Effecteur d'extrémité | Effecteur d'extrémité de robot | 5+ types et caractéristiques importantes

Pince robotique

Source de l'image: "Poignée"(CC BY-NC 2.0) par jev55

Le sujet de discussion: Robot End Effector et ses caractéristiques

Qu'est-ce que Robot End Effector?

Effecteur d'extrémité | Définition d'effecteur d'extrémité

Un robot Effecteur d'extrémité ou une pince robotique est une pièce mécanique fixée à l'extrémité du matériel du bras du robot qui est destinée à une interaction directe de l'environnement et adjacent. La fonction de cette pièce mécanique est soumise à l'application du robot dans le monde. Dans le cas d'un manipulateur série, la pince robotique se trouve généralement dans le dernier lien du matériel. L'effecteur terminal est également appelé Gripper, et il est analogue à la main d'un corps humain.

Ceci est différent des roues ou des jambes des robots mobiles en ce que ces derniers sont utilisés pour faciliter la mobilité des robots uniquement. Mais l'effecteur d'extrémité de robot est de nature spécifique à l'application et contient des conceptions variées pour s'adapter à diverses fins de manipulation d'un objet.

Conception d'effecteur d'extrémité de robot

Position de l'effecteur d'extrémité

L'effecteur terminal est généralement conçu pour être fixé à l'extrémité du robot manipulateur. Par conséquent, le terme «outillage d'extrémité de bras» est également utilisé dans les cas appropriés. Cela facilite le contact direct de l'effecteur terminal avec l'environnement. Par conséquent, la manipulation d'un objet a lieu à travers la pince conformément à l'application du robot. Ceux-ci sont souvent conçus sur mesure pour répondre aux exigences de processus spéciaux, autres que ceux qui sont généralement utilisés.

Types d'effecteurs terminaux dans les robots

L'effecteur d'extrémité de robot est classé en quatre types généraux basés sur l'utilisation d'effet physique pour obtenir une prise stable entre la pince et l'objet à saisir.

  1. Pince impactive: Ce sont des mâchoires ou des griffes qui présentent une prise physique impactant directement l'objet.
  2. Pince à pénétration: Ce sont des surfaces pointues comme des épingles, des aiguilles ou des hackles qui présentent une pénétration physique à l'intérieur de la surface de l'objet. Les applications peuvent être observées dans la manipulation des textiles, des fibres de carbone et de verre.
  3. Pince astrictive: Ces pinces appliquent des forces attractives à la surface de l'objet en utilisant un vide, une magnéto ou une électrohésion.
  4. Pince contigutive: Ces pinces nécessitent un contact direct pour présenter une adhérence, comme la colle, la tension superficielle ou le gel.

Exemple d'effecteur d'extrémité

Effecteur d'extrémité mécanique | Pince mécanique Effecteur d'extrémité

effecteur d'extrémité
Effecteur d'extrémité de fermeture de force de base
Crédit d'image:Chojitsa at Wikipedia anglais, luminosité modifiée par un utilisateur inconnu, Endeffecteur, marqué comme domaine public, plus de détails sur Wikimedia Commons
Effecteur final
Crédit d'image: Alexgace, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons

Pince d'effecteur d'extrémité de robot | Différents types d'effecteurs terminaux

Certaines pinces sont classées selon leur principe de fonctionnement. Quelques-uns d'entre eux ont été brièvement abordés ci-dessous:

Pince Bernoulli

Il applique le principe de Bernoulli en exploitant le flux d'air entre la pince et l'objet à saisir. Cela génère une force de levage qui rapproche la pince et l'objet sans les laisser entrer en contact direct l'un avec l'autre. Par conséquent, Bernoulli Gripper est une pince sans contcat. Les applications de la pince Bernoulli peuvent être vues dans la manipulation de cellules photovoltaïques, les industries de fabrication de semi-conducteurs et dans l'industrie textile.

