English
Tương tự như khả năng con người cầm nắm và thao tác các vật thể là bước tiến thành công của loài người. Thì việc nắm bắt các khả năng của máy móc tiến bộ của robot cũng vậy. Trong bài viết này, CTI SUPPLY nhìn lại lịch sử phát triển của công nghệ kẹp Gripper. Và trình bày chi tiết những phát triển mới nhất.
Nội dung chính
Con Đường Hình Thành và Phát Triển Robot Hiện Đại
Robot hiện đại và bộ kẹp của chúng (một loại công cụ đầu cuối cánh tay hoặc thiết bị hiệu ứng cuối). Tương tự như bàn tay con người ở những điểm chúng sử dụng các cơ chế và điều khiển tích hợp. Minh chứng là Schunk. Robot không có cánh tay hoặc phương tiện để cầm và di chuyển đồ vật là gì?
Về mặt kỹ thuật, robot đã tồn tại ít nhất 100 năm. Chuyển động cơ học thô sơ của chúng tương đối dễ tạo ra. Đặc biệt với động cơ điện hoặc khí nén. Sau đó chỉ trong hơn 40 năm, độ chính xác của chuyển động cơ học, điều khiển, cảm biến và truyền tín hiệu phản hồi nâng cao. Để tinh chỉnh khả năng xử lý của robot đến mức không thể thiếu. Không giống như các liên kết động học cơ bản hơn, về lý thuyết, các cánh tay robot. Gồm nhiều bậc tự do mà tất cả đều phải được dẫn hướng đồng bộ trong một loại ballet cơ điện (hoặc servofluidic).
Trên thực tế, khả năng phản hồi là yếu tố cần thiết để kích hoạt các bộ gắp robot linh động. Những bộ kẹp ra đời nhằm đáp ứng đầy đủ để sử dụng thực tế. Đây chính là một khả năng mới. Từ đó, bộ gắp robot thực tế đầu tiên được đưa vào sản xuất ứng dụng công nghiệp chỉ trong vòng hơn 25 năm.
Lịch Sử Ra Đời và Phát Triển của Gripper
Câu chuyện bắt đầu vào năm 1969. Sau nhiều nỗ lực trong phòng thí nghiệm máy tính của trường, sinh viên kỹ thuật cơ khí của Đại học Stanford, Victor Scheinman. Đã phát triển cánh tay Stanford của mình. Một robot đầu tiên được biết đến như một bộ gắp có thể điều khiển dễ dàng.
Nhiều yếu tố thiết kế và điều khiển của nó được sử dụng trong máy gắp ngày nay. Cánh tay Stanford thủy lực rất hiệu quả và nhanh chóng. Nhưng các cánh tay này cũng khá khó kiểm soát và chưa đảm bảo độ an toàn nhất định.
Tuy nhiên, cánh tay Stanford hoạt động tốt hơn của Scheinman có thể được các máy tính trong phòng thí nghiệm Stanford thực hiện ở sáu bậc tự do đầy đủ. Động cơ điện một chiều với bộ giảm tốc và bộ truyền động điều hòa tạo ra chuyển động của nó. Vào đầu những năm 1980, các thiết kế gắp thô hơn lấy cảm hứng từ cánh tay Stanford. (Các loại này vẫn có thể thực hiện được với các vi mạch ngày càng mạnh mẽ). Đã được sản xuất hàng loạt và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nặng.
Mặc dù nhiều thành phần điều khiển và khả năng phản hồi của cánh tay Stanford đã được sao nguyên tính năng. (Máy đo tốc độ phản hồi và chiết áp truyền tốc độ và vị trí đến bộ điều khiển). Hầu hết các cánh tay công nghiệp ban đầu đều chạy bằng không khí và được sử dụng cho sản xuất ô tô. Di sản đó vẫn tồn tại. Nhiều cải tiến mới nhất của bộ kẹp đến từ lĩnh vực năng lượng chất lỏng và phần lớn bộ kẹp vẫn là khí nén.
