Хващачи за колаборативни роботи

• Въпреки че колаборативните роботи съществуват от около 30 години, едва наскоро те станаха достъпни и практични за заводите
  
  
• Електрическите хващачи са идеални за приложения с коботи, защото предлагат безпроблемна интеграция със системата за управление на колаборативния робот
  
  
• Някои хващачи разполагат със сензори или системи, които предоставят данни за силата на захват, позицията или засичането на обекти, което може да бъде ценно за целите на процесния мониторинг и качествения контрол

Когато стане дума за индустриални роботи, повечето хора си представят линия за асемблиране на автомобили с множество роботи по продължението й. Тези роботи заваряват части, монтират компоненти и асемблират продукти със скорост, невъзможна за човек. Поради товарите, с които те манипулират, е рисковано около тези роботи да има работници и затова често те са оградени с цел гарантиране на безопасността.

Днес друг вид роботи завоюват все повече и повече позиции във фабриките. Въпреки че колаборативните роботи съществуват от около 30 години, едва наскоро те станаха достъпни и практични за заводите. Отчасти заради по-малката им товароносимост и по-ниските скорости, колаборативните роботи включват също по-добри системи за безопасност и по-лесни интерфейси за програмиране в сравнение с традиционните индустриални роботи.

Много доставчици на роботи започват да предлагат и колаборативни роботи, често наричани коботи. Основната полза е фактът, че те могат да споделят работната си среда с хора. Нещо повече – те могат да работят в сътрудничество с хората, като им подават части например.
Когато става дума за коботи, в повечето случаи се има предвид манипулаторът. Разбира се, сам по себе си той не може да повдига детайли, да усеща натиск или да засича обекти в работната равнина – нужен му е “орган”, който да изпълнява тези задачи. В тази роля влизат крайните изпълнителни устройства, най-разпространени от които са хващачите.

Хващачите дават на индустриалния роботи възможността да повдига детайли и да изпълнява различни задачи, включително влагане, pick-and-place операции и обслужване на машини. Хващачите са толкова част от роботизираната клетка, колкото е и манипулаторът. В колаборативни приложения хващачът отговаря за манипулирането с детайли по безопасен и сигурен начин.

При интегрирането на колаборативна роботизирана клетка с хващач следва да бъдат взети предвид редица елементи. Що се отнася до избора на хващач, броят на вариантите може да е объркващ. При взимането на това решение трябва да се отчетат няколко фактора. Веднъж щом се избере хващач, има няколко основни стъпки, които трябва да се следват за интегрирането и програмирането на колаборативното приложение.

Сред най-популярните видове хващачи са тези с пръсти, вакуумните и магнитните хващачи. Всеки тип може да бъде различен по метода на захранване и контрола или сръчността на самия хващач, като всеки продукт е подходящ за определен набор от задачи.

Вакуумни хващачи

Работният им принцип се основава на разликата между атмосферното налягане и вакуум. С помощта на тези хващачи коботите могат да повдигат, държат или местят обекти.

Обикновено вакуумният поток се създава чрез миниатюрна електромеханична или задвижвана със сгъстен въздух помпа. Необходимо е да се гарантира, че вакуумният поток е непрекъснат, за да е сигурно, че коботът ще може безопасно да задържи обекта, който е повдигнал.

Разликата между електромеханичните и задвижваните със сгъстен въздух помпи е, че последните предоставят между 4 и 10 пъти повече мощност в сравнение с електромеханичните си аналози. Това прави хващачите със задвижвана със сгъстен въздух помпа по-добрият избор за приложения, изискващи повдигането на тежки товари. От друга страна, електромеханично задвижваните вакуумни хващачи се представят отлично, когато приложението изисква висока степен на мобилност и сръчност.

Вакуумните хващачи са изключително универсални и се използват за автоматизиране на широк диапазон от дейности. Най-често намират приложение в операции по опаковане и палетизиране. Друго предимство на вакуумните хващачи е това, че цената им често е по-ниска, отколкото на други видове хващачи.

Техен недостатък са завишените оперативни разходи спрямо други типове хващачи, тъй като консумират повече електроенергия и често се нуждаят от външна доставка на въздух, за да генерират вакуум. Електрическите вакуум хващачи обаче имат свои собствени вградени вакуум помпи, което позволява безпроблемна интеграция с коботи.

Пневматични хващачи

Пневматичните хващачи използват комбинация от сгъстен въздух и бутала за задвижване на пръстите или челюстите си. Най-широко разпространено е пневматичното захващане при конфигурациите с 2 и 3 пръста, въпреки че се предлагат и модели, наподобяващи човешка ръка. Това са едни от най-универсалните захващащи инструменти, които се използват за широка гама от приложения.

Предимствата на пневматичните хващачи включват ниска цена и голям диапазон на силата на захват. Те са много подходящи за дейности в ограничени пространства и имат кратко време на реакция.

