Chwytaki równoległe FESTO

Chwytak równoległy Festo jest elementem wykonawczym systemu manipulacyjnego, którego dwie szczęki poruszają się synchronicznie po równoległych torach. Do szczęk podstawowych mocowane są palce chwytające, projektowane odpowiednio do kształtu, wymiarów, masy i powierzchni przenoszonego elementu. W chwytakach pneumatycznych ruch szczęk powstaje w wyniku doprowadzenia sprężonego powietrza do komory napędowej. Ruch tłoka jest przenoszony na szczęki za pomocą mechanizmu kinematycznego, na przykład układu dźwigniowego, zębatkowego, równi pochyłej albo układu z dwoma tłokami. Prowadzenie mechaniczne odpowiada za utrzymanie równoległości, sztywności i odpowiedniej dokładności ruchu. W chwytakach elektrycznych EHPS i HEPP źródłem ruchu jest silnik elektryczny współpracujący z przekładnią i układem prowadzenia. Rozwiązanie elektryczne pozwala regulować siłę, prędkość lub położenie szczęk w większym zakresie niż klasyczne sterowanie pneumatyczne. Chwytaki równoległe mogą realizować chwyt zewnętrzny, polegający na zaciskaniu palców na powierzchniach zewnętrznych, albo chwyt wewnętrzny, podczas którego palce rozsuwają się wewnątrz otworu detalu.

Chwytaki równoległe Festo są stosowane przede wszystkim do pobierania, przemieszczania, pozycjonowania, orientowania i odkładania detali. Mogą stanowić zakończenie osi liniowej, układu kartezjańskiego, robota przemysłowego, cobota, manipulatora pneumatycznego lub specjalnej maszyny montażowej. Typowe obszary zastosowań obejmują:

• automatyczny montaż podzespołów,
• załadunek i rozładunek obrabiarek CNC,
• sortowanie części,
• pakowanie i paletyzację,
• manipulowanie elementami elektronicznymi,
• przenoszenie profili, tulei, pierścieni i korpusów,
• produkcję akumulatorów,
• automatykę laboratoryjną,
• obsługę tworzyw sztucznych i elementów metalowych,
• systemy kontroli jakości,
• aplikacje pick-and-place,
• zmianę narzędzi lub oprzyrządowania.

Rodzaj chwytaka należy dopasować do środowiska. Standardowe modele sprawdzają się w czystych warunkach, HGPD przeznaczony jest do bardziej zanieczyszczonego otoczenia, HGPT i HGPL do dużych obciążeń, HGPM do małych elementów, a EHPS i HEPP do aplikacji wymagających elastycznej regulacji. Sam fakt, że detal mieści się między szczękami, nie oznacza jeszcze prawidłowego doboru. Konieczne jest obliczenie wymaganej siły chwytu i sprawdzenie momentów działających na prowadnice.

Chwytak pneumatyczny wykorzystuje energię sprężonego powietrza, natomiast chwytak elektryczny jest napędzany silnikiem zasilanym napięciem elektrycznym. Różnica dotyczy nie tylko źródła energii, ale również sposobu sterowania, regulacji i monitorowania procesu. Pneumatyczne chwytaki DHPC, DHPL, DHPS, HGPD, HGPT, HGPL, HGPP, HGP, HGPM i HPPF są najczęściej wykorzystywane w aplikacjach typu otwórz–zamknij. Charakteryzują się dużą dynamiką, prostym sterowaniem, korzystnym stosunkiem siły do wymiarów oraz odpornością na chwilowe przeciążenia. Siłę reguluje się głównie ciśnieniem roboczym, a prędkość za pomocą zaworów dławiąco-zwrotnych. Elektryczne EHPS i HEPP nie wymagają zaworu rozdzielającego, przewodów pneumatycznych ani zespołu przygotowania powietrza przy samym chwytaku. EHPS zapewnia kilka poziomów siły i może występować z IO-Link, natomiast HEPP umożliwia bardziej zaawansowane pozycjonowanie oraz sterowanie przez sieci przemysłowe. Pneumatyka jest zazwyczaj korzystna przy dużej liczbie identycznych cykli. Napęd elektryczny jest atrakcyjny przy wielu wariantach detalu, częstym przezbrajaniu, kontroli położenia i konieczności ograniczenia zużycia sprężonego powietrza.

Dobór należy rozpocząć od dokładnego opisania detalu i cyklu roboczego. Najważniejszymi parametrami są:

• masa detalu,
• kierunek działania siły ciężkości,
• maksymalne przyspieszenie robota lub osi,
• sposób chwytania: wewnętrzny albo zewnętrzny,
• współczynnik tarcia między palcami a detalem,
• liczba punktów styku,
• wymagany skok szczęk,
• długość palców chwytających,
• odległość punktu chwytu od prowadnicy,
• mimośrodowość środka ciężkości,
• częstotliwość cykli,
• wymagany czas otwierania i zamykania,
• warunki środowiskowe,
• oczekiwany stopień ochrony,
• dostępna przestrzeń montażowa,
• wymagania bezpieczeństwa,
• sposób kontroli obecności detalu.

Do małych i średnich detali można rozważyć DHPC lub DHPS. Przy ograniczonej wysokości zabudowy przydatny jest HPPF. Długi skok zapewniają DHPL i HGPL. Do trudnych warunków przeznaczony jest HGPD, a do dużych obciążeń HGPT. Wysoką precyzję zapewnia HGPP, natomiast bardzo małe detale obsługuje HGPM. Dla elastycznej regulacji elektrycznej stosuje się EHPS lub HEPP. Ostateczna decyzja musi być potwierdzona wykresami siły, momentów i dopuszczalnej długości palców dla wybranego kodu produktu.

DHPC jest nowoczesnym, kompaktowym chwytakiem pneumatycznym przeznaczonym do precyzyjnej i dynamicznej manipulacji małymi oraz średnimi detalami. Seria występuje w wielu wielkościach, dzięki czemu może być stosowana zarówno w niewielkich modułach montażowych, jak i w większych układach handlingowych. Istotną cechą DHPC jest prowadnica kulkowa szczęk. Jej zadaniem jest zapewnienie wysokiej sztywności, małych oporów ruchu i bardzo dobrego prowadzenia. W dokumentacji serii wskazano konstrukcję eliminującą luz pomiędzy szczękami i korpusem, co jest szczególnie istotne podczas dokładnego centrowania detalu. DHPC może występować jako chwytak dwustronnego działania oraz w wariantach ze sprężynowym zabezpieczeniem siły chwytania. Dostępne są odmiany standardowe i o wydłużonym skoku, różne położenia przyłączy pneumatycznych oraz warianty mocowania palców. Seria jest odpowiednia do szybkich systemów pick-and-place, montażu elektroniki, produkcji akumulatorów, obsługi elementów precyzyjnych i kompaktowych stanowisk automatycznych. Należy jednak przestrzegać dopuszczalnej masy palców i momentów obciążających szczęki.