Sự phát triển của Gripper khởi đầu với các loại hình song song
Theo như chia sẻ của Giám đốc sản phẩm của các bộ phận tự động hóa tại Schunk Inc., Morrisville, N.C – Jesse Hayes. Cánh tay ban đầu của Stanford bao gồm một bộ kẹp song song. Thiết kế này vẫn còn phổ biến cho đến ngày nay. Chúng bao gồm hai ngón tay thanh thẳng được kích hoạt để trượt lại với nhau. Hoặc di chuyển ra xa nhau để cầm và thả vật thể. Dụng cụ kẹp hai ngón tay được sử dụng phổ biến nhất trong ngành công nghiệp ngày nay. Vì tính linh hoạt trong hành trình của chúng”.
Sự Đơn Giản Hóa
Một biến thể khác là kẹp góc hai ngón đã ra đời vào cuối những năm 1970. Một trong hai ngón tay trong thiết kế này xoay trên một điểm trục. Đóng lại giống như một cánh cổng trên các đối tượng mục tiêu. Sự khác biệt giữa hành động song song và và hành động tiếp góc? Hành động hàm song song giúp đơn giản hóa thiết kế ngón tay. Và lực vẫn giữ nguyên trong suốt hành trình. Không giống như một số dụng cụ kẹp góc hai ngón tay.
Thiết kế song song cũng cung cấp các tùy chọn thiết kế khác biệt: Bộ kẹp với piston và nêm tác động trực tiếp cho phép hành trình ngắn hơn và lực bám cao, lên đến 10.000 lbf. Để so sánh, bộ gắp piston thẳng trực tiếp tạo ra lực nhỏ hơn một chút. Nhưng cung cấp hành trình dài hơn, đến 24 in.
Trong một số trường hợp. Hayes cho biết thêm rằng ông ước tính rằng 60 đến 70% ứng dụng kết thúc bằng cách sử dụng bộ kẹp song song. Nhiều đơn vị trong số này cũng sử dụng năng lượng chất lỏng. Mặc dù một số bộ kẹp được cung cấp ở cả phiên bản khí nén và điện cơ. Sự đổi mới tiếp theo về tay kẹp xuất hiện vào cuối những năm 1980. Loại hình một tay nắm ba ngón tay được phát triển tại Viện Công nghệ Massachusetts. Đã được cấp phép cho công ty sản xuất Barrett Technology Inc., Cambridge, Mass.
Barrett Technology
Vào năm 1990, Thiết kế ( hiện nay được gọi là bàn tay Barrett) nhúng bộ điều khiển servo, phần mềm, giao tiếp và bốn động cơ không chổi than. Hai ngón tay có thêm một mức độ tự do, với khả năng di chuyển theo chiều đồng bộ 180 ° cho nhiều cách để nắm bắt. Hãy nhớ rằng bộ gắp bằng hai ngón tay hoạt động tốt nhất khi được dành riêng cho một nhiệm vụ cụ thể. Và phải được hoán đổi cho bộ gắp khác trên tháp pháo nếu các bộ phận hoặc hình dạng mục tiêu thay đổi. Ngược lại, tay Barrett dòng BH8 mới nhất thực hiện các chức năng của một số gắp song song tùy chỉnh. Giao diện người dùng BHControl dựa trên hệ Windows cùng với Thư viện chức năng C. Giúp người dùng thích nghi với các tình huống mới.
Vào cuối năm 2009, Barrett Technology cũng đã cho trình làng tay nắm SDM Hand. Dựa trên polyme được phát triển bởi Robert D. Howe và Aaron Dollar thuộc Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng của Đại học Harvard. Cánh tay robot này có các ngón tay với các khớp linh hoạt. Vì vậy, nó có thể điều chỉnh và nắm chặt các vật thể có hình dạng và khối lượng. Mà không cần quá nhiều lực hoặc yêu cầu vị trí chính xác đến hoàn hảo.
Công nghệ Robot ngày càng tiến bộ
Trên thực tế, mặc dù máy gắp ba ngón đã tồn tại một thời gian. Đến bây giờ, chúng mới được ứng dụng rộng rãi hơn. Hayes – một thành viên kỳ cựu của Schunk chia sẻ: “Khi hoạt đông lắp ráp và công nghệ robot trở nên tiến bộ linh hoạt hơn. Có thể xử lý nhiều bộ phận hơn mà không cần chuyển đổi dụng cụ. Các kỹ sư thực sự sẽ bắt đầu thấy các sản phẩm như bàn tay SDH của chúng tôi có vai trò lớn hơn”.