Един от недостатъците на пневматичните хващачи е, че те са подходящи за манипулиране само с един вид детайли. Така че, ако заводът произвежда множество малки партиди с различни продукти, тези хващачи може да не са идеалното решение. Друг минус е това, че пневматичните хващачи предоставят ограничен контрол на силата и позицията в сравнение с други видове захващащи устройства, а и за функционирането им е необходим сгъстен въздух. Изискването за сгъстен въздух означава също, че ще са нужни допълнителни вентили, което допринася за увеличаване на разходите за интегриране и програмиране на хардуера.

Хидравлични хващачи

Този тип хващачи се задвижват чрез хидравлични течности. Хидравличните хващачи предоставят по-голяма сила на захват в сравнение с аналогични модели с пневматично управление. Това ги прави идеални за приложения с тежки товари.

Едно от основните преимущества на хидравличните хващачи е тяхната отлична мощност на захващане. Недостатък е това, че експлоатацията им е съпроводена с допълнителна сложност – боравене с масло, помпа и резервоар. Това може да доведе до по-висока необходимост от поддръжка спрямо други видове хващачи. Тези хващачи могат също да бъдат много по-тежки, което ограничава приложението им с коботи.

Електрически хващачи

Електрическите хващачи са популярен избор, когато от кобота се изисква изпълнението на pick-and-place операции. Този тип хващачи не предлагат същата степен на мощност на захват в сравнение с хидравличните решения. Те обаче са по-подходящи за приложения, изискващи висока скорост, съчетана с възможност за регулиране на силата на захват.

Електрическите хващачи обикновено се предлагат с две и три челюсти. Тричелюстната конфигурация често се предпочита за работа с кръгли или цилиндрични обекти, докато двучелюстната може да се адаптира за всякакви други приложения.

Един от най-определящите фактори за използване на електрически хващачи за автоматизация на производството е управлението. Повечето електрически хващачи са с интегрирани микропроцесори, които позволяват на потребителя да регулира силата на захват, скоростта и големината на отвора, за да може един и същи хващач да се използва за различни продукти. Това дава възможност на електрическите хващачи лесно да манипулират с широка гама от различни типове детайли.

Внедряването на допълнителни технологии в тези хващачи означава и повече “мозък” – тези устройства могат точно да измерват разстояние, което позволява измерването на компонента при повдигането му.

Електрическите хващачи са идеални за приложения с коботи, защото предлагат безпроблемна интеграция със системата за управление на колаборативния робот. Недостатък на електрическите хващачи е това, че като цяло те предоставят по-малка сила на захват в сравнение с пневматичните хващачи. От гледна точка на разходите електрическите хващачи могат да бъдат по-скъпи.

Адхезивни хващачи

Адхезивните хващачи предлагат универсално решение, което комбинира предимствата на олекотен дизайн и гъвкавост при манипулиране с обекти. Тези хващачи са идеални за повдигане на гъвкави предмети и предоставят надежден захват, без да е необходим източник на електрозахранване. В резултат, те дават възможност за реализиране на спестявания чрез редуциране на оперативните разходи.

Олекотената конструкция на адхезивните хващачи позволява ефективно манипулиране с разнообразие от обекти, което ги прави подходящи за широка гама от приложения. Способността за здраво захващане на обекти, без да се разчита на външен източник на електроенергия, ги превръща в практичен избор за сценарии, при които наличието или консумацията на електроенергия е ограничаващ фактор. Като цяло, адхезивните хващачи предлагат баланс от универсалност, удобство и рентабилност при операциите с роботизирано захващане.

Избор на подходящ хващач

При избора на хващач като най-важно съображение изпъква целевото приложение. От съществено значение е да се оценят специфичните задачи и изискванията на приложението, за да се определи най-подходящият тип хващач.

Има обаче и още няколко важни фактора, които също трябва да бъдат взети предвид при процеса на избор на захващащо решение. Тези фактори могат да включват необходимата сила на захват за манипулиране със съответните обекти, големината и формата на обектите, желаните нива на прецизност и повторяемост и условията на средата, в която ще функционира хващачът.

В допълнение, следва да бъдат отчетени и фактори като съвместимост на хващача с манипулатора, лекота на монтаж и интеграция, изисквания за поддръжка и разходна ефективност. Внимателната оценка на тези аспекти може да допринесе за вземането на информирано решение и избора на хващач, който в най-голяма степен отговаря на потребностите на специфичното приложение и води до оптимизиране на производителността и ефективността.

При избора на хващач е важно да се оцени цялостната задача за изпълнение. Нужно е да се определи дали хващачът ще се използва за манипулиране с един-единствен тип детайли или с разнообразие от обекти. Това ще помогне за определяне на нивата на адаптируемост и универсалност на захващащото решение.
Следва да се отчете естеството на обектите, с които ще се манипулира – хранителни продукти, електрически компоненти или опасни материали. Различните хващачи могат да имат специфични характеристики или да са изработени от определени материали, подходящи за конкретни приложения.

