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 ногам робота-гуманоида , которые не являются конечными исполнительными органами, а скорее являются частью мобильности робота.
Конечные эффекторы могут состоять из захвата или инструмента.
Говоря о захвате роботов, можно выделить четыре основные категории захватов роботов: [1]
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 ), которая часто активируется 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 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.
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 цитата ] Пальцы заменяемы. [ нужна цитата ]
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.
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:
где:
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:
Здесь за значение следует принимать ускорение свободного падения и ускорение движения.
Для многих физически интерактивных задач манипулирования, 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 схватывания, ориентированных на задачу [4], были предложены для выбора хорошего схватывания, которое удовлетворяло бы требованиям задачи.
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 . Конечным эффектором хирургического робота может быть скальпель или 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 цитата ]
