Robotický koncový efektor - Robot end effector - Wikipedia

V robotice, an koncový efektor je zařízení na konci a robotické rameno, určené k interakci s prostředím. Přesná povaha tohoto zařízení závisí na použití robota.

V přísné definici, která pochází ze sériového robota manipulátory, koncový efektor znamená poslední článek (nebo konec) robota. V tomto koncovém bodě je nástroje jsou připojeny. V širším smyslu lze na koncový efektor pohlížet jako na část robota, který interaguje s pracovním prostředím. To se nevztahuje na kola a mobilní robot nebo nohy a humanoidní robot, které nejsou koncovými efektory, ale spíše součástí mobility robota.

Koncové efektory mohou sestávat z chapadla nebo nástroje. Pokud jde o robotické předpínání, existují čtyři obecné kategorie chapadel robotů:^[1]

Impact: čelisti nebo drápy, které se fyzicky uchopí přímým nárazem na předmět.
Ingresivní: špendlíky, jehly nebo hackery, které fyzicky pronikají na povrch předmětu (používají se při manipulaci s textilem, uhlíkem a skleněnými vlákny).
Astrikční: přitažlivé síly působící na povrch objektů (ať už vakuově, magneticky nebo elektroadheze ).
Contigutive: vyžaduje přímý kontakt, aby došlo k přilnutí (jako je lepidlo, povrchové napětí nebo zmrazení).

Tyto kategorie popisují fyzikální efekty používané k dosažení stabilního sevření mezi chapadlem a předmětem, který má být uchopen.^[2]Průmyslová chapadla mohou využívat mechanické, sací nebo magnetické prostředky. Vakuové kelímky a elektromagnety dominují automobilovému poli a manipulaci s plechy. Bernoulli chapadla využívat proudění vzduchu mezi chapadlem a částí, přičemž zvedací síla přivádí chapadlo a část k sobě (pomocí Bernoulliho princip ). Bernoulliho chapadla jsou typem bezkontaktních chapadel; předmět zůstává omezen v silovém poli generovaném chapadlem, aniž by s ním přišel do přímého kontaktu. Bernoulli chapadla byla přijata v manipulaci s fotovoltaickými články, křemíková destička manipulace a v textilním a kožedělném průmyslu. Jiné principy se méně používají v makro měřítku (velikost dílu> 5 mm), ale v posledních deseti letech ukázaly zajímavé aplikace v mikro manipulaci. Mezi další přijaté zásady patří: Elektrostatické chapadla a chapadla van der Waals založené na elektrostatických nábojích (tj. van der Waalsova síla ), kapilární chapadla a kryogenní chapadla založená na kapalném médiu a ultrazvuková chapadla a laserová chapadla, dva principy bezkontaktního uchopení. Elektrostatické chapadla používají rozdíl náboje mezi chapadlem a částí (elektrostatická síla ) často aktivovaný samotným chapadlem, zatímco van der Waalsovy chapadla jsou založena na nízké síle (stále elektrostatické) atomové přitažlivosti mezi molekulami chapadla a molekulami objektu. kapilární chapadla používají povrchové napětí kapalného menisku mezi chapadlo a díl vycentrovat, vyrovnat a uchopit díl. Kryogenní chapadla zmrazí malé množství kapaliny, přičemž výsledný led dodává potřebnou sílu ke zvednutí a manipulaci s předmětem (tento princip se používá také při manipulaci s potravinami a při uchopení textilu). Ještě složitější jsou ultrazvukové chapadla, kde tlak stojaté vlny se používají ke zvednutí dílu a jeho zachycení na určité úrovni (příklady levitace jsou jak na mikroúrovni, při manipulaci se šrouby a těsněním, tak v makro měřítku, při manipulaci se solárními články nebo křemíkovými destičkami) a laserový zdroj, který vytváří tlak dostatečný k zachycení a pohybu mikročástic v kapalném médiu (hlavně v buňkách). Laserová chapadla jsou známá také jako laserové pinzety.

Zvláštní kategorií třecích / čelisťových chapadel je kategorie jehlových chapadel. Nazývají se rušivé chapadla, využívající tření i tvarové uzavření jako standardní mechanické chapadla.

Nejznámějším mechanickým chapadlem mohou být dva, tři nebo dokonce pět prstů.

Koncové efektory, které lze použít jako nástroje, slouží různým účelům, včetně bodového svařování v sestavě, nástřiku, kde je nutná rovnoměrnost nátěru, a dalších účelů, kde jsou pracovní podmínky pro člověka nebezpečné. Chirurgické roboty mají koncové efektory, které jsou speciálně vyrobeny pro tento účel.

Mechanismus chapadla

Běžná forma robotického uchopení je silové uzavření.^[3]

Obecně se uchopovací mechanismus provádí pomocí chapadel nebo mechanických prstů. Dvouprstové chapadla mají tendenci být používány pro průmyslové roboty provádějící specifické úkoly v méně složitých aplikacích.^{[Citace je zapotřebí ]} Prsty jsou vyměnitelné.^{[Citace je zapotřebí ]}

Dva typy mechanismů používaných při uchopení dvěma prsty představují tvar povrchu, který má být uchopen, a sílu potřebnou k uchopení objektu.

