Diseño y fabricación de robots modulares blandos

Abstract

El presente trabajo de título consiste en el diseño y fabricación de un sistema robótico modular blando, acompañado de su respectiva caracterización técnica. El sistema se forma mediante la unión o conexión de varios módulos o unidades básicas iguales (sistema modular) y tiene la característica de que el material predominante sea resina elastomérica (robótica blanda), lo que brinda al sistema de flexibilidad en su estructura y las deformaciones que puede alcanzar. El diseño consiste en un cubo con una cámara interior vacía y cavidades en cada cara para el alojamiento de imanes, que actúan como sistema de acoplamiento entre módulos. La expansión se produce al inyectar aire comprimido a la cámara interna. Se simulan sistemas en el software VoxCad con características similares a las del diseño, con los cuales se puede apreciar la potencialidad que un sistema robótico modular blando posee: adaptabilidad de forma, flexibilidad de movimiento, alta resistencia a impacto, y la capacidad de prescindir de mecanismos complejos para su actuación. La fabricación se realiza por colada de una resina de silicona flexible y las piezas rígidas se producen por impresión 3D de tipo SLS. El método propuesto es sencillo y no requiere herramientas especiales. Los módulos resultan ser más resistentes de lo esperado, presentando fallas que muchas veces son fáciles de reparar y resistiendo expansiones de hasta diez veces su volumen inicial. Un módulo es capaz de soportar hasta ocho módulos conectados verticalmente y dos horizontalmente. La respuesta de los módulos al impulso es rápida, alcanzando el volumen final en 200 ms. La actuación en conjunto es similar a la simulada cualitativamente. La falla más común del sistema consiste en la desconexión de los módulos de las mangueras de aire a presión, lo que actúa como válvula de alivio del sistema evitando la rotura de los módulos. Como característica adicional se puede incluir la fácil reparación de los módulos luego de alguna rotura bajo ciertas condiciones como limpieza del módulo y tamaño reducido de la falla. Finalmente se estima que el costo en materiales de cada módulo es alrededor de US$ 5, sin contar costos de envío, de los moldes necesarios para la fabricación o la electrónica de control. El sistema posee características suficientes para formar estructuras simples y aprovecha las ventajas respectivas de la robótica blanda y modular. Además se identifican algunas mejoras posibles, destacando la degasificación de la resina para aumentar la resistencia de los módulos y la mejora del sistema de acoplamiento.