ロボットエンドエフェクタ

エンドエフェクタは、ロボット アームの先端にある装置で、環境と相互作用するように設計されています。この装置の正確な性質は、ロボットの用途によって異なります。

シリアルロボットマニピュレータに由来する厳密な定義では、エンドエフェクタはロボットの最後のリンク（または端）を意味します。このエンドポイントにはツールが取り付けられます。より広い意味では、エンドエフェクタは作業環境と相互作用するロボットの一部と見なすことができます。これは、移動ロボット^{[1]の車輪や}ヒューマノイドロボットの足を指すものではありません。これらはエンドエフェクタではなく、ロボットの移動性の一部です。

エンドエフェクタは、グリッパまたはツールで構成される場合があります。

ロボットの把持に関して言えば、ロボットグリッパーには4つの一般的なカテゴリーがある: ^[1]

1. 衝撃型: 物体に直接衝撃を与えて物理的に掴む顎または爪。
2. 侵入性: 物体の表面を物理的に貫通するピン、針、またはハックル (繊維、炭素、およびガラス繊維の取り扱いに使用)。
3. 引力: 物体の表面に作用する引力（真空、磁気、電気付着のいずれかによる）。
4. 接触性: 接着するには直接接触が必要です (接着剤、表面張力、凍結など)。

これらのカテゴリは、グリッパーと把持対象物との間で安定した把持を実現するために用いられる物理的効果を記述する。^[2] 工業用グリッパーは、機械的、吸引的、または磁気的手段を採用する場合がある。自動車分野および金属板のハンドリングでは、真空カップと電磁石が主流である。ベルヌーイ・グリッパーは、グリッパーと部品との間の気流を利用し、持ち上げる力によってグリッパーと部品が互いに接近する（ベルヌーイの原理を使用）。ベルヌーイ・グリッパーは非接触型グリッパーの一種であり、対象物はグリッパーによって生成された力場内に閉じ込められたままであり、グリッパーと直接接触することはない。ベルヌーイ・グリッパーは、太陽電池セルのハンドリング、シリコン・ウェーハのハンドリング、繊維産業および皮革産業で採用されている。他の原理はマクロ規模（部品サイズ > 5mm）ではあまり使用されていないが、過去10年間でマイクロハンドリングにおける興味深い用途が実証されている。採用されている他の原理には、静電気（すなわちファンデルワールス力）に基づく静電グリッパーおよびファンデルワールス・グリッパー、毛細管グリッパーなどがある。極低温グリッパーは液体媒体をベースにしています。超音波グリッパーとレーザーグリッパーがあり、最後の 2 つは非接触の把持原理です。静電グリッパーは、グリッパーと対象物の間の電荷差 (静電気力) を利用します。この電荷差はグリッパー自体によって活性化されることが多く、ファンデルワールスグリッパーは、グリッパーの分子と対象物の分子間の原子引力の弱い力 (やはり静電気) をベースにしています。毛細管グリッパーは、グリッパーと対象物の間の液体メニスカスの表面張力を利用して、対象物をセンタリング、位置合わせ、把持します。極低温グリッパーは少量の液体を凍結し、その結果生じた氷が対象物を持ち上げて取り扱うのに必要な力を供給します (この原理は食品の取り扱いや繊維の把持にも使用されています)。さらに複雑なのが超音波グリッパーで、圧力定在波を使用して部品を持ち上げて特定のレベルで固定します (浮上の例には、ネジやガスケットの取り扱いにおけるミクロレベルと、太陽電池やシリコン ウェーハの取り扱いにおけるマクロ スケールの両方があります)。また、液体媒体 (主に細胞) 内でマイクロ部品を固定して移動するのに十分な圧力を生成するレーザー ソースもあります。レーザー グリッパーはレーザー ピンセットとも呼ばれます。

摩擦/ジョーグリッパーの特定のカテゴリは、ニードルグリッパーです。これらは侵入型グリッパーと呼ばれ、標準的な機械式グリッパーと同様に摩擦と形状閉鎖の両方を活用します。

最もよく知られている機械式グリッパーは、2 本指、3 本指、または 5 本指のものがあります。

ロボットの把持の一般的な形式は力閉鎖である。^[3]

一般的に、把持機構はグリッパーまたは機械指によって行われます。2本指グリッパーは、それほど複雑でないアプリケーションで特定のタスクを実行する産業用ロボットに使用される傾向があります。^{[引用が必要]}指は交換可能です。^{[引用が必要]}

2 本指グリップで使用される 2 種類のメカニズムは、グリップする表面の形状と、物体をグリップするために必要な力を考慮しています。

指のグリップ面の形状は、操作する物体の形状に応じて選択できます。たとえば、ロボットが丸い物体を持ち上げるように設計されている場合、グリップ面の形状を凹面状にしてグリップを効率的に行うことができます。四角い形状の場合、表面は平面になります。

ロボットアームによって持ち上げられた物体にはさまざまな力が作用しますが、主な力は摩擦力です。物体の表面が損傷しないように、グリップ面は摩擦係数の高い柔らかい素材で作ることができます。ロボットグリッパーは、物体の重量だけでなく、物体の頻繁な動きによって引き起こされる加速度や動きにも耐える必要があります。物体を掴むために必要な力を求めるには、次の式を使用します。 $${\displaystyle F={\frac {ma}{\mu n}}}$$

どこ：

より完全な方程式は、動きの方向を考慮します。たとえば、物体が重力に逆らって上向きに動く場合、必要な力は重力に向かう力よりも大きくなります。したがって、別の項が導入され、式は次のようになります。

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

ここで、 の値は重力による加速度と移動による加速度としてとらえられます。 ${\displaystyle \,g}$${\displaystyle \,a}$

書くことやドライバーを扱うことなど、多くの物理的に相互作用する操作タスクでは、特定のタスク要件を満たすのに最も適した把持を選択するために、タスク関連の把持基準を適用できます。タスク要件を満たす適切な把持の選択を導くために、いくつかのタスク指向の把持品質メトリック^[4]が提案されています。

ツールとして使用できるエンド エフェクタは、アセンブリでのスポット溶接、塗装の均一性が求められるスプレー塗装、作業環境が人間にとって危険なその他の用途など、さまざまな目的に使用できます。手術用ロボットには、その目的のために特別に製造されたエンド エフェクタが搭載されています。

組立ラインロボットのエンドエフェクタは、通常、溶接ヘッドや塗装スプレーガンです。外科用ロボットのエンドエフェクタは、外科手術で使用するメスやその他のツールです。その他のエンドエフェクタとしては、ドリルやフライスカッターなどの工作機械が考えられます。スペースシャトルのロボットアームのエンドエフェクタは、ハンドルやその他の把持点の周囲でカメラの絞りのように閉じるワイヤパターンを使用しています。 ^[要出典]

• グラップル（ツール）
• 先見性
• トング
• シャドウハンド
• ロボットハンド、把持、操作に関する IEEE RAS TC