2022-02-10
何謂夾爪？
簡而言之，夾爪就是能幫助機器人揀取並移動物件的設備。而在結合協作型機器人後，它更可協助製造商實現重要製程的自動化，例如檢測、組裝、取放與機台操作等。
我們不妨將夾爪想成是人類的雙手。當用戶將夾爪安裝在機械手臂的末端時，既可發揮機械手臂的力道，也能展現人類雙手的靈巧度。而在物料處理上，此一結合也為協作型機器人提供了眾多大顯身手的機會，從堆疊大型紙箱到處理微小的精密電子零件，都難不倒它。
目前市面上能與UR機器人搭配使用的夾爪，可說是琳瑯滿目。儘管部分夾爪的設計仿效人手具有五根手指，但並非所有夾爪都是如此。有些夾爪只有兩指或三指，外形猶如爪子，有的則結合機械、大型吸盤甚或充氣袋等概念。而在選項如此眾多的情況下，用戶為手邊應用尋找最合適的夾爪時，無所適從的心情自然不在話下。
對此，本文將帶您認識製造業中最常見的夾爪，並挑出幾款進行介紹，分析各種機械夾爪在不同應用上的優缺點。
夾爪類型
為協作型機器人挑選合適的夾爪，有時難免煩惱，尤其是面對琳琅滿目的機械夾爪，以及繁瑣的專業術語時。
然而，若從大方向來看，我們還是可從夾爪的驅動及/或控制方式，將它們區分為五大類。
真空夾爪
真空夾爪的原理，就是利用大氣壓與真空間的氣壓差來揀取與移動物件。一般來說，真空（或是真空氣流）會藉由迷你機電泵浦或壓縮機產生。過程中真空氣流不能中斷，才能確保協作型機器人安全地移動它所揀取的物件。
壓縮機式真空夾爪所產生的力道，要比機電式夾爪強上4至10倍，因此適合揀取較重的物品。然而，對於移動需求度高的應用來說，機電泵浦式真空夾爪的表現更為亮眼。
真空夾爪可在許多製程的自動化過程中派上用場，但最常見的用途莫過於包裝與堆棧作業。
以 Nortura為例，這家挪威肉品廠商部署了一台搭配備真空夾爪的UR10協作型機器人，成功實現堆棧作業最佳化。
DCL Logistics是一間位於美國的第三方物流公司，他們採用了搭配Piab piCOBOT真空夾爪的UR10e協作型機器人，負責在物流中心揀貨及包裝。
真空夾爪的好處在於，它能夠處理各種不同類型的物件（即使擺放位置不正確），以及價格較其他類型的夾爪來得低。缺點則是電力成本會因驅動壓縮空氣或真空泵浦而增加，且對於粉塵環境相當敏感。
氣動夾爪
氣動夾爪是透過壓縮空氣與活塞運作的「爪子」（或稱「手指」），一般以2指及3指設計最為常見。氣動夾爪用途廣泛，可在眾多不同的應用中派上用場。
以美國華盛頓的Toolcraft Inc為例，這家小型機械加工廠面對CNC工具機中棘手的三階段作業，決定採用PHD PneuConnect氣動夾爪，並成功實現機台操作自動化。而在與 UR5e協作型機器人（重現精度達30微米）結合後，整套系統可將零件置於CNC工具機進行加工，再將零件放入清潔液中，接著讓零件通過空氣噴嘴，最後將清洗且風乾過的零件置於架上準備運送。
氣動夾爪的優點是成本低、抓力範圍大、適合狹小空間，以及反應時間快。然而，氣動夾爪適合用來處理同一類型的零件。因此，若是您專門從事少量多樣化生產，那麼或許它並非最佳選擇。再者，此類夾爪的夾力及位置控制能力皆有限，需要壓縮空氣始可運作。
液壓夾爪
由於透過液壓油驅動，因此液壓夾爪的抓力要比氣動夾爪來得更大，對於重載型應用是個相當理想的選擇。
液壓夾爪最大的優勢在於抓力絕佳，但也因此伴隨若干副作用，例如處理液壓油、泵浦以及儲存槽的作業較為複雜。可想而知，液壓夾爪的維護成本會比其他夾抓來得更高。
電動夾爪
在眾多協作型機器人應用（例如機台操作與隨機取放）中，電動夾爪是一個相當熱門的選擇。儘管它的抓力不如液壓夾爪，但仍相當適合需要高速及中輕度抓力的應用。電動夾爪的設計一般為三爪，經常用於處理圓盤或圓柱體。
以總部位於捷克的 STAMIT為例，這家機械工具公司結合了 Robotiq的2指電動夾爪以及 UR10協作型機器人，成功在生產品項繁雜的情況下（每年處理4,000種加工件以及1,200萬個零件），實現CNC機台操作自動化。
對於生產自動化而言，電動夾爪最關鍵的功能在於控制度。多數的電動夾爪會配備微型處理器，藉此改變夾爪的力道與速度。此外，還可透過力感應器輕鬆處理各類零件。另一方面，即使電動夾爪的抓力逐年提升，但整體抓力仍低於氣動夾爪，而且還更貴。
夾爪專有名詞說明
如前所述，我們依照夾爪的驅動方式進行分類，但還有其他分類方式，例如以形式分類，因此會有像是「平行夾爪」、「柔性夾爪」與「角夾爪」等用詞。此外，還有可能會遇到「適應性夾爪」、「機械式夾爪」與「爪子」等專有名詞。不過請別擔心，在之後的文章中，我們會一起深入了解更多不同類型的夾爪。
如何選擇正確夾爪？
在選擇夾爪時，有幾項要素需銘記在心，最重要者莫過於用在何種應用上。在優傲科技的協助下，您可透過UR+生態系統取得各種類型的夾爪，進而處理大多數常見的生產工作。然而，在為協作型機器人選擇夾爪前，必須考慮以下幾個重要問題：
- 夾爪需要處理種類單一或混合的物件？
- 待處理的物件類型為何？例如食品、電子零件
- 待處理的物件形狀為何？（平面、曲面、不規則）
- 是否需要回傳夾爪數據？
- 夾爪需要多大的有效負載？
- 夾爪是否需要在狹小空間內作業？
末端夾治具類型
所謂的「末端夾治具」或「手臂末端工具」（EOAT），就是連接在機械手臂末端的任何裝置。夾爪就是眾多末端夾治具中的其中一員。例如連接在機械手臂末端的智慧相機可用於監測作業，或是焊接工具也能夠連接在協作型機器人上，安全完成焊接作業自動化。
末端夾治具還適用於點膠作業。以AIM FD400的設計為例，就是為了在生產設置中準確分配中度黏度的液體（例如油脂與矽利康）。
