Robot End Effector: 7 důležitých vlastností

Co je Robot End Effector?

Koncový efekt | Definice koncového efektoru

Robot Koncový efektor nebo Robotic Gripper je mechanická část připojená ke konci hardwaru ramene robota, která je určena pro přímou interakci prostředí a přilehlý. Účel této mechanické části je předmětem aplikace robota ve světě. V případě sériového manipulátoru leží robotický chapadlo obvykle v posledním odkazu hardwaru. Koncový efektor se také nazývá Gripper a je analogický s rukou lidského těla.

To se liší od kol nebo nohou mobilních robotů v tom, že tyto se používají pouze k usnadnění mobility robotů. Ale koncový efektor robota je svou povahou specifický pro aplikaci a obsahuje různé návrhy, které se přizpůsobí různým účelům manipulace s objektem.

Návrh koncového efektoru robota

Pozice koncového efektoru

Koncový efektor je obecně navržen tak, aby byl připevněn na konci manipulátoru robota. Proto se ve vhodných případech používá také termín „End of Arm Tooling“. To usnadňuje přímý kontakt koncového efektoru s prostředím. Manipulace s objektem proto probíhá pomocí chapadla v souladu s aplikací robota. Ty jsou často přizpůsobeny tak, aby vyhovovaly zvláštním požadavkům na procesy, kromě těch, které se obvykle používají.

Typy koncových efektů v robotech

Robot End-efector je klasifikován do čtyř obecných typů založených na použití fyzických efektů, aby bylo dosaženo stabilního sevření mezi chapadlem a chyceným objektem.

1. Impaktní chapadlo: Jedná se o čelisti nebo drápy, které vykazují fyzické uchopení přímo dopadající na objekt.
2. Ingresivní chapadlo: Jedná se o povrchy s ostrými hroty, jako jsou špendlíky, jehly nebo hackle, které vykazují fyzický průnik dovnitř povrchu objektu. Aplikace lze vidět v manipulaci s textilem, uhlíkem a skleněnými vlákny.
3. Astrikční chapadlo: Tyto chapadla působí přitažlivými silami na povrch objektu pomocí vakua, magneto- nebo elektroadheze.
4. Kontigutivní chapadlo: Tyto chapadla vyžadují přímý kontakt, aby vykazovaly přilnavost, jako je lepidlo, povrchové napětí nebo zamrznutí.

Příklad koncového efektoru

Mechanický koncový efektor | Mechanické chapadlo Koncový efektor

Uchopovač robota End Effector | Různé typy koncových efektorů

Některá chapadla jsou rozdělena do kategorií podle jejich principu činnosti. Několik z nich bylo krátce diskutováno níže:

Bernoulli Gripper

Aplikuje Bernoulliho princip využíváním proudění vzduchu mezi chapadlem a objektem, který má být uchopen. Tím se vytvoří zvedací síla, která přiblíží chapadlo a předmět, aniž by došlo k jejich přímému kontaktu. Bernoulli Gripper je tedy bezkontaktní chapadlo. Aplikace Bernoulliho chapadla lze vidět v manipulaci s fotovoltaickými články, v průmyslu výroby polovodičů a v textilním průmyslu.

Elektrostatický chapač

 Využívá charakteristiky elektrostatického náboje využitím rozdílu náboje mezi chapadlem a předmětem. Samotný chapadlo obvykle aktivuje tento rozdíl náboje.

Van der Waalsův chapadlo

Van der Waals chapadlo využívá nízké elektrostatická síla mezi chapadlem a elementárními předměty.

Kapilární chapadlo

Kapilární chapadla využívají povrchové napětí tekutého menisku mezi chapadlem a předmětem k jeho orientaci a uchopení.

Kryogenní chapadlo

Kryogenní chapadla vytvářejí led zmrazením malého množství kapaliny, která se poté použije k dodání povinné síly ke zvednutí a uchopení předmětu. Použití kryogenního chapadla lze vidět při manipulaci s potravinami a při uchopení textilu.

Ultrazvukový chapač

Ultrazvukové chapadlo je svou povahou složitější než výše uvedené kategorie, které využívají tlakové stojaté vlny k vznášení části a její uzavření na určité úrovni. Zvedání lze vidět jak na mikroúrovni, tak na makroúrovni. Mikroúrovňová levitace je patrná při manipulaci se šrouby a těsněním. Naproti tomu zvedání v makroměřítku lze vidět ve manipulaci s fotovoltaickým článkem nebo Si substrátem a ve laserovém zdroji.

