Chwytaki ważnym elementem wyposażenia robotów przemysłowych
Efektywność wykorzystania robota w zautomatyzowanych procesach produkcyjnych nie wynika wyłącznie z jego parametrów użytkowych, ale również dodatkowego wyposażenia, od którego zależy m.in. możliwość wykonywania różnych typów zadań. Dlatego tak ważnym elementem w pracy robota przemysłowego są efektory końcowe, w tym przede wszystkim chwytaki, które, jak cała branża automatyki, podlegają ciągłym udoskonaleniom.
Systemy chwytakowe to dziś obowiązkowy element wyposażenia wielu robotów przemysłowych. To od ich funkcjonalności, budowy, parametrów zależy tak naprawdę, jakie zadania będzie mógł wykonywać na linii produkcyjnej robot. Im bardziej skomplikowane mają to być czynności, tym większe wymagania stawiane będą chwytakom.
Zadania chwytaków
Zdolność do chwytania i przenoszenia różnego rodzaju elementów powinna być podstawową umiejętnością robotów, które są wykorzystywane do takich procesów jak paletyzacja, depaletyzacja, montaż, załadunek i rozładunek maszyn, sortowanie, pakowanie oraz operacje typu pick and place. Oprócz samego chwycenia, przeniesienia i uwolnienia detalu zadaniem chwytaka jest również nadanie mu odpowiedniej orientacji w jego miejscu docelowym. W typowych zastosowaniach roboty wyposażane są z reguły w jeden chwytak (z możliwością jego wymiany), który wykonuje tę samą czynność, jednak nierzadko w bardziej zaawansowanych instalacjach przemysłowych pojawiają się roboty przemysłowe wyposażone w kilka chwytaków, skracają tym samym czas całego procesu.
Dobór chwytaka powinien być uzależniony od kilku głównych kryteriów, do których zaliczamy, poza typem wykonywanej czynności, przede wszystkim rodzaj, wielkość i wagę oraz kształt elementów, którymi robot będzie manipulować. Poza tym powinien on być dostosowany do udźwigu robota, a także do warunków panujących w miejscu pracy, w tym do działających sił zewnętrznych.
Chwytak chwytakowi nierówny
Choć standardowy chwytak składa się z trzech głównych elementów (napędu, przeniesienia napędu oraz końcówki odpowiadającej za chwycenie elementu) to jednak w portfolio licznych producentów oferujących tego typu wyposażenie robotów przemysłowych możemy znaleźć wiele różnych typów chwytaków o różnorodnej konstrukcji. Jeśli chodzi np. o napęd chwytaków, to rozróżniamy napędy pneumatyczne, hydrauliczne, elektryczne, elektromagnetyczne oraz adhezyjne, zaś układ przeniesienia napędu może być dźwigowy, liniowy, klinowy bądź zębaty.
Końcówki chwytaka mogą być sztywne, sprężyste bądź elastyczne, które najlepiej dopasowują się do manipulowanego przedmiotu, a według innego podziału rozróżniamy chwytaki dwuszczękowe (dwupalcowe), trójszczękowe, wieloszczękowe, którymi można chwytać detale o nieregularnych kształtach, bądź oplatające. Często spotykany jest także podział na chwytaki kształtowe (ograniczenie swobody ruchu manipulowanego przedmiotu względem chwytaka następuje przez wytworzenie odpowiedniej liczby połączeń), siłowe (ograniczenie to jest wynikiem działania określonej siły na dany detal) lub siłowo-kształtowe. Jeśli zaś chodzi o wytworzoną siłę uchwyty, to mamy stałą siłę docisku, ustawianą przez operatora oraz regulowaną automatycznie, a mechanizm napędowy ruchu końcówek chwytnych może być nożycowy, szczypcowy bądź równoległy.
Współczesne chwytaki coraz częściej stają się zaawansowanymi urządzeniami, które są wyposażane w szereg dodatkowych elementów, w tym głównie w czujniki np. pozycji, odległości, siły i momentu czy orientacji, a także inne urządzenia technologiczne, które pozwalają na wykonywanie przez robota dodatkowych operacji.
Bezpieczeństwo stosowania chwytaków
Kwestia bezpieczeństwa osób pracujących w pobliżu robotów, zwłaszcza gdy mowa o robotach współpracujących (tzw. cobotach), jest niezmiernie istotna także w odniesieniu do zainstalowanych w nich chwytaków, które często mają szeroki zakres sił chwytania, które automatycznie dostosowują się do określonych sytuacji. Zamontowane w nich czujniki stale kontrolują otoczenie i w razie nieplanowanego kontaktu z człowiekiem zmniejszają siłę uchwytu, minimalizując ryzyko spowodowania obrażeń u człowieka, jednak z drugiej strony utrzymują cały czas odpowiednią siłę, by zapewnić bezpieczeństwo trzymanego detalu.
