吸附式末端执行器靠负压或磁力吸住工件，与夹持式相比，具有结构简单、重量轻、吸附力分布均匀等优点。根据产生吸附力的方式不同可分为气吸附和磁吸附两种，见表8-2。吸附式末端执行器适用于抓取尺寸大而薄、刚性差的金属或木质板材、纸张、玻璃、微小物体和弧形壳体等零件，使用范围广泛。　　

表8-2　气吸附式与磁吸附式的比较

8.2.2.1　气吸附式末端执行器

1）气吸附式末端执行器的结构类型

气吸附是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而吸附工件，可以做成单吸盘、双吸盘、多吸盘或特殊形状的吸盘。按形成负压的方法可分为真空吸附、气流负压吸附、挤压排气吸附等几种类型。

图8-9　真空吸附末端执行器

1—吸盘；2—固定环；3—垫片；4—支承杆；5—螺母；6—基板

（1）真空吸附末端执行器。图8-9所示为真空吸附末端执行器的结构原理，其真空的产生是利用真空泵，真空度较高。这种手爪的主要零件为碟形吸盘，通过固定环安装在支承杆上，支承杆由螺母固定在基板上。取料时，碟形吸盘与物体表面接触，吸盘在边缘既起到密封作用，又起到缓冲作用，然后真空抽气，吸盘内腔形成真空，吸取工件。放料时，管路接通大气，失去真空，物体放下。

（2）气流负压吸附末端执行器。图8-10所示为气流负压吸附末端执行器的结构原理。气流负压吸附利用流体力学的原理，当需要取物时，压缩空气高速流经喷嘴时，其出口处的气压低于吸盘腔内的气压，于是腔内的气体被高速气流带走而形成负压，实现吸附工件的功能；当需要释放时，切断压缩空气即可。这种末端执行器需要压缩空气，故成本较低。

图8-10　气流负压吸附末端执行器

1—吸盘；2—压盖；3—芯座；4—螺母；5—喷嘴套；6—螺母；7—喷嘴座；8—喷嘴；9—密封垫

图8-11　挤压排气吸附末端执行器

1—橡胶吸盘；2—弹簧；3—拉杆

（3）挤压排气吸附末端执行器。挤压排气吸附末端执行器如图8-11所示，其工作原理为：取料时，吸盘压紧物体，橡胶吸盘变形，挤出腔内多余的空气，取料手上升，靠橡胶吸盘的恢复力形成负压，将物体吸住；释放时，压下拉杆，使吸盘腔与大气相连通而失去负压。该末端执行器具有结构简单、重量轻、成本低等优点，其缺点是吸附力小，吸附状态不易长期保持，多用于弯曲尺寸不大、薄而轻的工件。

2）气吸附式末端执行器的设计分析

（1）气吸附式吸盘的选用要求。

①应具有足够的吸力，由于吸力的大小与吸盘直径、气压、气流量、工件形状和表面粗糙度有关，为了保证吸力一定，可在气路中增设减压阀以便调节吸力大小。

②根据物体的材质及表面特性，确定吸盘的材料、形状、数量等。

③选用多个吸盘时，应合理布局，确保工件在传送过程中的平衡及平稳。

（2）吸盘的结构形式。吸盘是直接吸附工件的，它由耐油橡胶或软性塑料制成碗状、杯状或与工件相类似的形状。目前常见的橡胶吸盘有下列几种：

①吸盘内部为不带皱纹的光滑曲面，其结构简单、制造容易、吸力小，如图8-12所示。

图8-12　光滑的碗状吸盘

②吸盘内带皱纹，并在边缘处压有3～5个同心凸台，以保证吸盘吸附的可靠性而且吸力也大，如图8-13所示。

图8-13　带皱纹的碗状吸盘

③吸盘内部带有加强筋，可提高吸盘的强度和寿命，如图8-14所示。

图8-14　带加强筋的碗状吸盘

3）气吸附式吸盘吸附力的计算

吸盘是橡胶或塑料制成的，它的边缘要柔软，以保持它紧密贴附在被吸物体表面而形成密封的内腔。当吸盘内抽成负压时，吸盘外部的大气压将吸盘紧紧地压在被吸物体上。吸盘的吸力是由吸盘皮碗的内、外压差造成的，吸盘的吸附力F为

