Disseny i fabricació d’un element terminal per a braç robòtic

Abstract

La manipulació robòtica de materials deformables d’ús general continua sent un repte a causa de la seva mecànica, porositat i elevada sensibilitat a l’estat inicial, fet que penalitza la robustesa de la interacció mecànica i complica l’execució de seqüències de manipulació. En aquest context, aquest treball té per objecte obtenir un element terminal de manipulació juntament amb el codi de control necessari per governar-ne el funcionament, amb l’objectiu d’assolir una interacció estable i repetible amb control suficient del moviment i de la força aplicada. L’abast es limita al desenvolupament d’un prototip funcional de laboratori i a una operació local autònoma del terminal, i no aborda la coordinació global del sistema robòtic. La solució desenvolupada es basa en el concepte de combinar un moviment de subjecció amb un moviment actiu per facilitar la captura de l’objecte, reduint la dependència d’un estat inicial favorable. El procés s’ha plantejat de manera iterativa, amb prototipat ràpid i proves de banc com a criteri de decisió. A nivell de control, s’ha implementat una arquitectura en capes amb ROS 2 que separa el comandament de baix nivell dels actuadors i una capa d’alt nivell d’accions del terminal, amb transicions a estat segur en execucions automàtiques. El node d’alt nivell exposa diferents modes d’operació abstractes per a captura, alliberament i captura parcial. La supervisió de l’execució es fa mitjançant feedback de parell i posició per monitoritzar el procés. Un dels punts clau és el mètode de detecció de captura per tancar l’acció automàtica de contacte sense llindars fixos de parell, en un prototip on la variabilitat mecànica entre execucions és notable, i les sèries de validació mostren un dispar consistent en la transició cap al contacte mecànic. Globalment, els objectius s’han assolit a nivell de prototip funcional i d’operativitat. Les limitacions principals inclouen resistències mecàniques i dependències de muntatge que afecten la repetibilitat, una tensió de transport superficial sense ajust fi, riscos associats a parts mòbils exposades, decisions de programari orientades a prototipatge i una validació restringida a banc. Com a treball futur, es proposa reduir fregaments i desalineacions, incorporar carenats de protecció, evolucionar el control cap a esquemes més orientats a esdeveniments, formalitzar les interfícies ROS 2, normalitzar el registre de dades i continuar investigant el detector de captura amb models més específics.

Robotic manipulation of garments remains difficult because textiles are deformable, porous, and highly sensitive to their initial configuration, which penalizes grasp robustness and complicates bimanual folding sequences. This thesis developed a textile-manipulation end-effector intended for a bimanual robotic system and the local control software needed to operate it, targeting stable and repeatable grasps with controlled motion and applied force. The scope was limited to a laboratory functional prototype and autonomous local operation of the end-effector; global bimanual coordination, high-level perception/decision, and extensive industrial validation were out of scope. The proposed mechanism combined a two-finger clamp with an actively driven coated belt so that belt motion could feed fabric into the usable contact region and renew the effective contact surface during grasp acquisition. Development followed iterative prototyping anchored in controlled bench tests. Control was implemented in Robot Operating System 2 (ROS2) with a layered architecture separating low-level actuator communication from a high-level action layer that used torque and position feedback. To close an automatic grasp action without fixed torque thresholds under execution-to-execution mechanical variability, contact was detected with a sequential change detector (Page-CUSUM) calibrated from free-running belt torque. Bench recordings showed that the free-running torque signal was noisy with high variance and a nonzero, variable baseline, making instantaneous thresholding unreliable. In representative automatic-grasp series, torque shifted from this baseline regime to a sustained increase when fabric began resisting belt motion; the Page-CUSUM trigger occurred at this transition by accumulating evidence rather than reacting to isolated peaks, enabling automatic action closure without a fixed torque limit. The work also selected a coated-belt build (hard sponge rubber profile with a vulcanizing adhesive) that provided high friction, flexibility, and a robust bond in the prototype, but peeling and surface degradation were observed after many grasp trials, and the overall validation remained bench-level without a systematic test campaign. These results support laboratory-level demonstration of the coated-belt end-effector and torque-based contact detection for autonomous grasp acquisition in controlled conditions, while mechanical variability and coating durability currently bound repeatability and limit claims beyond the demonstrated bench setting.