Pince électrostatique

 Il exploite les caractéristiques de la charge électrostatique en utilisant une différence de charge entre la pince et l'objet. La pince elle-même active généralement cette différence de charge.

Pince Van der Waals

La pince Van der Waals exploite la faible force électrostatique entre la pince et les objets élémentaires.

Pince capillaire

Les pinces capillaires utilisent la tension superficielle d'un ménisque liquide entre la pince et l'objet vers son orientation et sa prise.

Pince cryogénique

Les pinces cryogéniques créent de la glace en congelant une petite quantité de liquide, qui est ensuite utilisée pour fournir la force obligatoire pour soulever et saisir l'objet. L'application de la pince cryogénique peut être vue dans la manipulation des aliments et dans la préhension des textiles.

Pince à ultrasons

Les pinces à ultrasons sont de nature complexe par rapport aux catégories ci-dessus, qui exploitent les ondes stationnaires de pression pour léviter une pièce et l'enfermer à un certain niveau. Le levage peut être vu à la fois au niveau micro et au niveau macro. La lévitation à micro-niveau est évidente dans la manipulation des vis et des joints. En revanche, le levage à macro-échelle peut être observé dans une cellule photovoltaïque ou une manipulation de substrat en Si et dans une source laser.

Pince intrusive

Il s'agit d'une catégorie spécifique de pinces à mâchoires qui utilise la force de friction pour saisir des objets. Un exemple de pince intrusive est celle d'une pince à aiguille. Celles-ci sont appelées pinces intrusives car elles exploitent à la fois les frottements et les caractéristiques de confinement comme celles des pinces mécaniques standard.

Le type le plus courant de pince mécanique est la pince à plusieurs doigts contenant deux, trois ou même cinq doigts.

Les effecteurs terminaux peuvent être largement utilisés dans l'industrie de l'outillage pour des applications telles que le soudage par points dans un assemblage, la peinture par pulvérisation pour assurer l'uniformité dans l'application de la peinture et d'autres situations où la sauvegarde des intérêts humains devient essentielle. Les robots chirurgicaux ont également des effecteurs terminaux qui sont personnalisés selon les exigences de la procédure.

Comment fonctionnent les effecteurs terminaux?

Un effecteur d'extrémité de robot est essentiellement l'extrémité commerciale du robot. S'il n'est pas là, un robot est généralement inutile car il est dépourvu de l'équipement qui remplit la fonction principale afin de servir un objectif particulier. Par exemple, un bras robotique articulé est généralement programmé pour atteindre un emplacement particulier dans son espace de travail. Pourtant, sans la disponibilité d'un effecteur terminal, il ne peut pas effectuer l'opération à laquelle il est affecté, rendant ainsi son existence redondante.

Bien que cet équipement principal pour l'outillage soit conçu sur mesure pour chaque usage, le principe de fonctionnement sous-jacent reste plus ou moins le même. Par conséquent, il est de la plus haute importance que nous comprenions le fonctionnement d'un effecteur d'extrémité de robot. Cela nous aidera non seulement dans le processus de conception de l'équipement, mais nous aidera également à choisir le bon effecteur d'extrémité pour notre objectif. La pince robotique est physiquement montée sur le poignet du manipulateur, suivie de la fixation des connexions d'alimentation. Les connexions de puissance peuvent être de nature hydraulique, pneumatique ou électrique.

La composante de force principale est générée au niveau de la liaison de base, ce qui produit le mouvement. Ce mouvement est ensuite transféré lien par lien jusqu'à la périphérie extrême du robot manipulateur, où la pince est fixée. Ce cas est valable si un seul actionneur alimente le manipulateur robotique de la base. Mais cela peut également entraîner des dysfonctionnements et des défaillances structurelles, même avec le moindre écart par rapport aux limites de force des liaisons individuelles.

