Pneumatická chapadla pro manipulátory

Princip, funkce a konstrukce pneumatických chapadel

Pneumatická chapadla využívají principu přeměny tlaku stlačeného vzduchu na lineární mechanický pohyb.

Základní součásti pneumatického chapadla

• Nosný rám (montovaný, svařovaný)
• Pneumatický obvod
• Pneumatický válec
• Ovládací panel
• Čelisti
• Lineární vedení
• Synchronizovaný převod

Přehled typů pneumatických chapadel pro manipulátory

Vzhledem k tomu, že manipulátory TRIOM mnohdy pracují s rozměrnými a těžkými břemeny, je v prvé řadě nutné vybírat z robustních typů chapadel disponujících dostatečnou silou. Chapadla můžeme rozdělit na úhlová a paralelní, přičemž obě skupiny mají v manipulační technice své uplatnění.

1. Paralelní uchopovací chapadla (lineární pohyb čelistí)

Právě paralelní hlavice jsou nejčastěji využívány pro potřeby manipulačních zařízení. Vyznačují se dlouhou životností a umožňují uchopit předmět pomocí vnitřní nebo vnější části čelistí. Konstrukční přesnost paralelních chapadel zajišťuje vysoký komfort při polohování dílů. Čelisti zůstávají dokonale souběžné po celou dobu manipulace a rozložení úchopu je tak konstantní.

2. Úhlová uchopovací chapadla (pohyb čelistí po kruhové dráze)

Úhlová chapadla převádí přímočarý pohyb pístu na kyvný (rotační) pohyb čelistí. Oproti paralelním chapadlům bývají konstrukčně jednodušší, a tedy i cenově dostupnější. Využívají se při uchopování materiálů různých tvarů a tam, kde je zapotřebí přesné polohování čelistí na manipulované břemeno.

Úhlová chapadla se dělí podle úhlu rozevření:

Malý úhel rozevření

Využívají dvou-pístový mechanismus, který dosahuje velkých sil upnutí při zachování malých rozměrů. Samosvorná konstrukce některých typů zajišťuje uchycení materiálu i při poklesu tlaku, což je ideální při práci s těžkými obrobky.

Velký úhel rozevření

Používají mechanismy s vačkami nebo ozubenou pístnicí a pastorkem k přeměně přímočaré síly na rotační moment.

Pneumatické chapadlo rotoru TRIOM

Společnost TRIOM se specializuje především na dodávku speciálních řešení na míru. Příkladem ´je např. pneumatické chapadlo rotoru / typ CH 54, určené pro montáž na teleskopickou část manipulátoru. Technické parametry takového chapadla jasně odkazují na možnost jeho využití při robustní aplikaci:

• Nosnost: max. 175 kg.
• Vlastní hmotnost: 80 kg.
• Pracovní tlak vzduchu: 0,55 – 0,6 MPa (neboli 5,5–6 barů).
• Chapadlo umožňuje upínání, odepínání břemene a otáčení břemene o 180°.
• Manipulace probíhá s kontrolou upnutí (zelený indikátor) a obsluha ovládá čelisti pomocí tlačítek ODEPNOUT a UPNOUT.
 

Takovéto chapadlo je typickým příkladem robustního pneumatického řešení pro manipulační zařízení s velkou nosností.

Návrh a dimenzování pneumatického úchopu pro manipulační systémy

Pro zajištění spolehlivé a bezpečné manipulace s těžkými břemeny pomocí jednokloubových a dvoukloubových manipulátorů a manipulátorů na pojezdové dráze, je nutný správný návrh chapadla. Upínací síla musí být dostatečná, aby se materiál nepohnul v žádném okamžiku celého procesu manipulace.

Při navrhování uchopovacích chapadel, které pracují na bázi silového styku (tření), se doporučuje zvolit takovou sílu, která je minimálně větší než hmotnost manipulovaného předmětu. Je to nutné pro kompenzaci zrychlení a nárazů během manipulace.

