Механизмы захватных устройств (ЗУ) относятся к одним из основных элементов промышленных роботов, которые определяют их технологические возможности. Такие требования к ЗУ, как маневренность, универсальность, быстро сменность, быстродействие, переналаживаемость, ограниченная масса в значительной степени являются общими и предъявляются к промышленным роботам в целом. Специфические требования — надежность захвата и удержания объектов манипулирования — обусловлены взаимодействием ЗУ с объектом удержания, или, иначе говоря, условиями наложения удерживающих связей на объект в процессе его захвата.  

При конструировании захватных устройств ПР учитывают свойства и форму захватываемых объектов, что предопределяет способ удержания объекта и особенности обслуживаемого технологического процесса, проявляющиеся в специфике применяемой оснастки. Поэтому при классификации захватных устройств основными признаками служат способ удержания объекта и свойства технологического процесса. Эти признаки являются внешними по отношению к ЗУ и формируют состав их конструк­тивной базы. Таким образом, третьим классификационным признаком, опре­деляющим конструктивное исполнение ЗУ, является конструктивная база.  

Многообразие факторов, которые приходится учитывать при конструировании или выборе захватного устройства, затрудняет поиск оптимальных решений. Задача выбора оптимальной конструкции и типа ЗУ связана прежде всего со способами захвата и удержания объекта, а также совмещением этих функций с выполнением вспомогательной или основной технологической oпeрации, в частности, контроля положения, формы и качества изготавливаемого объекта. Такой подход, обеспечивающий совмещение контрольных, транспортных и основных переходов, позволяет оптимизировать состав технических средств в робототехнической системе и повысить производительность технологических процессов.  

Способ удержания объекта определяется его формой, массой, физико-механическими свойствами материалов, состоянием поверхности и соотношением размеров. В частности, для объектов, масса которых значительна и для надежного их удержания требуются достаточно большие усилия захвата, причем физико-механические свойства материала объекта допускают такие усилия, а конструктивные особенности позволяют выявить четкие базовые поверхности для наложения удерживающих связей, наиболее предпочтительны механические рычажные и пальцевые ЗУ, получившие наибольшее распространение в промышленной робототехнике. Особенностью конструкции таких ЗУ является наличие рычажных, кулисно-рычажных, реечно-рычажных и клино-рычажных передаточных механизмов, а также использование сменных губок, обеспечивающих наилучшие условия наложения удерживающих связей на объект захвата.  

В ряде случаев, когда конструктивные особенности и свойства материала объекта не допускают приложения концентрированной нагрузки либо такая нагрузка должна быть строго регламентирована, применяются ленточные передаточные механизмы или многозвенные ЗУ.  

Нежесткие объекты с явно выраженными плоскими базовыми участками поверхности, а также объекты из хрупких материалов могут обслуживаться вакуум-присосными и эжекторнымизахватными устройствами. При этом особые требования  предъявляются к чистоте поверхности, с которой в процессе захвата взаимодействуют вакуумные ЗУ.  

Особый класс представляют струйные ЗУ с шахтными и стержневыми накопителями. Основная сфера их применения — плоские и цилиндрические детали небольшой массы, имеющие соответственно сквозные отверстия или достаточную для удержания действием струи парусность поверхности. Главное преимущество таких захватных устройств — быстрая переналаживаемость под определенный типоразмер объектов и возможность накопления (комплектации) объектов непосредственно в самом ЗУ.  

Объекты, выполненные из материалов на ферромагнитной основе, удобнее всего обслуживать магнитными ЗУ, к преимуществам которых можно отнести возможность распознавания класса объекта и его положения в пространтве в процессе захвата. В ряде случаев при незначительном усложнении алгоритма работы и конструктивного исполнения таких устройств удается совместить функции захвата и ориентации объекта.  

Для объектов с высокой степенью шероховатости поверхности и низкими прочностными характеристиками возможно применение только «мягкого» зажимного элемента, обеспечивающего распределение нагрузки по периметру или площади базовой поверхности захвата объекта. Наилучшим образом эти условия выполняются при использовании камерных ЗУ с мембранными, пальцевыми и эластичными захватывающими элементами, в которых допускается регулирование усилия захвата, а, следовательно, обеспечивается адаптация к широкому диапазону номенклатуры обслуживаемых объектов.  

Часто конструктивное исполнение объектов не требует приложения каких- либо дополнительных усилий захвата для их удержания, и процесс удержания осуществляется за счет гравитационных сил — собственного веса объекта, смещении его центра тяжести и т. д. В таких случаях наиболее применимы штыревые, призматические, опорные и гнездовые гравитационные ЗУ.  

Наличие электростатического заряда у объектов, имеющих незначительную массу, позволяет использовать эффект электростатического взаимодействия двух тел — ЗУ и объекта — для захвата и удержания последнего.  

Свойства технологического процесса также существенно влияют на конструктивное исполнение захватных устройств, их взаимодействие с объектами в процессе захвата и удержания, а также формируют требования к функциональной универсальности ЗУ. Так, методы групповой технологии требуют наличия захватных устройств для работы с группой объектов. Причем как в случае индивидуальных, так и в случае групповых методов обслуживания технологических процессов должен обеспечиваться доступ объектов к технологическому оборудованию или их взаимное сопряжение при сборке. Это достигается при оптимальном размещении объектов в захватных устройствах, которые в зависимости от степени подготовленности (упорядоченности) среды, возможных отклонений параметров объектов от допустимых могут снабжаться устройствами очувствления, а алгоритмы работы — предусматривать адаптацию ЗУ к изменяющимся условиям работы. При этом центрирующие ЗУ могут определять и ось, и плоскость симметрии, т. е. выполнять функцию технологической оснастки.  

Перечисленные признаки, характеризующие условия работы захватных устройств, формируют их конструктивную базу, содержащую ряд функциональных элементов: привод, усилительно-передаточное звено, зажимной элемент, информационно-измерительное звено.  

В зависимости от свойств объекта удержания и обслуживаемого технологического процесса элементы захватных устройств делятся на классы, учитывающие их конструктивные особенности.  

Так, в качестве приводов ЗУ используются пневматические, гидравлические, электрические, электромагнитные, механические (представлены в порядке убывания удельного веса их применяемости); в качестве усилительно-передаточных звеньев — рычажные, пружинные, мембранные. Зажимные элементы могут быть жесткими и мягкими, одно-, двух-, трех- и многоэлементными в зависимости от допустимой степени концентрации усилий зажима. В качестве информационно-измерительных элементов применяются локационные (пневматические, светолокационные, ультразвуковые, акустические) и тактильные (касания, усилий, проскальзывания, моментов) датчики. Различные сочетания функциональных элементов обусловливают большое многообразие конструктивных исполнений захватных устройств.  

Как показывает опыт, наибольшее усилие удержания позволяет получить гидравлический привод, а наибольшее быстродействие — пневматический и электромагнитный.  

В тех случаях, когда необходимо управлять усилием схвата, целесообразно применять гидравлический, пневматический или электрический приводы. Механические свойства материалов объектов указывают на необходимость управления процессом захвата и усилиями удержания при захвате объектов из хрупких нежестких материалов.