夹爪是模仿人类的手
就像机械臂,模仿的是人类的手臂,本文介绍的末端夹爪模仿的是人类灵巧的手,机械臂+末端夹爪才完整构成了人类手臂。
工业机器人的夹爪,也称为末端执行器,它是装在工业机器人手臂上直接抓握工件或执行作业的部件,具有夹持、运输、放置工件到某一个位置的功能。
末端夹爪种类繁多
从形态上来看,夹爪可以是像人手那样具有手指,比如三指、五指产品,也可以是不具备手指的手掌,比如平行两指夹子;可以是类人的抓手,也可以是进行专业作业的工具,例如装在机器人手腕上的喷漆枪、焊接工具等。
从驱动方式来说,又可以分为液压驱动、气压驱动及电力驱动3种。
液压末端执行器,调速方便,但压力较大,系统成本高,维护较麻烦。
气动末端执行器因成本较低,产品型号丰富成为目前工业领域运用*广泛的末端执行器,但气源气压的不稳定输出会导致夹持力不够,使得工件易脱落。
电动末端执行器在性能和结构上均优于液压和气动末端执行器,是未来末端执行器行业的发展趋势。
相比于气动末端执行器,其在系统结构上用电动驱动代替气动末端执行器的气源、过滤器、电磁阀等部分。相比于液压末端执行器,其系统维护方便,无需使用液压能源,可减小能源污染。
4种常用的末端执行器
标配-真空吸盘
一般通过控制气泵吸取物品,根据抓取物品形态很多,需要物品表面光滑,且不能太重,应用场景有限,一般是机械臂的标配。
新材料-软体夹爪
国内外公司:Soft Robotics、SRT、柔触科技
应用软材料设计制造的软体手引起了广泛关注,软体手应用柔性材质可达成变形的效果,能够自适应地包覆住目标物体,而无需预先知道其准确的形状和尺寸,有望解决异形、易损物品大规模自动化生产问题。其材质通过食品、药品安全认证,所以可抓取食品、药品等、生鲜果蔬等。
工业常用 - 平行两指
国内外公司:SCHUNK、FESTO、SMC、慧灵科技
可以气动、电动控制,结构较为简单,比较成熟,工业常用。
未来趋势-多指灵巧手
国内公司:RIGHTHAND Labs、Robotiq、大寰机器人、钧舵机器人
一般通过电动控制,可**调整角度和力度,实现复杂场景抓取。
通过多自由度手掌的自由度变化和构型变化来增加多指灵巧手的工作空间,灵巧度和操作度。相比传统刚性手掌,多自由度手掌的应用极大地提高了多指灵巧手的灵巧度和操控能力。
末端夹爪的未来
末端夹爪市场受限于价格高、定制化强两大问题
中高端夹爪动辄十几万的价格,即使是常用的平行两指电动夹爪,国外产品也动辄上万,对用户来讲,投资太高,回报周期长,这是限制行业的应用和发展一大问题,但一边随着人口红利消失,工人工资不断提升,另一面是国产替代进口,不断降低产品价格,可以看到未来广泛应用的趋势。
定制化强也是一大限制因素。从前文就可以看出,末端执行器形态各异,就是为了满足客户多种多样的需求,看到一个统计,末端执行器的种类至少在四十种以上,而且很多需要根据客户需求定制,这就导致无法向通用机器人那样大量出货,限制了行业快速发展。
但是,软体抓手的出现、多指灵巧手的趋势,对任务通用性的适应越来越强,未来随着机器人大量出货,末端执行器也将迎来快速发展。
看好柔性夹爪和多指灵巧手
应用软材料设计制造的软体抓手容易起量。软体手应用柔性材质可达成变形的效果,能够自适应地包覆住目标物体,而无需预先知道其准确的形状和尺寸,有望解决异形、易损物品大规模自动化生产问题。而且通过食品药品安全认证,在食品、药品、生鲜果蔬以及3c电子分拣等场景都能很好应用,有一定通用性,容易起量。
多指灵巧手是未来趋势。虽然现在多用于实验室科研,尚未大规模量产和工业使用,同时价格昂贵,但是*接近人手的产品,拥有更多的自由度,更能适应复杂的环境,可完成多任务,通用性极强,能够实现多种构态间的灵活变换,具有捏、夹、握等多样化的抓持与操作能力,大大超越了传统多指机器手的功能范围。
未来随着技术成熟、价格不断下降,多指灵巧手逐渐在工业大面积应用是想象得到的趋势。
与协作机器人相辅相成
协作机器人*近发展很快,协作机器人起量有望带动夹爪市场的起量,因为协作机器人主要面向轻量环境,和夹爪的应用场景相匹配,反过来,创新的夹爪也拓展了机器人的应用领域。
技术是核心
国外机器人技术对国内**太多,国内机器人团队包括夹爪团队,核心依然是将更多精力投入到传感器、电机等核心零部件研发,*终实现关键部件全部自主开发,同时研发整体驱动的方案,在价格降低后,才会进一步刺激销量,一旦有了规模效应,也将进一步降低成本,才能真正与国外大厂抗衡,形成自身核心竞争力。
国内夹具企业要么走质优价廉,要么实现大刀阔斧的创新,除此之外不存在任何奇技淫巧。