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，或實現工件的自動化加工。作為機器人自動化系統的一部分，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，從而提高生產效率和質量，降低工人勞動強度，并代替工人從事一些危險和重復性的工作，保障其人身安全。

　　受益于機器人產業(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。

　　按照驅動方式分類

　　根據驅動方式的不同，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，通過液壓系統產生液壓力，然后系統將壓力轉化為機械能，從而使機器人抓手能夠像人手一樣抓取物品。其優(yōu)點是結構緊湊、調速范圍大且調速方便、傳動平穩(wěn)、動作靈敏、響應速度快、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，是目前應用最為廣泛的機器人抓手類型。根據功能特性的不同，氣動抓手又可分為平行抓手、擺動抓手(Y形抓手)、旋轉抓手和三點抓手等。氣動抓手的主要特點包括：結構簡單、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;反應速度快，且便于實現自動化控制;型號和抓取力多樣，可以適應不同的應用;

　　環(huán)境適應強，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作機器人為代表的柔性化生產工具發(fā)展的帶動。電動抓手可以進行數字化控制，做到速度、位置以及夾持力度的精準控制，具備高柔性的特點，更加適配于產線對柔性制造的需求。

　　按照抓取方式分類

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

　　內撐式抓手，就是采用內部夾持方式的抓手。在某些應用中，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。

　　當然，這只是根據抓取方式來劃分，部分機器人抓手既支持內部抓取方式，也支持外部抓取方式。此外，還有內外夾持式抓手，它可以同時結合內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控制，操作效率高，容易實現和機械動作聯動的自動化，吸力大小可進行電氣控制，吸盤可設計成大型化。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備的抽吸，讓吸盤產生負氣壓，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來吸附物體。靜電吸盤產生的吸附作用源自在整個吸附面上均勻產生的電流的力量，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(半導體晶圓、玻璃、金屬箔、薄膜等)的先進電子產品的生產現場應用較多。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生范德華力，雖然每根剛毛產生的力量微不足道，但累積起來就相當可觀。范德華力吸盤通過特殊材料與物體間的范德華力實現吸附，適用于吸附平板類微器件，可應用于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。根據手指數量分類，可分為二指抓手、三指抓手、四指抓手、五指抓手等。其中，二指抓手應用較多;當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，如周轉箱、紙箱等。吸盤適用于塑料玻璃等表面細致光滑、結構穩(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)任務的智能裝備，在現代化工廠中發(fā)揮著非常重要的作用，且應用范圍和功能也在不斷擴展和提升。伴隨著機器人應用領域的不斷拓展，機器人抓手市場需求也隨之釋放，并在越來越多的領域當中得到應用。而且，在科學技術進步、市場需求升級的帶動下，當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品;另一方面，近年來也涌現了一批以電動抓手為主營產品的知名廠商。這其中，國際廠商以OnRobot、Robotiq等為代表，國內廠商以鈞舵機器人、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構上優(yōu)于液壓和氣動抓手。相比于氣動抓手，其在系統結構上用機電一體化結構代替氣動抓手的氣源、過濾器、電磁閥等部分，實現了結構的簡化，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補償，電動夾爪可以實現高節(jié)拍下的力控，更加適應柔性化生產需求。

　　不過，目前機器人抓手市場仍然以氣動抓手占絕對主導，且其統治地位短期內還難以撼動。根據高工機器人產業(yè)研究所(GGII)的統計及預測，目前在中國市場，電動抓手的市場份額還不到10%，預計到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品的機器人抓手廠商，考慮到目前機器人抓手的市場現狀和客戶需求，也開始涉及氣動抓手和吸盤類產品。

　　柔性化

　　傳統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，或在產品表面產生劃痕;而且，對于一些形狀不太規(guī)則，易產生形變的物品，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。當前，市面上已經有廠商推出柔性抓手/軟體抓手產品，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)作為全球抓取系統和夾持技術領導廠商之一，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高摩擦系數，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、教育等多個領域。在實際應用中，其柔性夾爪能自適應地包覆住目標物體，而無需預先知道其準確的形狀和尺寸，在實現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用到自動化技術領域，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)在結構和整體功能上模仿的是象鼻;抓手由三根自適應手指組成，作用原理來源于魚鰭，具有Fin Ray Effect的結構像魚鰭一樣，在側向壓力下不會彎曲，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。