Tvar uchopovací plochy prstů lze zvolit podle tvaru manipulovaných předmětů. Například pokud je robot navržen tak, aby zvedal kulatý předmět, může být tvar povrchu chapadla konkávním dojmem, aby bylo uchopení efektivní. U čtvercového tvaru může být povrch rovina.

Síla potřebná k uchopení předmětu

Ačkoli na tělo působí řada sil, které byly zvednuty robotickým ramenem, hlavní silou je třecí síla. Úchopná plocha může být vyrobena z měkkého materiálu s vysokým koeficientem tření, aby nedošlo k poškození povrchu předmětu. Robotický chapadlo musí odolat nejen hmotnosti předmětu, ale také zrychlení a pohybu, který je způsoben častým pohybem objektu. K určení síly potřebné k uchopení objektu se používá následující vzorec

{ displaystyle F = { frac {ma} { mu n}}}

kde:

${ displaystyle , F}$	je	síla potřebná k uchopení předmětu,
${ displaystyle , m}$	je	hmotnost objektu,
${ displaystyle , a}$	je	zrychlení objektu,
${ displaystyle , mu}$	je	spolupracovník tření a
${ displaystyle , n}$	je	počet prstů v chapadle.

Úplnější rovnice by odpovídala směru pohybu. Například, když se tělo pohybuje nahoru, proti gravitační síle, bude požadovaná síla větší než síla směřující k gravitační síle. Proto je zaveden další výraz a vzorec se stává:

{ displaystyle F = { frac {m (a + g)} { mu n}}}

Zde je hodnota ${ displaystyle , g}$ je třeba brát jako zrychlení v důsledku gravitace a ${ displaystyle , a}$ zrychlení v důsledku pohybu.

U mnoha fyzicky interaktivních manipulačních úkolů, jako je psaní a manipulace se šroubovákem, lze použít kritérium uchopení související s úkolem, aby bylo možné zvolit uchopení, která jsou nejvhodnější pro splnění konkrétních požadavků úkolu. Několik metrik kvality orientovaných na úkoly^[4] byly navrženy jako vodítko pro výběr dobrého pochopení, které by splňovalo požadavky úkolu.

Příklady

Koncový efektor robota montážní linky by obvykle byl svařovací hlava nebo stříkací pistole. A chirurgický robot konečným efektorem může být a skalpel nebo jiný nástroj používaný v chirurgii. Dalšími možnými koncovými efektory mohou být obráběcí stroje, například a vrtat nebo frézy. Koncový efektor na robotické rameno raketoplánu používá vzor drátů, které se uzavírají jako clona kamery kolem rukojeti nebo jiného uchopovacího bodu.^{[Citace je zapotřebí ]}

Příklady koncových efektorů

Příklad základního silové uzavření koncový efektor
Koncový efektor bodového svařování
Přehrát média

Koncový efektor laserového svařování
Koncový efektor pro opravy a pozorování používaný ve vesmíru (Canadarm2 Západkový koncový efektor)
Vysoce sofistikovaný pokus o reprodukci koncového efektoru uzavření síly lidskou rukou

Viz také

Reference

^ Monkman, G. J .; Hesse, S .; Steinmann, R .; Schunk, H. (2007). Robotové chapadla. Wiley-VCH. str. 62. ISBN 978-3-527-40619-7.
^ Fantoni, G .; Santochi, M .; Dini, G .; Tracht, K .; Scholz-Reiter, B .; Fleischer, J .; Lien, T. K.; Seliger, G .; Reinhart, G .; Franke, J .; Hansen, H.N .; Verl, A. (2014). „Uchopení zařízení a metod v automatizovaných výrobních procesech“. CIRP Annals - výrobní technologie. 63 (2): 679–701. doi:10.1016 / j.cirp.2014.05.006.
^ „Uchopení robotiky a uzavření síly“ (PDF). pdf. FU Berlín. Citováno 2014-03-20.^{[trvalý mrtvý odkaz ]}
^ Lin, Yun; Sun, Yu (2015). Msgstr "Chyťte plánování, abyste maximalizovali pokrytí úkolu". International Journal of Robotics Research. 34 (9): 1195–1210. doi:10.1177/0278364915583880.

[1] Monkman, G. J .; Hesse, S .; Steinmann, R .; Schunk, H. (2007). Robotové chapadla. Wiley-VCH. str. 62. ISBN 978-3-527-40619-7.

[2] Fantoni, G .; Santochi, M .; Dini, G .; Tracht, K .; Scholz-Reiter, B .; Fleischer, J .; Lien, T. K.; Seliger, G .; Reinhart, G .; Franke, J .; Hansen, H.N .; Verl, A. (2014). „Uchopení zařízení a metod v automatizovaných výrobních procesech“. CIRP Annals - výrobní technologie. 63 (2): 679–701. doi:10.1016 / j.cirp.2014.05.006.

[fub20140320-3] „Uchopení robotiky a uzavření síly“ (PDF). pdf. FU Berlín. Citováno 2014-03-20.^{[trvalý mrtvý odkaz ]}

[4] Lin, Yun; Sun, Yu (2015). Msgstr "Chyťte plánování, abyste maximalizovali pokrytí úkolu". International Journal of Robotics Research. 34 (9): 1195–1210. doi:10.1177/0278364915583880.

[1]

[2]

[3]

[4]