广州市威恒电子有限公司WEF-MHZ2-20B-18-2N电动夹爪在实验室自动化夹取PCR板、移液枪头盒、培养皿的应用案例

一、 客户行业背景与具体设备困境

1. 客户行业介绍：

客户属于生命科学实验室自动化领域，是国际知名的实验室自动化系统集成商及高端实验室设备制造商。其客户群遍布全球顶尖的制药企业、CRO（合同研究组织）、国家级疾控中心及高校科研院所。该行业正朝着高通量、高精度、无人化、数据可追溯的方向飞速发展，自动化设备是提升实验效率、保证结果一致性、降低人为误差与生物安全风险的核心。

2. 引申至具体设备名称：

在本案例中，客户的自动化设备主要包括：全自动核酸提取工作站、高通量PCR反应体系构建平台、细胞培养自动化流水线。这些设备的核心动作单元之一，便是对各种标准实验室耗材进行快速、准确、无损的抓取与转移。

3. 当前设备困境与问题放大：

长期以来，客户在上述设备中广泛使用传统气动夹爪来完成对PCR板（通常为96孔或384孔）、移液枪头盒（不同规格的叠放盒子）、培养皿（不同直径、常有轻薄盖子）的抓取。

困境具体表现：

1.夹持力控制粗糙： 气动系统通过调节气压来控制力度，但响应慢，精度低。对于塑料材质的PCR板和枪头盒，易因夹持力过大导致变形，甚至破裂，造成样本损失或耗材卡死；对于培养皿，则可能压碎玻璃制品或导致盖子移位，引发污染。

2.对中性与自适应能力差： 耗材在料仓中位置可能存在微小偏差，气动夹爪行程固定，无法自适应补偿，容易发生撞击或抓取失败，导致设备停机。

3.依赖外部气源，维护复杂： 需要配备空压机、过滤器、减压阀、气管等，设备结构复杂，占用空间大。气路接头易漏气，在长期运行后力度衰减，稳定性差。

4.缺乏状态反馈： 大多数简易气动夹爪只有“开”和“关”两个状态，无法实时反馈“是否已夹取到物体”或“夹持力是否到位”，系统智能化程度低。

问题的损失：

.直接经济损失： 昂贵的样本（如稀有细胞、临床标本）因耗材破损而报废；频繁的设备停机调整与故障维修，降低设备综合使用效率（OEE）。

.隐性成本剧增： 实验流程中断可能导致整个批次的实验数据作废，延误新药研发或检测报告周期；维护人员需要具备气动专业知识，培训和维护成本高。

.声誉风险： 对于高端实验室设备，不可靠的抓取单元会成为客户投诉的焦点，影响品牌形象和市场竞争力。

4. 寻找新方案的必要性：

为解决上述痛点，客户迫切需要一种高精度、可编程、自带反馈、易于集成且清洁安静的夹持解决方案。它必须能够替代气动夹爪，直接提升设备的可靠性、智能化水平和用户体验，以适应现代实验室对自动化设备越来越苛刻的要求。

二、 原有方案（传统气动夹爪）故障分析

检测/驱动原理： 通过电磁阀控制压缩空气进出气缸，推动活塞带动夹指开合。夹持力粗略取决于气缸缸径与供给气压。

故障原因分析：

1.气源质量波动： 压缩空气中的水分、油分、灰尘会影响电磁阀和气缸动作，导致卡顿或力度不稳。

2.密封件老化： 气缸密封圈长期使用后磨损、老化，导致漏气，夹持力下降甚至失效。

3.机械冲击与磨损： 固定行程的硬性接触，在位置稍有偏差时会产生撞击，导致夹爪本体或耗材损坏。

4.控制系统延迟与不精确： 气压建立需要时间，速度和控制精度难以与高速、高精度的电机运动平台完美同步。

排除故障的代价： 需要停机排查气路、更换滤芯、维修或更换气缸/电磁阀。故障定位困难，维修时间长，且需要备件库存和专业维护人员。

三、 威恒电子解决方案：电动夹爪产品介绍

产品名称： 电动夹爪

产品型号： WEF-MHZ2-20B-18-2N

专利号：ZL 2019 1 1023529.4

详细参数：

行程： 18mm（自适应）

最大夹持力： 4-5公斤

驱动方式： （驱动一体式）

控制接口： 标准IO（24V DC），

反馈信号： 夹到位信号

防护等级： IP40

工作温度： 0°C ~ 50°C

材质： 航空铝合金主体，夹持面为耐磨工程塑料/可选防静电材质

产品原理介绍：

WEF-MHZ2系列电动夹爪采用高性能伺服电机驱动，通过内置的精密行星减速机放大扭矩，带动丝杠螺母机构，将电机的旋转运动转化为手指的直线开合运动。内置编码器实时检测电机位置和电流（扭矩），从而实现精确的位置控制和力控制。