Kolejnym istotnym czynnikiem, który powinien zapewnić maksymalny poziom bezpieczeństwa, jest kształt chwytaka oraz materiał, z jakiego jest on wykonany. Dlatego też te efektory końcowe mają najczęściej elastyczną powłokę zewnętrzną z zaokrąglonymi krawędziami oraz dodatkowymi osłonami i specjalnymi kołnierzami, które zmniejszają ryzyko obrażeń, gdyby doszło do przypadkowego kontaktu z człowiekiem. Często też chwytaki posiadają dodatkowe oznaczenia, np. w formie LED-owego panelu, które informują o aktualnym stanie jego pracy, eliminując potrzebę częstego zbliżania się do robota.
Chwytaki robotów przemysłowych – zaawansowane rozwiązania
Również w przypadku chwytaków do robotów przemysłowych jesteśmy świadkami wprowadzania nowoczesnych i zaawansowanych rozwiązań, m.in. wynikających z realizacji koncepcji Przemysłu 4.0. Stąd też chwytaki coraz częściej wyposażane są w inteligentne czujniki, które nie tylko zwiększają bezpieczeństwo i precyzję działania tego elementu, ale również umożliwiają dwustronną komunikację z systemami sterowania całego procesu. Wykorzystując np. standard komunikacji IO-Link chwytak może przekazać informację nie tylko o aktualnym statusie pracy, ale również dostarczyć precyzyjne dane nt. podstawowych parametrów pracy, które stanowią podstawę do analizy zachodzących procesów, dzięki której możliwe jest m.in. zapobieganie usterkom.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Przyszłość w obszarze chwytaków niewątpliwie będzie zmierzać w kierunku coraz bardziej inteligentnych rozwiązań, a docelowo do w pełni autonomicznej pracy systemów chwytakowych. Operatorzy robotów nie będą musieli definiować podstawowych ustawień chwytaka, który na podstawie odczytu z kamer i czujników samodzielnie zidentyfikuje przedmiot, jego kształt oraz materiał, z jakiego jest wykonany, i na tej podstawie określi optymalną prędkość oraz siłę uchwytu. Pozyskane w czasie tych procesów dane będą trafiać np. do chmury, dzięki czemu, jeśli chwytak wykryje jakiś nieznany obiekt, będzie mógł pobrać dane dotyczące parametrów uchwytów z chmury, o ile wcześniej z takim samym przedmiotem miał już do czynienia inny chwytak w danym zakładzie przemysłowym.
Kolejnym trendem, który może w jakimś stopniu zrewolucjonizować chwytaki do robotów, jest technologia druku 3D z tworzyw sztucznych, dzięki której można uzyskać chwytaki nawet kilkukrotnie lżejsze od ich odpowiedników metalowych, przy zachowaniu podobnych parametrów użytkowych oraz trwałości. Chwytaki 3D można łatwo i szybko wyprodukować, dzięki czemu jest to rozwiązanie idealne w sytuacjach, gdy wymagane są chwytaki mocno zindywidualizowane do bardzo specyficznych zadań.
| Chwytaki z tworzyw sztucznych metodą druku 3D |
|---|
| Monika Gawryś, product manager, igus Polska |
Chwytaki inspirowane naturą
Choć współczesne chwytaki potrafią już naprawdę wiele, to jednak wciąż ich producenci dążą do ideału, jakim wydaje się ludzka dłoń bądź łapy innych istot żywych. Firma Schunk np. stworzyła model 5-palcowego chwytaka SVH o dziewięciu napędach, elastycznej powierzchni i licznymi czujnikami, dzięki czemu chwytak ten jest w stanie trzymać detale z odpowiednim wyczuciem bez ryzyka ich zniszczenia. OnRobot z kolei ma w swojej ofercie rozwiązanie Gecko Gripper, które wykorzystuje podobną technikę chwytu jak gekon, bazujące na wielu cieniutkich włóknach przyczepiających się do powierzchni podnoszonego elementu. Wreszcie w portfolio Festo możemy znaleźć chwytak adaptacyjny DHEF, który jest inspirowany językiem kameleona, a także szczękę adaptacyjną chwytaka DHAS, dla której inspiracją był ruch płetwy ryby.
Chęć jak najwierniejszego odzwierciedlenia uchwytu ludzkiej ręki będzie z pewnością napędzać rozwój chwytaków do robotów przemysłowych w najbliższych latach i niewykluczone, że za kilka, góra kilkanaście lat uścisk chwytaka robota niczym nie będzie się różnił od uchwytu ludzkiej dłoni.
