机械臂速成小指南(五):末端执行器

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指南目录📖:

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机械臂速成小指南(零):指南主要内容及分析方法

机械臂速成小指南(一):机械臂发展概况

机械臂速成小指南(二):机械臂的应用

机械臂速成小指南(三):机械臂的机械结构

机械臂速成小指南(四):机械臂关键部件之减速机

机械臂速成小指南(五):末端执行器

机械臂速成小指南(六):步进电机驱动器

机械臂速成小指南(七):机械臂位姿的描述方法

机械臂速成小指南(八):运动学建模(标准DH法)

机械臂速成小指南(九):正运动学分析

机械臂速成小指南(十):可达工作空间

机械臂速成小指南(十一):坐标系的标准命名

机械臂速成小指南(十二):逆运动学分析

机械臂速成小指南(十三):轨迹规划概述

机械臂速成小指南(十四):多项式插值轨迹规划

机械臂速成小指南(十五):线性规划

机械臂速成小指南(十六):带抛物线过渡的线性规划

机械臂速成小指南(十七):直线规划 

机械臂速成小指南(十八):圆弧规划

机械臂速成小指南(十九):机械臂的电路板抓取实验

机械臂速成小指南(二十):机械臂的位姿重复性实验

机械臂速成小指南(二十一):几何雅可比矩阵

机械臂速成小指南(二十二):机械臂逆运动学的数值解方法

机械臂速成小指南(二十三):Paul方法求解机械臂运动学逆解(含matlab代码) 

🦾🌏🪐以下为正文🦾🌏🪐

        机械臂的末端执行器安装于机械臂的末端,决定了机械臂所能完成的任务,可之间对工作对象完成预定操作。

        机械臂的末端执行器可分为三类:①搬运用末端执行器②加工用末端执行器③测量用末端执行器。

        下图为我所使用的机械臂末端执行器,由一个舵机直接驱动,精度较低,仅能完成一些非常简单的搬运工作,属于搬运用末端执行器。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

机械臂速成小指南(五):末端执行器

 

一、搬运用末端执行器

1.电动型

        电动型的搬运用末端执行器是最常见的末端执行器,如下图所示,是ABB公司为YUMI协作单/双臂协作机械臂研发的电动夹爪。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

         同时,我们可使用丝杠步进电机制作柔性电动夹爪,如下图所示。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

 2.气动型

        柔性夹爪能够自适应地包覆住目标物体,无需预先知道其准确的形状和尺寸,且不会在其表面留下划痕等损伤,因此受到广泛关注。

        大部分的柔性夹爪由气压驱动,下图所示的为SRT柔性夹爪,最高抓取速度可以达150次/分钟,使用寿命可达300万~600万次,较传统设备提高了6~30倍。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

         同时,形状自适应夹爪也在工业生产中广泛应用,如下图所示

机械臂速成小指南(五):末端执行器 机械臂速成小指南(五):末端执行器

其中:

  1. 通过通孔直接安装,用于 DIN ISO 9409-1–50-4-M6 (工业机器人 – 机械接口)
  2. 气源口,返回
  3. 气源口,推进
  4. 气源口,可伸缩帽
  5. T 型槽,用于固定传感器(两侧)
  6. 卡口锁
  7. 可伸缩帽
  8. 活塞杆
  9. 解锁环,用于替换可伸缩帽

        它的工作过程为:
机械臂速成小指南(五):末端执行器

        同时,真空吸盘(Vacuum Grippers)也是常用的气动搬运用末端执行器,下图为加拿大公司Robotiq研发的真空吸盘末端执行器,其具有即插即用、高速响应、低噪声、使用寿命长等优点。

机械臂速成小指南(五):末端执行器 机械臂速成小指南(五):末端执行器

        真空夹具可应对各种应用,特别适合拾取由不同材料制成的不平整和平整表面例如纸板、玻璃、金属板(干燥的)和塑料等等。由于可定制的支架和空气节点,Robotiq 真空夹具使使用者能完全控制夹具,并确保它完美配合其应用。

        下图为真空区域夹持系统FXCB,同样为一款真空夹具。它通过3D打印技术制造,轻巧灵动,可提供更高的有效载荷。借助用于传输数据的NFC接口,该夹具可通过智能手机直观、便捷地访问设备数据,同时可集成至工业4.0环境中。

