Gripper

El gripper es la pinza en el extremo del manipulador. Abre y cierra sus dos dedos a la posición en milímetros que pide el operador, y se detiene solo si algo le impide seguir.

Sinopsis

Qué es

Dos pinzas impresas en 3D con mecanismo de piñón y cremallera, movidas por un motor con encoder y reductor. Lo controla un ESP32-C3 SuperMini con un driver de motor TB6612FNG. A diferencia de las otras dos placas del robot, este controlador no tiene PCB dedicada: va cableado a mano.

Componentes

Parámetro	Valor	Unidad	Notas
Microcontrolador	ESP32-C3 SuperMini	—
Driver de motor	TB6612FNG	—	dual, solo canal A usado
Motor	Pololu	—	encoder de cuadratura, reductor 100:1
Recorrido total	80	mm
Resolución	357,1	counts/mm	28 570 counts en los 80 mm de recorrido
Comunicación con NUC	USB-CDC	115 200 baud (COM5)

Cómo funciona

El piñón central engrana con las cremalleras internas de ambas pinzas, que se desplazan en sentidos opuestos: abren o cierran de forma sincronizada.

El firmware convierte la posición pedida en cuentas del encoder y lleva el motor hasta ella con un perfil de velocidad suave. El encoder es la única retroalimentación de posición: si deja de cambiar durante 500 ms con el motor activo, el firmware asume un obstáculo y detiene el motor.

Conexiones

1. NUCPython 3.12
2. USB-CDC · COM5NUC → Controlador del gripper: m <mm>Controlador del gripper → NUC: GRIPPER_STATE
3. Controlador del gripperESP32-C3 + TB6612FNG
4. PWM 20 kHzGripper → Controlador del gripper: encoder A / B
5. Grippermotor con encoder

La NUC publica el estado que recibe como gripper_state, en el puerto 5001 de ZeroMQ.

Hardware

Mecanismo

La geometría de las pinzas lleva refuerzos internos tipo costilla: rigidez sin peso.

El piñón central entre las dos pinzas, con las guías internas del mecanismo.

Nervaduras de refuerzo de las pinzas y unión atornillada al último eslabón.

Asignación de pines

Sin PCB, el cableado es lo único que fija el montaje. Estos son los pines que usa el firmware.

Conexiones entre ESP32-C3, TB6612FNG y el encoder

Señal	GPIO	Destino	Función
ENC_A	GPIO3	Encoder del motor	Canal A de cuadratura, por interrupción
ENC_B	GPIO4	Encoder del motor	Canal B de cuadratura, por interrupción
STBY	GPIO5	TB6612FNG	Standby: en bajo, el driver queda inhibido
AIN1	GPIO6	TB6612FNG	Dirección del canal A
AIN2	GPIO7	TB6612FNG	Dirección del canal A
PWMA	GPIO10	TB6612FNG	PWM del canal A, 20 kHz

Firmware

MicroPython sobre el ESP32-C3.

Archivos

Archivo

Firmware — main_gripper_final.py

19 KB

Encoder de cuadratura

El firmware decodifica el encoder por interrupciones, con una tabla de transición phase-correct que da resolución de ±1 count. La lectura del contador es atómica: se envuelve en disable_irq/enable_irq para que la interrupción no la modifique a media lectura.

Control de posición

1. mm_to_count(mm) — convierte mm a counts de encoder
2. Si |target − current| ≤ 35 counts: ya está en posición, freno + stop
3. Bucle de control cada 8 ms: perfil de velocidad con boost inicial
   de 12 ms, 30 % de recorrido en aceleración, 55 % en desaceleración
4. Detección de stall: si el encoder no cambió en 500 ms, detiene con
   freno activo y guarda la posición del evento

El perfil de velocidad usa la función smoothstep01(x) = x²(3 − 2x) para suavizar las transiciones. Sin ella, los escalones de aceleración provocan saltos mecánicos en el mecanismo de piñón y cremallera.

Parámetros de control, leídos del firmware

Parámetro	Valor	Unidad	Notas
Frecuencia PWM	20	kHz	Por encima del rango audible
Periodo del lazo	8	ms
Tolerancia de posición	35	counts	≈ 0,1 mm
Umbral de stall	500	ms sin cambio de encoder
Duty de crucero	50	%
Duty mínimo	10	%	Por debajo, el motor no vence la fricción
Boost de arranque	40 % durante 12	ms	Rompe la inercia inicial
Tramo de aceleración	30	% del recorrido
Tramo de desaceleración	55	% del recorrido

Comandos USB serie

Ninguno bloquea: el firmware sigue atendiendo el puerto mientras el motor se mueve.

Comando	Descripción
m <mm>	Ir a posición absoluta
o <mm> / c <mm>	Abrir / cerrar delta mm desde la posición actual
to / tc	Ir a completamente abierto / cerrado
s / b	Stop suave / freno activo inmediato
sc / so	Guardar posición actual como cerrado / abierto
save / load	Guardar / cargar calibración desde JSON

Publica una línea de estado cada 250 ms y tras cada comando:

GRIPPER_STATE mm=40.000 count=-14285 target_mm=40.000 target_count=-14285 busy=0 calibrated=1 open_count=-28570 closed_count=0

Calibración

1. Mover manualmente (o con pulsos po/pc) a la posición abierta máxima → so guarda OPEN_COUNT.
2. Mover a la posición cerrada máxima → sc guarda CLOSED_COUNT.

Los valores se guardan en gripper_state.json con escritura atómica (archivo temporal + rename), para que un corte a media escritura no corrompa el archivo. Si no existe o está corrupto, el gripper arranca sin calibrar y bloquea los comandos de posición hasta recalibrar.

La calibración del gripper construido sirve de referencia de orden de magnitud, pero no se puede copiar: depende del montaje de cada mecanismo.

{ "closed_count": 0, "open_count": -28570 }

El signo negativo es la convención de sentido del encoder: abrir cuenta hacia abajo desde el cero de cerrado. De ahí sale la resolución de 357,1 counts/mm.

Archivos

Archivo

Calibración de referencia — gripper_cal.json

41 B

Archivo

Script de calibración del gripper

20 KB

Prueba desde tu PC

El script hace lo mismo que la NUC por COM5: pide el estado con p y manda posiciones con m <mm>, esperando a que cada movimiento termine.

1. Conecta el USB-C del ESP32-C3 a la PC y busca su puerto COM.
2. Instala la dependencia: pip install pyserial.
3. Corre la prueba:

python prueba_gripper.py --puerto COM5
python prueba_gripper.py --puerto COM5 --mover --posiciones 60 20 40
python prueba_gripper.py --puerto COM5 --consola

Archivos

Archivo

Prueba del gripper — prueba_gripper.py

3,7 KB

La primera línea muestra la posición, busy y calibrado. Si no está calibrado, los comandos de posición están bloqueados: calibra primero con so y sc desde --consola.