小型协作机器人的智能夹爪

为小型精密设备提供合适的电机可能极具挑战性。

随着协作机器人的发展和推广普及，人们对于各式各样夹爪和末端执行器的需求也越来越大。其中一种挑战性更高的应用便是小型零部件的自动计量和测量。这类设备必须提供达到2.5微米的高分辨率定位功能，而且在自动化应用中，决策软件必须能持续使用这种高分辨率定位功能。因此，New Scale Technologies公司下属的New Scale Robotics (NSR) 部门决定设计和制造一种最新款的夹爪。

NSR-PG-10-20精密平行夹爪专为最小型的协作机器人设计，是一套将电机、传感器、精密轴承导轨、驱动装置和控制电子装置以及用于自动化系统的嵌入式固件集成在一个设备中的机电一体化系统。在设计过程中，NSR决定为夹爪配备即插即用集成功能，如此便可以在几分钟内安装在Universal Robotics (UR) 公司的小型协作机器人系列产品上。总而言之，NSR-PG-10-20夹爪能为用户提供最小的尺寸和质量以及最高的精度。所有电源和控制电路都通过机器人工具端口和滑环定位，因此不需要外部导线或电路板。在安装夹爪时，只需装到UR机器人工具法兰上，并将单根导线连接到UR工具I/O端口即可。运动命令可通过机器人的8针工具I/O接口接收。由于不需要外部导线或独立电子装置，UR机器人的腕关节可以在没有导线干扰的情况下进行360度旋转，甚至可以无限旋转。

NSR-PG-10-20精密平行夹爪采用maxon EC-20 Flat盘式电机，可实现高精度运行

精密平行夹爪中包含一台内部绝对位置传感器，专用于自动化计量应用，以确保小型复杂零部件搬运、测量、分拣和组装过程中的高精度。夹爪必须在较长使用寿命期限内重复执行快速、精确的运动。

精密运动控制

在设计过程中，NSR研究了精密平行夹爪的需求，并选择了由maxon设计和制造的EC-20 Flat盘式无刷DC电机。这款电机提供多达五种绕组类型以及集成编码器。另外，电机还提供多种功率输出，并且具有稳定性高和运行安静等特点。选择这款电机的主要原因在于：电机本身质量只有15克，但却能达到3.75 mN-m的较高连续转矩。电机具有卓越的扭矩质量比意味着：在较小传动比16:1的情况下，NSR-PG-10-20可达到±3至10 N的可调夹持力。夹爪包含一套20 mm对称正时皮带传动装置。此外，工作电压、电流和转矩与机器人内部电源也非常适合。

BLDC旋转电机通过齿轮减速器驱动正时皮带，从而将旋转运动转换为线性运动。独立的角度传感器可用于测量电机轴角的度，独立的数字式电子装置则可用于生成运行所需的三相驱动电流。这套机械系统可执行线性运动，以打开和闭合夹爪夹指从而完成抓取和放置小型零部件的任务。夹爪夹指能根据应用需要从零部件外部或从内部进行夹取。使用上述嵌入式传感器后，夹爪线性部件的测量分辨率可达到2.5微米。夹爪的打开/闭合速度为20 mm/s，打开/闭合范围为20 mm。

NSR公司首席执行官David Henderson表示：“设计中最棘手的部分就是在保证夹爪的小尺寸、高度和低质量的同时提供闭环位置和速度特性。另一项挑战则是找到一款低功率、低电流的电机，让我们能够使用机器人的内部电源。”maxon的EC-20 Flat盘式电机具备NSR所需的各种优势，不仅是客户最需要的产品，而且安装和操作也十分方便。机械集成是最简单的部分。公司使用一台没有角度传感器的EC-20 Flat盘式电机，并配备自己的外部角度传感器用于换向。“我们希望在未来持续扩大我们的产品范围，并生产出更高品质的夹爪，例如提高夹持力、通过相应增加电机质量和提高功率实现更长的夹持范围，另外还可以通过嵌入式力传感器改善力量的控制”，Henderson先生说。

maxon的EC-20 Flat是尺寸最小并具有适当转矩能力的电机，能最好地满足NSR-GP-10-20精密平行夹爪的要求

夹爪配备可更换的夹指。NSR-PG夹爪在出厂时已安装有夹指，因此用户可以立即将其投入使用。如果与Universal Robotics公司的UR3、UR5、UR10机器人以及该公司最新e系列机器人UR3e、UR5e和UR10e机器人搭配使用，则夹爪还可以提供可示教的夹指位置。手动将夹指移到所需位置，并使用示教器进行设置——所有已使用过UR机器人示教模式的操作人员都已经非常熟悉这个流程。位置的重复精度可达到0.01 mm。通过设置适合用户工件的夹指打开和闭合位置，可最大限度地减少每次运行时的夹指动作（行程），从而节省时间和能源。总的来说，NSR-PG-10-20允许用户将重复性、劳动密集型测量和质量控制任务自动化，从而使UR机器人成为计量应用中一款异常强大的工具。

为这类特定应用找到合适的电机可能是一项非常艰巨的任务。得益于最小型电机中蕴含的最新技术，NSR具有满足客户各种需求的能力。maxon的EC-20 Flat盘式电机是NSR-PG-10-20精密平行夹爪设计和制造过程中的关键部件。

更多相关信息：newscalerobotics.com