机械手：生产信息源头的介绍

2025-09-29 历史故事版权反馈

【摘要】：触觉测量还可用于识别工件类型或测量生产工序中的工件。图3.122抓取时触觉传感器任务的基本分类检测可以包括搬运过程和搬运任务，以便在移动工件时进一步监视工件。触觉传感器主要适用于安装在机械手内或机械手上，以实现对工件的直接反馈。这些触觉传感器，就像感应式或电容式开关传感器，会在超过最小距离时触发警告信号。在机械加工和装配过程中，以单个自动化部件形式出现的触觉传感器是工艺力相关章节的主题。

随着传感器系统在机械手中的广泛集成，基于机械手主要功能（保护工件）的信息量不断增加。在过去，这只涉及监控工件是否被抓取。如今，当谈到抓取，工件尺寸也是一个因素。类似于人类抓取的工作方式，直接接触工件可以产生传感器信号。可将触点转换为简单的“是”或“否”（0或1）开关信号。如果需要，可以进行力测量，这有助于防止过大的力对工件造成损坏。触觉测量还可用于识别工件类型或测量生产工序中的工件。

因此，触觉机械手传感器的功能可以分为两个不同的基本任务区（图3.122）。第一个区域仅涉及抓取和搬运工序的监控功能。第二个功能包括工件的分析检测，可以用来确定某些工件特征。

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图3.122　抓取时触觉传感器任务的基本分类

检测可以包括搬运过程和搬运任务，以便在移动工件时进一步监视工件。在抓取和放置过程中，检测功能可以确定工件是否实际位于机械手中或是否松动。

其他特殊的机械手功能包括使用传感器来监测工件的位置，以便通过倾斜或推动夹持。其中，使用传感器检测与工件的这种接触是很有帮助的，这样搬运设备就可以使用这些信息来相应地调整速度。

当检测或是测试工件时几何形状是一个严格的准则。对于总体评估来说，物件的定位也是目标之一。

对于有黏性摩擦的工件，表面特性也具有高度相关性。例如，如果接触位置的表面被一层油污染，工件可能在加速过程中滑出机械手。此类事件可由配备有敏感有效表面的机械手检测，允许机械手在必要时增加其闭合力。这类似于湿玻璃从我们手上滑落时所感受到的握力的增加。

此外，人类还通过光学传感器监控搬运和抓取操作。这使我们能够确定被抓住物体的位置，并相应地张开机械手。这是检测环境状况的传感器和搬运技术之间的完美结合。触觉传感器主要适用于安装在机械手内或机械手上，以实现对工件的直接反馈。相比之下，从一个距离测量或可以从一个距离切换的传感器要么放置在搬运设备本身上，要么嵌入到自动化单元中。

从技术角度来看，现在有大量的传感器原理可供我们使用，可用于实现卓越的、人性化的过程检测。表3.22列出了自动化技术中最重要的传感器类型，被归纳为触觉传感器和非触觉传感器，这种区分原则被用作不同测量原理的基础。触觉传感器可以细分为力/力矩或触觉传感器。目前机械手技术中使用的非触觉传感器主要包括电感传感器、电容传感器和磁性传感器，这些传感器内置在机械手中。

表3.22　自动化技术中传感器的概览（来源：Fraunhofer IPA）(https://www.chuimin.cn)

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触觉传感器通常以负载传感器或手指检测单元的形式作为附件提供。随着人机协作（HRC）应用的日益增多，传感器检测技术的改进正成为一项重要的安全标准。机械手和工件可能在工作环境中造成危险，可能导致碰撞到工人。机器人制造商还提供已经集成到机器人中的传感器系统，使机器人能够快速响应测量信号。此外，机械手制造商致力于解决方案，使机械手爪在这些工序中更智能，并将相关信息反馈给机器人控制系统。

“触觉”类别里列出的传感器包括通断传感器，例如，当与开关点接触时，开关传感器会做出反应。这些触觉传感器，就像感应式或电容式开关传感器，会在超过最小距离时触发警告信号。

非触觉传感器类别里列出的传感器也被细分为使用绝对测量的传感器和使用开关原理的传感器。线性传感器和基于摄像机的图像处理传感器等视频/视觉传感器可以捕捉和处理整个场景。换言之，它们可以评估工件几何尺寸和抓取选项。超声波也可以以某种类似的方式用作物理测量，以便分析从点位置到整个工作空间的各个方面，以及重新计算搬运过程。其他很少用于自动化的测量原理包括微波传感器和基于气动的检测原理。

对于基于激光的传感器，限制并不总是完全明确的。激光可以在扫描模式下进一步细分，如使用镜面反射。点光源通过线性平面提供信息，这就允许对大的工作空间进行监控，并允许沿着传送带检测负载横截面，甚至空间数据也可以通过相关的扫描器进行搜集。

电感式和电容式传感器原理适用于短距离测量。基于这些原理的传感器价格低廉、坚固耐用，可以很容易地集成到机械手中。

一般来说，机械手中的传感器集成更适合搬运过程，而且通常是硬性要求。然而，市场上作为成品部件的传感器和完全集成到机械手中的传感器之间可能会出现差异。

成品传感器的一个优点是，许多传感器的价格通常较低。集成解决方案通常需要额外的研发支出才能将传感器信号利用起来。此外，完全集成解决方案中的传感器在出现故障时无法快速更换。在这种情况下，通常需要更换整个组件。另外，集成传感器在整体尺寸和根据机械手尺寸进行精确调整方面具有优势。

这些传感器也可以调节或编程到特定的搬运任务，可以设置阈值以更改切换时间。此外，传感器安全工作所需的环境条件也必须明确。有为此专门设计的传感器，它们具有特定的防护等级或适用的温度范围。

所有传感器都有外置电缆的共同问题，也就是说，它是另一个可能的错误来源并且安装额外的需要工作。在过去的几年中，出现了许多解决方案，通过只向分析单元发送无线传感器信号，完全消除了对电缆的需求。因此，除了所描述的其他优点外，还包括避免缠绕电缆和适用有限加工区域可能性等。

以下章节将介绍安装在机械手中或机械手上的传感器，同时也解释了搬运技术的抓取情况。在机械加工和装配过程中，以单个自动化部件形式出现的触觉传感器是工艺力相关章节的主题。

机械手：生产信息源头的介绍

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