Standardowy DHPC jest przeznaczony przede wszystkim do detali o niewielkiej zmienności wymiarowej. Jego głównymi zaletami są małe gabaryty, krótki czas ruchu oraz wysoka siła chwytania w stosunku do wymiarów korpusu. Wariant DHPC-L ma większy skok szczęk. Umożliwia to obsługę kilku rozmiarów detalu bez konieczności wymiany palców lub mechanicznego przestawiania ich położenia. Dłuższy skok może być przydatny również wtedy, gdy szczęki muszą szerzej otworzyć się podczas podchodzenia do elementu albo ominąć wystające fragmenty produktu. Zwiększenie skoku nie jest jednak pozbawione konsekwencji. Chwytak może mieć większe wymiary i masę, dłuższy czas ruchu oraz większą objętość komór pneumatycznych. W aplikacji dynamicznej należy sprawdzić, czy wydajność zaworu i przewodów umożliwi osiągnięcie wymaganego czasu cyklu. Nie należy wybierać długiego skoku wyłącznie „na zapas”. Nadmierny skok zwiększa czas ruchu i może niepotrzebnie obciążać układ. Prawidłowy zakres powinien obejmować największy i najmniejszy detal, tolerancję produkcyjną oraz niezbędny luz technologiczny.

Oznaczenia NC i NO odnoszą się do położenia szczęk po zaniku ciśnienia, wynikającego z działania wewnętrznej sprężyny. Wariant NC, czyli normally closed, jest normalnie zamknięty. Po odłączeniu sprężonego powietrza sprężyna przemieszcza szczęki w kierunku zamykania. Rozwiązanie może być wykorzystywane jako mechaniczne podtrzymanie chwytu zewnętrznego albo jako wsparcie siły zamykania podczas normalnej pracy. Wariant NO, czyli normally open, jest normalnie otwarty. Po zaniku ciśnienia sprężyna powoduje otwarcie szczęk. W określonych konfiguracjach może wspomagać chwyt wewnętrzny, w którym trzymanie detalu odbywa się przez rozpieranie palców w otworze. Sprężynowego zabezpieczenia nie należy automatycznie utożsamiać z funkcją bezpieczeństwa. Projektant musi sprawdzić, czy siła sprężyny jest wystarczająca do utrzymania detalu przy maksymalnym obciążeniu, przyspieszeniu, drganiach i zużyciu okładzin. Trzeba również przeanalizować konsekwencje awaryjnego otwarcia lub zamknięcia chwytaka dla operatora i maszyny. Wariant NC lub NO dobiera się więc na podstawie kierunku chwytu oraz wymaganego zachowania po zaniku energii.

DHPS jest uniwersalnym, pneumatycznym chwytakiem równoległym do typowych zadań manipulacyjnych. Wykorzystuje mechanizm dźwigniowy oraz prowadzenie szczęk umożliwiające synchroniczne otwieranie i zamykanie. Seria występuje w kilku wielkościach i może być dostępna jako chwytak dwustronnego działania, normalnie otwarty albo normalnie zamknięty. Dzięki temu można dopasować sposób działania do chwytu wewnętrznego, zewnętrznego i wymaganego zachowania po zaniku ciśnienia. DHPS jest stosowany do przenoszenia części maszynowych, komponentów montażowych, elementów z tworzyw sztucznych, detali obrabianych oraz niewielkich opakowań. Sprawdza się w klasycznych aplikacjach pick-and-place, w których nie jest wymagany wyjątkowo długi skok ani specjalne uszczelnienie. Przy projektowaniu palców należy uwzględnić luz prowadzenia, maksymalną masę palca, dopuszczalną długość ramienia oraz siły i momenty występujące podczas przyspieszania. Wartość siły podawana dla wybranego ciśnienia nie może być bezpośrednio traktowana jako dopuszczalny ciężar detalu. Konieczne jest uwzględnienie tarcia i współczynnika bezpieczeństwa.

Oba modele są pneumatycznymi chwytakami równoległymi przeznaczonymi do standardowych zadań manipulacyjnych, ale różnią się konstrukcją prowadzenia, gabarytami, dostępnymi wariantami i charakterystyką obciążeniową. DHPC jest nowszą, bardzo zwartą konstrukcją z prowadnicą kulkową. Zapewnia wysoką dokładność prowadzenia i korzystny stosunek siły chwytania do wymiarów. Dostępne są również odmiany DHPC-L o zwiększonym skoku oraz warianty różniące się położeniem przyłączy i sposobem montażu palców. DHPS jest rozwiązaniem uniwersalnym opartym na sprawdzonej konstrukcji dźwigniowej i prowadzeniu ślizgowym. Może być odpowiedni w standardowych maszynach, w których najważniejsze są prostota, niezawodność i łatwy dobór wariantu normalnie otwartego lub zamkniętego. Nie należy zakładać, że jeden model jest bezwarunkowo lepszy. DHPC może być korzystniejszy przy ograniczonej przestrzeni i wysokich wymaganiach dokładności. DHPS może być wystarczający w typowych aplikacjach o umiarkowanej dynamice. Należy porównać skok, siłę, masę, luz, momenty, częstotliwość pracy i dostępność akcesoriów dla konkretnych rozmiarów.

DHPL jest pneumatycznym chwytakiem równoległym o długim skoku. Jego podstawowym zadaniem jest obsługa detali o znacznie zróżnicowanych wymiarach lub takich, które wymagają szerokiego otwarcia szczęk podczas podchodzenia. Seria obejmuje wiele kombinacji wielkości i skoku całkowitego. Pozwala to dopasować chwytak do opakowań, korpusów, elementów tłoczonych, profili, pojemników, części odlewanych oraz innych obiektów o dużych wymiarach. DHPL wykorzystuje napęd pneumatyczny i układ prowadzenia zaprojektowany do zsynchronizowanego ruchu obu szczęk. Wbudowana amortyzacja pneumatyczna położeń końcowych może być regulowana odpowiednio do masy ruchomej i prędkości. Jest to ważne, ponieważ duży skok i ciężkie palce generują znaczną energię kinetyczną. Przy doborze DHPL należy sprawdzić nie tylko siłę chwytania, ale również masę palców, momenty zginające oraz częstotliwość cyklu. Długie palce nie powinny służyć do kompensowania źle dobranego rozstawu chwytaka. Im większa odległość chwytu od prowadnicy, tym większe obciążenie mechanizmu szczęk.

