子功能储存和数量变更主要发生在工件准备阶段，当改变工件预定状态时会用到运动功能和安全功能。检测一般是协助搬运的一个额外功能。表1.3搬运技术的子功能工件的存放可以通过传送带或皮带、托盘或储存架实现。这些储存选项根据节省量、节省成本和工件预定状态而有所不同。对于“储存”功能，甚至存在堆栈系统可以自动被填充或者清空，DIN19233标准定义了其自动化程度。其中，必须要考虑的问题是安全因素。......
2023-06-15
搬运技术中的工件分类详解
【摘要】：表3.3根据工件特性和工件行为编制了基本工件数据。因此，所使用的手指数量取决于抓取的具体要求或工件的形状。图3.8不同食品类别中的不同食品处理阶段相反，特征形状元素一般代表了必须关注当前特定工件的定位，比如当工件被装配时。目前，各种工件正在生产“清洁”条件下生产。如果在搬运过程中工件的重心发生变化，则某些倾斜运动可能导致工件滑动，从而滑出或扭曲出机械手手指。
当要抓取工件时，工件分类有助于阐明单个部件的工件类型以及机械手如何抓取工件。接下来，重要的是描述工件在搬运过程之前、期间和之后的行为。开发机械手的方式或移动过程的执行方式也取决于工件的行为。
表3.3根据工件特性和工件行为编制了基本工件数据。
首先根据工件形状呈现工件几何数据。圆柱形和球形工件可以通过V形夹持器有效地居中，这样可以轻松实现形位贴合抓取。
扁平或块状组件带来了更多挑战。这些形状更难以抓取，因此通常使用摩擦压力来保持机械手手指与工件外部几何形状的接触。这意味着夹持很大程度上取决于工件表面质量、污染程度和特定的摩擦系数。
管状零部件也应被视为使比圆柱形更复杂的零件。由于这些几何形状也经常使用摩擦力方法夹紧，因此必须仔细选取合适的夹紧力以防止部件的任何损坏或弯曲。这些工件的可接近性同样重要，因为其也可以从内部被抓住。
在抓取时，蘑菇形工件类似于圆柱形工件。重要的是要确定是否围绕更大还是更小的直径抓取部件，其中的关键因素通常与抓取和放置的条件有关。
对于锥形工件，机械手的抓取条件通常明显受限。即使在人类使用手指时，我们在握住圆锥形状的部件时也会感到明显的不同。强烈按压导致皮带从手柄中滑落。因此，这些类型工件的机械夹持应用于非常个性化的水平。必须制造具有特定形状特征的夹具，以便牢固地夹紧这些几何形状工件。
表3.3 工件的基础特征（来源： Schraft, Warnecke）
因此，具有规则和不规则形状几何特征的工件在机械手的设计方面需要以不同独立的层面来对待（表3.4）。应始终讨论基于形状特征的内容，如在装配操作期间。形状特征甚至可以集成到抓取过程中，从而可以在一定程度上与机械手的位置对准。
表3.4 工件按照几何形状的分类（来源：Warnecke, Schraft）
当工件堆积在一起时，缠绕在一起的物品或者其他特殊工件的抓取选择变得尤为重要。顾名思义，散装的缠绕在一起的货物不能整齐有序地从货堆中移除。
人的手指能够以各种方式抓取特定形状的工件。选择的机械手类型取决于抓取或放置时的搬运任务或工件的可抓取性。因此，所使用的手指数量取决于抓取的具体要求或工件的形状。
因此，工件的形状对机械手设计有很大的影响。在定制机械手手指或有效接触表面的设计时，工件的形状特别重要。
工件的尺寸决定了用于机械手中手指间的间距和开口范围。因此，在选择机械手时，工件的尺寸决定了机械手的尺寸。
几何长度对于选择合适的机械手来说是至关重要的。用于抓取杆状工件的机械手看起来与用于抓取脂肪块的机械手不同。
对称性可以帮助准确地将一件工件放入机械手中或在抓取工序中准确放置。旋转对称工件特别适用于机械抓取。
模块化设计原则使得可以为某些工件确定模块尺寸间隔或类别。一种机械手类型并不能总是兼容一组工件的整个尺寸范围。在这种情况下，有必要根据其尺寸等级选择或改变机械手的类型。
与工件几何相关规定的精确数据存在允许或不允许的偏差范围（称为公差），此数据包含在工件几何数据中。不同类型的工件可能会有非常不同的公差（图3.5，图3.6）。香肠这种类别是这种情况的典型例子。虽然已经测量到的长度差异达20 mm，但是没有一根香肠在生产中被认为不合格。对于机械部件，这种偏差完全不可能存在。
图3.5 不同的工件公差
图3.6 每个不同类别的工件都有独特的生产公差
在这方面，工件的几何特征代表了要选择的机械手所要求的基本轮廓。基本的机械手需求由工件的几何形状决定（图3.7）。
图3.7 机械手中使用的摄像头被用来检测被传送工件的定位（来源： KaVo56/Robomotion）
对于一些行业中没有精确几何特征的工件，如金属和塑料件，其搬运方式是被区分开来的，工件的材料在抓取和搬运动作中也是至关重要的特性。从另一方面来说，材料属性也和工件的其他属性是相关的。
