双臂工业机器人:软包抓手
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起因
立项那篇把话说在了前头:软包分拣,末端抓手是第一难题。后面几篇把眼睛的事闭环了,上一篇把传感器的原则立了,这篇正面写手。件的重量其实不大:衣物零点二到三公斤,小件五公斤封顶,臂随便扛——难的是件没形状、软、滑,里头装什么不知道不能掐,面单还贴在外面娇气。臂准到两丝,最后这一百多毫米掉链子,前面全白搭。这一篇把两种件怎么抓、吸盘怎么排、气路怎么走、力怎么限、断气那一刻怎么不掉件,一件一件定下来。
先把件分清楚
客户的仓里,件看着五花八门,蹲几天就能分清,其实就三类:
| 件型 | 长什么样 | 怎么抓 | 难在哪 |
|---|---|---|---|
| 压缩袋 | 抽过真空的衣物,砖头似的规则小块,膜面绷紧光滑 | 当砖头抓:吸顶面,一两个盘就稳,码托直接当砖码 | 膜面偶尔褶皱贴不平;边缘硬,磨吸盘唇 |
| 蓬松软袋 | 普通袋装没抽气,软塌不定形,堆着互相挤 | 多点吸、分区控、路径放慢 | 没形状、会晃会滚、堆里抽件带倒邻件 |
| 小盒装 | 鞋盒饰品盒,硬顶面 | 吸顶面,一次多件并排吸 | 基本没难点,白送的 |
压缩袋那种是白捡的便宜:真空压缩把一件羽绒服压成一块砖,形状稳、能堆叠、膜面光滑——吸盘最喜欢的对手。真难的、也占大头的是蓬松软袋,这套抓手的设计余量全为它留。两种抓法得一套机构伺候,这是前提。
吸盘怎么排
先回答为什么是阵列不是单个大盘:件尺寸从袜子包装到抱枕跨好几倍,单个盘吸小件够不着边、吸偏一点就掉;阵列密排,小件至少压住两个盘,吸偏了旁边的盘兜着。再一个,节拍那条线要两到四件并排吸,一次搬运顶几次,这只有阵列给得起。
选型用三层波纹盘。波纹不是装饰:压缩行程十几毫米,蓬松件表面不平、并排几件高度不齐、面有点斜,全靠波纹的压缩量去贴。尺寸混排,大盘扛重小盘补位,间距按最小件至少压两个盘反推。材质硅胶,图三样:寿命长、冬天不发硬、不在浅色衣物上留印。
气路控制上有一条新手必踩的坑:每个盘(或每组盘)必须有独立的电磁阀。吸到的开阀,没吸到的关死。空着的吸盘开着阀,就是一路开着口的漏气,整条真空往下掉,把已经吸住的邻居也带掉。分区阀还送一个红利:一次吸上来三件,码托的时候按格子分批放,这个节拍是白捡的。
气路,和断气那一刻
真空从哪来:文丘里式真空发生器,压缩空气一吹过去就带出真空,没有运动件,几十毫秒建立起来,坏了看得见坏在哪;代价是持续耗气。仓里本来就有气源,第一版发生器起步,真到气耗撑不住再换机械泵,气路接口留好就行。
然后是这一篇最要紧的一条:真空罐加保持阀。单向阀在断电断气那一瞬间把真空锁在罐里,罐里的余量够维持几十秒。这是上一篇失效安全落在抓手上的那一笔:气源没了,件不从半空中掉下来——臂受控地把件放到最近的台面上,放稳了再报警停机。掉一个件砸坏一件货是小事,砸的是客户敢不敢让它接着干。
判据照两票制来:每个分区一个真空度传感器,吸住之后真空度过了到位阈值才算数,这跟视觉确认凑成两票;工作中真空度往警戒线掉就是正在漏,报警。吸盘唇的老化也藏在这条曲线里:新唇吸标准件真空度能到多少是记录在案的,慢慢地到不了那个数了,就是唇该换了。吸盘唇是易损件,几百万次循环的寿命,按月换,跟谐波减速器那页维护表排在一起。
夹指和力
只吸不夹不够用的场合就三种:大蓬松件,吸盘只吸住一层皮,件吊在下面晃,重心还偏;枕形的件会滚,光吸限不住转;还有要摆正面单朝向的时候,得有个指头帮着转。所以抓手上除了吸盘还有两根柔性指。