DHPL i HGPL są chwytakami pneumatycznymi o długim skoku, jednak ich konstrukcja jest zoptymalizowana pod kątem innych poziomów obciążenia. DHPL sprawdza się w uniwersalnych aplikacjach, w których potrzebny jest duży zakres otwarcia, ale obciążenia palców i momenty nie są ekstremalne. Może obsługiwać różne rozmiary produktów w maszynach pakujących, montażowych i manipulacyjnych. HGPL jest bardziej masywną konstrukcją heavy-duty. Wykorzystuje sztywne prowadzenie szczęk w kształcie litery T i jest przeznaczony do większych sił, cięższych palców oraz wyższych momentów obciążających. Jest korzystny przy przenoszeniu dużych korpusów, odlewów, elementów motoryzacyjnych i ciężkich detali obrabianych. Dobór nie powinien opierać się jedynie na masie produktu. Lekki, ale bardzo szeroki detal może generować duży moment ze względu na długie palce i znaczne oddalenie środka ciężkości. W takiej sytuacji HGPL może być konieczny mimo stosunkowo małej masy przenoszonego obiektu. Należy również porównać masę własną chwytaków, ponieważ cięższy HGPL zmniejsza dostępną nośność robota.

EHPS jest kompaktowym chwytakiem elektrycznym przeznaczonym do chwytania małych i średnich elementów. Ma zintegrowany silnik, przekładnię oraz układ sterujący, dlatego nie wymaga zewnętrznego sterownika osi. Do działania potrzebuje zasilania elektrycznego i sygnałów sterujących, bez zaworów oraz przewodów pneumatycznych. W standardowej wersji cyfrowej siłę i prędkość chwytania ustawia się za pomocą przełącznika. Dostępne są cztery poziomy, odpowiadające w przybliżeniu 50%, 70%, 85% oraz 100% maksymalnego ustawienia. Nie są to poziomy regulowane bezstopniowo. Wersja z IO-Link umożliwia zadawanie ustawień z poziomu sterownika, odczyt pozycji rzeczywistej, diagnostykę oraz wybór trybu chwytu zewnętrznego, wewnętrznego lub uniwersalnego. EHPS jest zasilany napięciem 24 V DC i może współpracować z czujnikami położenia. Dostępne są również warianty przystosowane do bezpośredniego połączenia z wybranymi robotami przez standardowy interfejs kołnierzowy. Model jest odpowiedni do elektroniki, montażu, laboratoriów i przenoszenia delikatnych produktów, ale nie jest przeznaczony do pyłu szlifierskiego, agresywnych mediów ani odprysków spawalniczych.

W chwytaku EHPS regulacja siły jest powiązana z prędkością ruchu napędu. W wersji sterowanej cyfrowo operator wybiera jedno z czterech ustawień za pomocą przełącznika znajdującego się na urządzeniu. Poziomy nie tworzą regulacji całkowicie płynnej i nie należy ich utożsamiać z precyzyjnym pomiarem siły kontaktu. Najniższe ustawienie stosuje się do lekkich i delikatnych produktów, na przykład cienkościennych opakowań, płytek, elementów z miękkich tworzyw albo komponentów podatnych na odkształcenie. Wyższe poziomy są przeznaczone do cięższych lub mniej podatnych detali. W wersji IO-Link te same cztery poziomy mogą być wybierane programowo. Umożliwia to automatyczną zmianę ustawienia podczas przezbrajania maszyny. Sterownik może zastosować inną siłę dla każdego wariantu produktu. Trzeba pamiętać, że rzeczywista siła na detalu zależy również od długości palców, pozycji chwytu, kierunku montażu, kształtu powierzchni oraz sztywności produktu. Wykresy siły należy analizować dla konkretnego rozmiaru EHPS i rzeczywistej długości ramienia. EHPS nie zastępuje certyfikowanego czujnika siły, jeżeli proces wymaga dokładnego pomiaru nacisku.

EHPS jest prostym, kompaktowym chwytakiem do standardowych ruchów otwarcia i zamknięcia, natomiast HEPP jest bardziej zaawansowaną osią chwytającą przeznaczoną do programowalnego pozycjonowania. EHPS oferuje kilka ustalonych poziomów siły. Może być sterowany sygnałami cyfrowymi lub przez IO-Link. Jest odpowiedni wtedy, gdy detal ma zostać pewnie chwycony i zwolniony, a liczba pozycji pośrednich jest ograniczona. HEPP ma zintegrowany silnik, enkoder, sterownik i mechanizm śrubowy. Umożliwia elastyczną regulację pozycji, skoku, prędkości i siły. Komunikacja odbywa się przez przemysłową sieć Ethernet, zależnie od wariantu, na przykład PROFINET, EtherCAT lub EtherNet/IP. HEPP występuje także w wariantach z hamulcem podtrzymującym. Pozwala obsługiwać większe części i realizować bardziej złożone profile ruchu. Nadaje się do maszyn wymagających częstych zmian produktu oraz kontroli położenia. EHPS jest zwykle prostszy, lżejszy i łatwiejszy do uruchomienia. HEPP jest bardziej elastyczny, ale wymaga konfiguracji parametrów ruchu i integracji z systemem sterowania.

HEPP jest zintegrowanym elektrycznym systemem chwytającym, którego sterownik znajduje się w korpusie urządzenia. Dzięki temu do szafy sterowniczej nie trzeba instalować osobnego regulatora napędu dla chwytaka. W zależności od wariantu HEPP komunikuje się przez PROFINET, EtherCAT lub EtherNet/IP. Sterownik maszyny może zadawać pozycję docelową, prędkość, przyspieszenie i parametry siły. Pozwala to programować wiele szerokości otwarcia dla różnych produktów. Enkoder dostarcza informacje o położeniu napędu, co umożliwia wnioskowanie, czy detal został prawidłowo uchwycony. Jeżeli szczęki zatrzymają się poza oczekiwanym oknem pozycji, sterownik może rozpoznać brak produktu, nieprawidłowy wymiar albo obecność przeszkody. Diagnostyka może obejmować status gotowości, błędy napędu, przekroczenie parametrów oraz informacje potrzebne do analizy stanu urządzenia. Wymagane funkcje zależą od protokołu i wersji oprogramowania. HEPP może występować z hamulcem podtrzymującym, lecz producent zaznacza, że nie powinien on być traktowany jak certyfikowany hamulec bezpieczeństwa. Funkcję zatrzymania awaryjnego trzeba projektować w ramach kompletnego układu bezpieczeństwa maszyny.

