Efektor końcowy robota - Robot end effector

W robotyce efektor końcowy to urządzenie na końcu ramienia robota , zaprojektowane do interakcji z otoczeniem. Dokładny charakter tego urządzenia zależy od zastosowania robota.

W ścisłej definicji, wywodzącej się z seryjnych manipulatorów robotów , efektor końcowy oznacza ostatnie ogniwo (lub koniec) robota. W tym punkcie końcowym narzędzia są dołączone. W szerszym sensie efektor końcowy może być postrzegany jako część robota, która oddziałuje ze środowiskiem pracy. Nie dotyczy to kół robota mobilnego ani stóp robota humanoidalnego , które nie są efektami końcowymi, ale raczej częścią mobilności robota.

Efekty końcowe mogą składać się z chwytaka lub narzędzia. Odnosząc się do chwytania robotów, istnieją cztery ogólne kategorie chwytaków robotów:

  1. Nieaktywne: szczęki lub pazury, które fizycznie chwytają, uderzając bezpośrednio w przedmiot.
  2. Substancje agresywne: szpilki, igły lub sierść, które fizycznie wnikają w powierzchnię przedmiotu (stosowane przy obróbce tekstyliów, włókien węglowych i szklanych).
  3. Ściągające: przyciągające siły przyłożone do powierzchni przedmiotów (czy to przez próżnię, magneto-lub elektroelektrodę ).
  4. Kontigywalny: wymagający bezpośredniego kontaktu, aby nastąpiło przyleganie (takie jak klej, napięcie powierzchniowe lub zamrażanie).

Kategorie te opisują efekty fizyczne stosowane do uzyskania stabilnego uchwycenia między chwytakiem a chwytanym przedmiotem. Chwytaki przemysłowe mogą wykorzystywać środki mechaniczne, ssące lub magnetyczne. Przyssawki i elektromagnesy dominują w branży motoryzacyjnej i obróbce blach. Chwytaki Bernoulliego wykorzystują przepływ powietrza między chwytakiem a częścią, w której siła podnoszenia powoduje, że chwytak i część zamykają się nawzajem ( zgodnie z zasadą Bernoulliego ). Chwytaki Bernoulliego to rodzaj chwytaków bezkontaktowych; obiekt pozostaje zamknięty w polu siłowym wytwarzanym przez chwytak bez wchodzenia z nim w bezpośredni kontakt. Chwytaki Bernoulliego zostały zastosowane w obsłudze ogniw fotowoltaicznych, obsłudze płytek krzemowych oraz w przemyśle tekstylnym i skórzanym. Inne zasady są rzadziej stosowane w skali makro (rozmiar części> 5 mm), ale w ciągu ostatnich dziesięciu lat wykazały interesujące zastosowania w mikromanipulacji. Inne przyjęte zasady obejmują: chwytaki elektrostatyczne i chwytaki van der Waalsa oparte na ładunkach elektrostatycznych (tj. Siła van der Waalsa ), chwytaki kapilarne i kriogeniczne, oparte na medium płynnym oraz chwytaki ultradźwiękowe i chwytaki laserowe, dwie zasady chwytania bezkontaktowego. Chwytaki elektrostatyczne wykorzystują różnicę ładunku między chwytakiem a częścią ( siła elektrostatyczna ) często aktywowaną przez sam chwytak, podczas gdy chwytaki van der Waalsa opierają się na małej sile (wciąż elektrostatycznej) przyciągania atomowego między cząsteczkami chwytaka i obiekt. Chwytaki kapilarne wykorzystują napięcie powierzchniowe menisku cieczy między chwytakiem a częścią, aby wycentrować, wyrównać i chwycić część. Chwytaki kriogeniczne zamrażają niewielką ilość cieczy, w wyniku czego powstały lód dostarcza niezbędną siłę do podnoszenia i przenoszenia przedmiotu (zasada ta jest stosowana również przy przenoszeniu żywności i chwytaniu tekstyliów). Jeszcze bardziej złożone są chwytaki ultradźwiękowe , w których stojące fale ciśnienia służą do podnoszenia części i uwięzienia jej na określonym poziomie (przykłady lewitacji są zarówno na poziomie mikro, przy obsłudze śrub i uszczelek, jak iw skali makro, w obsłudze ogniw słonecznych lub płytek krzemowych) oraz źródło lasera, które wytwarza ciśnienie wystarczające do uwięzienia i poruszania mikroczęści w ciekłym medium (głównie ogniwach). Chwytaki laserowe znane są również jako pęsety laserowe .

