末端工具（EOAT）是指機(jī)器人系統(tǒng)中與系統(tǒng)旨在移動、改變、抓取或以其他方式影響的產(chǎn)品直接交互的組件。EOAT 通常位于機(jī)器人手臂的末端，典型功能包括拾取和放置操作、焊接、固定裝置和力傳感器等。?
隨著自動化設(shè)備在大型制造業(yè)務(wù)中變得無處不在，對高質(zhì)量、定制設(shè)計(jì)的 EOAT 的需求也隨之增長。EOAT 通常充當(dāng)批量生產(chǎn)的機(jī)器人系統(tǒng)與制造商的獨(dú)特產(chǎn)品或工作流程之間的定制中介。?
這種定制組件使 3D 打印成為制造末端工具的理想選擇。具體而言，立體光刻(SLA) 3D 打印的材料多功能性以及選擇性激光燒結(jié)(SLS) 3D 打印的耐用性和強(qiáng)度非常適合制造用于工業(yè)制造場景的最終用途 EOAT。
EOAT 的類型和應(yīng)用
模內(nèi)貼標(biāo) (IML) 裝飾臂端工具 (EOAT)。
真空放置臂端工具，用于拾取和移動小瓶蓋，無需使用吸盤。
EOAT 通常分為三大類：自動化、工藝和檢測或驗(yàn)證。每個(gè)類別中堅(jiān)固耐用的 EOAT 都可以成為制造商提高效率、生產(chǎn)力和盈利能力的主要驅(qū)動力。
EOAT 的具體設(shè)計(jì)和復(fù)雜性取決于它需要執(zhí)行的應(yīng)用程序、它所連接的機(jī)器人的類型以及它執(zhí)行操作的物品的形狀、重量、體積和數(shù)量。?
例如，如果包裹很重且很硬，那么將包裹從傳送帶末端移到叉車鏟斗中的拾放機(jī)器人可能會使用強(qiáng)力的可伸縮“爪”型 EOAT。對于裝在襯墊信封內(nèi)的小型輕型包裹，同樣的拾放機(jī)器人可能會使用帶有吸盤和壓縮空氣的臂端工具輕輕地拾起信封，然后將其放入鏟斗中。
真空吸盤系統(tǒng)末端工具，使用四個(gè)吸盤拾取 20 磅、96 加侖的廢物容器。
真空吸盤系統(tǒng)末端臂工具由 40 個(gè)定制吸盤組成，安裝在水平補(bǔ)償器上。
盡管末端執(zhí)行器有許多不同的類型，但良好性能所必需的特性通常是相同的 - 高度精確的測量，可以保持公差并成功集成到機(jī)器人系統(tǒng)中，重量輕，使得機(jī)器人系統(tǒng)不必為工具而不是物體分配過多的功率和力，并且強(qiáng)度高，以便重復(fù)的動作不會磨損工具并導(dǎo)致破損。?
機(jī)器人系統(tǒng)需要?jiǎng)恿?，有時(shí) EOAT 需要自己的動力源，以便能夠獨(dú)立于大型機(jī)器人系統(tǒng)移動。這可以通過電動、氣動、液壓或這些方法的組合來實(shí)現(xiàn)。電動 EOAT 通常用于較輕、較精細(xì)的操作，而液壓或氣動 EOAT 用于較重的工業(yè)應(yīng)用，例如自動化行業(yè)。
推動 EOAT 創(chuàng)新的趨勢
3D 打印
該臂端工具板由 Etienne Lacroix 設(shè)計(jì)并采用 SLS 3D 打印，優(yōu)化了其幾何形狀，實(shí)現(xiàn)了輕量化和高強(qiáng)度。?
