从电子制造到汽车装配,夹持器已经成为许多行业中材料处理过程的重要组成部分。它们最近的增长与机器人技术的兴起有关,包括对机器人承担特殊任务和处理日益复杂的工件的需求。结果是,你现在有更多的抓手可供选择。仅在北美,抓手市场的价值就约为1亿美元,而且这个数字预计每年会上升5%。

随着机器人和夹持技术的最新发展,很难知道哪种夹持器最适合您的应用。本文概述了常见的抓手类型,包括机械,软,自适应,真空和磁性。它还探讨了它们的关键设计特性以及它们在各种应用程序中提供的好处。

图1所示。气动(左)和电动抓手。

理解应用程序的需求

为了帮助您选择正确的夹持器,重要的是首先要考虑您的任务、操作环境和工件的性质,包括它的尺寸、质量和材料。你需要考虑的一些关键问题包括:

  • 环境.你的夹具会在什么温度范围内运行?你的夹子会暴露在污垢,灰尘,油还是水分?

  • 行业.您的申请是否涉及食品或其他卫生工件?你的夹持器会暴露在清洁过程中吗?您的申请需要抗静电材料吗?

  • 设计约束.你需要什么样的运动方向?您的应用程序的最大运行速度是多少?你的工作空间有多大?你的操作人员会和协作机器人共享空间吗?

比较气动和电动夹持器。

需要记住的其他因素包括前期、运营和维护成本以及能源消耗。抓手可以分为几类,你对上述问题的回答将帮助你决定你需要哪种类型的抓手来尽可能安全地、高效地完成工作。

机械夹具:经过验证的可靠性,灵活性和耐用性

当涉及到处理应用,气动或电动机械抓手是最常见的。占市场份额90%的气动夹持器往往比电动夹持器更轻、更划算。它们还具有更高的抓地力,可以处理更快的循环速率,更适合于恶劣的环境。另一方面,电动抓手提供更高的精度,为最终用户提供力量和行程控制。同时,由于发动机和其他内部组件的存在,它们往往更重,这也提高了它们的前期成本。

图2。比较了三种手爪手指的设计。

无论是电动还是气动,机械夹具都落入了几个设计课程。例如,平行夹持器包含直接拉开的手指。双手指设计是最常见的,占机械夹具市场的85%,而三指设计适合处理圆形物体或执行居中功能。其他实例包括径向和角齿夹器,其特征在一起以一定角度打开的手指。径向夹子开放为180度,使其适用于涉及不同或不一致的工件尺寸的应用。角齿轮夹持者往往比180度的设计更快,并且大约30度。

在选择机械夹持器时,其他重要的考虑因素包括夹持力、夹爪的导向强度和夹持器本身的设计——所有这些都取决于工件的性质。一般来说,夹爪的手指越长,杠杆臂就越长,杠杆臂对钳口施加的扭矩就越大。此外,平指设计为笨重或坚固的部件提供了基于摩擦的抓地力,而封装设计最适合要求更高精度的光滑部件。

柔软和自适应夹具可以处理各种形状,尺寸和方向的工件,在以前不存在的区域中实现自动化。因为它们没有锋利的边缘,这些类型可以处理食物,玻璃和其他精细物体而不会损坏或标记表面。它们也是小型工作区域的理想选择。

然而,与机械型号相比,软性和机械抓手的精度较低,操作速度较慢。它们也更容易受到灰尘、油和其他污染物的影响。通常,柔软和自适应抓手结合创新,镊子一样的设计,可以适应各种工件的轮廓。

利用真空夹持器获得压缩空气的好处

另一种抓手技术是真空抓手,它结合了吸盘和真空发生器。紧凑和灵活,这些抓手是理想的有限的工作空间,可以处理各种各样的对象在高速。然而,与此同时,真空夹持器可能会增加您的维护和运行成本;吸盘容易迅速磨损,而发电机消耗大量压缩空气,在灰尘和其他污染物的存在下很容易堵塞。

当提到吸盘时,在选择材料时,重要的是要考虑工件的性质。例如,丁腈橡胶吸盘是油性或普通工件的理想吸盘,而硅则适用于食品以及热或冷的物体。此外,聚氨酯是一个很好的选择油性,平原,和粗糙的工件;Viton适用于油性、普通和热的工件;抗静电丁腈橡胶是电子产品的理想材料。

图3. Festo HGPT机械夹具。

杯子的形状也是一个重要因素,尤其是当你拿起扁平还是圆形、细长还是巨大、坚固还是精致的物品时:

  • 标准杯-用于平坦或轻微波动的表面。

  • 波纹管类型 - 适用于柔韧的工件以及倾斜,圆顶或圆形的表面。这种类型也适用于玻璃瓶,电灯泡和其他精细物体。

  • 椭圆形 - 用于纤薄或椭圆形工件。

  • 特别深-适用于圆形和圆顶工件。

图4。真空夹持器的吸盘形状和表面。

真空源分为两类:机电真空泵/鼓风机以及压缩空气驱动真空发生器/引射器。一般来说,机电泵和鼓风机可以实现高真空和吸入率-高达99.99%和1200立方米每小时,分别。然而,与此同时,这些机器往往又重又大,需要一个带有复杂管道系统的储层。因为它们是连续运行的,它们也消耗大量的电流,从而产生热量。

压缩空气驱动的发电机,特别是单级机组,克服了许多这些挑战。与机电泵和鼓风机相比,它们更紧凑,更轻,更容易安装。它们包括更简单的管道系统,需要更低的前期成本,不包括电气连接,消除有害的热量积聚。虽然这些设备可以提高你的空气消耗率,许多机器现在有节能功能,尽量减少这些影响。

一般来说,真空夹持器是理想的材料处理应用,如钢铁制造商,传送带,电子组装和工业机器人;食品和包装任务,包括罐装、装瓶、旋盖、制盘、灌装、套袋和封口、输送、制盒和贴标;和印刷应用,如单张送纸和处理。

磁性抓手提供独特的好处

最后,磁性抓手可以处理金属物体,如金属片,是理想的任务,如拆堆,夹具工具和拣箱。尽管这些夹持器仅限于涉及黑色金属的应用,但它们需要最少的空气消耗来驱动,与吸盘夹持器相比,可节省高达90%的能源。其他好处包括:

  • 强大的引人入胜的.磁性夹持器使用一个浅磁场,使材料可以去堆垛。

  • 真正的开/关.磁铁可以完全关闭并保持清洁;生产过程中留下的金属填充物立即脱落。

  • .磁爪可在250毫秒内启动,节省宝贵的循环时间。

  • 安全.它们提供故障安全性能,在电源或空气损失的情况下不会掉落部件。

概括

无论您的应用,都有一个理想的夹持器为您-正确的选择取决于许多变量,如工件的尺寸和形状,操作条件,工业,能源需求和成本。独特的处理应用程序可能需要定制的抓取设备。

本文由Festo Corp.(南美洲,纽约)贡献。有关更多信息,请访问这里


运动设计杂志

本文首次发表于《华尔街日报》2021年4月号运动设计杂志。

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