事实上，以上已讨论了制定电力网络等值电路的全过程。制定电力网络等值电路的方法分两大类：有名制——所有参数和变量都以有名单位，如Ω、S、kV、kA、MVA等表示；图2-10以标么制表示的电力网络等值电路标么制——所有参数和变量都以与它们同名基准值相对的标么值表示，因此都没有单位。......
2025-09-29
工件自由度与抓取情况的优化分析
【摘要】：图3.103工件无序堆放在料框中对于不断增长的工件多样性，以经济有效的方式对临时存储进行分类几乎是不可能的。图3.104在抓取工件时应考虑机械手/吸附装置的干涉轮廓在工件未分拣但在单个层面上可接近的情况下，抓取的可接近性比在箱中更好。图3.107抓取范围中干涉轮廓问题的说明当使用一个搬运系统时，工件的放置通常会发生在一个分拣的场景里，使用对于工件来说最轻柔的方式进行搬运。
工件的自由度是抓取和放置选项的关键因素。这种抓取情况有时会对抓取任务产生显著影响，并且通常会决定应用的经济效率。如3.1节描述有关工件自由度的不同情况，这些抓取情况可分为三类： 空间中无序的抓取（“料框抓取”）；在一个层级上抓取无序的工件； 工件预分拣之后的抓取（工件托架）。
这种情况也可以分为整体任务是在静止状态还是在运动状态下执行。然而，对于机械手本身而言，这仅仅是次要的。稍后将研究移动搬运的情况。
从包含相同工件的容器中抓取工件仍然是自动化技术的巨大挑战（图3.103）。越来越多的劳动分工要求某些工作活动越来越多地额外分出。
图3.103 工件无序堆放在料框中（来源：Robomotion）
对于不断增长的工件多样性，以经济有效的方式对临时存储进行分类几乎是不可能的。接下来使用传感器检测容器中的抓取点，抓手设计和策略是第二大挑战。
根据产品的不同，可以使用不同的机械手类型，根据具体情况，也可以使用不同的机械手。精确分析放置方案对于这些任务也很重要。是否需要在加工设备中精确定位工件，或者首先将其在夹持装置中大致对齐，然后通过夹紧动作将其放置在精确位置？
机械手在整体抓取方案中本身会成为一种干涉，是否必须在夹持策略中加以考虑？抓取时是否会严重扰乱箱内放置的工件或者会导致机械手的损坏？
在工业设施中，一般的假设是只应将一种类型的工件放入一个容器中。然而，在物流应用中，不时会需要从散装供应容器中取出一个工件来进行调试。这意味着，根据抓取力，每次抓取新物品时都可能需要更换机械手。
图3.104演示了关于料箱抓取话题的另一个问题。料箱本身可以认为是一个干涉轮廓。由于这种干涉轮廓不应与机械手的轮廓接触，因此应选择最薄的机械手设计。如果机械手太大，当它下行运动时将与料箱碰撞。而且完全清空料箱将难以实现。如图3.105所示，装载工件的容器越大，整个机器人手臂以及机械手轮廓就越重要，因为需要防止碰撞的发生。其中，主要是机器人手臂有可能与料箱壁碰撞。
图3.104 在抓取工件时应考虑机械手/吸附装置的干涉轮廓（来源：Robomotion）
在工件未分拣但在单个层面上可接近的情况下，抓取的可接近性比在箱中更好。但是，在抓取时遵循某些环境条件也很重要，如图3.105所示。
图3.105 由于手指碰撞的可能性，使用机械手对于箱子中的拾取任务更加困难（来源：SCHUNK）
该图清楚地表明，这种情况对自动化过程造成了阻碍。根据所选的机械手手指行程，必须在工件夹紧范围内保持一定的安全距离才能正确放置手指。但是，定位并不是唯一需要考虑的因素。(https://www.chuimin.cn)
检测任何潜在的重叠工件以及由于物体移位而导致抓取错误的风险也很重要。
根据工件的不同，如果工件不在所需的抓取位置，则甚至会增加在单个平面上出现问题的可能性（图3.106）。
图3.106 工件在未分拣（a）和分拣（b）中干涉边缘的状态
这种情况说明工件的姿态有可能使机械手抓取部件时受到阻碍,这时搬运系统的自由度就可以被用来使机械手达到指定位置。如果工件并不能被获取，那么就需要通过其他手段（振动盘、循环系统等）直到它达到一个可以被抓取的状态。
这种抓取的情况通常会需要用到传感器检测工件的位置，这意味着抓取范围和任何可能的碰撞将会被检测。
这些情况在图3.107中得到了说明。工件周围的红色边缘表明工件无法被抓取。这意味着工件必须按照筛选原则重新返回系统堆栈中或是根据力学原理被放置到不同的位置（如使用一个振动盘）。
图3.107 抓取范围中干涉轮廓问题的说明（来源：Robomotion）
当使用一个搬运系统时，工件的放置通常会发生在一个分拣的场景里，使用对于工件来说最轻柔的方式进行搬运。
在工件已经被预分拣的情况下，周边设备需要使工件保持高的有序性（如使用货架），或是使工件产生高的有序性。在一个生产系统中，需要一直保持这种工件的有序性并防止在工序操作的过程中丢失这种有序性。在这种情况下，机械手手指和工件或者工作站内结构件障碍的碰撞也将会在计划中进行考虑。
当工件在存储架上被供给时，出于空间上的考虑,工件通常会一次性以尽可能多的数量进行放置。但是这种企图通常与机械手需要有尽可能大的开闭范围相冲突。换言之，工件放置的密度妨碍了机械手张开足够的大小以抓取不同种类的工件。图3.108显示了机械手选择以工件和工件放置的有序性为基础的原理。因此，当从存储架供应圆形材料时，当工件不是实心时，可以使用外部抓取或内部抓取的方式。为此，必须使用不同的手指路径。此外，应避免手指和其他工件在存储架中发生碰撞的可能性。
图3.108 抓取的选择
从机加工设备中抓取工件时会发生类似的碰撞情况。尽管在这种情况下工件位置基本上是已知的，但是可能需要不同的抓取位置，例如，取决于在下料点处车床中的三爪卡盘的位置。
根据工件表面的可接近性，可以确定工件的不同抓取方式。由固体材料制成的工件通常只能从外部抓住。根据壁厚，有时可以组合使用外部和内部抓取方式。可以使用装载工件的托盘来实现改进，从而工件可以更紧密地放置在一起。当仅使用内部抓取方式时，这对于空心部件更有效。为了避免对工件造成损坏，应根据工件稳定性限制最大夹持力。
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