Концевой эффектор робота

Конечный эффектор — это устройство на конце роботизированной руки , предназначенное для взаимодействия с окружающей средой. Точная природа этого устройства зависит от применения робота.

В строгом определении, идущем от серийных роботов- манипуляторов , концевой эффектор означает последнее звено (или конец) робота. В этой конечной точке инструменты прикрепляются. В более широком смысле конечный эффектор можно рассматривать как часть робота, взаимодействующую с рабочей средой. Это не относится к колесам мобильного робота. ^[1] или ноги робота-гуманоида , которые не являются конечными исполнительными органами, а скорее частью подвижности робота.

Конечные эффекторы могут состоять из захвата или инструмента.

Захваты

Категории

Говоря о роботизированном захвате, можно выделить четыре основные категории роботизированных захватов: ^[1]

Ударный: челюсти или когти, которые физически захватывают объект при прямом ударе.
Ингрессивный: булавки, иглы или перья, которые физически проникают в поверхность объекта (используются при работе с тканями, углеродом и стекловолокном).
Астриктивные: силы притяжения, приложенные к поверхности объекта (за счет вакуума, магнито- или электроадгезии ).
Соприкасающийся: для возникновения адгезии требуется прямой контакт (например, клей, поверхностное натяжение или замораживание).

Эти категории описывают физические эффекты, используемые для достижения стабильного захвата между захватом и объектом, который нужно схватить. ^[2]Промышленные захваты могут использовать механические, всасывающие или магнитные средства. Вакуумные присоски и электромагниты доминируют в автомобильной промышленности и обработке листового металла. Захваты Бернулли используют воздушный поток между захватом и деталью, при котором подъемная сила приближает захват и деталь друг к другу (используя принцип Бернулли ). Захваты Бернулли представляют собой разновидность бесконтактных захватов; объект остается заключенным в силовом поле, создаваемом захватом, не вступая с ним в прямой контакт. Захваты Бернулли нашли применение при работе с фотоэлектрическими элементами, кремниевыми пластинами , а также в текстильной и кожевенной промышленности.Другие принципы менее используются на макроуровне (размер детали >5 мм), но за последние десять лет они продемонстрировали интересные применения в микрообработке. Другие принятые принципы включают в себя: электростатические захваты и захваты Ван-дер-Ваальса, основанные на электростатических зарядах (т.е. силе Ван-дер-Ваальса ); капиллярные захваты; криогенные захваты на основе жидкой среды; ультразвуковые захваты; и лазерные захваты, причем последние два представляют собой принцип бесконтактного захвата. В электростатических захватах используется разность зарядов между захватом и деталью ( электростатическая сила ), часто активируемая самим захватом, в то время как захваты Ван-дер-Ваальса основаны на низкой силе (все еще электростатической) атомного притяжения между молекулами захвата и молекулами объекта.Капиллярные захваты используют поверхностное натяжение жидкостного мениска между захватом и деталью для центрирования, выравнивания и захвата детали. Криогенные захваты замораживают небольшое количество жидкости, в результате чего образующийся лед обеспечивает необходимую силу для подъема и перемещения объекта (этот принцип также используется при работе с пищевыми продуктами и при захвате тканей). Еще более сложными являются ультразвуковые захваты, в которых стоячие волны давления используются для подъема детали и удержания ее на определенном уровне (примеры левитации могут быть как на микроуровне, при работе с винтами и прокладками, так и на макроуровне). при работе с солнечными элементами или кремниевыми пластинами) и лазерный источник, создающий давление, достаточное для захвата и перемещения микрочастиц в жидкой среде (в основном клеток). Лазерные захваты известны также как лазерные пинцеты. .

Особой категорией фрикционных/кулачковых захватов являются игольчатые захваты. Их называют интрузивными захватами, которые используют как трение, так и закрытие формы, как стандартные механические захваты.

Самый известный механический захват может иметь два, три или даже пять пальцев.

Захватный механизм

Распространенной формой роботизированного захвата является принудительное закрытие . ^[3]

Обычно механизм захвата представляет собой захваты или механические пальцы. Двупальцевые захваты, как правило, используются для промышленных роботов, выполняющих конкретные задачи в менее сложных приложениях. ^{[ нужна ссылка ]} Пальцы сменные. ^{[ нужна ссылка ]}

Два типа механизмов, используемых при захвате двумя пальцами, учитывают форму захватываемой поверхности и силу, необходимую для захвата объекта.

Форму захватывающей поверхности пальцев можно выбирать в соответствии с формой манипулируемых объектов. Например, если робот предназначен для подъема круглого объекта, форма поверхности захвата может быть вогнутой, чтобы сделать захват более эффективным. Для квадратной формы поверхность может быть плоской.

