AI輔助生成夾爪設計

作者：

潘韋龍、蔡承翰、洪國峰、許勝傑

刊登日期：2023/08/01

摘要：人工智慧(Artificial Intelligence, AI)可以輔助生成夾爪設計方案。通過分析大量的數據和模擬結果，快速找到最佳的設計解決方案，節省了時間和人力成本。AI可以利用大數據和機器學習算法，分析夾爪過去的數據和性能，從而提供更優化的設計方案。它可以考慮多個參數、材料和形狀，以實現更高效、輕量化和可靠的夾爪設計。AI能夠從龐大的數據庫中提取和分析夾爪設計的訊息，從中發現新的模式和趨勢。這有助於設計師創造出更具創新性和前瞻性的夾爪設計，超越傳統的設計範疇。AI可以與設計師進行實時協作，提供即時的建議和反饋。設計師可以借助AI的智能分析和預測能力，快速獲得關於夾爪設計的意見和建議，從而改進設計方案。AI在設計過程中可以模擬和分析夾爪的性能表現，評估其在不同應用條件下的可靠性和安全性。這有助於減少設計中的錯誤和風險，確保夾爪的適用性和可行性。

Abstract：Artificial Intelligence (AI) can assist in the generation of gripper designs, significantly accelerating the design process. By analyzing vast amounts of data and simulation results, AI can swiftly identify the optimal design solution, saving time and reducing labor costs. Utilizing big data and machine learning algorithms, AI can analyze historical data and gripper performance to provide more optimized design solutions. It can consider various parameters, materials, and shapes to create efficient, lightweight, and reliable gripper designs. AI can extract and analyze information on jaw designs from extensive databases to uncover new patterns and trends. This enables designers to develop innovative and forward-thinking jaw designs that surpass traditional approaches. AI can collaborate with designers in real-time, offering instant suggestions and feedback. Leveraging AI's intelligent analysis and predictive capabilities, designers can swiftly obtain opinions and suggestions regarding jaw designs to enhance their design schemes. AI can simulate and analyze the gripper's performance throughout the design process, evaluating its reliability and safety under different applications.

關鍵詞：夾爪、設計、人工智慧

Keywords：End effector, Design, Artificial intelligence

前言

1.夾爪定義:
在機器人技術中，夾爪是連接到機械臂末端的工具或設備，通常用於執行特定任務。夾爪旨在以特定方式與環境交互，例如抓取和移動物體、焊接或噴塗表面，或者測量和檢查零件。夾爪的設計取決於它要執行的任務，並且可以包括各種組件，例如夾具、傳感器、相機或其他專用工具。

夾爪是機器人系統的重要組成部分，因為它決定了機器人與環境交互和執行特定任務的能力。機器人系統的有效性和效率取決於其末端執行器的設計和性能[1][2]。可以根據需要更改或更換夾爪，使機器人能夠適應不同的任務或環境[3]。夾爪的設計可能因應用而異，但它們通常由三個主要部件組成：致動器、指頭和控制系統。致動器負責將動力源轉換成輸出力。動力源可以是氣動、液壓或電力。使用的致動器類型取決於應用要求，例如所需的夾持力和操作速度。指頭是物理上抓住物體的部件。它們可以根據被抓取的物體設計成不同的形狀和大小。例如，一些夾爪具有適合夾持扁平物體的平行夾爪，而另一些夾爪具有更適合夾持不規則形狀物體的傾斜夾爪[4][5]。控制系統負責控制夾具的運動。它可以是一個簡單的開/關開關，也可以是一個可以調節夾持力和速度的更複雜的系統。該控制系統還可以與其他系統整合，例如機械臂或傳送帶，以實現抓取過程的自動化。

2.夾爪設計考量:
工程師設計夾爪時，依據不同目的工作項目，規劃不同型式的夾爪。考量的條件可能是(a)夾爪要執行的動作，或是要(b)夾持工件的幾何條件，抑或是(c)夾爪工作的環境[6]，以下針對(a)(b)(c)三種考量方式進行描述。

(a) 夾爪要執行的動作:
夾爪要執行的動作可能是移載物件、鎖固、塗膠、焊接、拉釘、噴塗、拋光、擠花槍、檢測等等[7]。可利用傳統人工用手工具，如螺絲起子、拉釘槍、焊槍、墨水噴頭、拋光轉盤、等等，加以修改，如圖1所示，固定於機器手臂上，再與機器手臂控制器聯線，可連動運作。

(b) 夾持工件的幾何條件:
夾持工件的幾何條件包含工件的大小、形狀、重量、表面狀態等等。例如工件材質為鐵，可考慮電磁式吸盤[8]，如圖2(a)所示。表面平滑重量輕物件，可考慮用真空式吸盤，如圖2(b)所示。外型各異重量輕物件，可考慮用海棉包覆式吸盤[9]。需強力固持式物件，可考慮以多指機構式夾爪[10]，如圖3所示。