3D 打印是創(chuàng)建汽車機(jī)器人系統(tǒng)定制末端執(zhí)行器組件的理想技術(shù)，它通過一種稱為研磨的工藝使零件表面變得光滑。
3D 打印行業(yè)發(fā)展迅速，與自動化和機(jī)器人行業(yè)齊頭并進(jìn)。這兩種技術(shù)相互補(bǔ)充、相互支持，3D 打印越來越多地被用作制造堅(jiān)固、定制、輕質(zhì)的 EOAT 的方法。3D 打印是制造 EOAT 的理想選擇，因?yàn)樗谛枰葱韪鼡Q零件或定制增強(qiáng)功能的應(yīng)用方面表現(xiàn)出色。
隨著SLS 和 MJF等更耐用的技術(shù)變得可用，并且隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，3D 打印機(jī)本身已經(jīng)變得更適合滿足這些要求，使得尼龍、聚丙烯或TPU等材料可以通過 3D 打印成復(fù)雜的定制形狀。
汽車行業(yè)可能是工業(yè)規(guī)模應(yīng)用機(jī)器人系統(tǒng)的最大先驅(qū)，該行業(yè)也支持 3D 打印，這兩種技術(shù)經(jīng)常一起部署在汽車制造和裝配應(yīng)用中。3D 打印可幫助制造商為每個(gè)新品牌、型號或迭代的汽車重新配置其價(jià)值數(shù)百萬美元的機(jī)器人系統(tǒng)，從而無需使用昂貴的金屬工具或 CNC 加工。
采用 3D 打印 EOAT 的主要原因
Formlabs SLS Fuse 系列等 3D 打印機(jī)可直接融入車間工作流程，在數(shù)小時(shí)內(nèi)按需提供臂端工具組件，以最大限度地減少停機(jī)時(shí)間。在 Brose，F(xiàn)use 系列可滿足設(shè)計(jì)部門或工廠車間的需求，為許多不同部門和應(yīng)用創(chuàng)建臂端工具組件。?
當(dāng)企業(yè)需要更換末端工具時(shí)，他們需要立即更換，因?yàn)楹苡锌赡埽狈线m的工具會導(dǎo)致生產(chǎn)停頓并造成經(jīng)濟(jì)損失。 3D 打印，尤其是 Formlabs?Form SLA 系列或Fuse SLS 系列等易于獲取的內(nèi)部解決方案，是這些情況下完美的制造方法。 速度、材料多功能性以及構(gòu)建體積和幾何形狀的范圍使企業(yè)能夠輕松設(shè)計(jì) 1:1 替換損壞或磨損的 EOAT 組件，進(jìn)行 3D 打印并在數(shù)小時(shí)內(nèi)更換。
通過細(xì)微調(diào)整和定制附加組件來增強(qiáng)末端執(zhí)行器和機(jī)器人系統(tǒng)，從而提高功能或生產(chǎn)率，3D 打印也表現(xiàn)出色。在創(chuàng)建軟夾持器或夾持器覆蓋物時(shí)，F(xiàn)ormlabs 的 SLS?TPU 90A 粉末或SLA 硅膠 40A 樹脂等軟 3D打印材料非常有用，這些材料可減少拾取和放置或工件夾持操作期間對物體造成損壞的情況。其他增強(qiáng)功能包括保護(hù)機(jī)器人本身免受損壞和磨損。Formlabs 的客戶 Stellantis 打印了小型籠子，以保護(hù)其噴漆機(jī)器人上的軟管免受過度摩擦。這個(gè)小部件需要很高的尺寸精度和強(qiáng)度，并被改裝到噴漆機(jī)器人上，這使得 3D 打印成為降低車間成本和更換的理想解決方案。?
3D 打印 EOAT 的優(yōu)勢
像 ARMA 的這款夾鉗一樣，3D 打印 EOAT 可以通過去除作為此格子圖案一部分的側(cè)面材料來優(yōu)化幾何形狀，從而實(shí)現(xiàn)輕量化強(qiáng)度。?
3D 打印末端工具可為任何制造輔助、快速工具或最終用途部件提供與 3D 打印類似的優(yōu)勢，但更重要的是增加了制造輕量化設(shè)計(jì)的能力。?
1、輕量級設(shè)計(jì)
2、敏捷性和響應(yīng)能力
3、定制、設(shè)計(jì)復(fù)雜性
4、成本效益?