HPPF został zaprojektowany do aplikacji, w których dostępna wysokość zabudowy jest ograniczona. Jego płaski korpus pozwala umieścić chwytak w ciasnej przestrzeni między elementami maszyny, w kompaktowym module liniowym lub na końcu robota, gdzie ważna jest niewielka odległość między kołnierzem a punktem chwytu. Konstrukcja obejmuje pneumatyczny napęd dwustronnego działania oraz precyzyjne prowadzenie kulkowe. Zapewnia to wysoką sztywność i możliwość przenoszenia stosunkowo dużych sił przy niewielkiej wysokości korpusu. HPPF może występować w wariancie z regulowanym skokiem. Funkcja ta jest przydatna, gdy pełne otwarcie nie jest potrzebne i należy skrócić drogę szczęk, ograniczyć czas cyklu albo zapobiec kolizji. Typowe zastosowania to montaż elementów elektronicznych, obsługa części w maszynach o zwartej budowie, układanie detali w gniazdach, manipulowanie płytkami oraz pobieranie produktów z podajników. Płaska konstrukcja nie zwalnia z kontroli momentów. Długie lub ciężkie palce mogą przeciążyć prowadnicę, nawet gdy sama siła chwytania jest wystarczająca.

Regulacja skoku pozwala mechanicznie ograniczyć zakres ruchu szczęk. Powinna być ustawiona tak, aby chwytak otwierał się tylko na szerokość potrzebną do bezpiecznego pobrania i zwolnienia detalu. Ograniczenie zbędnego ruchu może:

• skrócić czas otwierania i zamykania,
• zmniejszyć zużycie sprężonego powietrza,
• ograniczyć energię uderzenia w położeniu końcowym,
• zmniejszyć ryzyko kolizji,
• ułatwić synchronizację z innymi osiami,
• poprawić wydajność stanowiska.

Nie należy ustawiać ogranicznika w taki sposób, aby stanowił element odpowiedzialny za docisk detalu. Siła chwytania powinna wynikać z działania napędu i prawidłowego kontaktu palców z produktem. Mechaniczny ogranicznik ma określać położenie końcowe, a nie zastępować powierzchnię chwytającą. Po zmianie ustawienia należy ponownie ustawić czujniki położenia i sprawdzić, czy sygnały otwarcia oraz zamknięcia są jednoznaczne. Warto również wykonać próbę dla minimalnego i maksymalnego wymiaru produktu wraz z tolerancją. Regulacja powinna być zabezpieczona przed samoczynnym przemieszczeniem wskutek drgań. Należy stosować momenty dokręcania podane w instrukcji konkretnego wariantu.

HGPD jest uszczelnionym chwytakiem równoległym przeznaczonym do trudniejszych warunków środowiskowych niż standardowe chwytaki montażowe. Może być stosowany tam, gdzie występuje pył, drobne zanieczyszczenie, wilgoć technologiczna albo ryzyko przedostawania się cząstek do prowadzenia szczęk. Wybrane warianty HGPD osiągają stopień ochrony IP65 i posiadają przyłącze powietrza nadmuchowego. Niewielkie nadciśnienie w obszarze mechanizmu ogranicza możliwość zasysania zanieczyszczeń do wnętrza korpusu. HGPD wykorzystuje wytrzymały mechanizm wymuszonego ruchu i prowadzenie o wysokiej obciążalności. Może również występować ze sprężynowym zabezpieczeniem siły chwytania. Typowe aplikacje obejmują obsługę odlewów, elementów obrobionych skrawaniem, detali pokrytych pyłem, części w środowisku produkcji motoryzacyjnej oraz stanowiska narażone na zabrudzenie. Stopień IP nie oznacza automatycznie odporności chemicznej ani możliwości pracy w dowolnej cieczy. Należy osobno sprawdzić zgodność materiałów uszczelnień z chłodziwem, olejem, środkiem czyszczącym lub substancją procesową. Trzeba też przestrzegać dopuszczalnego ciśnienia powietrza nadmuchowego.

Powietrze nadmuchowe, określane również jako powietrze zaporowe, służy do wytworzenia niewielkiego nadciśnienia w obszarze mechanizmu chwytaka. Strumień powietrza wydostający się przez szczeliny utrudnia przedostawanie się pyłu, drobin i zanieczyszczeń do prowadnic. Układ nadmuchu nie jest tym samym co przyłącze napędowe. Powinien być zasilany powietrzem odpowiedniej jakości i ciśnieniem zgodnym z dokumentacją. Zbyt wysokie ciśnienie może uszkodzić uszczelnienia lub pogorszyć działanie mechanizmu. Zbyt niskie nie zapewni skutecznej bariery. Nadmuch warto włączać przed wejściem chwytaka do strefy zanieczyszczenia i utrzymywać do momentu jej opuszczenia. W niektórych aplikacjach stosuje się przepływ ciągły, ale należy wtedy uwzględnić zużycie powietrza. Powietrze zaporowe pomaga w środowisku pyłowym, lecz nie eliminuje konieczności stosowania osłon. Nie powinno również rozprzestrzeniać niebezpiecznych pyłów w otoczeniu operatora. W aplikacjach z pyłem palnym konieczna jest osobna analiza ATEX i ocena zagrożenia wybuchem. Oba obwody — napędowy i nadmuchowy — należy wyraźnie oznaczyć, aby zapobiec błędnemu podłączeniu.

HGPT jest wytrzymałym chwytakiem równoległym przeznaczonym do dużych obciążeń mechanicznych i intensywnych cykli przemysłowych. Jego charakterystycznym elementem jest sztywne prowadzenie szczęk w rowku o kształcie litery T. Taka konstrukcja pozwala przejmować większe siły i momenty niż lekkie chwytaki standardowe. Ma to znaczenie przy stosowaniu długich palców, przenoszeniu ciężkich produktów, występowaniu sił bocznych albo wykonywaniu dynamicznych ruchów robotem. Mechanizm HGPT opiera się na wymuszonym przebiegu ruchu, co zapewnia synchroniczne przemieszczanie obu szczęk. W zależności od wariantu możliwe jest monitorowanie pozycji, zastosowanie powietrza nadmuchowego i wybór sprężynowego podtrzymania chwytu. HGPT znajduje zastosowanie w branży motoryzacyjnej, odlewnictwie, obróbce metali, załadunku maszyn, manipulowaniu korpusami i przenoszeniu cięższych podzespołów. Mimo dużej wytrzymałości nie powinien być wykorzystywany jako zacisk obróbczy bez przeprowadzenia odpowiednich obliczeń. Siły powstające podczas frezowania, wiercenia lub wciskania mogą znacznie przekroczyć obciążenia występujące podczas zwykłego transportu.

