przemys艂owek膮towedwuszcz臋kowepneumatycznerobotykar贸wnoleg艂eobrotowechwytaki
Chwytaki przemys艂owe

Jak dobra膰 w艂a艣ciwy chwytak?

Dob贸r chwytaka jest bardzo wa偶n膮 kwesti膮 w prawid艂owym procesie manipulacji. Aby wybra膰 odpowiedni chwytak do wybranej aplikacji nale偶y post臋powa膰 wed艂ug okre艣lonego algorytmu. Ze wzgl臋du na r贸偶norodno艣膰 manipulowanych obiekt贸w i ogromn膮 liczb臋 rozwi膮za艅 konstrukcyjnych czasami niezb臋dna jest specjalistyczna wiedza i do艣wiadczenie.

Stosunkowo k艂opotliwy mo偶e si臋 okaza膰 dob贸r chwytaka do zrobotyzowanych system贸w monta偶owych z uwagi na konieczno艣膰 uchwycenia obiekt贸w o r贸偶nych parametrach. Natomiast w przypadku tzw. zadania dedykowanego, do realizowania jednej czynno艣ci (np. chwytak do nakr臋tek) jest to zdecydowanie 艂atwiejsze.

Og贸lny algorytm doboru w艂a艣ciwego chwytaka jest nast臋puj膮cy:

1.聽 Sprawdzenie charakterystyki manipulowanego elementu i warunk贸w 艣rodowiskowych

Punktem wyj艣cia doboru chwytaka jest pozyskanie informacji o manipulowanym elemencie, takich jak: waga, wymiary, materia艂, kszta艂t oraz czy powierzchnia chwytu mo偶e by膰 naruszona.

Warunki otoczenia:

  • Zabrudzenie, py艂, kurz, p艂yny
  • Temperatura pracy
  • Ilo艣膰 opi艂k贸w i wi贸r贸w, obecno艣膰 p艂ynu ch艂odz膮cego
  • Czy wymagana jest praca w sterylnym 艣rodowisku?
  • Czy musi spe艂nia膰 norm臋 ISO 14644-1, dot. pomieszcze艅 czystych?
  • Czy pracuje w strefie zagro偶enia wybuchem? (klasa ATEX)
  • Czy nara偶ony na substancje 偶r膮ce?

2.聽 Okre艣lenie d艂ugo艣ci i typu szcz臋k, skoku i ci艣nienia pracy

Nale偶y wyznaczy膰 spos贸b w jaki ma by膰 chwytany element: si艂owo, foremnie, pryzmatycznie nast臋pnie na tej podstawie dobra膰 typ szcz臋k. Rysunek poni偶ej przedstawia typy chwytu obiektu manipulacji.

Skok zale偶ny jest od tego ile element贸w o r贸偶nych wymiarach musi by膰 manipulowanych jednym chwytakiem. Wyr贸偶niamy dwa rodzaje podej艣cia do obiektu manipulacji: podej艣cie promieniowe oraz podej艣cie osiowe. Przenoszenie elementu przy podej艣ciu promieniowym wymaga chwytaka o wi臋kszym skoku ni偶 w przypadku chwytania osiowego.

Nale偶y sprawdzi膰 jakie jest dost臋pne ci艣nienie. Chwytak powinien by膰 zasilany ci艣nieniem o odpowiedniej warto艣ci, w przeciwnym razie jego parametry pracy ulegn膮 obni偶eniu.

3.聽 Okre艣lenie tarcia pomi臋dzy szcz臋kami a manipulowanym elementem

Wsp贸艂czynnik tarcia μ pomi臋dzy szcz臋kami, a chwytanym obiektem zale偶y od rodzaju materia艂u i tego czy powierzchnie s膮 suche czy nie. Najlepszym i najdok艂adniejszym rozwi膮zaniem jest empiryczne wyznaczenie wsp贸艂czynnika tarcia. Orientacyjne warto艣ci wsp贸艂czynnik贸w tarcia podano w tabeli.

Wsp贸艂czynnik tarcia μ

Materia艂y

Powierzchnia

Sucha

Nasmarowana

Stal

Stal

0.2

0.1

Stal

呕eliwo

0.2

0.15

Stal

Guma

0.5

-

Stal

Drewno

0.55

0.1

4.聽 Okre艣lenie osi lub ruchu robota

Nast臋pnie wyznaczamy kierunek ruchu robota oraz osie obrotu. Niezb臋dna jest tak偶e informacja o granicznych warto艣ciach przyspieszenia we wszystkich osiach.

