广州市威恒电子有限公司电动夹爪WEF-MHZ2-20B-18-2N（步进电机驱动型）在无人智能咖啡机设备上夹取咖啡杯的应用案例

威恒电子电动夹爪赋能无人智能咖啡机，引领饮品零售新变革

一、 客户行业与设备困境：智能咖啡行业的“最后一厘米”难题

客户所属行业为无人智能零售设备制造业，是近年来快速崛起的新兴产业，融合了机械自动化、物联网、移动支付及大数据分析等技术，旨在为消费者提供24小时无人化、便捷化的商品服务。其具象产品为“星咖先锋”系列全自动智能现磨咖啡机，该设备遍布于高端写字楼、机场、大学校园及商业中心，用户通过手机扫码下单，设备在短短一分钟内即可完成从磨豆、萃取、打奶泡到灌装的全套流程。

然而，就是在这高度自动化的流程中，一个看似简单的环节却长期困扰着设备制造商——咖啡杯的抓取与放置。传统的解决方案是采用气动夹爪，通过电磁阀控制气缸，带动气动手指来实现开合。但在实际运营中，该方案暴露出诸多致命困境

1.需配备空压机、气管、过滤器、减压阀等庞大气动系统，使得结构复杂的咖啡机内部空间更加拥挤，且存在漏气风险。

2.抓取力度不可控：气动夹爪的抓取力依赖于气源压力，调节不便。力度过小，抓取纸杯时易打滑脱落，导致咖啡泼洒，机器暂停运行；力度过大，又极易捏瘪一次性纸杯，同样造成生产中断。

3.能耗与噪音：空压机持续运行耗电量大，且工作噪音在静谧环境中尤为突出，影响用户体验。

每一次抓取失败都意味着一次订单的失败。泼洒的咖啡需要人工清理，中断的设备需要重启，不仅导致营业收入直接损失，更严重影响了品牌声誉和用户体验。在无人值守的场景下，频繁的故障会使得运维成本急剧上升，设备投资回报周期被大幅拉长。因此，寻找一种更智能、更可靠、更柔性的新产品方案来替代传统气动夹爪，已成为该设备制造商提升产品竞争力、降低运维成本的必然选择。

二、 老方案故障分析与替代必要性

老方案气动夹爪的故障根源在于其开环控制的原理。其检测依赖简单的磁性开关来判断夹爪是否到达开/合位置，但无法感知中间过程，更无法实时反馈夹持物体的状态（是否夹到、夹持力多大）。

故障原因分析：

气源压力波动：管网中其他气动元件动作会导致气压瞬时变化，直接影响夹爪的输出力，造成抓取不稳。

机械磨损与泄漏：气缸密封圈磨损会导致漏气，力量逐渐衰减，最终抓取无力。

缺乏力感知：这是最核心的问题。它无法像人手一样感知到已经接触杯壁并施加合适的力度，要么没夹到，要么过度夹持。

排除故障需付出的代价：运维人员需频繁赶赴现场，检查气路密封性、调节气压、更换损坏的气缸或电磁阀。这不仅耗费大量人力物力，更重要的是无法从根本上解决问题，治标不治本。

三、威恒电子电动夹爪解决方案：

产品名称： 威恒电子电动夹爪

推荐型号： WEF-MHZ2-20B-18-2N

核心特点：自适应行程，夹到反馈信号，替代气动，驱动一体，断电自锁，力控夹爪，IO控制

专利号：ZL 2019 1 1023529.4 （发 明 专 利 证 书）

详细参数：

驱动力方式：伺服电机+精密减速机

最大夹持力：50N

行程：18MM

防护等级：IP67（可抵御清洗剂的喷溅与消毒液侵蚀）

材质：航空铝合金主体，医用级316不锈钢/阳极化处理，兼容VHP（过氧化氢蒸汽）灭菌环境。

通讯接口：IO控制

工作温度：0°C - 70°C

产品原理介绍：

WEF-MHZ2系列电动夹爪是一款集驱动、控制、反馈于一体的精密执行机构。其核心采用高性能伺服电机，通过精密减速机构将电机的旋转运动转化为手指的直线开合运动。内置高精度编码器实时监测电机转角，从而精确计算手指的位置和速度。通过电流环控制，可实时精确控制输出夹持力，实现“力控”功能