HGPT i HGPD wykorzystują podobną ideę wytrzymałego mechanizmu oraz mogą być wyposażone w przyłącze powietrza nadmuchowego, ale ich podstawowe przeznaczenie jest inne. HGPT jest przede wszystkim chwytakiem heavy-duty. Jego głównymi zaletami są duża sztywność, obciążalność momentami i możliwość pracy z większymi palcami. Wybiera się go wtedy, gdy dominującym problemem są siły mechaniczne. HGPD jest chwytakiem uszczelnionym. Jego najważniejszym zadaniem jest zapewnienie większej odporności na trudne warunki otoczenia. Wybrane wersje mają stopień ochrony IP65 i są przystosowane do pracy z powietrzem zaporowym. W rzeczywistej aplikacji oba wymagania mogą występować jednocześnie. Wtedy należy porównać:

• dopuszczalne siły i momenty,
• stopień ochrony,
• możliwość zastosowania nadmuchu,
• długość i masę palców,
• skok,
• siłę chwytania,
• zachowanie po zaniku ciśnienia,
• dostępne warianty materiałowe.

Nie należy wybierać HGPD wyłącznie dlatego, że stanowisko jest „brudne”. Trzeba określić rodzaj zanieczyszczenia, wielkość cząstek i obecność cieczy. Analogicznie duży korpus HGPT nie gwarantuje odporności na wszystkie czynniki środowiskowe.

HGPL jest wytrzymałym chwytakiem równoległym o długim skoku. Łączy szeroki zakres otwarcia z dużą sztywnością prowadzenia szczęk i wysoką obciążalnością mechaniczną. Jest przeznaczony do dużych detali oraz aplikacji, w których odległość między powierzchniami chwytanymi może znacznie się zmieniać. Przykładami są korpusy maszyn, obudowy, pojemniki, profile, elementy karoserii, części odlewane i produkty występujące w kilku rozmiarach. W konstrukcji stosowany jest układ napędowy z dwoma tłokami, mechanizm zębatkowy i prowadzenie w kształcie litery T. Pozwala to przenosić znaczne siły oraz momenty działające na szczęki. W przypadku HGPL szczególnie ważne jest sprawdzenie masy całego narzędzia EOAT. Sam chwytak, palce, czujniki, przewody, adapter i detal mogą wykorzystać znaczną część udźwigu robota. Należy uwzględnić nie tylko masę statyczną, ale także położenie środka ciężkości i moment bezwładności. W dokumentacji technicznej podawane są okresy uzupełniania smaru prowadnic. Przy dużych obciążeniach i intensywnej pracy przestrzeganie tych zaleceń jest istotne dla utrzymania trwałości.

HGPP został zaprojektowany do aplikacji wymagających wysokiej dokładności centrowania, małego luzu i powtarzalnego pozycjonowania detalu. Wykorzystuje precyzyjne prowadzenie toczne szczęk oraz mechanizm synchronizujący ich ruch. W zależności od wariantu HGPP może pracować jako chwytak dwustronnego działania albo korzystać ze sprężyny wspomagającej otwieranie lub zamykanie. Dostępne są różne sposoby doprowadzenia powietrza, mocowania chwytaka i instalacji palców. Zintegrowane lub adaptowane czujniki pozwalają monitorować pozycje szczęk. W aplikacjach precyzyjnych umożliwia to rozpoznawanie stanu otwartego, obecności prawidłowego detalu albo nieprawidłowego zamknięcia. HGPP jest stosowany przy montażu precyzyjnym, wkładaniu elementów do gniazd, pobieraniu części o małych tolerancjach oraz w urządzeniach kontrolnych. Nie jest jednak standardowo przeznaczony do odprysków spawalniczych, agresywnych mediów, pyłu szlifierskiego ani wykorzystania jako zacisk podczas obróbki. Wysoka dokładność samego chwytaka nie zrekompensuje błędnie wykonanych palców. Powierzchnie ustalające, otwory pod tuleje centrujące i połączenia śrubowe muszą zostać wykonane z odpowiednią tolerancją.

HGP jest starszą, sprawdzoną rodziną pneumatycznych chwytaków równoległych. Może nadal występować w istniejących maszynach, magazynach części zamiennych i projektach modernizacyjnych. Zastosowanie HGP może być uzasadnione, gdy:

• wymieniany jest uszkodzony chwytak w działającej maszynie,
• zachowanie dotychczasowych wymiarów montażowych jest kluczowe,
• istniejące palce i oprzyrządowanie zostały wykonane pod tę serię,
• zmiana modelu wymagałaby ponownej walidacji procesu,
• część jest nadal dostępna w wymaganej konfiguracji.

W nowym projekcie warto jednak porównać HGP z aktualnymi seriami DHPC, DHPS, HGPT lub HGPP. Nowszy produkt może oferować lepszy stosunek siły do masy, dokładniejsze prowadzenie, większą dostępność czujników lub korzystniejsze warunki serwisowe. Przy wymianie HGP nie należy zakładać pełnej zamienności na podstawie samego rozmiaru. Trzeba porównać rozstaw śrub, tuleje centrujące, położenie przyłączy, skok, pozycje szczęk, siłę, czujniki oraz przestrzeń kolizyjną. W projektach modernizacyjnych pomocne jest wykonanie modelu CAD całego zespołu, a nie tylko porównanie wymiarów katalogowych korpusu.

HGPM jest kompaktowym mikrochwytakiem pneumatycznym przeznaczonym do bardzo małych i lekkich elementów. Jego niewielka masa i gabaryty pozwalają stosować go w szybkich modułach montażowych, mikromanipulacji, elektronice i automatyce laboratoryjnej. Wybrane warianty HGPM są chwytakami jednostronnego działania. Ruch roboczy realizowany jest pneumatycznie, a powrót za pomocą sprężyny albo odwrotnie, zależnie od wersji. Krótki skok i mała masa części ruchomych umożliwiają wysoką częstotliwość cykli. W mikrochwytaku szczególnie ważna jest masa palców. Nawet niewielkie zwiększenie ich ciężaru może wyraźnie wpłynąć na dynamikę i trwałość mechanizmu. Palce powinny być lekkie, sztywne i możliwie krótkie. HGPM nie powinien być dobierany wyłącznie na podstawie małej masy produktu. Drobny detal może być śliski, nieregularny lub wrażliwy na nacisk. Konieczne jest odpowiednie ukształtowanie powierzchni chwytających. W przykładowym wariancie HGPM-12 maksymalna masa pojedynczego palca zewnętrznego wynosi kilkanaście gramów, co pokazuje, jak istotne jest ograniczanie masy oprzyrządowania w tej klasie chwytaków.

