Концевой эффектор робота - Robot end effector

В робототехнике, конец эффектор является устройство на конце роботизированной руки, предназначенной для взаимодействия с окружающей средой. Конкретный характер этого устройства зависит от области применения робота.

В строгом определении, которое исходит от серийных роботов- манипуляторов , конечный эффектор означает последнее звено (или конец) робота. В этой конечной точке прикреплены инструменты . В более широком смысле, конечный эффектор можно рассматривать как часть робота, которая взаимодействует с рабочей средой. Это не относится к колесам мобильного робота или ногам робота-гуманоида , которые не являются конечными эффекторами, а скорее являются частью мобильности робота.

Концевые эффекторы могут состоять из захвата или инструмента. Что касается схватывания роботов, то можно выделить четыре основные категории захватов роботов:

  1. Воздействие: челюсти или когти, которые физически захватывают объект при прямом ударе.
  2. Проникновение: булавки, иглы или зазубрины, которые физически проникают через поверхность объекта (используются при работе с текстилем, углеродным и стекловолокном).
  3. Астриктивный: силы притяжения, приложенные к поверхности объекта (за счет вакуума, магнито- или электроадгезии ).
  4. Смежные: для склеивания требуется прямой контакт (например, клей, поверхностное натяжение или замерзание).

Эти категории описывают физические эффекты, используемые для достижения устойчивого захвата между захватом и объектом, который нужно захватить. В промышленных захватах могут использоваться механические, всасывающие или магнитные средства. Вакуумные чашки и электромагниты доминируют в автомобильной сфере и при обработке металлических листов. Захваты Бернулли используют воздушный поток между захватом и деталью, в котором подъемная сила заставляет захват и часть закрывать друг друга (с использованием принципа Бернулли ). Захваты Бернулли - это разновидность бесконтактных захватов; объект остается заключенным в силовом поле, создаваемом захватом, не вступая с ним в прямой контакт. Захваты Бернулли используются при работе с фотоэлектрическими элементами, при работе с кремниевыми пластинами , а также в текстильной и кожевенной промышленности. Другие принципы реже используются в макромасштабе (размер детали> 5 мм), но за последние десять лет продемонстрировали интересные применения в микрообработке. К другим принятым принципам относятся: электростатические захваты и захваты Ван-дер-Ваальса, основанные на электростатических зарядах (т. Е. Сила Ван-дер-Ваальса ), капиллярные захваты и криогенные захваты, основанные на жидкой среде, а также ультразвуковые и лазерные захваты, два принципа бесконтактного захвата. В электростатических захватах используется разница 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 захвата. объект. Капиллярные захваты используют поверхностное натяжение мениска жидкости между захватом и деталью для центрирования, выравнивания и захвата детали. Криогенные захваты замораживают небольшое количество жидкости, в результате чего лед создает необходимую силу для подъема и обработки объекта (этот принцип используется также при работе с пищевыми продуктами и захвате тканей). Еще более сложными являются ультразвуковые захваты, в которых стоячие волны давления используются для подъема детали и захвата ее на определенном уровне (например, левитация наблюдается как на микроуровне, при работе с винтами и прокладками, так и на макроуровне, при работе с солнечными элементами или кремниевыми пластинами), а также лазерный источник, создающий давление, достаточное для захвата и перемещения микрочастиц в жидкой среде (в основном, элементов). Лазерные захваты известны также как лазерные пинцеты .

Особой категорией фрикционных / кулачковых захватов являются игольчатые захваты. Это так называемые захватные захваты, использующие как трение, так и закрытие формы в качестве стандартных механических захватов.

Самый известный механический захват может быть двух-, трех- или даже пяти-пальцевым.

Концевые эффекторы, которые можно использовать в качестве инструментов, служат для различных целей, включая точечную сварку в сборке, окраску распылением, когда необходима однородность окраски, и другие цели, когда условия работы опасны для человека. У хирургических роботов есть концевые эффекторы, специально изготовленные для этой цели.

Механизм захвата

Распространенной формой роботизированного захвата является принудительное закрытие .

Как правило, механизм захвата осуществляется захватами или механическими пальцами. Захваты с двумя пальцами обычно используются для промышленных роботов, выполняющих определенные задачи в менее сложных приложениях. Пальцы сменные.

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

Форма поверхности захвата пальцев может быть выбрана в соответствии с формой объектов, которыми нужно манипулировать. Например, если робот предназначен для подъема круглого объекта, форма поверхности захвата может быть вогнутой, чтобы захват был эффективным. Для квадратной формы поверхность может быть плоскостью.

Сила, необходимая для захвата объекта

Хотя на тело, поднятое роботизированной рукой, действуют многочисленные силы, основная сила - 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

где:

 является  сила, необходимая для захвата объекта,
 является  масса объекта,
 является  ускорение объекта,
 является  коэффициент трения и
 является  количество пальцев в захвате.

Более полное уравнение учитывает направление движения. Например, когда тело движется вверх против силы тяжести, требуемая сила будет больше, чем сила силы тяжести. Следовательно, вводится еще один термин, и формула принимает следующий вид:

Здесь значение следует принимать как ускорение свободного падения и ускорение движения.

Для многих физически интерактивных задач манипуляции, таких как написание и работа с отверткой, можно применить критерий схватывания, связанный с задачей, чтобы выбрать схваты, наиболее подходящие для выполнения конкретных требований задачи. Было предложено несколько ориентированных на задачу показателей качества усвоения, чтобы помочь выбрать хорошее усвоение, удовлетворяющее требованиям задачи.

Примеры

Концевой эффектор робота сборочного конвейера обычно представляет собой сварочную головку или краскораспылитель . А хирургического робот «сек Концевой эффектор может быть скальпелем или другим инструментом , используемым в хирургии. Другими возможными концевыми эффекторами могут быть станки, такие как дрель или фрезы . Концевой эффектор на роботизированной руке космического челнока использует узор из проводов, которые закрываются, как отверстие камеры, вокруг ручки или другой точки захвата.

Смотрите также

Рекомендации