Pro manipulátory s teleskopickým ramenem je důležitý vztah mezi hmotností břemene a délkou vyosení břemene. Délka vyosení břemene se měří od osy teleskopu k bodu uchopení. S rostoucí délkou ramene se možná hmotnost manipulovaného břemene samozřejmě také snižuje.

Je nutné vzít v úvahu i externí zatížení a momenty působící na čelisti (M_x, M_y, M_z). Pro dlouhá ramena a těžká břemena je nutné ověřit, zda vnější síly a momenty nepřekračují maximální staticky dovolené hodnoty stanovené výrobcem daného chapadla.

Požadavky na provoz a údržbu manipulátorových chapadel

Spolehlivost pneumatického zařízení je vysoká, jelikož obsahuje poměrné malý počet dílů, které se mohou porouchat. Součástky jsou často kovové, což dále zvyšuje odolnost proti poškození. Pro dlouhou životnost je však potřeba dodržovat předepsané provozní požadavky. Správná údržba dokáže, v porovnání s případy, kdy se na údržbu nehledí, výrazně prodloužit provozní životnost chapadel.

Tlak a kvalita vzduchu

Pro optimální výkon se obvykle doporučuje tlak 6–8 barů. U konkrétního chapadla rotoru TRIOM CH 54 je stanoven pracovní tlak 5,5–6 barů (0,55 – 0,6 MPa). Vzduch musí být čistý a suchý (doporučuje se Třída 3.4.3 dle ISO 8573-1). Špatná kvalita vzduchu je často hlavní příčinou předčasného selhání chapadel.

Prevence kontaminace

Je nutné zabránit vniknutí agresivních médií, jako je prach nebo roztavený plast. Pro prašná prostředí jsou k dispozici verze s ochrannými manžetami nebo utěsněná provedení (pro potravinářství se používá silikonový kaučuk).

Mazání a údržba

U některých systémů je nutné pravidelně kontrolovat a doplňovat mazivo v kompresoru a v pneumatickém zařízení a také pravidelně odkalovat tlakovou nádobu kompresoru. Opotřebení těsnění je včas indikováno ztrátou tlaku nebo snížením síly, přičemž intervaly výměny těsnění se obvykle pohybují v rozmezí 1–3 let v závislosti na četnosti cyklů.

Dynamické zatížení a konstrukce čelistí

Je nutné se vyhnout prudkým pohybům a dynamickému zatížení, které by mohlo vést k poškození chapadla nebo uvolnění materiálu. Pro maximalizaci životnosti se doporučuje nastavit nejnižší vhodnou rychlost sevření/rozevření.

Pneumatická chapadla jsou skvělá pro častou a robustní práci na jednom místě, kde je vyžadována vysoká síla a konzistentní výkon – jedná se tak o ideální případ pro nasazení manipulátorů TRIOM.

Použití na manipulátorech

Pneumatická uchopovací chapadla jsou nedílnou součástí manipulačních zařízení. Na jednokloubových a dvoukloubových manipulátorech a manipulátorech na pojezdové dráze se používají pro:

• Manipulaci s těžkými břemeny.
• Systémy obsluhy strojů, například pro odebírání vylisovaných dílů ve vstřikování plastů (tzv. EOAT systém).
• Upínání výlisků na lisovnách nebo přidržení dílů na lakovnách.
• Přemisťování a balení potravinářských výrobků, nebo uchopování a montáž malých součástí v elektronickém průmyslu (v rámci manuálně asistované manipulace).

Manipulátory TRIOM mohou být vybaveny jak mechanickými pneumatickými chapadly, tak i např. chapadly vybavenými vakuovými přísavkami (o těch si povíme někdy příště). Jednokloubové a dvoukloubové manipulátory a manipulátory na pojezdové dráze představují robustní, zkušenostmi prověřené a odolné konstrukce, které lze skvěle doplnit nejrůznějšími chapadly, jako např. zde v článku představeným chapadlem rotoru.