Tak, większość chwytaków równoległych może pracować w obu konfiguracjach, o ile geometria palców i parametry konkretnego wariantu na to pozwalają. W chwycie zewnętrznym szczęki przesuwają się do środka, a palce dociskają zewnętrzne powierzchnie produktu. Jest to najczęstsza metoda stosowana do przenoszenia prostopadłościennych korpusów, płytek, profili i opakowań. W chwycie wewnętrznym palce są wsuwane do otworu, po czym szczęki rozsuwają się i dociskają jego wewnętrzną powierzchnię. Metoda ta jest przydatna dla pierścieni, tulei, korpusów z otworem i elementów, których zewnętrzne powierzchnie muszą pozostać dostępne. Siły otwierania i zamykania nie zawsze są identyczne. W chwytakach pneumatycznych różnica może wynikać z geometrii mechanizmu, powierzchni czynnych tłoka lub działania sprężyny. Dlatego należy sprawdzić wykres dla właściwego kierunku. W chwycie wewnętrznym trzeba uwzględnić ryzyko rozerwania lub trwałego rozszerzenia cienkościennego detalu. W chwycie zewnętrznym problemem może być zgniecenie produktu. W obu przypadkach powierzchnia kontaktu powinna być dostosowana do dopuszczalnego nacisku jednostkowego.

Dla uproszczonego chwytu ciernego, w którym dwie przeciwległe powierzchnie utrzymują detal przed zsunięciem, minimalną siłę na jedną szczękę można oszacować ze wzoru: F = (m × g × S) / (2 × μ) gdzie:

• F – minimalna siła jednej szczęki,
• m – masa detalu,
• g – przyspieszenie ziemskie,
• S – współczynnik bezpieczeństwa,
• μ – współczynnik tarcia między palcem i detalem,
• liczba 2 wynika z zastosowania dwóch szczęk.

Jeżeli detal jest przyspieszany pionowo lub poziomo, zamiast samego ciężaru należy uwzględnić wypadkową siłę bezwładności. Przy ruchu pionowym w górę można w uproszczeniu przyjąć: F = [m × (g + a) × S] / (2 × μ) gdzie a oznacza maksymalne przyspieszenie. Obliczenie jest tylko pierwszym etapem. Następnie należy sprawdzić, czy chwytak osiąga tę siłę przy rzeczywistym ciśnieniu i długości palców. Siła katalogowa jest często podawana dla określonego punktu pomiarowego. Wraz ze wzrostem ramienia może się zmniejszać. Trzeba również uwzględnić zużycie powierzchni, zabrudzenie, tolerancję ciśnienia i możliwe uderzenia.

W chwycie ciernym detal jest utrzymywany dzięki sile tarcia powstającej między powierzchnią palca i produktu. Tarcie jest proporcjonalne do siły docisku oraz współczynnika tarcia. Jeżeli współczynnik tarcia zostanie przyjęty zbyt optymistycznie, obliczona siła chwytania będzie za mała. Może to doprowadzić do wysunięcia się produktu podczas przyspieszania, gwałtownego hamowania albo zmiany orientacji robota. Wartość współczynnika zależy od:

• materiału detalu,
• materiału palców,
• chropowatości,
• obecności oleju lub chłodziwa,
• wilgotności,
• temperatury,
• nacisku powierzchniowego,
• zużycia okładzin,
• kierunku działania siły.

Guma na suchej, gładkiej powierzchni może zapewnić dobre tarcie, ale po pojawieniu się oleju jej właściwości mogą się znacząco pogorszyć. Metalowe palce mogą mieć niski współczynnik tarcia, lecz odpowiednio wykonane rowki pozwalają uzyskać chwyt kształtowy. Najbezpieczniej jest wykonać próby na rzeczywistych detalach, uwzględniając najgorszy stan powierzchni. W aplikacji seryjnej należy okresowo kontrolować zużycie wkładek ciernych. Dla krytycznych ładunków preferowany jest chwyt kształtowy lub dodatkowe zabezpieczenie mechaniczne.

Nie istnieje jeden współczynnik właściwy dla wszystkich aplikacji. Jego wartość powinna wynikać z ryzyka, dynamiki ruchu, niepewności parametrów i konsekwencji upuszczenia detalu. W stabilnych warunkach, przy spokojnym ruchu i dobrze znanym współczynniku tarcia, często przyjmuje się współczynnik co najmniej 2. Dla dynamicznych systemów handlingowych popularne jest przyjmowanie wartości około 3 lub większej. Współczynnik należy zwiększyć, gdy:

• powierzchnia detalu może być zaolejona,
• występują gwałtowne przyspieszenia,
• robot wykonuje ruch obrotowy,
• palce są długie,
• detal ma przesunięty środek ciężkości,
• ciśnienie sieci może spadać,
• produkt ma zmienne wymiary,
• występują drgania,
• upuszczenie detalu może spowodować obrażenia.

Wysoki współczynnik bezpieczeństwa nie powinien zastępować prawidłowej konstrukcji palców. Nadmierna siła może zniszczyć produkt, zwiększyć zużycie prowadnic i wymagać niepotrzebnie dużego chwytaka. Dla krytycznych zastosowań należy przeprowadzić formalną ocenę ryzyka i próbę obejmującą zanik energii. Jeżeli detal znajduje się nad człowiekiem, sam chwyt cierny może być niewystarczający niezależnie od współczynnika.

Długość palców ma bezpośredni wpływ na moment obciążający prowadnice szczęk. Im dalej punkt kontaktu znajduje się od linii prowadzenia, tym większy moment powstaje przy tej samej sile. Moment można opisać zależnością: M = F × L gdzie:

• M – moment działający na szczękę,
• F – siła,
• L – odległość punktu działania siły od przyjętej linii odniesienia.

Długie palce mogą powodować:

• ugięcie i zmianę położenia detalu,
• zwiększenie luzu roboczego,
• nierównomierne obciążenie prowadnic,
• przyspieszone zużycie,
• ograniczenie dopuszczalnej siły chwytania,
• drgania podczas szybkiego ruchu,
• kolizję w położeniach pośrednich.