Dotěrný chapadlo

Jedná se o specifickou kategorii čelistních chapadel, která využívá třecí sílu k uchopení předmětů. Jedním příkladem dotěrného chapadla je příklad jehlového chapadla. Tito se nazývají rušivé chapadla, protože využívají jak tření, tak uzavírací charakteristiku jako u standardních mechanických chapadel.

Nejtypičtějším typem mechanického chapadla jsou chapadla s více prsty, která obsahují dva, tři nebo dokonce pět prstů.

Koncové efektory mohou být široce používány v průmyslovém odvětví nástrojů pro aplikace, jako je bodové svařování v sestavě, lakování stříkáním, aby byla zajištěna jednotnost při nanášení barvy, a další situace, kdy je zásadní ochrana lidských zájmů. Také chirurgické roboty mají koncové efektory, které jsou přizpůsobeny podle požadavků postupu.

Jak fungují koncové efekty?

Koncový efektor robota je v podstatě obchodní konec robota. Pokud tam není, robot je většinou k ničemu, protože postrádá zařízení, které vykonává hlavní funkci, aby sloužilo určitému účelu. Například kloubové robotické rameno je obvykle naprogramováno tak, aby dosáhlo konkrétního místa v rámci svého pracovního prostoru. Bez dostupnosti koncového efektoru stále nemůže provádět operaci, ke které je přiřazen, čímž se jeho existence stane nadbytečnou.

Ačkoli je toto hlavní vybavení pro nástroje navrženo pro každý účel na zakázku, základní základní pracovní princip zůstává víceméně stejný. Proto je nanejvýš důležité, abychom pochopili, jak robotický koncový efektor funguje. To nám pomůže nejen při procesu návrhu zařízení, ale také nám pomůže při výběru správného koncového efektoru pro náš účel. Robotické chapadlo je fyzicky namontováno na zápěstí manipulátoru, následované připojením napájecích přípojek. Napájecí přípojky mohou být hydraulické, pneumatické nebo elektrické.

Složka hlavní síly je generována na základním článku, který vytváří pohyb. Tento pohyb se poté přenáší článek po článku, dokud se extrémní periferie robotického manipulátoru nepřipojí k chapadlu. Tento případ platí, pokud jeden akční člen napájí robotického manipulátoru základny. Může to však také vést k nefunkčnosti a selhání konstrukce i při sebemenší odchylce od mezních hodnot síly jednotlivých vazeb.

Pokrok ve strojírenství s využitím domácích akčních členů v každém kloubu přinesl větší flexibilitu při používání robotického manipulátoru. Každý článek může generovat více energie samostatně a koncový efektor robota může využívat veškerou energii z aktuátoru připojeného na zápěstí. To umožňuje koncovému efektoru zvedat těžší předměty a lépe uchopit nestrukturovaná prostředí.

Robotické pohony a koncové efekty

Pohonné systémy robotů jsou odpovědné za dodávku energie pro celý provoz robota. Rychlost, schopnost přenášení nákladu a účinnost robota určuje pohonný mechanismus. Aby tělo, paže, gesto a zápěstí manipulátoru provedly očekávaný pohyb, musí být pohyby jednotlivých kloubů řádně kontrolovány. Pohonné zařízení, které pohání robota, dělá tuto práci.

Nejčastěji používané robotické pohonné systémy v průmyslových aplikacích jsou popsány níže.

Elektrický pohon

Elektrické pohonné systémy mohou pohybovat roboty při vysokých rychlostech nebo při vysoké elektřině. Tento typ robotu lze provozovat buď pomocí stejnosměrných servomotorů nebo stejnosměrných krokových motorů. Může být použit s rotačními i lineárními spoji. Malý robot a přesné systémy mohou těžit z elektrického pohonu. Nejvýznamnější je, že má vylepšenou přesnost a konzistenci. Toto zařízení má jednu nevýhodu: je podstatně dražší. Robot Maker 110 je příkladem tohoto druhu hnacího mechanismu.

Hydraulický pohon

Hydraulické pohonné systémy jsou určeny zejména pro masivní roboty. Je schopen dodat větší výkon nebo rychlost než systémy elektrického pohonu. Z tohoto hnacího mechanismu mohou mít prospěch jak lineární, tak rotační kloub. Rotační lopatkové pohony generují rotační pohyby, zatímco hydraulické písty produkují lineární pohyb. Nejdůležitější nevýhodou tohoto pohonu je únik hydraulického oleje. „Roboty řady Unimate 2000“ jsou příkladem robota se systémem hydraulického pohonu.