Szczególną kategorią chwytaków ciernych / szczękowych są chwytaki igłowe. Są to tzw. Chwytaki natrętne, które wykorzystują zarówno tarcie, jak i zamknięcie formy, jako standardowe chwytaki mechaniczne.

Najbardziej znany chwytak mechaniczny może mieć dwa, trzy lub nawet pięć palców.

Końcowe efektory, które mogą być używane jako narzędzia, służą do różnych celów, w tym do zgrzewania punktowego w montażu, malowania natryskowego, gdy wymagana jest jednorodność malowania, oraz do innych celów, w których warunki pracy są niebezpieczne dla ludzi. Roboty chirurgiczne mają efektory końcowe, które są specjalnie produkowane do tego celu.

Mechanizm chwytaka

Powszechną formą chwytania za pomocą robota jest siła zamykania .

Ogólnie rzecz biorąc, mechanizm chwytający jest wykonywany przez chwytaki lub mechaniczne palce. Chwytaki dwupalcowe są zwykle używane w robotach przemysłowych wykonujących określone zadania w mniej złożonych zastosowaniach. Palce są wymienne.

Dwa rodzaje mechanizmów stosowanych do chwytania dwoma palcami uwzględniają kształt chwytanej powierzchni oraz siłę potrzebną do uchwycenia przedmiotu.

Kształt powierzchni chwytnej palców można dobrać w zależności od kształtu manipulowanych przedmiotów. Na przykład, jeśli robot jest przeznaczony do podnoszenia okrągłego przedmiotu, kształt powierzchni chwytaka może być jego wklęsłym odbiciem, aby chwyt był skuteczny. W przypadku kształtu kwadratowego powierzchnia może być płaszczyzną.

Siła wymagana do uchwycenia przedmiotu

Chociaż istnieje wiele sił działających na ciało, które zostało uniesione przez ramię robota, główną siłą jest siła tarcia. Powierzchnia chwytna może być wykonana z miękkiego materiału o wysokim współczynniku tarcia, dzięki czemu powierzchnia przedmiotu nie ulegnie uszkodzeniu. Chwytak robotyczny musi wytrzymać nie tylko ciężar przedmiotu, ale także przyspieszenie i ruch wywołany częstym ruchem obiektu. Aby poznać siłę potrzebną do uchwycenia przedmiotu, stosuje się następujący wzór

gdzie:

 jest  siła potrzebna do uchwycenia przedmiotu,
 jest  masa obiektu,
 jest  przyspieszenie obiektu,
 jest  współczynnik tarcia i
 jest  liczba palców w chwytaku.

Bardziej kompletne równanie uwzględniłoby kierunek ruchu. Na przykład, gdy ciało zostanie przesunięte w górę, wbrew sile grawitacji, wymagana siła będzie większa niż siła grawitacji. W związku z tym wprowadza się inny termin i formuła wygląda następująco:

W tym przypadku wartość należy przyjąć jako przyspieszenie ziemskie i przyspieszenie spowodowane ruchem.

W przypadku wielu fizycznie interaktywnych zadań manipulacyjnych, takich jak pisanie i posługiwanie się śrubokrętem, można zastosować zależne od zadania kryterium chwytania, aby wybrać uchwyty najbardziej odpowiednie do spełnienia określonych wymagań zadania. Zaproponowano kilka zorientowanych na zadania mierników jakości chwytu, aby pokierować wyborem dobrego chwytu, który spełniałby wymagania zadania.

Przykłady

Końcowym efektorem robota na linii montażowej byłaby zazwyczaj głowica spawalnicza lub pistolet do malowania natryskowego . A robotów chirurgicznych „s Końcówka wykonawcza może być skalpel lub inne narzędzie stosowane w chirurgii. Innymi możliwymi efektami końcowymi mogą być obrabiarki, takie jak wiertło lub frezy . Efekt końcowy na ramieniu robota wahadłowca kosmicznego wykorzystuje wzór drutów, które zamykają się jak otwór kamery wokół uchwytu lub innego punktu chwytania.

Zobacz też

Bibliografia