3D 打印的 EOAT 堅(jiān)固耐用，具有復(fù)雜的幾何形狀，可優(yōu)化某些方向的強(qiáng)度和剛度，而不會給工具本身增加不必要的重量或體積。此外，在內(nèi)部 3D 打印 EOAT 的能力極大地提高了制造商的靈活性和響應(yīng)能力，并幫助他們避免了外包零件或從機(jī)器人系統(tǒng)的 OEM 那里獲得替換件的漫長交付周期。在定制方面，某些 EOAT 的設(shè)計(jì)使其能夠廉價(jià)成型或輕松加工，而不是為實(shí)現(xiàn)最佳功能和性能而設(shè)計(jì)。3D 打印使設(shè)計(jì)每個(gè)夾持器、固定裝置、焊機(jī)、臂、支架等成為可能，使其能夠根據(jù)其需要執(zhí)行的工作進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)。按需設(shè)計(jì)的好處是，制造商可以降低運(yùn)營成本，避免昂貴的工具或機(jī)械加工過程——相反，他們可以在自己的工作空間中根據(jù)需要 3D 打印 EOAT。
傳感器創(chuàng)新及其對 EOAT 的影響
傳感器技術(shù)的進(jìn)步使得可以通過接觸、光敏電阻、聲音等方式感知和做出反應(yīng)的復(fù)雜人形機(jī)器人系統(tǒng)成為可能。?
成功集成末端工具的另一個(gè)最關(guān)鍵組件是傳感器系統(tǒng)。畢竟，如果機(jī)器人無法通過傳感系統(tǒng)“看到”某個(gè)部件，它就無法拾取、焊接、抓握、清潔或以其他方式影響該部件。但傳感器不僅僅是測量和傳遞視覺數(shù)據(jù)，傳感器系統(tǒng)還可以收集各種信息，例如可見光、聲音、溫度、接觸和接近度、紅外線等等。
每種類型的傳感器都受益于技術(shù)進(jìn)步，使其功能更加強(qiáng)大、精確和一致。太陽能領(lǐng)域的進(jìn)步和光伏電池的可靠性改進(jìn)了機(jī)器人太陽能系統(tǒng)中使用的光傳感器。接觸傳感器對于末端作業(yè)臂功能極為重要，因?yàn)樗鼈兛梢詼y量物體與 EOAT 組件之間的速度、位置、加速度、扭矩或力的變化。磁場檢測技術(shù)用于接近傳感器。機(jī)器人系統(tǒng)可能需要使用所有或大多數(shù)這些傳感器類型才能正確執(zhí)行功能，并且很多時(shí)候，它接收到的大部分?jǐn)?shù)據(jù)是通過末端作業(yè)臂組件收集或傳輸?shù)?。有時(shí)，EOAT 的唯一功能就是本身作為一個(gè)傳感器，并將該信息傳回主系統(tǒng)。
人工智能 (AI) 和臂端工具
人工智能 (AI) 使自動化和機(jī)器人系統(tǒng)更加高效和富有成效。末端工具既收集數(shù)據(jù)以輸入人工智能系統(tǒng)，又根據(jù)系統(tǒng)的命令執(zhí)行操作。EOAT 集成到機(jī)器人中并與物體交互的精度和可靠性越高，它輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量就越高。
隨著人工智能變得越來越復(fù)雜，它對機(jī)器人系統(tǒng)（以及機(jī)器人系統(tǒng)中的 EOAT）的執(zhí)行提出了更復(fù)雜和更精確的要求。為了管理這種日益復(fù)雜的水平，必須確保 EOAT 組件的尺寸精度以及其執(zhí)行器的平穩(wěn)運(yùn)行、強(qiáng)度、可靠性、抗蠕變性和最佳摩擦系數(shù)。
EOAT 設(shè)計(jì)：如何利用 3D 打印加快設(shè)計(jì)速度
選擇合適的打印機(jī)和材料取決于應(yīng)用、環(huán)境、期望結(jié)果和許多其他因素。Brose 使用的這臺焊接機(jī)器人配有定制的 EOAT 焊槍頭，由金屬制成，但周圍的夾具和固定裝置采用耐熱塑料 3D 打印而成。?