Les progrès de l'ingénierie avec l'utilisation d'actionneurs indigènes à chaque articulation ont produit plus de flexibilité pour l'utilisation d'un manipulateur robotique. Chaque lien peut générer plus de puissance individuellement, et l'effecteur d'extrémité du robot peut exploiter toute la puissance de l'actionneur fixé au poignet. Cela permet à l'effecteur terminal de soulever des objets plus lourds et de mieux saisir les environnements non structurés.

Systèmes d'entraînement de robot et effecteurs d'extrémité

Les systèmes d'entraînement du robot sont responsables de l'alimentation électrique pour l'ensemble du fonctionnement du robot. La vitesse, la capacité de charge et l'efficacité du robot sont toutes déterminées par le mécanisme d'entraînement. Pour que le corps, le bras, le geste et le poignet du manipulateur exécutent le mouvement attendu, les mouvements des articulations individuelles doivent être correctement contrôlés. Le dispositif d'entraînement qui alimente le robot effectue ce travail.

Les systèmes d'entraînement de robot les plus couramment utilisés dans les applications industrielles sont décrits ci-dessous.

Entraînement électrique

Les systèmes d'entraînement électrique peuvent déplacer des robots à des vitesses élevées ou avec une électricité élevée. Ce type de robot peut être utilisé avec des servomoteurs CC ou des moteurs pas à pas CC. Il peut être utilisé avec des joints rotatifs et linéaires. Les petits robots et les systèmes précis peuvent bénéficier du système d'entraînement électrique. Plus particulièrement, il a amélioré la précision et la cohérence. Cet appareil présente un inconvénient: il est nettement plus cher. Le robot Maker 110 est un exemple de ce type de mécanisme d'entraînement.

Entraînement hydraulique

Les systèmes d'entraînement hydrauliques sont spécialement conçus pour les robots massifs. Il est capable de fournir plus de puissance ou de vitesse que les systèmes d'entraînement électrique. Les articulations linéaires et rotatives pourraient bénéficier de ce mécanisme d'entraînement. Les actionneurs rotatifs à palettes génèrent des mouvements rotatifs, tandis que les pistons hydrauliques produisent un mouvement linéaire. L'inconvénient le plus important de cet entraînement est la fuite d'huile hydraulique. «Les robots de la série Unimate 2000» sont un exemple de robot de système d'entraînement hydraulique.

Entraînement pneumatique | Effecteur d'extrémité pneumatique

Les systèmes d'entraînement pneumatiques sont particulièrement bien adaptés aux petits robots avec <5o liberté. Il a le potentiel d'avoir une précision et une vitesse élevées. Les actionneurs rotatifs peuvent agir sur ce mécanisme d'entraînement pour réaliser des mouvements rotatifs. Le piston peut également être utilisé pour réaliser des gestes de translation pour des joints coulissants. Par rapport à l'entraînement hydraulique, ce mécanisme est moins coûteux. L'inconvénient de cette méthode est qu'elle ne conviendrait pas à des opérations plus rapides.

Les systèmes d'entraînement électriques et hydrauliques sont les deux types de systèmes d'entraînement les plus largement utilisés. Une discussion détaillée peut être trouvée ici.

Force effectrice d'extrémité

Mécanisme de préhension

Diverses forces agissent dans tout le corps d'un manipulateur robotique. La force dominante dans cette liste est la force de frottement, car c'est ce qui détermine la dureté ou la souplesse de la prise pour éviter tout dommage possible à l'objet.

La prise de l'effecteur d'extrémité doit être suffisamment solide et flexible pour supporter le poids de l'objet et également gérer le mouvement et l'accélération produits par le mouvement continu de l'objet. Par conséquent, il est impératif de calculer la quantité de force requise par la pince pour saisir un objet.

