機器人抓手，即機器人的手部、夾爪，也被稱為機器人末端執(zhí)行器(End of Arm Tooling，簡稱EOAT)。它是裝在機器人手臂上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件，使機器人能夠抓住、握緊、拿起、搬運和放下物體，或?qū)崿F(xiàn)工件的自動化加工。作為機器人自動化系統(tǒng)的一部分，機器人抓手通過機器人手臂連接到機器人，使機器人能夠從事搬運、碼垛、上下料等工作，從而提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低工人勞動強度，并代替工人從事一些危險和重復(fù)性的工作，保障其人身安全。

　　受益于機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動，作為工業(yè)機器人重要組成部分的機器人抓手，近年來逐漸為業(yè)界所關(guān)注。本文將介紹機器人抓手的主要分類及發(fā)展趨勢，并盤點國內(nèi)外主要的機器人抓手廠商。

　　機器人抓手的主要分類

　　機器人抓手的分類多種多樣。本文主要從驅(qū)動方式、抓取方式、形態(tài)特征、功能用途四種分類方式，對其分類進行介紹。

　　按照驅(qū)動方式分類

　　根據(jù)驅(qū)動方式的不同，機器人抓手主要可分為液壓抓手、氣動抓手和電動抓手。

　　液壓抓手采用液壓傳動方式，通過液壓系統(tǒng)產(chǎn)生液壓力，然后系統(tǒng)將壓力轉(zhuǎn)化為機械能，從而使機器人抓手能夠像人手一樣抓取物品。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)速范圍大且調(diào)速方便、傳動平穩(wěn)、動作靈敏、響應(yīng)速度快、負載剛性大、功率重量比大，適用于抓取重量較大的物品。缺點在于工作性能易受溫度變化影響，不宜在很高或很低的溫度條件下工作;液壓元件制造精度要求較高，成本較高;液壓傳動出現(xiàn)故障時不易追查原因，不易迅速排除故障。

　　氣動抓手利用壓縮空氣作為動力來夾取或抓取工件，是目前應(yīng)用最為廣泛的機器人抓手類型。根據(jù)功能特性的不同，氣動抓手又可分為平行抓手、擺動抓手(Y形抓手)、旋轉(zhuǎn)抓手和三點抓手等。氣動抓手的主要特點包括：結(jié)構(gòu)簡單、輕便，安裝維護簡單，使用成本低;氣源方便，排氣處理簡單，不污染環(huán)境;反應(yīng)速度快，且便于實現(xiàn)自動化控制;型號和抓取力多樣，可以適應(yīng)不同的應(yīng)用;

　　環(huán)境適應(yīng)強，可在惡劣的環(huán)境(高溫、強磁、輻射、振動等)中工作;可靠性高，使用壽命長等。其不足之處在于可實現(xiàn)抓取點位單一，對力的控制不夠精細，難以滿足一些多功能抓取的需求;氣源氣壓的不穩(wěn)定輸出會導(dǎo)致夾持力不穩(wěn)定，使得抓取物易脫落。

　　電動抓手即由電力驅(qū)動的機器人抓手，是近年來興起的機器人抓手類型。它的興起很大程度得益于以協(xié)作機器人為代表的柔性化生產(chǎn)工具發(fā)展的帶動。電動抓手可以進行數(shù)字化控制，做到速度、位置以及夾持力度的精準(zhǔn)控制，具備高柔性的特點，更加適配于產(chǎn)線對柔性制造的需求。

　　按照抓取方式分類

　　根據(jù)抓取和夾持的方式不同，可以將機器人抓手分為內(nèi)撐式抓手、外夾式抓手，以及內(nèi)外夾持式抓手。

　　內(nèi)撐式抓手，就是采用內(nèi)部夾持方式的抓手。在某些應(yīng)用中，由于物體幾何形狀的原因，例如有孔洞的物體，需要從內(nèi)部抓取夾持物體。這種情況下，抓手通過擴張力來抓取和夾持物體。

　　外夾式抓手也就是采用外部夾持方式的抓手。這種情況下，抓手通過施加夾緊力來抓取和夾持物體。由于外部夾持是較為普遍的夾持物體的方式，因此外夾式抓手比較常用。

　　當(dāng)然，這只是根據(jù)抓取方式來劃分，部分機器人抓手既支持內(nèi)部抓取方式，也支持外部抓取方式。此外，還有內(nèi)外夾持式抓手，它可以同時結(jié)合內(nèi)部夾持和外部夾持兩種方式，來抓取和夾持物體。