3D 打印使末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)和制造變得更加簡單，并能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜、更優(yōu)化的解決方案。3D 打印的 EOAT 可以提高效率和生產(chǎn)力，甚至可以加快設(shè)計(jì)過程。
3D 打印機(jī)主要有三種類型：熔融沉積成型 (FDM)、立體光刻 (SLA) 和選擇性激光燒結(jié) (SLS)。每種技術(shù)都可用于制造堅(jiān)固、定制且有效的臂端工具，但每種技術(shù)都有獨(dú)特的優(yōu)勢，更適合某些應(yīng)用。?
FDM 3D 打印機(jī)擅長快速生產(chǎn)廉價(jià)的部件，非常適合建模和原型制作。對于制作臂端工具模型以驗(yàn)證測量或工作流程，F(xiàn)DM 是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，并且提供行業(yè)熟悉的材料（如 ABS），因此可以進(jìn)行有限元分析。然而，F(xiàn)DM 3D 打印機(jī)逐層擠出細(xì)絲，在 Z 方向的各層之間形成微小的氣穴 - 當(dāng)在該方向施加力時(shí)，這可能會導(dǎo)致分層，并且可能使 FDM EOAT 組件在某些情況下不適用。
SLA 3D 打印機(jī)通過利用熱量或光線逐層固化液態(tài)樹脂層，使其達(dá)到所需形狀，從而制造出部件。與 FDM 3D 打印機(jī)不同，固化過程可制造出各向同性的部件，因此 SLA 3D 打印的 EOAT 可以均勻地承受多方向的壓力。SLA 3D 打印機(jī)的構(gòu)建量和價(jià)格范圍各不相同。低成本桌面樹脂打印機(jī)的價(jià)格為 200 至 1000 美元，而專業(yè)級打印機(jī)的價(jià)格為 2500 至 10000 美元，構(gòu)建量足以滿足絕大多數(shù)臂端工具組件的需求。
SLS 3D 打印機(jī)越來越多地出現(xiàn)在 3D 打印 EOAT 的制造環(huán)境中。SLS 3D 打印部件的強(qiáng)度和最常見的 SLS 材料尼龍的材料特性簡化了 SLS 3D 打印 EOAT 與現(xiàn)有機(jī)器人系統(tǒng)的集成。此外，彈性材料（如 Formlabs 的 TPU 90A Powder）非常適合生產(chǎn)定制的、幾何復(fù)雜的軟夾持器，這是 3D 打印 EOAT 的最大應(yīng)用之一。
3D 打印臂端工具
像這些白色滾筒一樣的 SLA 3D 打印 EOAT 可幫助 AMRC 優(yōu)化其客戶重型工業(yè)系統(tǒng)的效率。?
EOAT 對于制造系統(tǒng)高效安全地運(yùn)行機(jī)器人工作流程至關(guān)重要。結(jié)合人工智能等其他先進(jìn)技術(shù)以及視覺和傳感技術(shù)的改進(jìn)，3D 打印正在塑造自動化的未來。
機(jī)器人的功能越來越強(qiáng)大，也越來越復(fù)雜，需要定制的先進(jìn)工具來匹配其效率的提升。傳統(tǒng)的 EOAT 由金屬或注塑塑料制成，可能很重、笨重或設(shè)計(jì)過于簡單，導(dǎo)致機(jī)器人系統(tǒng)效率低下和增加不必要的重量。
3D 打印為制造末端工具的傳統(tǒng)方法提供了一種替代方案。3D 打印的 EOAT 可在不增加重量的情況下優(yōu)化強(qiáng)度，可按需快速生產(chǎn)，從而提高靈活性并減少停機(jī)時(shí)間，并且可進(jìn)行迭代以改進(jìn)和升級工藝，而不會增加制造商的底線工具成本。
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