Ъглови хващачи

• Двучелюстните ъглови захващащи модули са сред най-популярните хващачи за индустриални роботи по отношение на дизайна
  
  
• При тях челюстите се движат в радиално направление при отваряне и затваряне, подобно на клещи или пинсети
  
  
• Ъглови хващачи се използват широко в производството, електрониката, асемблирането, обслужването на машини и други сектори

Сред най-популярните хващачи за индустриални роботи по отношение на дизайна са двучелюстните паралелни и двучелюстните ъглови захващащи модули. Докато при първите – най-простите по конструкция, челюстите се движат паралелно на обекта, който захващат, при втория тип (ъгловите) челюстите се движат в радиално направление при отваряне и затваряне, подобно на клещи или пинсети. Особеност на този дизайн е, че традиционно (но не във всички случаи) изисква повече пространство, но в замяна на това позволява по-широко отваряне благодарение на ъгловия ход на челюстите. В някои системи, например във вътрешността на машини при тяхното конструиране, ъглов модул с по-малък ъгъл на отваряне може да се окаже по-икономичен по отношение на пространството подход, ако не е налице достатъчно място паралелен хващач да се разтвори дотолкова, че да обхване съответния компонент.

Ъгловите захващащи системи са подходящи за манипулиране с нецентрирани обекти, като могат да бъдат използвани както за външно захващане, така и за вътрешно – чрез въвеждане на челюстите в отвор или кухина на детайла. Те са предпочитани при захващане на едрогабаритни компоненти и изделия, както и при такива с неправилна/нестандартна форма.

Използвани в практиката от десетилетия, днес ъгловите хващачи се срещат масово в производството, електрониката, асемблирането, обслужването на машини и други сектори, в които приложението на роботи за манипулиране със стандартни и специални компоненти непрекъснато нараства. Пазарът предлага богато разнообразие от варианти, най-често дву- и тричелюстни – за фини, дребни и деликатни обекти, за по-тежки детайли, универсални, с удължен ход, с прецизни уплътнения за хигиенни приложения и др. При тричелюстния дизайн трите челюсти стандартно са разположени под еднакъв ъгъл помежду си. В практиката се срещат и дизайни с по-голям брой (4+) челюсти – организирани в паралелни помежду си групи или с възможност за отваряне на всяка отделна челюст под ъгъл, като те не са толкова популярни в масовото производство и спадат по-скоро към нишовите системи и специализираната екипировка.

Особености и функционални възможности

В наши дни проектирането и разработка на надеждни захващащи механизми, които не са прекалено сложни и скъпи за производство и последващо закупуване и внедряване от потребителите, се е превърнало в приоритет за повечето големи брандове в сегмента и значително подпомага по-широкото роботизиране на редица сектори. Крайна цел по отношение на дизайна на хващачите е да се доближат максимално до човешката ръка по чувствителност, универсалност и гъвкавост, за да могат да манипулират ефективно с обекти с всякакви форми, размери и характеристики. Макар подобно функционално съвършенство при мехатронна система на този етап да е трудно постижимо, разработчиците непрекъснато влагат в прототипите си все по-усъвършенствани материали, технологии и инструменти, включително интелигентни сензори и платформи с изкуствен интелект, които позволяват по-точно, автономно, надеждно и адаптируемо захващане в различни комплексни сценарии. Така ъглови хващачи в различно изпълнение (с висока степен на защита) се използват за разнообразни прецизни приложения или за работа при тежки и агресивни условия, включително в хирургията, фармацията и лабораторната автоматизация, подводното заваряване, в промишлени пещи, при обезвреждане на боеприпаси, опасни вещества и др.

Бързата индустриализация, повишаването на изискванията за прецизност и ефективност в производството и интегрирането на IoT и Industry 4.0 платформи в редица фабрики по света тласка напред сегмента на тричелюстните ъглови хващачи, които са малко по-сложни по конструкция от двучелюстните си аналози, но пък значително повишават точността при захващане на фини и дребни компоненти, като в допълнение са подходящи за манипулиране със сферични обекти, както и за по-деликатно боравене с крехки и чупливи изделия.

Предимство на ъгловия дизайн, който позволява подаване на предмета за захващане директно към разтворените в радиално направление челюсти, е възможността за елиминиране на едно допълнително движение, което би било необходимо при паралелен механизъм – например повдигане с цел отдалечаване от обекта. Традиционен недостатък на ъгловите модули е, че налагат да се предвиди повече място в дизайна на работната зона в сравнение с паралелните хващачи, но същевременно радиалното изпълнение дава възможност за широко цялостно отваряне на челюстите – до 180 градуса, както и настройка на модула (и по-специално ъгъла на отваряне, например 30°, 40°, 80°…) спрямо конкретния детайл. Радиалните захващащи модули на практика са вариация на ъгловите, но традиционно се обособяват от производителите в отделни продуктови категории.