Необходимо е да се оценят товарите, с които ще трябва да се справя хващачът. Следва да се гарантира, че захващащото решение разполага с подходящия повдигащ капацитет за съответните обекти.
Трябва да се определи и дали хващачът ще функционира в тесни пространства. Някои хващачи са проектирани за работа в пространствено ограничени зони и са с по-малки размери.

Друг фактор, който трябва да се вземе предвид, е дали ще има нужда от обратна връзка от захващащото устройство. Някои хващачи разполагат със сензори или системи, които предоставят данни за силата на захват, позицията или засичането на обекти, което може да бъде ценно за целите на процесния мониторинг и качествения контрол.

Продължителност на цикъла на захващане

Когато се избира хващач, е от съществено значение да се вземе предвид необходимата продължителност на цикъла на захващане и отваряне/затваряне. Тази продължителност представлява времето, нужно за осъществяване на тези дейности.

Скоростта, с която хващачът може да захване и освободи обектите, влияе пряко върху продължителността на цикъла на цялата дейност. В зависимост от приложението може да се търси по-кратък цикъл с цел увеличаване на производителността и ефективността.

Различните типове хващачи и модели предлагат различни скорости на захващане и отваряне/затваряне. Важно е да се оценят спецификациите и възможностите на хващача, за да се гарантира, че отговаря на изискванията за желаната продължителност на цикъла за специфичното приложение.
Изборът на хващач, който може да захваща и да се отваря/затваря с необходимата скорост може да спомогне за оптимизиране на работния поток и постигане на желаната скорост на производство или оперативна ефективност.

Тегло на хващача и спецификации на робота

Когато се разглеждат спецификациите на робот, е важно да се помисли за това как теглото на хващача ще повлияе върху максималното ускорение. Това ускорение се определя като се прибави теглото на хващача към теглото на детайла, с който се манипулира.

Казано по-просто, теглото на хващача може да се отрази на това колко добре роботът се движи и манипулира с обекти. Ако захващащото устройство е много тежко, то може да ограничи способността на робота да ускорява и да се движи бързо. Следователно е важно да се избере хващач, който не е прекомерно тежък, за да се гарантира оптималната ефективност на робота.

Прецизност и адаптируемост

Когато става дума за операции по асемблиране, изискващи високо ниво на прецизност, подходящ избор би бил механичен хващач, оборудван със сервоелектрически мотори. Този тип хващачи предоставят необходимата степен на управление и точност за прецизното позициониране и манипулиране с компонентите при асемблиране.

От друга страна, за дейности по сортиране на компоненти, където адаптивността е от ключово значение, предимство би имал хващач, който предлага универсалност и способността да манипулира с различни детайли или такива с различна пространствена ориентация. Тази адаптивност гарантира ефективно сортиране и подреждане на компонентите според на специфични изисквания.

Изборът на подходящ хващач спрямо изискванията за прецизност или адаптируемост на конкретната задача може да гарантира съответствието на захващащото решение със специфичните потребности на приложението, което да доведе до оптимизиране на цялостната ефективност и постигане на желаните резултати.

Особености на работната среда

Когато се прави оценка на хващачите за коботи, е изключително важно да се вземе предвид конкретната работна среда.
Хидравличните хващачи например не са подходящи за хранително-вкусовата и фармацевтичната индустрия заради риска от разлив на масло и замърсяване продукцията. За да се поддържа чистота и да се гарантира съответствие със стандартите, трябва да се разгледат алтернативни решения за захващане, като електрически или пневматични хващачи.

Вакуумните и пневматичните хващачи може да не са идеалното решение за чисти помещения, защото могат потенциално да създадат въздушен поток, съдържащ частици. С цел да се поддържа чистотата на средата трябва да се изберат хващачи с минимални емисии на въздух или прах.
Хващачите, използвани в среди със замърсявания и частици, трябва да бъдат адекватно защитени. Това гарантира дълготрайността и надеждността на хващача чрез предотвратяване на повреда или запушване вследствие на наличието на външни замърсители.

В ядрената и химическата индустрия, където има наличие на корозивни и токсични вещества, е необходимо внедряването на специални мерки за защита на хващачите. Изборът на захващащи устройства с подходящи покрития или изработени от подходящи материали, които са устойчиви на такива работни среди, е от ключово значение за гарантиране на стабилност и безопасна експлоатация.

Внимателното оценяване на работните условия и изборът на хващачи, отговарящи на специфичните изисквания и ограничения, позволяват постигането на оптимална ефективност, издръжливост и безопасност в приложенията, използващи колаборативни роботи.