　　按照形態(tài)特征分類

　　按照形態(tài)特征的不同，機器人抓手主要可分為無指抓手和仿人手抓手等。

　　無指抓手即不像人手那樣具有手指的抓手。這其中，吸盤是典型的無指抓手。按照工作原理的不同，吸盤又可分為磁力吸盤、真空吸盤、靜電吸盤和范德華力吸盤等。

　　磁力吸盤的原理是在手部裝上電磁鐵，通過磁場吸力把工件吸住，適用于吸附鐵磁材料制成的工件。磁力吸盤可分為電磁吸盤、永磁吸盤和電永磁吸盤等。電磁吸盤的特點是工件的吸脫由開關(guān)控制，操作效率高，容易實現(xiàn)和機械動作聯(lián)動的自動化，吸力大小可進行電氣控制，吸盤可設(shè)計成大型化。永磁吸盤的特點是不需要電源，無停電之憂，吸著狀態(tài)可長時間保持不使用電力,不會引起工件的熱變形。電永磁吸盤的特點為工件的吸脫由開關(guān)控制，僅吸脫時瞬時用電，無需連續(xù)通電;在停電或斷電時也能保持吸力。

　　真空吸盤的原理是通過真空設(shè)備的抽吸，讓吸盤產(chǎn)生負氣壓，從而將物體吸住，適用于鐵板、鋁板、鋼板、石板等板材的搬運，各類玻璃的搬運，以及其它表面較平整、形狀較規(guī)則的物料搬運。真空吸盤一般由橡膠材料所造，易使用、易損耗，無污染，吸取和放下工件不會對工件造成損傷。常見的真空吸盤有扁平吸盤、波紋吸盤、橢圓吸盤和特殊吸盤等。

　　靜電吸盤是通過靜電感應(yīng)來吸附物體。靜電吸盤產(chǎn)生的吸附作用源自在整個吸附面上均勻產(chǎn)生的電流的力量，因此具備不易對工件施加物理壓力的優(yōu)點，在需要吸附固定薄型纖細工件(半導(dǎo)體晶圓、玻璃、金屬箔、薄膜等)的先進電子產(chǎn)品的生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用較多。如果工件潤濕以及工件厚度較厚且發(fā)生了翹曲，靜電吸附固定就存在困難。

　　范德華力吸盤源自于對壁虎腳掌微觀特征的觀測和模仿。范德華力又稱為分子間作用力，是一種存在于分子間的電性吸引力。壁虎腳掌上微小的剛毛與墻面之間也能產(chǎn)生范德華力，雖然每根剛毛產(chǎn)生的力量微不足道，但累積起來就相當(dāng)可觀。范德華力吸盤通過特殊材料與物體間的范德華力實現(xiàn)吸附，適用于吸附平板類微器件，可應(yīng)用于3C電子行業(yè)。

　　仿人手抓手，也就是模仿人類手部的抓取能力，像人手一樣具有手指，可以執(zhí)行更精細的動作。根據(jù)手指數(shù)量分類，可分為二指抓手、三指抓手、四指抓手、五指抓手等。其中，二指抓手應(yīng)用較多;當(dāng)二指抓手不適合處理工件時，三指、四指以及五指抓手可以提供更好的抓取支持和穩(wěn)定性。按照操作原理分類，仿人手抓手又可細分為2指平行抓手、2指張角抓手、2指水平旋轉(zhuǎn)抓手、2指長行程平行抓手、3指定心抓手、3指長行程定心抓手、四指定心抓手、仿人五指靈巧手等。

　　按照功能用途分類

　　根據(jù)功能和用途的不同，機器人抓手主要可分為搬運用抓手、加工用抓手、測量用抓手等。

　　搬運用抓手主要通過夾持、吸附等方式，完成工件的自動化搬運，主要包括抓取式抓手、夾板式抓手、吸盤和磁力抓手等。抓取式抓手廣泛用于各類軟袋包裝物的碼垛，如袋裝化肥、飼料、糧食、化工原料等。夾板式抓手主要用于整箱或規(guī)則盒裝包裝物品的搬運、碼放，如周轉(zhuǎn)箱、紙箱等。吸盤適用于塑料玻璃等表面細致光滑、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定牢固的物品的搬運、碼放;磁力抓手適用于鋼材、鐵片等導(dǎo)磁材料的工件搬運。

　　加工用抓手帶有噴槍、焊槍、砂輪、銑刀等加工工具，用來完成切割、焊接、拋光、打磨、噴涂等工作，實現(xiàn)工件的自動化加工。

　　測量用抓手是裝有測量頭或傳感器的附加裝置，不參與搬運、加工等工作，主要用來進行測量及檢驗作業(yè)。

　　機器人抓手的發(fā)展趨勢

　　工業(yè)機器人作為一種能夠自動執(zhí)行各種工業(yè)任務(wù)的智能裝備，在現(xiàn)代化工廠中發(fā)揮著非常重要的作用，且應(yīng)用范圍和功能也在不斷擴展和提升。伴隨著機器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，機器人抓手市場需求也隨之釋放，并在越來越多的領(lǐng)域當(dāng)中得到應(yīng)用。而且，在科學(xué)技術(shù)進步、市場需求升級的帶動下，當(dāng)前機器人抓手正朝著“電動化、柔性化、仿生化、靈巧化、智能化”等方向發(fā)展。