机械臂速成小指南(五):末端执行器 机械臂速成小指南(五):末端执行器

3.复合型

        复合式顾名思义,就是把电动和气动各种驱动方法融合,下图同样为ABB公司为其YUMI机械臂装配的机械臂夹爪,上面集成了电动、气动夹具,且拥有一个摄像头(eye in hand),极大扩展了该机械臂所能执行的任务范围。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

4. 非标夹爪

        同样应用于夹取、搬运任务,但为满足其特定的工作需求,在形式上做出一定改变,如下图所示,这是一个用于搬运布料的机械臂末端执行器。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

        下图为用于移动表面不平整、多孔或易损的铁磁工件的MHM磁力吸盘,套件包括磁力吸盘、适配板、电磁阀、固态开关、管道、配件等。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

        当准备拾取工件时,信号将发送到阀门,以供应气体,展开活塞。当活塞启动时,磁铁将伸展并增加工件附近的磁力,以完成拾取。改变缓冲器厚度可调节保持力。将工件转移至所需位置后,将向阀门发送信号,以缩回活塞,减小磁力并释放工件。 

二、加工用末端执行器与测量用末端执行器

1.加工用末端执行器

        加工用末端执行器是带有喷枪、焊枪、砂轮、铣刀等加工工具的机器人附加装置,用来进行相应的加工作业。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

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液冷焊枪系统 真空气动打磨机

一体式即插即用真空刀具

2.测量用末端执行器

        测量用末端执行器是装有测量头或传感器的附加装置,用来进行测量及检验作业。下图为用于自动化测量的精密电动夹具,适用于小型零件测量、分类和装配,分辨率可达10μm。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

        同时,在对机械臂进行标定时,也需要在其末端安装一些特殊的测量用末端执行器。

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 三、末端执行器附属设备

1.力矩传感器

        下图为Robotiq生产的FT300力/力矩传感器,在机械臂的末端处安装该传感器,可便于机械臂执行力敏感任务。它可以精准检测和测量机械臂的接触装置,从而提升机械臂的控制,简化编程。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

2.阀与阀岛

        方向控制阀用于改变、打开或阻止气动系统中介质的流动。压缩空气是气缸中常用的流体。这些阀的不同之处在于其操作元件的设计、开关位置数和流动路径以及驱动类型。有机械、气控或电控方向控制阀。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

        阀岛是新一代气电一体化控制元器件,极其适用于控制机械臂这种电控和气控的集成装置。当今的阀岛已从最初带多针接口的阀岛发展为带现场总线的阀岛,继而出现可编程阀岛及模块式阀岛。

        下图为德国气动元件厂商FESTO生产的 VTUG 阀岛,具有紧凑、通用、大流量的特点。其安装于控制柜中,带有气路板,可提高防腐蚀性能。还具有热插拔功能,可在不中断正在进行的过程的情况下更换阀。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

3.自动更换夹爪装置

        为应对产品抓取品类多样的问题,各末端执行器厂商推出了自动更换夹爪装置,该装置可在抓取过程中进行夹爪更换,应对不同的抓取任务。同时夹爪快换系统还可以用作夹爪备份,当夹爪被尖锐物品刮伤失效后可以立即进行更换,避免流水线停止工作。

        下图分别为SRT与BUIND AS设计的自动更换夹爪装置。

机械臂速成小指南(五):末端执行器 机械臂速成小指南(五):末端执行器
SRT柔性夹爪快换系统 SMARTSHIFT自动换刀装置

4.摄像头

        下图为Robotiq为UR机械臂设计的视觉模块,铝制机身、紧凑小巧且易于更换,可满足大多数工业需求。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

5.真空发生器

        小巧轻便的 OVEL 非常适合电子行业中极其动态、分散的抓取应用。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

6.安全照明环

        ProLight 为一款安全照明环,能够双色指示机械臂当前操作状况,并可安装连接机械臂和末端执行器的供电电缆和气动导管。C-Guide 设计新颖结实,能够为机械臂提供安全、灵活的导缆操作,减少人员受伤危险。

机械臂速成小指南(五):末端执行器

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