Sự lựa chọn thay thế Gripper: Các biến thể không dùng ngón tay
Trên một số mô-đun quay Schunk, góc quay có thể được điều chỉnh; Độ chính xác của hai piston là ± 0,05 ° và một lỗ khoan ở giữa giúp loại bỏ cáp điện xoay. Cảm biến tích hợp giám sát các vị trí cuối. Thay vào đó, dụng cụ kẹp chạy bằng khí không phải là loại có ngón. Hoặc ít nhiều được mô phỏng theo bàn tay con người. Thường sử dụng lực hút và cốc dẻo để cầm nắm. Và thường xử lý các vật rất dễ vỡ hoặc mỏng manh.
Trường hợp điển hình: Bộ gắp SCG linh hoạt của Schmalz Inc., Raleigh, sử dụng dòng khí hút để tách các tấm giấy bạc siêu mỏng. Ngay cả trước khi bộ kẹp tiếp xúc với chúng. Mỗi chu kỳ chỉ có một lớp trung gian. Đối với ghi nhãn trong khuôn, ngay cả những lá mỏng hơn 0,0012 inch cũng có thể được gắn vào bao bì sản phẩm. Mà vẫn giữ nguyên hình dạng của chúng. Tại đây, bề mặt tiếp xúc lớn của bộ kẹp ngăn không cho các phôi nhạy cảm bị hút vào.
Cánh tay Robot
Ngoài ra, tính năng tạo chân không tích hợp tăng cường lưu lượng thể tích để kẹp chặt các vật liệu thậm chí là xốp. Bộ gắp hút được lắp đặt ở đầu các cánh tay robot. Thông thường khi chúng xử lý các vật dụng như kính chắn gió ô tô. Mặt khác, chúng được lắp đặt ở dưới cùng của robot delta gắn trên trần nhà. Thiết kế hình bình hành spideresque nhẹ được phát hành trong những năm gần đây. Các dây đai được trang bị bộ kẹp hút thực hiện các công việc tinh vi. Chẳng hạn như đóng gói bánh quy, di chuyển chip bán dẫn và thực hiện các nhiệm vụ y tế.
Gripper có chức năng kẹp và xoay
Trường hợp bộ kẹp điện bằng khí nén với xi lanh cổ điển thường yêu cầu nhiều nguồn cung cấp khí thay vì hút. Điều này chắc chắn đúng với các thiết bị chuyển động kép vừa xoay vừa bám. Một bước phát triển khác trong vài năm qua.
Cánh tay robot 4 trục này bao gồm một cổ tay rỗng cho cáp và ống mềm. Trước đây, điều này là một vấn đề bảo trì đối với robot công nghiệp. Một đường dẫn cũng cho phép cài đặt cáp để điều khiển qua DeviceNet, Profibus, Ethernet I / P hoặc mạng cấp thiết bị khác. Ví dụ, Robot MPL-series Master Palletizing của Motoman Inc., Dayton, Ohio, chịu được từ 80 đến 800 kg. Và xếp hạng mômen quán tính cổ tay cho phép cao nhất. Vỏ bọc 360 ° chứa được băng tải nhiều nguồn cấp dữ liệu và kết cấu pallet.
Một ví dụ khác, các mô-đun song song DGP404 được sản xuất bởi Techno-Sommer Automatic, New Hyde Park, NY. Các bộ phận kẹp và xoay – xoay 90 ° hoặc 180 ° (với thanh dẫn rãnh chữ T hấp thụ lực và mômen). Trong khi kết nối khí nén riêng biệt sẽ kích hoạt ngón tay -hành động tích cực. Trong một số trường hợp, để tăng hiệu quả, một bộ giữ cơ khí giữ cố định sau khi khí nén thiết lập độ bám ban đầu.
Cánh tay Stanford
Có thể nói, sức ảnh hưởng của cánh tay Stanford vẫn còn hiển hiện ở đây. Trong thiết kế đột phá cũ, phanh cơ điện và ly hợp trượt đã giữ các khớp ở vị trí. (khi bộ điều khiển thế hệ đầu liên tục chỉ đạo các liên kết khác) và ngăn ngừa thiệt hại do va chạm.