式中，F为吸盘吸附力（N）；S为吸盘负压腔在工件表面上的吸附面积（mm2）；K 1为安全系数，一般取K 1＝1.2～2；K 2为工况系数，一般取K 2＝1～3；K 3为姿态系数：当吸附表面处于水平位置时，K 3＝1，当吸附表面处于垂直位置时，K 3＝1／f，f为吸盘与被吸物体的摩擦系数，橡胶吸盘吸附金属材料时，f＝0.5～0.8；Δp为吸盘内外压差（MPa）。(www.daowen.com)

吸盘的吸力要大于被吸附物体的重力，其所需的吸盘面积S，可用一个或数个吸盘实现。因系统的负压气源多来自吸盘直接连接的真空发生器，从节能角度考虑，一般通过增大吸盘尺寸来提高吸附力F，而不是追求高真空度。

图8-15　电磁铁工作原理

1—线圈；2—铁芯；3—衔铁

8.2.2.2　磁吸附式末端执行器

1）磁吸附式末端执行器的结构原理

磁吸附式末端执行器是利用电磁铁通电后产生的电磁吸力吸住工件，因此只能对导磁性物体起作用，对某些不允许有剩磁的零件应禁止使用。

图8-15所示为电磁铁的工作原理。当线圈通电后，在铁芯内产生磁场，磁力线穿过铁芯，空气隙和衔铁形成磁路，衔铁受到电磁吸力F的作用被牢牢吸住。实际使用时，常采用盘式电磁铁，衔铁就是要吸附的工件。图8-16所示为盘式电磁吸盘的结构，适合表面平整的铁磁性物品的搬运。

图8-16　盘式电磁吸盘结构

1—铁芯；2—隔磁环；3—吸盘；4—卡环；5—盖；6—壳体；7、8—挡圈；9—螺母；10—轴承；11—线圈；12—螺钉

图8-17所示吸盘的磁性吸附部分为内装磁粉的口袋。在励磁前将口袋压紧在异形物品的表面上，然后使电磁线圈通电。电磁铁励磁后，口袋中的磁粉就变成有固定形状的块状物。这种吸盘适用于不同形状的表面吸附。

2）磁吸附式末端执行器的设计分析

为了使末端执行器能够平稳地搬运工件，通常选多个磁吸盘，吸盘内的磁力由电磁铁提供，在设计过程中要考虑以下几方面：

图8-17　磁吸附式末端执行器

1—线圈；2—铁芯；3—口袋；4—磁粉；5—工件

（1）电源设计。即需要确定线圈两端的电压。建议使用直流电源，因为直流电可以保证磁吸附力稳定，没有交变。根据磁吸附力的大小，可选用5～12 V直流电源，电压越大，反应速度越快。

（2）绕线组材料的选取。如果设计要求线圈绕组净质量小，则可选择漆包铝线。一般情况下，选择漆包铜线，因为铜的电阻率低。

（3）线圈设计。考虑线圈绕组的发热，导线横截面积S尽量取小，但S过小会导致磁吸力变化速度慢，所以要选用横截面积合适的导线作为绕组。

3）磁吸附电磁吸力的计算

（1）电磁吸盘的吸力

F＝K 1K 2K 3G　（8-6）

式中，F为电磁铁的吸附力（N）；K 1为安全系数，可取1.5～3；K 2为工况系数；K 3为方位系数（可参考气吸附式吸盘系数的选取原则）；G为工件重量（N）。

（2）磁感应强度

式中，B为空气隙中的磁感应强度（T），又称磁通密度；S为空气隙的横截面积，即铁芯的横截面积（m2）。

（3）线圈磁势

式中，IN为线圈磁势（安匝）；δ为磁通经过的气隙全长（m）；μ0为真空磁导率，μ0＝4π×10－7H／m；α为消耗系数，取α＝0.15～0.3。

（4）导线直径

式中，d为导线直径（mm）；ρ为导线的电阻系数（Ω·mm2／m）；D为线圈的平均直径（m）；U为线圈的电压（V）。

（5）线圈匝数

式中，N为线圈匝数（匝）；j为允许电流密度（A／mm2），长期工作的电磁铁吸盘取j＝2～4。