Mão robótica Unitree Dex3-1

Unitree Dex3-1 — mão robótica de três dedos para manipulação complexa com controlo de força. Sem retorno tátil, a garra trabalha às cegas e as operações delicadas ficam a cargo de pessoas. O controlo híbrido de força e posição permite à mão regular o esforço de aperto. A matriz tátil opcional acrescenta tato multiponto e imita a sensibilidade fina do corpo humano.

Características principais e vantagens

• Graus de liberdade: 7 — Um conjunto amplo de movimentos permite executar ações complexas, e não apenas agarrar.
• Carga máxima: 500 g — A mão segura um cilindro rígido com 5 cm de diâmetro, tanto com a mão voltada para baixo como com a palma voltada para a esquerda.
• Sensores de pressão: 33 — A matriz tátil opcional regista a distribuição da pressão na palma e nos dedos.
• Controlo híbrido de força e posição: a mão Unitree Dex3-1 controla o ângulo de flexão e a força dos dedos, pelo que o aperto é definido separadamente da posição.
• Frequência de controlo de 1000 Hz: o circuito de comunicação com as articulações é atualizado 1000 vezes por segundo. A elevada frequência de troca de dados permite corrigir com frequência o binário e o ângulo.
• Carga admissível dos sensores de 20 kg: a camada sensorial suporta até 20 kg sem danos. Isto deixa margem para situações de pressão excessiva durante o contacto.

Construção e cinemática da Unitree Dex3-1

A mão de três dedos é um desenvolvimento próprio da empresa Unitree Robotics. O peso da Unitree Dex3-1 é de 710 g e as dimensões são 175 × 88 × 77 mm. Para avaliar a escala, mostra-se ao lado o contorno de uma mão de adulto.

Cinemática dos dedos

A mão tem 7 graus de liberdade. Três pertencem ao polegar e dois a cada um dos dedos indicador e médio. A articulação 0 do polegar move-se de -60° a 60°, ou seja, para ambos os lados da posição neutra. A articulação 1 abrange o intervalo de -35° a 60° e a articulação 2, de 0° a 100°. Nos dedos indicador e médio, a articulação 0 flete de 0° a 90° e a articulação 1, de 0° a 100°.

Acionamento e articulações

Seis micro-articulações sem escovas, com controlo de força, funcionam com acionamento direto. A sétima articulação tem transmissão por engrenagens. De acordo com o fabricante, esta solução garante um controlo preciso do movimento e uma transmissão eficiente de energia.

A especificação indica dois modelos de articulação: F-1515-108 e F-1515-214. Ambos pesam 45 g e medem 34,8 × 23,1 × 23,3 mm. A redução de 1:214 oferece mais binário: 1,498 N·m em teoria, contra 0,76 N·m no modelo 1:108. Em contrapartida, a velocidade é inferior: 11 rad/s contra 23 rad/s.

Para as articulações não está previsto grau de proteção IP. Este aspeto deve ser tido em conta ao escolher as condições de utilização.

Controlo de força, posição e rigidez

Este modelo implementa a tecnologia de controlo híbrido de força e posição. Cada articulação aceita cinco tipos de comandos de controlo. Dois definem o binário e o ângulo. Outro determina a velocidade angular. Os outros dois comandos, rigidez e amortecimento, definem a reação do dedo à resistência.

A posição do rotor é registada por um codificador (encoder) absoluto — um sensor que fornece o valor absoluto do ângulo. O retorno do motor abrange o binário e o ângulo. Adicionalmente, a articulação transmite a velocidade angular e a temperatura. A troca de dados é feita através do protocolo de alta velocidade Unibus.

Na imagem, a mão segura um ferro de soldar sobre uma placa de circuito impresso num tapete de corte. Trata-se de um exemplo de manuseamento hábil de uma ferramenta.

Matriz tátil para tato multiponto

A matriz tátil opcional imita o toque fino do corpo humano. Na configuração da Unitree Dex3-1 com matriz existem 33 sensores de pressão, agrupados em 9 matrizes. Em vez de um sensor individual, cada matriz regista a distribuição da pressão na sua zona.

• Palma: três matrizes 2 × 2, perfazendo 12 sensores.
• Polpas dos dedos: três matrizes 2 × 2, perfazendo 12 sensores.
• Pontas dos dedos: três matrizes 3 × 1, perfazendo 9 sensores.

Na imagem, as áreas táteis iluminadas a azul estão nos dedos e na palma. A imagem mostra a disposição dessas áreas, enquanto o número e a resolução das matrizes constam acima.

Ligação e alimentação

A interface elétrica da mão é realizada com fios de saída. Existem saídas separadas para a comunicação e para a alimentação.

A comunicação utiliza USB 2.0 com um cabo de 1150 mm, incluindo a parte interna. A saída de alimentação tem 90 mm de comprimento, também incluindo a parte interna. Estes comprimentos devem ser considerados ao planear o percurso da cablagem.

A tensão de funcionamento da mão é de 24–58 V; para as articulações individuais, a especificação indica 12–24 V. A corrente em repouso é de 0,2 A a 58 V, e o valor exato depende da tensão. A corrente máxima é de 10 A, pelo que a fonte de alimentação deve ser escolhida com base neste valor. O intervalo de temperaturas de funcionamento vai de -20 °C a +60 °C.

Áreas de aplicação

A mão destina-se a tarefas científicas e industriais. Nestes cenários, a Unitree Dex3-1 trabalha em conjunto com o robô humanoide G1.

• Investigação científica em controlo: as articulações aceitam cinco tipos de comandos e devolvem retorno, pelo que os algoritmos de controlo de força e de posição podem ser validados numa única mão.
• Robótica humanoide: em conjunto com o robô G1, a mão executa ações complexas graças aos 7 graus de liberdade distribuídos por três dedos.
• Trabalho com ferramentas: a mão segura um ferro de soldar sobre uma placa de circuito impresso e o controlo híbrido de força e posição permite regular o esforço de aperto da ferramenta.
• Deslocação de objetos de peso moderado: a mão segura um cilindro rígido com 5 cm de diâmetro e peso até 500 g, sendo adequada para deslocar objetos deste tipo.
• Investigação da perceção tátil: 33 sensores de pressão em 9 matrizes (opcional) permitem estudar a distribuição da pressão na palma e nas polpas dos dedos.

Compatibilidade e componentes opcionais

A mão funciona em conjunto com o robô humanoide G1 e executa com ele ações complexas. A Unitree Dex3-1 pode ser equipada, por opção, com uma matriz tátil multiponto de 33 sensores de pressão. Convém acordar esta configuração antes da encomenda, para que corresponda à tarefa pretendida.

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