Уровни силы

Хотя на тело, поднятое роботизированной рукой, действуют многочисленные силы, основной силой является сила трения. Поверхность захвата может быть изготовлена из мягкого материала с высоким коэффициентом трения, чтобы не повредить поверхность объекта. Роботизированный захват должен выдерживать не только вес объекта, но также ускорение и движение, вызванное частым перемещением объекта. Чтобы узнать силу, необходимую для захвата объекта, используется следующая формула: $F={\frac {ma}{\mu n}}$

где:

$\,F$	является	сила, необходимая для захвата объекта,
$\,m$	является	масса объекта,
$\,a$	является	ускорение объекта,
$\,\mu$	является	коэффициент трения и
$\,n$	является	количество пальцев в захвате.

Более полное уравнение могло бы учитывать направление движения. Например, когда тело движется вверх против силы гравитации, требуемая сила будет больше, чем сила, направленная против силы гравитации. Следовательно, вводится еще один член, и формула принимает вид:

$F={\frac {m(a+g)}{\mu n}}$

Здесь значение $\,g$ следует понимать как ускорение силы тяжести и $\,a$ ускорение вследствие движения.

Для многих задач физически интерактивных манипуляций, таких как письмо и обращение с отверткой, можно применять критерий захвата, связанный с задачей, чтобы выбрать захваты, которые наиболее подходят для удовлетворения конкретных требований задачи. Несколько показателей качества понимания, ориентированных на задачу ^[4] были предложены для руководства при выборе хорошего понимания, которое отвечало бы требованиям задачи.

Инструменты

Концевые исполнительные органы, которые могут использоваться в качестве инструментов, служат различным целям, включая точечную сварку в сборе, окраску распылением, когда необходима равномерность окраски, и другие цели, где условия труда опасны для человека. Хирургические роботы имеют концевые эффекторы, специально изготовленные для этой цели.

Конечным эффектором робота сборочной линии обычно является сварочная головка или краскораспылитель . скальпель или Конечным эффектором хирургического робота может быть другой инструмент, используемый в хирургии. Другими возможными концевыми эффекторами могут быть станки, такие как дрели или фрезы . Конечный эффектор роботизированной руки космического челнока использует систему проводов, которые закрываются, как апертура камеры, вокруг ручки или другой точки захвата. ^{[ нужна ссылка ]}

Примеры конечных эффекторов

Пример базового принудительного закрытия концевого эффектора
Концевой исполнительный элемент для точечной сварки
Концевой эффектор для лазерной сварки
Конечный эффектор для ремонта и наблюдения, используемый в космосе ( Canadarm2 ) Концевой эффектор с защелкой
Очень сложная попытка воспроизвести концевой эффектор принудительного закрытия в виде человеческой руки.

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Монкман, Дж.Дж.; Гессен, С.; Штайнманн, Р.; Шунк, Х. (2007). Роботы-захватчики . Вайли-ВЧ. п. 62. ИСБН 978-3-527-40619-7 .
^ Фантони, Дж.; Санточи, М.; Дини, Г.; Трахт, К.; Шольц-Рейтер, Б.; Флейшер, Дж.; Лиен, ТК; Селигер, Г.; Рейнхарт, Г.; Франке, Дж.; Хансен, Х.Н.; Верл, А. (2014). «Захватывающие устройства и методы в автоматизированных производственных процессах» . Анналы CIRP - Технология производства . 63 (2): 679–701. дои : 10.1016/j.cirp.2014.05.006 .
^ Линч, Кевин М.; Парк, Фрэнк К. (25 мая 2017 г.). Современная робототехника: Механика, планирование и управление . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-107-15630-2 . OCLC 983881868 .
^ Лин, Юн; Сунь, Ю (2015). «Придерживайтесь планирования, чтобы максимизировать охват задач». Международный журнал исследований робототехники . 34 (9): 1195–1210. дои : 10.1177/0278364915583880 . S2CID 31283744 .

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б Монкман, Дж.Дж.; Гессен, С.; Штайнманн, Р.; Шунк, Х. (2007). Роботы-захватчики . Вайли-ВЧ. п. 62. ИСБН 978-3-527-40619-7 .

[2] Фантони, Дж.; Санточи, М.; Дини, Г.; Трахт, К.; Шольц-Рейтер, Б.; Флейшер, Дж.; Лиен, ТК; Селигер, Г.; Рейнхарт, Г.; Франке, Дж.; Хансен, Х.Н.; Верл, А. (2014). «Захватывающие устройства и методы в автоматизированных производственных процессах» . Анналы CIRP - Технология производства . 63 (2): 679–701. дои : 10.1016/j.cirp.2014.05.006 .

[fub20140320-3] Линч, Кевин М.; Парк, Фрэнк К. (25 мая 2017 г.). Современная робототехника: Механика, планирование и управление . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-107-15630-2 . OCLC 983881868 .

[4] Лин, Юн; Сунь, Ю (2015). «Придерживайтесь планирования, чтобы максимизировать охват задач». Международный журнал исследований робототехники . 34 (9): 1195–1210. дои : 10.1177/0278364915583880 . S2CID 31283744 .

[1]

[2]

[3]

[4]