Pneumatický pohon | Pneumatický koncový efektor

Pneumatické pohonné systémy jsou zvláště vhodné pro malé roboty s <5^o svoboda. Má potenciál mít vysokou přesnost a rychlost. Otočné ovladače mohou působit na tento hnací mechanismus, aby dosáhly rotačních pohybů. Píst lze také použít k zajištění translačních gest pro posuvné klouby. Ve srovnání s hydraulickým pohonem je tento mechanismus levnější. Nevýhodou této metody je, že by nebyla vhodná pro rychlejší operace.

Elektrické a hydraulické pohonné systémy jsou nejpoužívanějšími dvěma typy pohonných systémů. Podrobnou diskusi lze nalézt zde.

Síla koncového efektoru

Mechanismus chapadla

V těle robotického manipulátoru působí různé síly. Dominantní silou v tomto seznamu je třecí síla, protože právě ta určuje, jak tvrdá nebo měkká by měla být přilnavost, aby se zabránilo možnému poškození předmětu.

Uchopení koncového efektoru by mělo být dostatečně silné a pružné, aby vydrželo váhu objektu a také zvládlo pohyb a zrychlení vyvolané nepřetržitým pohybem objektu. Proto je bezpodmínečně nutné vypočítat velikost síly, kterou chapadlo potřebuje k uchopení předmětu.

Vzorec pro vyhledání síly požadované koncovým efektorem robota pro nezbytné uchopení objektu se používá následující vzorec:

F=ma/μn

kde

kde

kde F= síla potřebná k uchopení předmětu,

m= hmotnost objektu,

a= zrychlení objektu,

µ= koeficient tření,

n= počet prstů v chapadle

Výše uvedená rovnice má spíše zobecněnou podobu, a proto je v různých situacích považována za neúplnou. Aby to bylo vhodné pro realističtější prostředí, je zaveden další termín, který lze vidět v níže uvedené upravené rovnici. To se postará o výkyvy gravitační síly, ke kterým dochází ve směru pohybu. Například pohyb předmětu směrem proti gravitaci vyžaduje větší sílu v chapadle než pohyb objektu směrem dolů směrem ke gravitaci.

F=[m(a+g)]/μn

Zde, g je zrychlení z důvodu gravitace a a je zrychlení z důvodu pohybu objektu.

Kritérium úchopu související s úkolem lze použít k výběru uchopení, která jsou nejvhodnější pro splnění základních specifikací úkolu pro určité vizuálně interaktivní manipulační úkoly, jako je psaní a manipulace šroubovákem. Bylo navrženo několik kritérií konzistence orientovaných na úkol, které pomáhají při hodnocení silného pochopení, které splňuje specifikace úkolu.

Je robotický koncový efekt multifunkční?

Robotické chapadlo může provádět více než jeden úkol prostřednictvím konstrukce a výroby. Například domácí roboty jsou zaměřeny na pomoc starým a zdravotně postiženým lidem nebo komukoli s omezenou schopností pohybu a orientace. Proto musí být schopni mapovat prostředí, přesouvat se na požadovaná místa a také popadat potřebné objekty.

Na druhou stranu průmyslové robotické manipulátory používané v automatizačním průmyslu mohou mít koncové efektory schopné uchopit a vyzvednout objekty. To lze také použít jako nástrojové vybavení. „Konce ramen nástroje“ je v těchto případech vysoce oprávněné, protože robotický koncový efektor slouží účelu doslova vyobrazenému názvem.

V případě chirurgického robota je koncový efektor robota navržen a vyroben na zakázku k vyzvednutí chirurgického vybavení z požadovaných míst, manipulaci s ním v operované oblasti a také provedení skutečného postupu pomocí těchto nástrojů.

Jediný robotický chapač tedy může být navržen a vyroben pro různé úkoly a operace prostřednictvím důkladného výzkumu a pečlivého studia přesných pohybů, které mají být generovány.

Uchopovač robotického ramene

Koncový efektor ramene robota

Přečíst si o designu Robot am a jeho využití klikněte zde.

Magnetický chapač | Magnetický koncový efektor

Pick and Place Gripper | Vyberte a umístěte koncový efektor

A robot ve formě seriálu manipulátor s koncovým efektorem nebo chapadlem typu pick and place má typicky víceprsté uspořádání. Počet prstů v koncovém efektoru závisí na tvaru, velikosti a hmotnosti předmětu, který má být uchopen. Podrobnou diskuzi lze nalézt zde.