Passive Compliance
- Também chamado: mechanical compliance
- Categoria: Mechanical structure › Arms & end-effectors
- Tags: compliance, end-of-arm-tooling, assembly, contact, mechanism-design
Flexibilidade incorporada ao mecanismo de um robô, como molas, amortecedores ou materiais macios, que permite que ele ceda a forças de contato sem nenhum sensoriamento ou controle ativo.
Definição
Complacência passiva (passive compliance) é a folga mecânica projetada em um robô ou em suas ferramentas. Molas, elastômeros, flexures, amortecedores ou materiais macios se deformam quando uma força de contato atua sobre eles, de modo que o efetuador final pode se deslocar ou se inclinar levemente para acomodar erros de posição e de orientação. Como a resposta vem da física e não de um controlador, ela age instantaneamente, não precisa de sensores nem de computação e continua funcionando se o software ou a alimentação falharem.
É a contrapartida da complacência ativa, em que um controlador, como o controle de impedância ou de admitância, usa medições de força ou de torque e comandos de motor para fazer um robô rígido se comportar como se fosse complacente. A complacência ativa pode mudar sua rigidez em tempo real, mas é limitada pelo sensoriamento, pela largura de banda do controle e pela latência; a complacência passiva responde a impactos mais rápido do que qualquer malha de controle, mas tem rigidez fixa ou ajustável apenas lentamente. Muitos sistemas usam as duas, por exemplo um punho complacente sob um braço com controle de impedância.
Um exemplo bem conhecido é o dispositivo de complacência de centro remoto (remote center compliance), um punho que coloca seu centro de complacência perto da ponta da peça segurada, de modo que o desalinhamento lateral e angular durante a inserção de pino em furo (peg-in-hole) é corrigido em vez de causar emperramento. Outras formas incluem suportes de punho com molas ou elastômeros, atuadores elásticos em série, dedos macios ou baseados em flexures e pés complacentes em robôs com pernas. O principal custo é a menor precisão de posição e a possibilidade de oscilação, já que o robô deixa de saber exatamente onde está sua ferramenta, a menos que a deflexão seja medida.
Por que importa
Tarefas de contato como inserção, limpeza e preensão são muito sensíveis a pequenos erros de posição, e um robô perfeitamente rígido transforma esses erros em grandes forças que emperram peças ou danificam o hardware. A complacência passiva absorve os erros mecanicamente, o que muitas vezes torna robôs mais baratos e menos precisos e controladores mais simples bons o suficiente para trabalhos ricos em contato.
Principais aplicações
- Inserção de pino em furo (peg-in-hole) e montagem com dispositivos de complacência de centro remoto
- Punhos e suportes de ferramenta complacentes para polimento, lixamento e limpeza
- Garras macias e baseadas em flexures que se adaptam à forma do objeto
- Atuadores elásticos em série para interação segura e sensoriamento de força
- Absorção de impactos em pés de robôs com pernas e em trens de pouso de drones
Na prática
Um braço de baixo custo falha repetidamente ao inserir pinos em um dispositivo de fixação porque seu erro de posição é maior que a folga. Em vez de trocar o braço por um melhor, a equipe monta uma unidade de complacência com mola e amortecedor entre o flange e a garra. Durante a aproximação, o chanfro do pino toca a borda do furo, a unidade se desloca lateralmente e se inclina, e o pino desliza para dentro. A equipe ajusta a rigidez da mola para que a garra não ceda sob o próprio peso, acrescenta amortecimento para interromper a oscilação após movimentos rápidos e instala um mecanismo de travamento que torna a unidade rígida durante os movimentos de transporte, em que a precisão importa mais do que a complacência.
Equívocos comuns
- Complacência passiva é o mesmo que controle de impedância — o controle de impedância cria complacência por meio de sensoriamento e realimentação, enquanto a complacência passiva vem do próprio mecanismo
- Mais complacência é sempre mais seguro e melhor — complacência demais reduz a precisão, causa flacidez e oscilação e pode armazenar energia que é liberada de repente
- Complacência passiva significa que o robô não pode saber onde está sua ferramenta — a deflexão pode ser medida com encoders ou outros sensores, como nos atuadores elásticos em série
Quem deve saber
- Projetistas de ferramentas de fim de braço e de garras
- Engenheiros de montagem e automação
- Projetistas de atuadores e mecanismos
- Pesquisadores de robótica com pernas e robótica macia
Tecnologias relacionadas
- Dispositivo de complacência de centro remoto (Remote Center Compliance Device)
- Atuador elástico em série (Series Elastic Actuator)
- Atuador de rigidez variável (Variable Stiffness Actuator)
- Mecanismos de flexure (Flexure Mechanisms)
- Punho complacente (Compliant Wrist)