Инновации в дизайне робота-гриппера для обработки хрупких предметов

Проблема обращения с хрупкими предметами в автоматизации

Роботизированная автоматизация стала незаменимой в производстве, логистике и здравоохранении, но одно критическое узкое место сохраняется: безопасная обработка хрупких и деликатных объектов. Такие предметы, как стеклянная посуда, кремниевые пластины, свежие продукты, электронные компоненты и биологические образцы, требуют уровня точности и мягкости, которые не могут обеспечить традиционные жесткие захваты. Обычные роботизированные конечные эффекты - обычно основанные на металлических челюстях, жестких всасывающих чашках или пневматически приводимых в действие пальцах - применяют концентрированные силы, которые могут легко раздавить, поцарапать или разбить хрупкие предметы. Стоимость ущерба на производственных линиях большого объема достигает миллионов долларов в год из-за отходов продукта, простоев и отказов контроля качества. Эти проблемы стимулировали волну инноваций в дизайне захвата, раздвигая границы материаловедения, сенсорной технологии и алгоритмов управления для создания конечных эффектов, которые являются надежными и мягкими. В этой статье рассматриваются последние прорывы в технологии захвата роботов для обработки хрупких объектов, подчеркивая

Основные требования к хрупкому объектному скрещиванию

Проектирование захвата для хрупких предметов требует балансировки нескольких конкурирующих требований. Захват должен прикладывать достаточно усилий, чтобы безопасно поднимать и манипулировать объектом, но контактное давление должно распределяться на достаточной площади, чтобы избежать концентраций напряжения. Кроме того, захват должен адаптироваться к изменениям формы объекта, текстуры поверхности и жесткости, часто в одном и том же производственном цикле. Скорость и время цикла не могут быть принесены в жертву, и захват должен надежно работать в течение тысяч циклов без деградации. Это привело инженеров к переходу от универсальных решений и к интеллектуальным, совместимым и богатым датчиками конструкциям.

Мягкая робототехника: соблюдение требований

Одним из наиболее трансформационных подходов к хрупкому обращению с объектом является мягкая робототехника. Мягкие захваты построены из высокосовместимых материалов, таких как силиконовая резина, полиуретан или термопластичные эластомеры. Их присущая гибкость позволяет им соответствовать форме объекта, равномерно распределяя силы захвата и устраняя острые края или точки высокого давления. В отличие от жестких захватов, требующих точного позиционирования, мягкие захваты могут вмещать несоответствие и небольшие изменения в геометрии объекта, что делает их идеальными для сбора предметов, таких как фрукты, яйца или стеклянные флаконы.

Пневматические мягкие перегреватели

Пневматически активированные мягкие захваты используют сжатый воздух для надувания или дефлирования камер в эластомерной структуре. Контролируя давление воздуха, захват может мягко обернуть объект и удерживать его без дробления. Например, модуль mGrip компании Soft Robotics использует серию надувных пальцев, которые адаптируются к контурным поверхностям предметов, таких как томаты и печатные платы. Исследования из Института Wyss Гарварда продемонстрировали мягкие захваты, способные обрабатывать живую мышь без травм, иллюстрируя потенциал для биомедицинских применений.

Захваты EA доказали свою эффективность для обработки деликатных предметов, таких как кремниевые пластины, тонкие стеклянные панели и даже ткань. Грабит (дочерняя компания 3M ) коммерциализировала электроадгезивные захваты для электроники и солнечных панелей. Технология работает как на проводящих, так и на непроводящих материалах, и ее можно мгновенно отключить для высвобождения объекта. Однако захваты EA теряют эффективность на очень грубых или пористых поверхностях, а высокие напряжения требуют тщательной изоляции и мер безопасности. Недавние исследования в Университете Шанхай Цзяо Тун Шанхай Цзяо Тун объединили электроадгезию с мягкой робототехникой для создания гибридных захватов, которые обеспечивают как соответствие, так и сильный электростатический захват.

Интегрированные сенсоры Smart Grippers

Возможно, наиболее значительным изменением в обработке хрупких объектов является интеграция датчиков непосредственно в захват.Реальная обратная связь по силе, давлению, скольжению и геометрии контакта позволяет системам управления динамически регулировать параметры захвата, предотвращая повреждение.

Сила и тактильное восприятие

Пьезорезистивные, емкостные и оптические датчики могут быть встроены в захватные подушечки или пальцы для измерения силы, приложенной в каждой точке контакта. Например, Robotiq предлагает захват со встроенным датчиком силы, который может обрабатывать хрупкие компоненты, применяя достаточное давление, чтобы надежно удерживать их. Исследовательские группы разработали тактильные датчики, которые имитируют человеческую кожу, используя массивы чувствительных к давлению элементов для создания «карты касания» захваченного объекта. Эти датчики позволяют захвату обнаруживать, когда объект скользит и пропорционально увеличивать силу захвата, что является важной особенностью для обработки непредсказуемых предметов, таких как фрукты или биологическая ткань.

Близость и интеграция видения

Датчики близости, расположенные рядом с захватом, могут обнаруживать местоположение объекта перед контактом, позволяя роботу медленно приближаться и точно выравнивать. Системы зрения, часто использующие камеры глубины, обеспечивают распознавание объектов и оценку позы. В сочетании с обратной связью с силой робот может выполнять последовательность «захвата и подъема», которая позволяет избежать повреждения удара. Такие компании, как Универсальные роботы и Fanuc теперь предлагают совместных роботов со встроенными датчиками силы / крутящего момента, которые легко интегрируются со встроенными датчиками силы / крутящего момента для деликатных сборочных задач в электронике.