocar atascos. Otras formas son los soportes de muñeca con muelles o elastómeros, los actuadores elásticos en serie, los dedos blandos o basados en elementos flexibles y los pies complacientes de los robots con patas. El principal coste es una menor precisión de posición y la posibilidad de oscilaciones, ya que el robot deja de saber exactamente dónde está su herramienta salvo que se mida la deflexión.
Por qué importa
Las tareas de contacto como la inserción, la limpieza y el agarre son muy sensibles a pequeños errores de posición, y un robot perfectamente rígido convierte esos errores en grandes fuerzas que atascan las piezas o dañan el hardware. La complianza pasiva absorbe mecánicamente los errores, lo que a menudo hace que robots más baratos y menos precisos y controladores más sencillos basten para trabajos con muchos contactos.
Aplicaciones clave
- Inserción de clavija en agujero (peg-in-hole) y ensamblaje con dispositivos de complianza de centro remoto
- Muñecas y soportes de herramienta complacientes para pulir, lijar y limpiar
- Pinzas blandas y basadas en elementos flexibles que se adaptan a la forma del objeto
- Actuadores elásticos en serie para una interacción segura y la medición de fuerza
- Absorción de impactos en los pies de robots con patas y en el tren de aterrizaje de drones
En la práctica
Un brazo de bajo coste falla repetidamente al insertar pasadores en un utillaje porque su error de posición es mayor que la holgura. En lugar de sustituir el brazo por uno mejor, el equipo monta una unidad de complianza de muelle y amortiguador entre la brida y la pinza. Durante la aproximación, el chaflán del pasador toca el borde del agujero, la unidad se desvía lateralmente y se inclina, y el pasador entra deslizando. El equipo ajusta la rigidez del muelle para que la pinza no se hunda por su propio peso, añade amortiguamiento para detener las oscilaciones después de movimientos rápidos e instala un mecanismo de bloqueo que hace rígida la unidad durante los movimientos de transporte, en los que la precisión importa más que la complianza.
Ideas erróneas comunes
- La complianza pasiva es lo mismo que el control de impedancia — el control de impedancia crea complianza mediante medición y realimentación, mientras que la complianza pasiva proviene del propio mecanismo
- Más complianza siempre es más seguro y mejor — demasiada complianza reduce la precisión, provoca hundimiento y oscilaciones, y puede almacenar energía que se libera de golpe
- Complianza pasiva significa que el robot no puede saber dónde está su herramienta — la deflexión puede medirse con codificadores (encoders) u otros sensores, como en los actuadores elásticos en serie
Quién debería saberlo
- Diseñadores de herramientas de final de brazo y de pinzas
- Ingenieros de ensamblaje y automatización
- Diseñadores de actuadores y mecanismos
- Investigadores de robótica con patas y robótica blanda
Tecnologías relacionadas
- Dispositivo de complianza de centro remoto (Remote Center Compliance Device)
- Actuador elástico en serie (Series Elastic Actuator)
- Actuador de rigidez variable (Variable Stiffness Actuator)
- Mecanismos flexibles (Flexure Mechanisms)
- Muñeca complaciente (Compliant Wrist)