四、 解决方案详解：为何威恒电动夹爪是完美匹配

产品原理与特点：
WEF-MHZ2系列采用伺服电机+精密行星滚柱丝杠的一体化设计。控制器集成于夹爪内部，接收外部简单的IO信号（如“夹取”、“松开”），即可完成复杂的运动控制。

匹配原因分析（为何选择WEF-MHZ2-20B-18-2N）：

1.尺寸与力度匹配： 20mm的开口足以覆盖目标耗材的抓取点，5N的可编程力度范围，既能牢固抓取，又远低于使塑料变形或玻璃破裂的临界力。

2.材质与环境适应性： 主体铝合金经表面处理，具有良好的防腐蚀能力。针对特殊腐蚀环境，可提供定制化夹指材质（如PEEK或特殊涂层）。

3.温度与可靠性： 工作温度范围满足实验室常温环境。一体化伺服驱动免维护，寿命长，满足连续运行要求。

4.精度与反馈： ±0.01mm的高重复精度确保定位准确；夹到物体反馈信号直接解决了抓取状态确认的痛点。

5.安装与电气兼容： 安装孔位兼容常见气爪，IP40防尘等级满足室内要求。标准24V DC供电及IO控制，与客户设备电源和PLC无缝对接。

五、 现场应用与操作说明

现场/结构说明： 夹爪通过适配板安装在多轴机械臂或XYZ直线模组末端。针对PCR板和枪头盒，设计定制化V型或平面软接触夹指；针对培养皿，设计弧形包络夹指。

产品接线： 仅需接入24V电源线，以及来自PLC的两根控制线（开/关）和两根信号返回线（夹取状态）。相比气动省去了所有气管和电磁阀接线。

使用操作说明：

1.机械安装固定。

2.接通24V电源。

3.将控制线接入PLC输出点，反馈线接入PLC输入点。

4.可通过简易调试器或上位机软件（可选）设置初始位置、最大开口及关键的“夹持力阈值”。

5.编程逻辑：发出“闭合”指令 -> 夹爪闭合，直至遇到物体达到设定力后停止 -> PLC收到“夹到”反馈信号 -> 执行后续移动作业 -> 到达目标位后发出“打开”指令 -> 完成放置。

产品使用情况描述： 自更换为威恒电动夹爪后，客户设备在抓取环节的故障率下降超过90%。抓取成功率接近100%，彻底消除了因抓取力过大导致的耗材损坏现象。设备运行更加安静，无需空压机，整体能耗降低。客户工程师反馈集成和调试时间大幅缩短。

六、 前后对比优势总结：

控制方式： 从粗糙的气压控制 → 精确的数字力控。

适应性： 从固定行程、硬性接触 → 自适应行程、柔性抓取。

反馈信息： 从无状态反馈 → 实时“夹到”信号反馈。

系统复杂度： 从依赖庞大气源系统 → 一体式、即插即用。

维护性： 从需要专业气路维护 → 几乎免维护。

环境友好： 从有油污、噪音风险 → 清洁、安静。

七、经验总结：

总结经验： 在实验室自动化这类对精度、洁净度和可靠性要求极高的领域，电动执行器替代传统气动是明确的技术趋势。威恒电动夹爪凭借其力控、反馈、一体化的核心优势，精准地解决了客户痛点。

八、威恒电子公司介绍：

威恒电子电动夹爪通过其精确的力控能力和智能化反馈，完美解决了食品行业软质、易变形物件的自动化抓取难题。其一体化、电气化的设计代表了工业自动化执行器的发展方向，是替代传统气动方案的理想选择。

特长与实力：在微型伺服驱动、运动控制算法、精密机械设计等领域拥有深厚的技术积累和多项核心专利。具备从核心部件到整体解决方案的全链条研发能力。

供稿人：威恒电子自动化事业部，高级应用工程师 - 余工

索要技术资料：如需了解更多关于WEF-MHZ2系列电动夹爪的详细技术参数、3D模型及手册，请联系我司销售人员或访问官网。

联系人：余工 （13825159505）

个人微创新：在本案例中，为客户定制化开发了轻触模式，将初始闭合速度加快以提升效率，在接近预设力值时自动切换为低速柔顺模式，进一步优化了抓取的成功率和体验。

本案例证明，通过技术创新，一个核心部件的升级，能够为整个自动化设备带来质的飞跃。威恒电子，致力于成为您最可靠的自动化核心部件伙伴。