Một bộ kẹp xoay khác là một bộ phận thu nhỏ của Schunk. Đơn vị RP của Schunk sản xuất và lắp ráp các thành phần nhỏ. Mô-đun quay Schunk RM được kết hợp với một bộ kẹp song song khí nén. Có thể được trang bị các thiết bị an toàn lực bám ID hoặc OD khác nhau, cho các thiết kế bán tùy chỉnh. Việc kết hợp thao tác xoay (“cổ tay”) với tay nắm yêu cầu phải sửa đổi thiết kế cơ học. Trong một số trường hợp, bộ truyền động kẹp được lắp với các thanh piston dài hơn để hoạt động trên các mô-đun quay.
Bộ giữ An Toàn
Thiết bị vận chuyển mẫu y tế yêu cầu tự động hóa lấy và đặt nhanh chóng để duy trì năng suất. Điều đó phản ánh rằng các mẫu sinh học tinh vi cũng phải được lưu trữ và chuyển giao một cách an toàn. Vì vậy, một số nhà sản xuất thiết bị mẫu y tế kết hợp ba thiết bị truyền động MTB chính xác từ PBC Linear, Rockford, Ill., Để tạo thành các giàn Cartesian XYZ. Bộ truyền động MT được dẫn động bằng dây đai thời gian được gia cố bằng thép để tăng tốc và di chuyển cao. Đồng thời bao gồm vỏ và hộp đựng bằng nhôm anod.
Trọng tâm của thiết kế là bộ truyền động mini PBC ML di chuyển bộ kẹp mẫu vào và ra khỏi vị trí. Bên cạnh cánh tay robot và robot delta. Một tùy chọn lắp thứ ba cho bộ kẹp là trên giàn Descartes. Thiết lập này phổ biến hơn với bộ kẹp ngón.
Bộ kẹp Schunk
Để dễ dàng lắp đặt, các trục quay của Schunk có các mẫu lỗ tiêu chuẩn hóa để kết nối với các tấm bộ điều hợp và mô-đun Gemotec. Các sản phẩm của một nhà sản xuất mà Schunk đã mua lại vào năm 2006. Điều này giúp việc kết hợp bộ kẹp với các đơn vị tuyến tính dễ dàng hơn. Để nhanh chóng xây dựng dựa trên chọn và đặt giàn và các đơn vị chức năng hoàn chỉnh.
Cho đến nay, việc sử dụng bàn tay robot trong sản xuất công nghiệp đã bị hạn chế đối với các loại máy gắp hai và ba ngón chắc chắn. Tuy nhiên, Festo Corp., Hauppauge, NY, đang đưa nó lên một tầm cao mới. Cơ điện tử và sinh học kết hợp trong cánh tay Airic của công ty với 30 cơ khí nén tận dụng polyamide. Và bán kính nhân tạo, kết hợp bằng laze, phần vai, cổ tay và ngón tay. (Festo đã sản xuất các cơ lỏng cho các ứng dụng trong thực tiễn).
Máy gắp không có ngón tay
Một số máy gắp không có ngón tay nào cả. Trong ngành công nghiệp dược phẩm, SCG của Schmalz Inc. xử lý các lá Tyvek mỏng. Và xốp được sử dụng để bọc các bồn chứa đầy. Một mô-đun xả hơi tùy chọn tạo điều kiện thay đổi bề mặt hút nhanh chóng trong đường kính 40 và 60 mm. Khi các ống đàn hồi này (với các sợi aramide tích hợp) được chứa đầy khí nén. Đường kính sẽ tăng lên và chiều dài ngắn lại để thực hiện công việc.
Một ưu điểm so với thí điểm mô phỏng bằng con người: Các cơ không cần năng lượng để giữ trọng lượng tại chỗ sau khi di chuyển. Cảm biến áp suất và chiều dài giám sát lực kéo và độ co. Một bộ điều chỉnh cơ điện tử phân phối áp suất để lập mô hình động học của con người, tốc độ nhanh, lực và sự tinh chỉnh. Một thiết kế nhỏ hơn nhưng tương tự được thực hiện bởi Shadow Robot Co. Ltd. Một công ty khởi nghiệp mới hơn có trụ sở tại London. Bàn tay hoạt động dựa trên cơ và động cơ nhỏ hơn của họ đã được bán cho một số chính phủ và tổ chức nghiên cứu.