Варианти

На пазара се предлагат системи с различно задвижване – хидравлично, пневматично, електромеханично. В много от съвременните приложения хидравличните и пневматичните хващачи не успяват достатъчно гъвкаво да се приспособят и биват заменяни от модули с електрическо задвижване и препограмируем контролер, които се отличават с по-висока точност и повторяемост.

Наличните варианти се характеризират и с различен набор от функции, включително самоцентриране, безопасно задържане на силата на захващане, сензорна комуникация посредством IO-Link и др. Освен чрез различни датчици за сила, въртящ момент и други ключови параметри, ъгловите хващачи позволяват оптимизиране и посредством широк набор от спомагателни подходи, приспособления и аксесоари, например противоплъзгащи накрайници на челюстите, специални геометрии, покрития и т. н.

Ъгловите и радиалните захващащи модули са сравнително адаптируеми и се доказват като отлично решение за хетерогенни продуктови миксове, в които роботите манипулират без пренастройка с голям асортимент от различни по форма, размери и характеристики обекти, идващи например от поточна линия. Системите от този тип са предпочитани и в редица приложения, в които се изисква надеждно захващане на по-големи товари. Теглото на компонентите, с които се борави, е ключов фактор при избора на конкретен тип и модел захващащ модул.

Основни изисквания по отношение на дизайна са да осигурява високо съотношение между мощност и собствено тегло (за максимално олекотена, компактна и интегрирана система), както и между въртящ момент и инерция (за оптимално ускорение). Важно е и плавното движение на челюстите, особено при ниска скорост на отваряне, с цел постигане на по-висока точност и повторяемост при позициониране. В редица динамични приложения, например на високоскоростни автоматизирани линии, ъгловите хващачи е от съществено значение да се отличават и с бързодействие, кратки времена за реакция и минимален мъртъв ход (хлабина).

Съображения при избора

Едно от първите решения при планиране на инвестиция в хващач за промишлен робот е дали да се заложи на модел с две или три челюсти. Стандартно и двата варианта се предлагат с цилиндрична база или с такава с формата на куб/паралелепипед. За приложения, в които система с две челюсти би била достатъчна като функционалност, не е необходимо да се търси такава с три. Тричелюстните варианти обаче осигуряват повече точки на контакт с детайла и улеснено центриране, което се предпочита при необходимост от по-сигурно задържане с по-малък натиск, например при крехки, чупливи, неправилни по форма обекти и т. н.
Стандартните ъгловите хващачи е възможно да бъдат изпълнени изключително бюджетно. Цената, разбира се, е ключово съображение при избора на конкретен модел, но не бива да се извежда като единствен определящ фактор. Добре е да се вземат предвид спецификите на захващаните детайли и вариациите в продуктовия асортимент, както и необходимият ъгъл на захождане към обекта.

Експертите препоръчват силата на захващане, която при ъгловите модули най-често варира от 20 до над 6000 N (при специални изпълнения), да се съобразява стриктно с потребностите на приложението, като се избягват както преоразмеряване, така и избор на недостатъчно мощен модел. Съществен параметър е и необходимото време за затваряне на челюстите (от крайно отворена до крайно затворена позиция), което при индустриалните системи е в границите на 0,1 до по-малко от 0,001 секунда за стандартни детайли при повторяема точност средно ± 0,01 до ± 0,05 mm.

За да изберете оптимален ъглов хващач за конкретно приложение, е важно да отчетете още диапазона при теглото на захващаните обекти, както и условията на средата, в която системата ще се използва. Чистите помещения, хигиенните, агресивни и потенциално експлозивни среди изискват модели със специален дизайн.
Селекцията на радиален хващач – с пълно отваряне на челюстите до 180°, е вариант за приложения с пространствени ограничения, тъй като би могъл да седи изпънат в абсолютна близост до зоната за захващане на детайла (непосредствено над или под зададената му позиция) и да се задейства, когато регистрира, че обектът е на мястото си.

Последно по ред, но не и по значение следва да споменем безопасността като фактор при избора на ъглов хващач. Моделите с технология за безопасно задържане на захвата при прекъсване на захранването или пад на налягането, които свеждат до минимум риска от изпускане на обекта, са предпочитани в повечето прецизни индустриални приложения.