Koncový efektor jako důležitá periférie robotů | WPEng.cz

05.04.2021

Chcete zvýšit efektivitu vašich výrobních procesů? Chystáte se automatizovat manipulaci s obrobky různých tvarů a materiálů? To vše vám může zajistit robot, který je vybavený uchopovacím systémem.

Struktura průmyslového robota s koncovým efektorem, firma Kuka
Struktura průmyslového robota s koncovým efektorem, firma Kuka

(obrázek zdroj: kuka.com, upraveno) 


Uchopovací systém je důležitá periférie robotů. Můžete ho nalézt pod různými názvy jako je EOAT (End of Arm Tool), koncový efektor, gripper či chapadlo. Vždy je tím myšleno specifické koncové zařízení robota, které mu umožňuje provádět specifické úkony.

Konstrukce efektoru musí zajistit bezpečné a spolehlivé uchopení. Principů uchopení existuje velké množství, některé jsou inspirovány lidskými prsty nebo zvířecími čelistmi. Další jsou založené na fyzikálních principech.


Rozdělení dle pohonu

Uchopovací hlavice mohou být ovládány na základně různých principů. Mohou být poháněny elektricky, pneumaticky, nebo hydraulicky. Pneumaticky poháněnými koncovými efektory se zabýváme i u nás ve WP Engineering. Existují také speciální případy, jako je piezoelektrické. Uchopovací sílu je nutné řídit, aby nedošlo k deformaci objektu, kterým manipulujeme.

Nejvíce používané typy robotických chapadel jsou vybavena pneumatickým pohonem. Hlavním důvodem je cena. 

Nejvíce používané typy robotických chapadel jsou vybavena pneumatickým pohonem. Hlavním důvodem je cena. Nevýhodou může být obtížnější řízení síly a rychlosti sevření. V tomto ohledu naopak vynikají chapadla na elektrický pohon. Nepotřebují k funkci žádné další médium. Hydraulický pohon chapadel se využívá jen ve speciálních případech pro uchopování těžkých objektů.


Způsob uchopení objektu

Dnes existuje opravdu široká nabídka chapadel, která umožňují různé způsoby uchopení objektu.

Mechanická chapadla

Využívající principu tlakové síly a tření. Rozlišujeme silové sevření, kdy je objekt držen pomocí sil od uchopovacích čelistí. Nebo je to tvarové sevření, kdy objekt drží ve vhodně tvarované čelisti díky gravitační síle. Čelisti bývají opatřeny vložkou (pryž, plast), která zajistí dostatečné tření.

(foto zdroj: schunk.com, festo.com) 


Dvoučelisťová paralelní chapadla, uchopovací prvek koná lineární pohyb. V technické praxi velmi rozšířená.


Dvoučelisťová úhlová (angulární) chapadla, uchopovací prvek koná pohyb po kružnici. Využívají se tam, kde paralelní chapadla nemají dostatečný prostor pro uchopení předmětu.


Centrická chapadla mají tři a více uchopovacích prvků, které jsou symetricky rozmístěné po obvodu chapadla. Mohou se pohybovat lineárně, nebo úhlově.


(foto zdroj: zacobria.com) 

Adaptivní chapadla mají schopnost se přizpůsobit tvaru a velikosti objektu, kterým budou manipulovat.


Antropomorfní chapadlo firmy Schunk
Antropomorfní chapadlo firmy Schunk

(foto zdroj: bvv.cz) 

Antropomorfní chapadla jsou inspirována lidskou rukou. Jednotlivé prsty se mohou pohybovat nezávisle na sobě a mají více stupňů volnosti. Jsou tak mnohem obratnější než běžná chapadla. I přes vysokou cenu, nacházejí stále větší uplatnění především mimo průmysl. Například pro práce pod vodou, nebo ve vesmíru.


Kolaborativní chapadlo Co-act JL1 firmy Schunk
Kolaborativní chapadlo Co-act JL1 firmy Schunk

(foto zdroj: schunk.com) 

Kolaborativní chapadla jsou speciálně vyvinutá pro spolupráci s člověkem. Musejí splňovat bezpečnostní požadavky pro průmyslové roboty dle DIN EN ISO 10218. Výkonný software zajišťuje spolupráci robota s člověkem a současně zpracovává vnější faktory. Pokud dojde ke kontaktu s člověkem, je omezena uchopovací síla, aby se předešlo úrazu.


Vakuová chapadla

Využívají podtlaku, jedná se buď o pasivní hlavice tvořené pružnými deformačními přísavkami. Těleso je pak přidržováno podtlakem v prostoru mezi povrchem tělesa a deformační přísavkou. Sílu lze dodatečně regulovat pístem s pružinou.

Pneumaticky ovládaný koncový efektor s externím zdrojem vakua, firma EMI
Pneumaticky ovládaný koncový efektor s externím zdrojem vakua, firma EMI

(foto zdroj: emicorp.com) 

Častěji využívané aktivní hlavice je vybaveny externím generátorem vakua. Mohou to být pístová, lamelová nebo membránová čerpadla. Dalším zdrojem vakua jsou proudové ejektorové vývěvy. Přísavky mohou uchopovat ploché předměty jako plechy, plastové výlisky či kartonové krabice. 

Rám chapadla lze vyrobit 3D tiskem z kompozitních materiálů. Tato technologie přináší řadu výhod. Profitovat z ní mohou robotická pracoviště vybavená kolaborativními roboty.

(foto zdroj: vakuumtechnik.cz) 


Vhodnou volbou typu přísavky lze manipulovat kapalnými nebo sypkými předměty v igelitovém obalu. Takové možnosti přijdou vhod v oblasti logistiky při balení a paletizaci.


Další způsoby uchopení objektu

Zajímavá jsou elektrostatická chapadla. Možnost manipulace objektu zajistí rozdílný elektrický náboj mezi chapadlem a objektem.

Podobně je tomu i u magnetických chapadel. K uchopení objektu využívají magnetických sil. Důležitou podmínkou je, aby byl objekt vyroben z feromagnetického materiálu. Magnety mohou být permanentní. Pak je chapadlo vhodné pro drobnější předměty, které nevyžadují velkou uchopovací sílu. K uvolnění předmětu dochází stržením při zpětném chodu hlavice. Další možností uvolnění jsou speciální pneumatické vyhazovače.

Mnohem praktičtější jsou aktivní magnetické hlavice s elektromagnety. K uvolnění dochází přerušením napájecího proudu.

Chapadlo s elektromagnety zvládne až 118 kg, firma Schunk (typ EGM)
Chapadlo s elektromagnety zvládne až 118 kg, firma Schunk (typ EGM)

(foto zdroj: schunk.com) 

Nevýhodou magnetických chapadel je možnost znečištění stykových ploch, na nichž se zachytávají drobnější feromagnetické částečky, které pak mohou narušit plochu uchopovaného předmětu.