La formule pour trouver la force requise par l'effecteur d'extrémité du robot pour la prise nécessaire sur un objet, la formule suivante est utilisée:

{F = \ frac {ma} {\ mu n}}

F= force nécessaire pour saisir l'objet,

m= masse de l'objet,

a= accélération de l'objet,

µ= coefficient de frottement,

n= nombre de doigts dans la pince

L'équation ci-dessus est plutôt une forme généralisée et est donc considérée comme incomplète dans diverses situations. Pour l'adapter à un environnement plus réaliste, un autre terme est introduit qui peut être vu dans l'équation modifiée ci-dessous. Cela prendra en charge les fluctuations de la force de gravitation qui se produisent concernant la direction du mouvement. Par exemple, le mouvement ascendant de l'objet contre la gravité nécessite plus de force dans la pince que le mouvement descendant de l'objet vers la gravité.

{F = \ frac {m (a + g)} {\ mu n}}

Ici, g est une accélération due à la gravité, et a est l'accélération due au mouvement de l'objet.

Un critère de préhension lié à la tâche peut être utilisé pour choisir les prises qui conviennent le mieux pour remplir les spécifications de tâches de base pour certaines tâches de manipulation visuellement interactives, telles que l'écriture et la manipulation de tournevis. Plusieurs critères de cohérence de la préhension orientés tâche ont été proposés pour aider à évaluer une maîtrise forte qui répond aux spécifications de la tâche.

L'effecteur d'extrémité robotique est-il multifonctionnel?

La pince robotique peut effectuer plus d'une tâche à travers la conception et la fabrication. Par exemple, les robots ménagers visent à aider les personnes âgées et handicapées ou toute personne à mobilité réduite, d'ailleurs. Par conséquent, ils doivent être capables de cartographier l'environnement, de se déplacer vers les emplacements souhaités et de saisir les objets nécessaires.

D'autre part, les manipulateurs robotiques industriels utilisés dans l'industrie de l'automatisation peuvent avoir des effecteurs terminaux capables de saisir et de ramasser des objets. Cela peut également être utilisé comme un équipement d'outillage. L '«outillage d'extrémité du bras» est hautement justifié dans ces cas parce que l'effecteur d'extrémité du robot sert le but littéralement représenté par le nom.

Dans le cas d'un robot chirurgical, l'effecteur d'extrémité de robot est conçu et fabriqué sur mesure pour prélever les équipements chirurgicaux à des emplacements souhaités, les manipuler dans la région en cours d'opération et également effectuer la procédure réelle en utilisant ces instruments.

Par conséquent, une seule pince robotique peut être conçue et fabriquée pour de multiples tâches et opérations grâce à une recherche approfondie et à une étude minutieuse des mouvements précis à générer.

Pince de bras de robot

Effecteur d'extrémité Artaic Mosaic, crédit d'image: Eba1968Robot de fabrication de mosaïques Artaic, CC BY 3.0

Effecteur d'extrémité de bras de robot

Pour en savoir plus sur la conception de Robot am et son utilisation cliquer ici.

Pince magnétique | Effecteur d'extrémité magnétique

Spécifications Artisentinal, Crédit d'image: LIVSMED, ArtisentielCC BY-SA 4.0

Pick and Place Gripper | Choisissez et placez l'effecteur d'extrémité

Un robot sous la forme d'un manipulateur en série ayant un effecteur d'extrémité de sélection et de placement ou une pince typique a une configuration à plusieurs doigts. Le nombre de doigts dans l'effecteur terminal dépend de la forme, de la taille et du poids de l'objet qui est censé être saisi. Une discussion détaillée peut être trouvée ici.

À propos d'Esha Chakraborty

J'ai une formation en ingénierie aérospatiale, je travaille actuellement à l'application de la robotique dans l'industrie de la défense et des sciences spatiales. Je suis un apprenant continu et ma passion pour les arts créatifs me maintient enclin à concevoir de nouveaux concepts d'ingénierie.
Avec des robots remplaçant presque toutes les actions humaines dans le futur, j'aime apporter à mes lecteurs les aspects fondamentaux du sujet d'une manière simple mais informative. J'aime aussi me tenir au courant des progrès de l'industrie aérospatiale simultanément.

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