Quan parlem d'una pinça oberta ('open claw'), no ens referim a un disseny únic. Les dues configuracions més comunes són les pinces paral·leles de dos dits i les pinces adaptatives.

Les pinces paral·leles són les més habituals en entorns industrials. Els seus dits es mouen en línies rectes i paral·leles. Aquesta simplicitat mecànica les fa precises, repetibles i fàcils de controlar. Són ideals per agafar objectes amb superfícies planes i paral·leles, com ara caixes o components electrònics.

Per altra banda, les pinces adaptatives o articulades tenen dits que pivoten, imitant el moviment dels dits humans. Això els permet conformar-se al voltant d'objectes de formes irregulars o delicades. Penseu en agafar una fruita o una eina de forma estranya. Tot i que són més versàtils, la seva mecànica és més complexa, la qual cosa pot reduir la precisió i afegir reptes de control.

L'elecció entre un disseny paral·lel i un d'adaptatiu depèn de l'aplicació. Per a tasques repetitives i definides en una línia de muntatge, la precisió d'una pinça paral·lela és sovint preferible. Per a la manipulació d'objectes variats en entorns no estructurats, una pinça adaptativa ofereix una flexibilitat crucial.

La capacitat d'una pinça per subjectar un objecte de manera segura no depèn només de la força aplicada, sinó també de la interacció entre les superfícies. Aquí és on entren en joc la selecció de materials i el coeficient de fricció.

Els materials rígids com l'alumini o plàstics d'alta densitat (HDPE), són duradors i ofereixen una gran rigidesa, la qual cosa és bona per a la precisió. No obstant això, el seu coeficient de fricció amb molts materials (especialment metalls llisos) és relativament baix. Això significa que es necessita més força de subjecció per evitar que l'objecte rellisqui.

Per millorar l'adherència, sovint s'utilitzen recobriments o puntes de dits fets de materials tous com el cautxú de silicona o el poliuretà. Aquests materials tenen un coeficient de fricció molt més alt, la qual cosa permet una subjecció segura amb menys força. L'inconvenient és que són menys duradors i es poden desgastar amb el temps. A més, la seva deformabilitat pot reduir lleugerament la precisió de posicionament de l'objecte.

Per assegurar que la pinça pot subjectar un objecte sense que caigui, especialment quan el braç robòtic accelera, hem de calcular la força de subjecció necessària. Una subjecció estable es produeix quan la força de fricció total és més gran que la suma del pes de l'objecte i qualsevol força inercial deguda a l'acceleració.

La força de fricció ($F_f$) és directament proporcional a la força normal ($F_N$) aplicada pels dits i al coeficient de fricció estàtic ($"\mu"$) del material: $F_f = \mu \cdot F_N$. Per evitar que l'objecte caigui, la suma de les forces de fricció de tots els dits ha de superar el seu pes ($m \cdot g$).

Però no n'hi ha prou amb contrarestar el pes. Hem de tenir en compte l'acceleració ($a$) del braç robòtic i afegir un factor de seguretat ($S$) per compensar incerteses. Això ens porta a la fórmula general per a la força de subjecció total.

Aquesta força de subjecció s'ha de traduir en el parell motor que l'actuador (normalment un servomotor) ha de proporcionar. La relació entre la força i el parell depèn del mecanisme de transmissió utilitzat. A més, hi ha un compromís important entre la carrera d'obertura (la distància màxima que poden obrir els dits) i la força. Mecanismes que ofereixen una gran carrera solen tenir un avantatge mecànic menor, exigint un motor més potent (i pesat) per aconseguir la mateixa força de subjecció.

La força del motor es transmet als dits a través d'un mecanisme. Els dos enfocaments més comuns són els mecanismes basats en engranatges i els basats en cargols de potència.

Els sistemes d'engranatges, com les cremalleres i pinyons o trens d'engranatges epicicloïdals, són excel·lents per a moviments ràpids i poden ser bastant compactes. No obstant això, solen patir de backlash (joc), que pot reduir la precisió. A més, generalment no són autoblocants, la qual cosa significa que si el motor es desactiva, la pinça pot perdre la seva força de subjecció.

Els cargols de potència (o cargols de boles) converteixen el moviment rotacional del motor en un moviment lineal d'alta força. El seu principal avantatge és un gran avantatge mecànic i, sovint, la capacitat d'autoblocatge: mantenen la posició fins i tot sense alimentació del motor. El desavantatge és que solen ser més lents que els sistemes d'engranatges.

Finalment, la rigidesa i el pes de l'efector final són crítics. Un efector pesat redueix la càrrega útil neta del robot i pot afectar negativament la seva dinàmica, obligant-lo a moure's més lentament per evitar oscil·lacions. Una rigidesa baixa, d'altra banda, pot provocar flexions i vibracions sota càrrega, resultant en un posicionament imprecís de l'objecte. L'objectiu de l'enginyer és sempre trobar un equilibri: un disseny prou rígid per a la tasca, però tan lleuger com sigui possible.

Ara, posem a prova els teus coneixements sobre la configuració mecànica de les pinces.

Comprendre aquests compromisos entre disseny, materials i mecànica és fonamental per seleccionar o dissenyar l'efector final adequat per a qualsevol aplicació robòtica.