例如，食物的制备方式对“工件”的当前物理状态产生重大影响（图3.8）。但是，材料的当前阶段对于搬运和性能参数也是至关重要的。因此，当搬运已经填充进杯子的酸奶时，与此相关的机械手设计的唯一特征是杯子几何形状和杯子的稳定性。
图3.8 不同食品类别中的不同食品处理阶段
相反，特征形状元素一般代表了必须关注当前特定工件的定位，比如当工件被装配时。因此，这些形状元件可以结合到机械手手指中，以便在抓取工件时抓紧并且执行装置与工件精确贴合。通常还需要传感器来进行检测，比如使用定位孔作为部件对准方式的工序。
在搬运食品时，洁净机械手的设计的附加要求可能会产生影响。例如，机械手在生肉生产过程中，经过一段时间的使用后必须要清洁。
生产药品和医疗器械部件需要清洁的工作条件（图3.9），主要涉及在抓取或搬运过程中由颗粒污染引起的潜在风险。这就意味着必须防止轴承、导轨或机械手的任何磨损。机械手等部件中使用的润滑剂是重要的考虑因素，任何润滑剂的泄漏都可能对产品有害。目前，各种工件正在生产“清洁”条件下生产。
图3.9 在不同领域中对洁净度有特殊要求的生产
例如，汽车工业中生产电子元件的洁净室条件在某些领域已成为强制性要求，以确保符合对元件和工艺安全的严格要求。在药品生产中已经防止了所有污染；由于乳制品生产中的污染，整个工厂已经关闭。
工件的重心是重要的物理特性，并且应该优选地定位在两个机械手手指之间，以避免任何倾斜运动。通常，这只适用于具有一定程度对称性的工件。非均匀几何形状的重心可能是偏心的，这也适用于由不均匀材料组成的工件。
因此，在夹持产品时需要考虑形状稳定性。例如，当与柔软的柔性材料一起使用时，摩擦力夹持不能确保牢固的抓取。在这种情况下，最好选择形位贴合抓取类型。另外，当搬运有限或可变的稠度工件（如天然食品）时，有些类型的机械手并不理想。有些时候这些形位公差在厘米范围内，此时难以实现机械手设计。
不均匀和不同的质量分布会使抓取和搬运任务复杂化。如果在搬运过程中工件的重心发生变化，则某些倾斜运动可能导致工件滑动，从而滑出或扭曲出机械手手指。
刚性和柔性通常不会成为抓取自身的问题。相反，在确定组件的抓取点或放置方面更成问题。软管和电缆通常被认为是组装过程中的高临界工件，如果可能的话，可以在各个点被抓取。
在抓取时，工件的断裂强度至关重要。快速抓取的机械手可能会造成损坏甚至破坏敏感组件，如太阳能电池或易碎的饼干。
质量始终是一个重要的设计标准，既适用于机械手及其夹持力，也适用于执行装置和相关的有效负载设计。质量对机械手的设计和手指的总数以及搬运过程中可实现的加速度都有影响。
可见表面区域，如在汽车的内部空间或复杂的化妆品包装，将被轻柔搬运，以避免任何可能的划痕或变形。
关于温度，应关注组件温度波动容差。当与特别热的工件接触时，应采取安全措施。在某些情况下，工件的温度对于机械手设计可能是至关重要的。
搬运工序时间可以根据节拍时间给出。双重夹持机械手或特别短的机械手闭合时间等选项可能会相应地有助于和影响机械手的选择。
当涉及敏感的机械手技术时，工件形状稳定性或不稳定性也可能影响机械手的选择。一些机械手目前配备有传感器，其能够检测工件中的变形并相应地调节夹持力。
这些特性可以在评级系统中分类，以获得合适的抓取解决方案。为特征分配图标，然后用与其可抓取性相对应的颜色代码标记图标（图3.10）。工件行为描述了在抓取之前和放置之后工件的行为。其中，假设工件要么处于静止状态，要么被运输。
图3.10 工件属性符号
如果涉及静止行为，则主要因素是是否将工件在稳定的垂直或水平位置夹持，或者是否改变了工件位置。当工件总是倾向于落在特定的一侧时，这也可能涉及所谓的默认状态。如果可行，工件通常放置在仓库中时堆叠。然而，堆叠通常是手动完成的。
通常需要在此使用传感器来确定工件所处的高度。对于某些加工过程，工件需要悬挂而不是放下。在这种情况下，必须规定几何要求，以便能够保持工件。
输送行为主要是用来阐明相对于工件被定位时的位置，输送指的是工件有相对的位置移动（表3.5）。
例如，如果一个工件在传送带上突然停止时会产生滑动或滚动，则必须避免这种滑动以确保牢固抓取，或者需要在抓取之前使用传感器技术检测工件的正确位置。是否可以在特定方向上输送工件是决定搬运过程中和搬运装置上的轴数量的关键因素。在某些情况下，可以为工件指定附加轴。
表3.5 不同工件几何形状的输送行为 （来源： Warnecke, Westkämper）
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