指是气动波纹管式的:充气就弯,指面包硅胶,本身就是软的,结构上就掐不坏东西。指尖贴薄膜压力传感器,夹持力闭环——从托住不掉的最小夹持力起调,上限按仓里最娇气的件定。袋里装什么不知道,那就当每一件都娇气,压坏一件的赔偿是小事,客户对机器的信任赔不起。这是力控的简版,压力反馈到夹持力闭环就够用;全版的阻抗控制不在这篇,留给双臂共抬那篇。
翻面这一下
面单朝上朝外这条约束,逼出两个动作,快慢差得远。转朝向——件平放着原地转个角度对齐面单方向——是腕转的活,每秒二百五十度,零点几秒的事。翻面——面单朝下的件要翻一百八十度——才是真慢的那段,而且慢的根因不在吸盘:真空建立几十毫秒,破真空吹气也快,慢在软包吊在吸盘下面。吸着件转半圈,件像钟摆一样甩,转快了甩,转完了还得等它停稳才敢放。腕转理论上一秒不到,含上两端停稳要两三秒,节拍一到两秒一件,这一下就吃掉一件的量。
所以翻面让夹指当主力:夹住件的侧面、靠质心那个平面,转轴从质心附近过,件跟着转、不甩摆,一秒出头拿下。夹持点让视觉选——跟选抓点同一个思路,缝上角上夹不住;接触面是硅胶加最小夹持力,衣服上不留印。其他路数也盘过:上下两面各一组吸盘夹着转,稳,但末端重量预算扛不住;针刺式纺织厂搬布匹在用,成品衣物扎洞就是客诉,想都不用想;静电吸薄膜行,公斤级的衣物吸不住。
再快一档的办法是末端根本不翻:工位边上放一个翻面站,臂把面单朝下的件放上去,工装翻,翻好了另一只臂来取——一只臂放待翻的件、一只臂取翻好的件,翻转那一两秒整个藏进另一条臂的搬运时间里,节拍上是零。形态改判那篇提过一句翻转工装兜底,说的就是它,双臂流水怎么排是下一篇的正题。
上哪种不看感觉,看一个数:翻面率。整列供包时上游贴单方向是控制着的,要翻的件可能一成都不到,腕转加夹指就对付了;散堆件翻面率高,才值得上翻面站。这个数客户的存量视频里就能数出来,先量再定,跟首抓率一个办法。
面单的事也在这了结:吸盘对面单是温柔的,负压摊在一大片膜上,不刮不压;夹指接触面是软的,抓取点规划的时候,把视觉认出来的面单位置避开——认面这件事的下游,就落在这几厘米上。
一公斤半
末端重量预算立项就定了:一点五公斤,腕上那两个小模组的规格倒推出来的。混合抓手要塞进这点预算:电磁阀不用一只一只的,用集成阀岛,一块顶六只还省了接头板;结构件铝合金加碳板;管路挑轻的过。塞不进去就删功能:快换盘第一版做成手动的,指两根不做三根。每个零件都在秤上过一遍,超五克都得问一句凭什么。
台架上验什么
抓手总装完不上机,先上台架。第一件,拉脱力:每种件型抽一批,吸住之后垂直往上拉,脱开力要过件重三倍——搬运路上有加减速有冲击,那两倍是留给动态的。第二件,疲劳:吸盘唇在台架上跑百万次级的循环,换算成月份,写进维护表。第三件,把坏法过一遍:唇裂、阀卡、膜面贴不平,每种坏法配上它自己的探测手段——真空度曲线的特征认得出是哪一种。上一篇说将来运维篇要建的那种失效模式表,抓手这一行就从这三条起步。
接下来
抓手把力控的简版立住了,全版在后面:阻抗控制、双臂共抬二十公斤的中件、两条臂较劲怎么解——那些是下一篇的事。手到这里齐了,这台机器从立柱、关节、零点、执行器、眼睛到数据,该有的都有了,剩下的是两手怎么配合。
参考链接
- 本站:双臂工业机器人:立项、视觉链(认面与抓取点)、多传感器兜底(两票制与失效安全)、关节模组(腕部小模组与末端预算)
- Wikipedia: Suction cup——吸盘的原理和材质
- Wikipedia: Venturi effect——真空发生器省不掉的这段物理
Author 软件开发大郭
LastMod 2026-09-13