Projeto de Garra Robótica com Dedos Modulares Acoplados Magneticamente

Abstract

Os sistemas robotizados estão cada vez mais presentes em ambientes industriais, de serviços e laboratoriais, o que demanda soluções de preensão versáteis, compactas e rapidamente reconfiguráveis. Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma garra robótica com dedos modulares acoplados magneticamente, permitindo a troca rápida de dedos sem encaixes mecânicos complexos, apenas pela aproximação dos módulos ao núcleo da garra. Otrabalho aplica metodologias de síntese de mecanismos, abrangendo sínteses de número, tipo e estrutural, para definir a arquitetura da garra, projetar os mecanismos internos de acionamento e desenvolver dedos com um único grau de liberdade inspirados na flexão do dedo humano. A metodologia inclui o levantamento de requisitos funcionais e geométricos, a modelagem cinemática e estrutural dos mecanismos, o dimensionamento do acoplamento magnético, o desenvolvimento em CAD, a fabricação dos protótipos e a realização de ensaios de preensão com objetos de diferentes geometrias. A análise dos ensaios discute a facilidade de reconfiguração da garra, a qualidade da transmissão de movimento e as limitações do protótipo em relação aos tipos de objetos e forças de preensão. Os resultados indicam que a solução proposta atende ao objetivo de modularidade, permitindo a reconfiguração rápida da garra por meio da troca simples e repetível dos dedos e, ao mesmo tempo, assegura uma preensão funcional para as tarefas previstas, o que demonstra a viabilidade do uso de manipuladores modulares presos magneticamente em sistemas robóticos.

Robotic systems are increasingly present in industrial, service, and laboratory environ ments, which demands versatile, compact, and rapidly reconfigurable grasping solutions. This work aims to develop a robotic gripper with modular fingers magnetically coupled, allowing fast finger replacement without complex mechanical fittings, relying only on the approximation of the modules to the gripper core. The work applies mechanism synthesis methodologies, including number, type, and structural syntheses, to define the gripper architecture, design the internal actuation mechanisms, and develop fingers with a single degree of freedom inspired by human finger flexion. The methodology includes the defini tion of functional and geometric requirements, the kinematic and structural modeling of the mechanisms, the sizing of the magnetic coupling, the CAD development, prototype manufacturing, and the execution of grasping tests with objects of different geometries. The analysis of the tests discusses the ease of gripper reconfiguration, the quality of motion transmission, and the limitations of the prototype regarding object types and grasping forces. The results indicate that the proposed solution meets the modularity objective, enabling rapid reconfiguration of the gripper through simple and repeatable finger repla cement while ensuring functional grasping for the intended tasks, which demonstrates the feasibility of using magnetically coupled modular manipulators in robotic systems