Dokumentacja Festo podaje maksymalne siły i momenty dla pojedynczej szczęki oraz wykresy siły zależnej od ramienia. W obliczeniach należy uwzględnić masę palców, ciężar produktu i siły bezwładności. Jeżeli konieczne są bardzo długie palce, należy rozważyć większy chwytak, serię heavy-duty, dodatkową prowadnicę albo zmianę położenia chwytaka. Projektowanie cienkich, bardzo długich palców tylko po to, aby dosięgnąć produkt, jest częstym źródłem awarii.

Środek ciężkości powinien znajdować się możliwie blisko osi chwytaka i pomiędzy punktami kontaktu palców. Jeżeli jest przesunięty, na szczęki działa dodatkowy moment. Podczas ruchu robota siła bezwładności wynosi: Fb = m × a gdzie m oznacza masę, a a przyspieszenie. Siła ta może działać w różnych kierunkach, zależnie od trajektorii. Ruch obrotowy generuje również moment wynikający z przyspieszenia kątowego i momentu bezwładności detalu. Szczególnie niebezpieczne mogą być szybkie zmiany kierunku, awaryjne hamowanie i gwałtowny obrót nadgarstka robota. W analizie należy rozpatrzyć najbardziej niekorzystne położenie, na przykład:

• chwyt pionowy podczas przyspieszania w górę,
• hamowanie przy maksymalnej prędkości,
• obrót detalu o 90°,
• awaryjne zatrzymanie,
• maksymalnie wysunięte palce,
• najmniejszą rzeczywistą powierzchnię kontaktu.

Należy osobno sprawdzić siłę chwytu oraz momenty Mx, My i Mz dopuszczalne dla szczęk. Chwytak może mieć wystarczającą siłę zacisku, ale jednocześnie przekraczać dopuszczalny moment na prowadzeniu. Dobrą praktyką jest ograniczenie przyspieszenia w programie robota, jeżeli pełna dynamika nie jest konieczna.

Wymagany skok wynika z różnicy między położeniem otwartym i zamkniętym palców. Trzeba uwzględnić nie tylko nominalny wymiar detalu, ale także tolerancję produkcyjną, luz potrzebny do podejścia, niedokładność pozycjonowania i odkształcenie produktu. Dla chwytu zewnętrznego pozycja otwarta powinna umożliwiać swobodne objęcie największego detalu. Pozycja zamknięta musi zapewnić kontakt z najmniejszym detalem przed osiągnięciem mechanicznego końca skoku. W przypadku chwytu wewnętrznego palce w położeniu zamkniętym muszą wejść do najmniejszego otworu. Po rozsunięciu powinny uchwycić największy otwór bez osiągania końca zakresu. Nie zaleca się projektowania procesu, w którym kontakt następuje dokładnie w mechanicznym położeniu końcowym. Powinien pozostać zapas na tolerancję i zużycie. Jeżeli zmienność produktu jest niewielka, wystarczający może być DHPC, DHPS, HGPP lub HGPT. Dla szerokiego zakresu wymiarów korzystniejsze mogą być DHPL, HGPL, HPPF o odpowiednim skoku albo elektryczny HEPP. Nadmierny skok zwiększa czas cyklu, zużycie energii i przestrzeń kolizyjną. Dlatego powinien być jak najmniejszy, ale wystarczający.

Czas ruchu zależy od objętości komór chwytaka, ciśnienia, przepływu zaworu, średnicy i długości przewodów, ustawienia dławienia, masy palców oraz oporów mechanicznych. Dane katalogowe są zwykle wyznaczone w określonych warunkach, bez zewnętrznych palców albo z ustaloną masą. W rzeczywistej maszynie czas może być dłuższy. Najczęstsze czynniki spowalniające to:

• zbyt mały przepływ zaworu,
• długie przewody o małej średnicy,
• nadmierne dławienie,
• ciężkie palce,
• obniżone ciśnienie,
• zanieczyszczone tłumiki,
• niewłaściwe smarowanie,
• niska temperatura,
• nieprawidłowe ustawienie amortyzacji.

Nie należy maksymalizować prędkości bez kontroli energii uderzenia. Gwałtowne dobijanie szczęk do położeń końcowych skraca trwałość i powoduje drgania. Najczęściej korzystne jest dławienie na wylocie. Zapewnia ono stabilniejsze sterowanie prędkością niż silne ograniczanie dopływu. Zawory dławiąco-zwrotne powinny być zamontowane możliwie blisko chwytaka. W DHPL należy również wyregulować amortyzację położeń końcowych odpowiednio do masy ruchomej.

W typowym zakresie pracy siła chwytania rośnie wraz z ciśnieniem zasilania. Zależność nie zawsze jest idealnie liniowa, ponieważ część siły jest zużywana na pokonanie tarcia, sprężyn i oporów mechanizmu. Dobór powinien być wykonany dla minimalnego ciśnienia, które może wystąpić przy pracującej maszynie, a nie dla nominalnego ciśnienia sprężarkowni. Jeżeli sieć jest ustawiona na 6 bar, ale przy maksymalnym poborze ciśnienie przy chwytaku spada do 4,8 bar, obliczenia trzeba przeprowadzić dla wartości 4,8 bar lub niższej z odpowiednim zapasem. Nieprawidłowym rozwiązaniem jest stałe zwiększanie ciśnienia w całej instalacji tylko po to, aby uzyskać większą siłę jednego chwytaka. Powoduje to wzrost zużycia energii i obciążenia innych elementów. Lepszym rozwiązaniem może być:

• zastosowanie większego chwytaka,
• skrócenie palców,
• poprawa współczynnika tarcia,
• zastosowanie chwytu kształtowego,
• lokalny regulator ciśnienia,
• oddzielny obwód zasilający.

Należy przestrzegać maksymalnego ciśnienia podanego dla konkretnego wariantu. Przekroczenie wartości katalogowej nie jest dopuszczalnym sposobem zwiększania siły.

Wiele pneumatycznych chwytaków Festo jest przeznaczonych do pracy ze sprężonym powietrzem zgodnym z klasą określoną według ISO 8573-1. Dla wielu modeli podawana jest przykładowo klasa [7:4:4], lecz zawsze należy sprawdzić kartę konkretnego wariantu. Pierwsza liczba odnosi się do cząstek stałych, druga do zawartości wody, a trzecia do oleju. Parametry przygotowania powietrza powinny uwzględniać również temperaturę i możliwość kondensacji w przewodach. Zanieczyszczone powietrze może powodować:

• przyspieszone zużycie uszczelnień,
• zarysowanie powierzchni,
• wzrost tarcia,
• nieregularny ruch,
• zablokowanie zaworów,
• pogorszenie trwałości czujników i osprzętu.

