本节书摘来自华章出版社《制造业中的机器人、自动化和系统集成》一书中的第3章，第3.4节，作者［英］ 麦克·威尔逊（Mike Wilson），更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

3.4 抓手和工具转换器

对于像装配、机床上下料和常见的材料搬运等应用，还包括包装、码垛、压机上下料和很多其他的应用，抓手是系统中最重要的要素之一。虽然类似于人手的抓手正在开发中，但依然很复杂且价格昂贵。大多数工业自动化应用都不需要具备这些高级功能的抓手。
为了满足特定应用的需要，我们需要开发抓手。“抓”的功能可能由多种技术来实现，包括两爪抓手，气动真空吸盘或者磁铁。在某些情况下，气球也是非常有效的机构。
标准的两爪抓手（如图3-7所示）适用于不会因为操作力过大而把工件夹坏的工件。如果需要较大的操作力，可以使用气动装置、电动或者液压装置。标准的抓手模块可以直接按照产品目录购买，唯一要做的工作就是需要设计与被夹工件相适应的爪子。这些或其他类似的抓手，可能用在机床上下料中。

气动真空吸盘广泛应用于搬运平面工件，或者箱子或相似的物体。它们非常有效，操作迅速，并且通常不会损伤被拾取工件的表面。真空吸盘的尺寸应该尽可能小，因为越大的吸盘会花费更多的时间来把气体从吸盘中排出，从而影响工作节拍。吸盘的材料也应该仔细考虑，特别是要考虑其与系统工作温度的相关性。在20℃时，真空吸盘用橡胶材料很好，但在4℃时它会非常硬且完全无效，而包装站中的机器人系统很有可能在这个温度下工作。

真空抓手带有吸盘阵列，灵活性高，使得吸盘可以适应被拾取的工件。它也有可能提供比拾取每个工件所需数量多的吸盘。

码垛操作中的拾取麻袋经常用蛤壳式抓手来实现（如图3-8所示）。在大多数情况下，真空抓手不能用，因为麻袋上有气孔，并且麻袋中的粉末会堵塞真空系统。蛤壳式抓手有许多手指，能从麻袋两侧合拢，从麻袋下面托住，因此，能够支撑这种非刚性的产品。放下麻袋的动作是张开手指，麻袋掉在托盘上。虽然麻袋没有精确定位，但掉落确实能够使麻袋中的材料更加均匀。

对于某些用其他方法拾取比较困难的工件，比如黑色金属材料的工件，有时我们可以用磁铁，比如从托盘上卸除一层一层的空罐子。已经证明用其他任何方式实现可靠拾取都是非常困难的，但磁铁却能操作得很好。值得一说的是，磁铁抓手本身比拾取的物体重很多，所以导致选用大型机器人来处理所需的负载。

还有很多更专业的抓手，如气球，用来拾取瓶子。气球落入瓶子中，然后开始充气。这样拿瓶子非常安全。烘烤过的松饼则是通过将一些弯针插入松饼的顶部来实现抓取的。这样能成功地抓起松饼，并且在松饼上留下非常小的洞，也不会被消费者看见。特殊的气动抓手已经发展成可以拾取具有不平整表面的物体，包括印度炸圆面包片（薄的圆形的南亚面包）。

对于一些应用来说，在同一个机器人上安装多种抓手或者工具是非常必要的。在某些情况下，它们可以安装在手腕上，还不会影响承载能力或者相互干扰。在其他情况下，同时安装多个抓手是无法实现的，需要配置工具转换器。工具转换器都是现成的产品，可分成两部分，一部分与机器人连接，另一部分与工具或者抓手连接。它们有不同的型号以便适应不同的工具重量，并且还能在转换器内进行电能、空气和数字信号的传输。

抓手的驱动通常是由气动装置来提供的，主要因为这样能将抓手的重量控制到最小。在需要很大夹取力时可以采用液压。当需要更加精确控制时，可以使用电机，甚至伺服电机。然而，使用电机会带来成本和重量方面的副作用。液压则会在维护或者可靠性方面显得不足。在抓手上安装传感器来检测工件的拾起和放置是否正确，以及抓手的零件是否正确工作。传感器可以提升系统的可靠性和性能。

比如，减小错误装配工件的风险，但传感器也增加了抓手的复杂度。
需要注意的是，抓手是机器人系统与外界接触的部分，因此，也是磨损和破坏风险最大的地方。安装时增加定位销是很重要的，这样抓手可以拆下来或者在相同的位置更换新抓手。然后抓手可以拆下来进行维护或修理，当抓手再次安装回去时，也不需要重新给机器人示教路径或者位置。成功的抓手设计的关键是保持抓手尽可能简单，同时依然满足应用的需要。