末端、视觉与力控
很多方案失败，原因不在本体选型，而是末端和感知配错了。客户感受到的“能不能用”，取决于抓取是否可靠、定位是否准确、接触力能否控制。应把 工件 workpiece → 抓取 gripping → 定位 localization 当作一条完整链路来看。
- 能分辨 4 类常见末端
- 能解释 2D 与 3D 视觉的差别
- 能列出子系统必问问题
末端执行器 EOAT
末端执行器 EOAT（End of Arm Tooling，也叫 end effector）装在法兰上，相当于工艺的“手”。
| 末端类型 | 适合 | 不适合 / 风险 |
|---|---|---|
| 气动夹爪pneumatic gripper | 力大、便宜、节拍快 | 需要现场气源；夹持力和位置难以精细控制 |
| 电动夹爪electric gripper | 力、位置可编程，适合多规格与易损件 | 单价较高，夹持力通常小于同尺寸气动夹爪 |
| 真空吸盘vacuum cup | 纸箱、钣金、玻璃、光滑塑料 | 多孔、油污、软薄表面易漏吸；需评估覆膜与变形 |
| 磁力吸盘magnetic gripper | 导磁钢板 | 非铁材料无效；需考虑残磁与多张粘连 |
| 柔性 / 自适应夹爪soft / adaptive gripper | 形状不规则、易损的食品与果蔬 | 负载小，精确定位能力弱 |
▶参考视频
算一算：吸盘和夹爪需要多大的力
末端选型里最常见的两个计算，原理都很简单。
吸盘的吸力来自内外气压差：
理论吸力 F（N）= 真空度 ΔP（Pa）× 吸盘有效面积 A（m²）
例如一个直径 50 mm 的吸盘，面积约 0.00196 m²，在 −60 kPa 真空度下，理论吸力约 118 N，相当于约 12 kg 的重力。但实际能吸起的重量要除以安全系数：竖直提升时常取 2 倍以上，水平移动、高速运动或吸盘侧面受力时要取到 4 倍甚至更高。所以这个吸盘实际适合的负载大约是 3–6 kg。纸箱表面透气、有覆膜或凹凸不平时，真空度上不去，能力还会再打折。
夹爪的夹持力靠摩擦力托住工件。两指夹爪夹住工件时，所需夹持力大约是：
所需夹持力 ≈ 质量 × 重力加速度 × 安全系数 ÷（摩擦系数 × 夹指数量）
例如夹一个 2 kg 的钢件，钢与钢的摩擦系数取 0.2，两个夹指，安全系数取 3，所需夹持力约为 2 × 9.8 × 3 ÷（0.2 × 2）≈ 147 N。如果把夹指做成和工件形状吻合的仿形夹指，靠“托”而不是靠“摩擦”，所需夹持力会小得多。这也是为什么工程师常问“能不能看到工件图纸”。
机器视觉与力控
二维视觉
平面定位、读码、有无检测、尺寸检测。工件需要大致在一个平面内。
三维视觉
结构光、ToF、双目等技术，可识别高度与姿态，适合起伏表面和料箱中散乱工件的抓取 bin picking。
力控
六维力/力矩传感器测量接触力，用于精密插装、贴合曲面的打磨抛光、恒力装配。
视觉的成败取决于光照 lighting、标定 calibration（把相机坐标和真实坐标对齐）、遮挡和节拍，现场光线和样件比演示视频更重要。视觉还要分清两种用途：引导 guidance（告诉机器人去哪抓）和检测 inspection（判断质量好坏）。力控有能力窗口，不能替代来料的一致性。
▶参考视频：视觉与力控
子系统提问表
报价如果只报本体单价，漏掉专用夹爪、力控法兰或 3D 相机，客户在落地阶段会认为方案不完整。销售至少要问清下列问题，并把未知项交给应用工程。
| 子系统 | 须问事项 | 常见失误 |
|---|---|---|
| 夹爪 / 吸盘 | 材质、重量、尺寸、表面；是否允许压痕；来料是散乱还是定点？ | 只按重量选，忽略重心、表面与节拍 |
| 焊枪 / 打磨头 | 工艺参数、耗材、线缆与拖链、干涉 | 忽略线缆寿命与碰撞 |
| 力控 | 装配公差、接触力范围、速度 | 当作万能纠偏 |
| 2D / 3D 视觉 | 用于引导还是检测？节拍？现场光照？ | 低估现场光照与标定工作量 |
| 安全传感 | 人机距离、要求的安全等级（PL / SIL） | 把协作模式与围栏模式混为一谈 |
三步问法
- 固定工件画像
- 材质、重量、尺寸、表面粗糙度，是否允许压痕或吸痕
- 来料姿态固定，还是散乱在料箱中（bin picking）
- 确定抓取方式
- 刚性件夹持 → 夹爪；平整表面 → 吸盘；多孔、油污 → 须样件验证
- 抓取节拍紧不紧？多品种是否需要快换 quick changer？
- 决定视觉 / 力控
- 位置不确定 → 视觉引导 guidance；质量判定 → 视觉检测 inspection
- 精密插装、贴合抛光 → 力控 force control，并确认公差与接触力范围
本节要点
- EOAT 选错，本体再好也落不了地；报价不要只报光机。
- 视觉依赖光照与标定；力控有能力窗口，不能替代来料一致性。
- 人能否靠近取决于安全评级与风险评估；传感方案须写进范围。
练习
- 选一个在跟项目，画出四格：workpiece → gripping → localization → force/vision，标注未知项。
- 用中英文各写 5 个须向客户确认的问题。