5.聽 Okre艣lenie wsp贸艂czynnika bezpiecze艅stwa

Bezpiecze艅stwo danej aplikacji determinuje wsp贸艂czynnik bezpiecze艅stwa (Factor of safety). Standardowa warto艣膰 wsp贸艂czynnika dla wi臋kszo艣ci aplikacji wynosi 1 – 1,5. W zastosowaniach, w kt贸rych mo偶e wyst臋powa膰 zagro偶enie dla zdrowia i 偶ycia ludzkiego wsp贸艂czynnik bezpiecze艅stwa wynosi 4 i wi臋cej.

Nale偶y r贸wnie偶 zadba膰 o zabezpieczenie w przypadku nag艂ej utraty ci艣nienia, kt贸ra mo偶e skutkowa膰 upuszczeniem manipulowanego elementu. Rozwi膮zaniem tego problemu mo偶e by膰 wyb贸r chwytaka z wbudowanym zabezpieczeniem spr臋偶ynowym. Drug膮 opcj膮 jest stosowanie zaworu zwrotnego np. DSV1-8 firmy Zimmer Group. Mo偶na tak偶e stosowa膰 obydwa zabezpieczenia jednocze艣nie.

6.聽 Okre艣lenie rodzaju chwytaka

Wybieraj膮c rodzaj chwytaka bierzemy pod uwag臋 g艂贸wnie kszta艂t, wymiary, osie symetrii chwytanego obiektu.

Jaki chwytak jest potrzebny?

Chwytak dwuszcz臋kowy r贸wnoleg艂y

Chwytak dwuszcz臋kowy r贸wnoleg艂y

Chwytak dwuszcz臋kowy r贸wnoleg艂y

o du偶ym skoku

Chwytak dwuszcz臋kowy r贸wnoleg艂y o du偶ym skoku

Chwytak dwuszcz臋kowy k膮towy

Chwytak dwuszcz臋kowy k膮towy

Chwytak tr贸jszcz臋kowy koncentryczny

Chwytak tr贸jszcz臋kowy koncentryczny

Chwytak tr贸jszcz臋kowy koncentryczny

o du偶ym skoku

Chwytak tr贸jszcz臋kowy koncentryczny o du偶ym skoku

Chwytak obrotowy

Chwytak obrotowy

Chwytak do zastosowa艅 specjalnych

Chwytak do zastosowa艅 specjalnych

7.聽 Obliczenie si艂y chwytu, si艂 i moment贸w dzia艂aj膮cych na szcz臋k臋

W celu obliczenia niezb臋dnej si艂y chwytu wymagana jest znajomo艣膰 informacji:

  • Waga obiektu m [kg]
  • Rami臋 L [mm] (odleg艂o艣膰 od g贸rnej kraw臋dzi chwytaka do 艣rodka masy)
  • Przyspieszenie ziemskie g [m/s2]
  • Przyspieszenie robota a [m/s2]
  • Wsp贸艂czynnik bezpiecze艅stwa S [-]
  • Wsp贸艂czynnik tarcia µ [-]

Wz贸r do przeprowadzenia oblicze艅:

Przyk艂ady obliczeniowe:

Zak艂adamy, 偶e nasz obiekt manipulacji ma kszta艂t prostopad艂o艣cianu. Na tej podstawie wybieramy typ chwytaka. W tym przypadku dobrym rozwi膮zaniem b臋dzie chwytak dwuszcz臋kowy r贸wnoleg艂y. Dla przyk艂adu wybierzmy chwytak z popularnej serii GP400 o prowadnicach w kszta艂cie litery T.

Nast臋pnie nale偶y zapozna膰 si臋 z wykresem si艂y chwytania w funkcji d艂ugo艣ci palca chwytnego, kt贸ra jest dost臋pna w karcie katalogowej produktu lub w katalogu ofertowym producenta.

UWAGA: Wszystkie dane podane s膮 przy ci艣nieniu 6 bar. Dla ci艣nienia ni偶szego nale偶y przeliczy膰 proporcjonalnie warto艣膰 si艂y.
Przyk艂ad: Warto艣膰 odczytana z wykresu 10000N (przy 6 bar). Dost臋pne ci艣nienie to 4 bar.
F = 10000 / (6 x 4) = 6667 N

Odczytujemy warto艣ci si艂 z wykresu dla obu przyk艂ad贸w.

Wybrane chwytaki posiadaj膮 r贸偶ne gabaryty i mas臋. Ponadto chwytaj膮 ten sam obiekt manipulacji, ale przy u偶yciu r贸偶nego wsp贸艂czynnika tarcia.

Wynik – dwa r贸偶ne chwytaki. Nasuwa si臋 wi臋c pytanie: Kt贸ry chwytak wybra膰?