　　電動化

　　相較于液壓抓手和氣動抓手，電動抓手誕生較晚，但發(fā)展迅速。這表現(xiàn)在：一方面，雄克(Schunk)、SMC、費斯托(Festo)、Zimmer等氣動抓手巨頭廠商紛紛推出電動抓手產(chǎn)品;另一方面，近年來也涌現(xiàn)了一批以電動抓手為主營產(chǎn)品的知名廠商。這其中，國際廠商以O(shè)nRobot、Robotiq等為代表，國內(nèi)廠商以鈞舵機器人、知行機器人、增廣智能、大寰機器人、因時機器人等為代表。而且，電動抓手的市場份額在逐步提高，新進的電動抓手廠商也在持續(xù)增加。

　　這是因為，電動抓手在性能和結(jié)構(gòu)上優(yōu)于液壓和氣動抓手。相比于氣動抓手，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上用機電一體化結(jié)構(gòu)代替氣動抓手的氣源、過濾器、電磁閥等部分，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的簡化，并能用于醫(yī)療、實驗室等無氣源場合。相比于液壓抓手，其系統(tǒng)維護方便，無需使用液壓能源，可減小能源污染。而且，電動抓手可進行數(shù)字化控制，方便精確地控制速度、位置以及夾持力度;通過矢量控制和動力學(xué)補償，電動夾爪可以實現(xiàn)高節(jié)拍下的力控，更加適應(yīng)柔性化生產(chǎn)需求。

　　不過，目前機器人抓手市場仍然以氣動抓手占絕對主導(dǎo)，且其統(tǒng)治地位短期內(nèi)還難以撼動。根據(jù)高工機器人產(chǎn)業(yè)研究所(GGII)的統(tǒng)計及預(yù)測，目前在中國市場，電動抓手的市場份額還不到10%，預(yù)計到2025年電動抓手市場份額有望突破14%。而且，部分以電動抓手為主營產(chǎn)品的機器人抓手廠商，考慮到目前機器人抓手的市場現(xiàn)狀和客戶需求，也開始涉及氣動抓手和吸盤類產(chǎn)品。

　　柔性化

　　傳統(tǒng)的機器人抓手多為剛性抓手。剛性抓手的局限性主要在于夾持力度通常不可控，如果夾持力度過大，可能在抓取過程中會損壞物品，或在產(chǎn)品表面產(chǎn)生劃痕;而且，對于一些形狀不太規(guī)則，易產(chǎn)生形變的物品，剛性抓手以及吸盤難以有效抓取。這也推動機器人抓手走向柔性化、軟體化。當(dāng)前，市面上已經(jīng)有廠商推出柔性抓手/軟體抓手產(chǎn)品，并在一定程度上解決了異形、易損物品的抓取問題，彌補了剛性抓手和吸盤在某些場合無法適用的空缺。

　　例如，德國雄克(Schunk)作為全球抓取系統(tǒng)和夾持技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)廠商之一，擁有1200多種卡爪類型，包括基爪、嵌入爪、臺階式卡爪、擺動卡爪、軟爪、扇形軟爪、QUENTES塑爪等。其中，QUENTES塑爪可在最大限度保護表面的情況下提供強勁的夾持力，由玻璃增強塑料制成的夾緊嵌件可實現(xiàn)高摩擦系數(shù)，非常適用于磨削或表面處理的部件，防止在工件表面形成夾緊痕跡。

　　蘇州柔觸機器人致力于為工業(yè)自動化和智能制造提供柔性抓手解決方案，產(chǎn)品主要包括柔性夾爪、氣動夾爪、柔性機械手等柔觸夾爪及其控制器等，并已應(yīng)用于工業(yè)自動化、食品、醫(yī)療、汽車、服裝、3C電子、玩具、包裝物流、教育等多個領(lǐng)域。在實際應(yīng)用中，其柔性夾爪能自適應(yīng)地包覆住目標(biāo)物體，而無需預(yù)先知道其準(zhǔn)確的形狀和尺寸，在實現(xiàn)柔性抓取的同時也不會損壞物體或在物體表面留下劃痕。

　　美國Soft Robotics、丹麥OnRobot、北京軟體機器人科技、東莞易爪機器人等廠商也都致力于柔性軟體抓手的研發(fā)與應(yīng)用。

　　仿生化

　　生物在與自然環(huán)境的不斷對抗中，進化出生存的最優(yōu)解。于是，一些廠商和科研機構(gòu)也從身體柔軟、靈活、高度敏捷的生物中汲取靈感，研制出模仿生物特性的機器人抓手。

　　例如，費斯托(Festo)作為世界著名的仿生機器人廠商，致力于將自然基本原理應(yīng)用到自動化技術(shù)領(lǐng)域，而且在仿生機器人抓手方面也頗有造詣。Festo研制的仿生抓取助手(Bionic Handling Assistant)在結(jié)構(gòu)和整體功能上模仿的是象鼻;抓手由三根自適應(yīng)手指組成，作用原理來源于魚鰭，具有Fin Ray Effect的結(jié)構(gòu)像魚鰭一樣，在側(cè)向壓力下不會彎曲，而是圍繞壓力點彎曲。通過這種方式，手指在被抓持的材料周圍輕輕地閉合，并且能夠無損地抓取易碎和不同形狀的物體。