Công nghệ Kẹp Gắp Robot được phát triển
Trong khi đó, những phát triển ở cấp độ nghiên cứu khác vẫn tiếp tục. Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (DLR), nơi phát triển các ý tưởng bàn tay robot, hợp tác với Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân (HIT). Gần đây đã phát triển một bàn tay robot với sức mạnh và sự khéo léo của bàn tay con người. Ba ngón tay nắm được các phần hình nón và một ngón tay cái hỗ trợ. Bốn khớp của ngón tay có ba bậc tự do, và ngón cái có bốn bậc.
Bước tiến mới công Nghệ Kẹp
12 động cơ servo một chiều không chổi than Faulhaber 16 mm được sản xuất bởi MicroMo Electronics, Inc. Di chuyển bàn tay robot bốn ngón này để tạo ra tay cầm chắc chắn cùng với các chuyển động phức tạp và tinh tế. Động cơ kết nối với hệ thống bánh răng hành tinh 159: 1 hoàn toàn bằng kim loại có cùng đường kính.
Các phiên bản động cơ 12 và 24 V, công suất 11-W, và mô-men xoắn liên tục tối đa đến 2,6 mNm.Đảm bảo phản ứng động lực học tốt, ngay cả khi thay đổi vòng quay. Ổ bi ứng suất trước duy trì độ chính xác. Cảm biến Analog Hall báo hiệu vị trí chính xác và cung cấp thông tin phản hồi với độ phân giải 8-bit hoặc tốt hơn. Cảm biến Hall cộng với động cơ tạo thành một đơn vị 31 g với chiều dài chỉ 28 mm. Động cơ không tải ở 29,900 vòng / phút; mô men xoắn cho phép là 450 mNm.
Mỗi khớp cũng có cảm biến góc và mô-men xoắn không tiếp xúc yêu cầu độ phân giải cao. Và so sánh nhanh chóng với các mảng cổng có thể lập trình hiện trường (FPGA) về điểm đặt và giá trị thực. Vì vậy, một bus tốc độ cao 25 Mbps có khả năng thời gian thực được nhúng vào bàn tay robot chuyển dữ liệu đó. Việc kiểm soát tất cả các liên kết này cũng thuộc về xe buýt. Bộ vi xử lý tốt hơn mang lại lợi ích cho thiết kế mới.
Công nghệ kẹp gắp qua từng giai đoạn
Năm 1969, lập trình cánh tay ở Stanford đã đơn giản hóa các liên kết và quỹ đạo để tăng tốc độ tính toán điều khiển. Ngược lại, chỉ có ba dây dẫn nối tiếp bên ngoài kết nối bàn tay với bộ xử lý điều khiển HIT-DLR. Ngoài ra, Các ngón tay robot ban đầu đã được di chuyển bằng cách sử dụng kéo cáp. Nhưng bàn tay HIT-DLR có động cơ được lắp trực tiếp vào các ngón tay.
Tóm lại, 12 cảm biến Hall tương tự và động cơ một chiều chuyển mạch điện tử (động cơ Faulhaber EC). MicroMo Electronics, Inc., Clearwater, Fla., chế tạo được lắp đặt bằng tay. Các nhà phát triển HIT-DLR cũng hy vọng rằng bàn tay sẽ sớm được sử dụng rộng rãi hơn. Vì vậy, một bộ xử lý tín hiệu trên thẻ PCI cắm vào được tích hợp cho một PC tiêu chuẩn. Do đó, bàn tay có thể được điều khiển từ cửa sổ phần mềm. Dữ liệu cảm biến được hiển thị trên màn hình. Kết nối tay với máy tính cũng được tối ưu hóa để sử dụng trong công nghiệp.
Các chuyển động giống như con người đòi hỏi sự điều chỉnh nặng nề do máy tính hỗ trợ. Festo’s Airic đã điều khiển bằng cánh tay với chip nhúng, máy ảnh và cảm biến xúc giác. Trong tương lai, nó có thể thực hiện các nhiệm vụ tinh vi nguy hiểm thay thế cho con người.
Source: MachineDesign