Aby ustali膰 czy dany chwytak si臋 sprawdzi konieczna jest weryfikacja obci膮偶e艅, czyli odporno艣ci na momenty i si艂y dzia艂aj膮ce na szcz臋ki oraz prowadnice.

W katalogu podane s膮 parametry wytrzyma艂o艣ciowe chwytak贸w. Przedstawione warto艣ci s膮 statyczne. Aby uzyska膰 warto艣ci dynamiczne nale偶y podzieli膰 podane parametry przez 3 lub analogiczne pomno偶y膰 otrzymane wyniki oblicze艅 przez 3.

Weryfikacja wybranego chwytaka:

Obliczenia Mr:
m - waga elementu [kg]
g - przyspieszenie ziemskie [m/s2]
L - rami臋 [m]
S - wsp贸艂czynnik bezpiecze艅stwa [-]

Obliczenia Mx:
m - waga elementu [kg]
g - przyspieszenie ziemskie [m/s2]
L - rami臋 [m]
S - wsp贸艂czynnik bezpiecze艅stwa [-]

Obliczenia My:
m - waga elementu [kg]
g - przyspieszenie ziemskie [m/s2]
L - rami臋 [m]
S - wsp贸艂czynnik bezpiecze艅stwa [-]

Obliczenia Fa:
m - waga elementu [kg]
g - przyspieszenie ziemskie [m/s2]
S - wsp贸艂czynnik bezpiecze艅stwa [-]

W ostatnim kroku dokonujemy przeliczenia statycznych moment贸w i si艂y na warto艣ci dynamiczne, czyli mno偶ymy przez 3.

Parametry statyczne: Parametry dynamiczne:
Mr = 26,4 Nm Mr = 26,4 x 3 = 79,4 Nm
Mx = 8,8 Nm Mx = 8,8 x 3 = 26,4 Nm
My = 26,4 Nm My = 26,4 x 3 = 79,4 Nm
Fa = 220,7 N Fa = 220,7 x 3 = 662,1 N

Po weryfikacji wynik贸w stwierdzamy, 偶e chwytak GP410N-C nie mo偶e by膰 zastosowany, poniewa偶 moment Mr obliczony jest wi臋kszy ni偶 moment Mr podany w katalogu producenta. Nale偶y wi臋c zastosowa膰 chwytak GP420N-C, kt贸ry spe艂nia wszystkie wymogi.

8.聽 Okre艣lenie ilo艣ci potrzebnych chwytak贸w

Nale偶y sprawdzi膰 czy bardziej optymalnym rozwi膮zaniem by艂oby zastosowanie dw贸ch chwytak贸w zamiast jednego, co jest typowe w przypadku chwytania d艂ugich element贸w.

9.聽 Sprawdzenie czy wszystkie wymagania s膮 spe艂nione oraz czy obci膮偶enie osi lub robota nie zosta艂o przekroczone

Je艣li obci膮偶enia zosta艂y przekroczone mo偶na doda膰 jeden chwytak lub zmieni膰 wsp贸艂czynnik tarcia. Przyk艂adowo zastosowanie gumowych ok艂adzin na szcz臋kach mo偶e znacznie zwi臋kszy膰 si艂臋 trzymaj膮c膮.

Gdy typ aplikacji lub warunki 艣rodowiskowe narzucaj膮 szczeg贸lne wymogi mo偶na zam贸wi膰 chwytak w specjalnym wykonaniu dopasowanym do zastosowania. W zale偶no艣ci od serii mo偶na zam贸wi膰 chwytaki w odpowiednim wykonaniu (wymieniono tylko wybrane):

  • D艂ugi skok
  • Du偶a si艂a
  • Do chwytania zewn臋trznego
  • Do chwytania wewn臋trznego
  • O podwy偶szonym stopniu ochrony IP64 / IP67
  • Odporno艣膰 na temperatur臋 do 130掳C lub do 150掳C
  • Do pomieszcze艅 czystych (clean room) klasy 4
  • Odporno艣膰 na korozj臋
  • Zasilanie 12 V zamiast 24 V (niekt贸re chwytaki elektryczne)

10.聽 Okre艣lenie niezb臋dnych akcesori贸w

Dost臋pne akcesoria to mi臋dzy innymi:

  • Uniwersalne szcz臋ki stalowe lub aluminiowe (1)
  • Os艂ona przeciw kurzowi (3)
  • Kabel do czujnika indukcyjnego zako艅czony wtyczk膮 prost膮/k膮tow膮 (6)
  • Czujnik pola magnetycznego z kablem i wtyczk膮 prost膮/k膮tow膮 (7)
  • Z艂膮cze wtykowe szybkie (8)
  • Czujnik indukcyjny zbli偶eniowy (9)
  • Zaw贸r zwrotny