特点与亮点：

自适应行程 & 力控抓取：无需预设精确行程。夹爪在闭合过程中实时监测夹持力，一旦接触到杯壁且压力达到预设值（如3N），立即停止并保持，完美适应不同杯径，绝不会捏坏或掉落。

夹到反馈信号：内置传感器，可输出“夹爪已闭合到位”或“已夹取到物体”的信号（通过IO输出），方便主控系统进行下一步流程判断，实现精准协同。

驱动一体 & 替代气动：无需复杂的气动辅助系统，一根电源线和一组IO线即可工作，大幅简化设备结构，节省空间，降低能耗和噪音。

断电自锁：内置自锁机构，即使在断电情况下也能保持当前位置和夹持力，确保咖啡杯不会因意外断电而坠落，安全可靠。

IO控制：控制方式简单，如同控制一个普通气缸，仅需两个IO点（一个控制开，一个控制合）即可完成所有操作，原有控制系统无需大幅改动即可轻松集成

四、客户需求与方案匹配

具体客户：上海某知名智能零售设备制造商（应客户要求，暂以“客户A”代称）

地域：中国上海

行业地位：国内无人咖啡机领域的领军企业之一，市场占有率前三。

客户要求：

高可靠性，日均抓取次数超过2000次。

精准的力控制，不能损坏薄壁纸杯（厚度<0.3mm）。

能自适应不同规格的杯具。

结构紧凑，易于集成到现有设备中。

环境适应性：能耐受咖啡粉尘、偶尔的液体泼溅、清洁剂的轻微腐蚀。

控制简单，便于现有电气工程师快速上手。

匹配原因：

威恒WEF-MHZ2-20B-18-2N型号完美匹配了所有需求：

选择合适的抓取力与行程：50N的最大夹持力和18mm的行程完全覆盖客户所有杯型，且力控模式(自适应夹取)从根源上杜绝了损坏杯具的可能。

材质与环境适应性：航空铝合金主体具有良好的机械强度和轻量化特性，表面氧化处理具备一定的耐酸碱能力，IP40防护等级可有效防止咖啡粉尘侵入，满足现场环境要求。

性能指标契合：自适应行程确保了每次抓取的一致性。一体化设计节省了超过60%的安装空间。

满足特殊要求：IO控制模式让客户无需更改主控逻辑，实现了“无缝替换”，大大降低了升级改造成本和周期。

五、 现场应用与实施

客户现场结构说明：夹爪安装于一台三轴笛卡尔机器人末端，负责从杯仓中取出指定规格的纸杯，然后移动至咖啡出口下方进行承接。

产品接线与配套：仅需将设备的24VDC电源接入夹爪电源线，再将PLC的两个输出点（Y0-夹紧， Y1-松开）接入夹爪的控制电源线端口。夹爪的“夹取完成”信号反馈线接入PLC的一个输入点（X0）。

使用操作说明：

PLC发出“夹紧”信号。

夹爪开始闭合，并以预设速度运行。

一旦夹到杯子，自适应行程夹爪立即停止继续夹并锁定，同时“夹取完成”输出信号反馈。

PLC收到反馈信号后，控制机器人执行下一步移动动作。

到达指定位置后，PLC发出“松开”信号，夹爪张开至初始位置，完成一次循环。

产品使用情况描述：自更换威恒电动夹爪以来，该型号咖啡机已稳定运行超过10个月。抓取失败率从原先气动方案的≥1% 降低至<0.001%，几乎可以忽略不计。客户彻底告别了因抓杯问题导致的客户投诉和运维奔波。

六、 威恒电动夹爪 vs 传统气动方案 ：

七、 威恒电子公司介绍

威恒电子技术有限公司是一家专注于研发、生产和销售高精度智能执行器及运动控制解决方案的国家高新技术企业。公司拥有强大的研发团队和完善的生产质量管理体系，其产品以创新、精密、可靠著称，在自动化行业内享有盛誉。

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。

八、 注意事项说明：

安装时请确保夹爪手指与杯具中心对正，避免偏载。

定期（建议每半年）检查手指紧固螺丝是否松动。

虽然具备一定防护能力，但仍应尽量避免咖啡液或清洁剂直接溅射到夹爪电机本体上。

设置夹持力时，建议从较小力值开始测试，逐步增加至可靠抓取的最小力值，以最大限度保护杯具。