Osuszanie powinno być dostosowane do najniższej temperatury występującej w instalacji. Jeżeli punkt rosy jest zbyt wysoki, w przewodzie może powstać kondensat. Filtr powinien być regularnie kontrolowany, a kondensat odprowadzany. W aplikacji z powietrzem nadmuchowym jakość medium jest szczególnie ważna, ponieważ przepływ może kierować zanieczyszczenia bezpośrednio do strefy procesu. Jakość powietrza należy traktować jako parametr projektowy, a nie wyłącznie zadanie służb utrzymania ruchu.

Wiele chwytaków Festo może pracować z powietrzem niesmarowanym. Jest to obecnie preferowane w licznych instalacjach, ponieważ ogranicza zanieczyszczenie procesu i upraszcza eksploatację. W dokumentacji wielu modeli znajduje się informacja, że praca z powietrzem smarowanym jest możliwa, lecz po jej rozpoczęciu musi być kontynuowana. Olej może wypłukać lub zmienić rozkład smaru fabrycznego. Późniejsze odłączenie smarownicy może doprowadzić do niedostatecznego smarowania. Nie należy mylić smarowania powietrza z okresowym smarowaniem prowadnic. Niektóre chwytaki heavy-duty mają określony interwał uzupełniania smaru prowadzenia szczęk. Jest to osobna czynność konserwacyjna. Przed podłączeniem chwytaka do instalacji należy sprawdzić:

• czy sieć jest smarowana,
• jaki olej jest stosowany,
• czy olej jest zgodny z uszczelnieniami,
• czy proces dopuszcza obecność oleju,
• czy chwytak nie będzie przenoszony między obwodami smarowanymi i niesmarowanymi.

W branży spożywczej, farmaceutycznej, lakierniczej i elektronicznej obecność oleju może być szczególnie problematyczna. W takich przypadkach należy zaprojektować odpowiednio czyste zasilanie.

Do monitorowania położenia stosuje się najczęściej magnetyczne wyłączniki zbliżeniowe montowane w rowkach korpusu. Czujnik reaguje na pole magnesu połączonego z elementem napędowym chwytaka. Najprostsza konfiguracja obejmuje dwa czujniki:

• „chwytak otwarty”,
• „chwytak zamknięty” lub „detal uchwycony”.

Sygnał zamknięcia nie zawsze powinien odpowiadać mechanicznemu końcowi skoku. Jeżeli detal jest prawidłowo obecny, szczęki zatrzymują się wcześniej. Czujnik można ustawić tak, aby potwierdzał pozycję właściwą dla produktu. W aplikacjach z kilkoma rozmiarami detalu dwa czujniki mogą być niewystarczające. Wtedy stosuje się analogowy nadajnik położenia albo chwytak elektryczny z pomiarem pozycji. Czujniki należy ustawiać przy rzeczywistym ciśnieniu i z zamontowanymi palcami. Trzeba sprawdzić minimalny oraz maksymalny detal, tolerancję wymiarową i zachowanie w przypadku braku produktu. Przewody czujników powinny być chronione przed zginaniem, przetarciem i wyrwaniem. Na ramieniu robota należy zachować odpowiedni promień gięcia i zastosować przewody przeznaczone do pracy ruchomej.

Najprostszą metodą jest utworzenie okna pozycji szczęk. Pozycja z detalem powinna różnić się od położenia całkowicie zamkniętego oraz od pozycji odpowiadającej zbyt dużemu lub nieprawidłowo ustawionemu produktowi. Możliwe stany to:

• szczęki całkowicie otwarte – brak cyklu chwytania,
• szczęki zatrzymane w prawidłowym oknie – detal uchwycony,
• szczęki całkowicie zamknięte – brak detalu albo detal zbyt mały,
• szczęki zatrzymane zbyt wcześnie – detal przekrzywiony, podwójny lub przeszkoda.

W chwytaku pneumatycznym okna można realizować za pomocą kilku czujników albo analogowego przetwornika położenia. W EHPS z IO-Link dostępna jest informacja o pozycji rzeczywistej. HEPP umożliwia bardziej rozbudowaną kontrolę położenia i parametrów ruchu. Detekcja pozycji nie zawsze potwierdza wystarczającą siłę chwytu. Detal może znajdować się między palcami, ale być śliski albo nieprawidłowo podparty. W aplikacjach krytycznych warto połączyć kontrolę pozycji z pomiarem ciśnienia, analizą siły, systemem wizyjnym albo dodatkowym czujnikiem obecności. Logika PLC powinna także wykrywać niespójne sygnały, na przykład jednoczesne potwierdzenie pełnego otwarcia i zamknięcia.

Sprężynowe zabezpieczenie oznacza, że wewnętrzna sprężyna działa na mechanizm szczęk w określonym kierunku. Może wspomagać zamykanie albo otwieranie i utrzymywać część siły po spadku ciśnienia. Wariant G1 lub G2, NC albo NO musi być interpretowany zgodnie z dokumentacją danej serii. Oznaczenia nie powinny być przenoszone automatycznie między różnymi rodzinami bez sprawdzenia kodu. Zabezpieczenie jest przydatne, gdy:

• detal nie powinien zostać natychmiast zwolniony po zaniku ciśnienia,
• potrzebne jest zwiększenie siły w jednym kierunku,
• chwytak ma działać jednostronnie,
• maszyna wymaga kontrolowanego położenia bez zasilania.

Siła sprężyny zależy od pozycji szczęk i może różnić się od siły przy zasilaniu pneumatycznym. Trzeba sprawdzić, czy wystarcza dla najgorszego położenia i maksymalnego obciążenia. Sprężyna nie jest automatycznie certyfikowanym środkiem bezpieczeństwa. Jeżeli upuszczenie detalu zagraża człowiekowi, wymagane może być dodatkowe mechaniczne zabezpieczenie, zawór podtrzymujący, kontrolowany zjazd osi lub osłona. Stan sprężyny powinien być objęty konserwacją, szczególnie w aplikacjach o dużej liczbie cykli.

Zachowanie zależy od konstrukcji chwytaka, orientacji, rodzaju napędu i zastosowanych zabezpieczeń. Pneumatyczny chwytak dwustronnego działania bez sprężyny może po zaniku ciśnienia zachować chwilowo pozycję dzięki tarciu i uwięzionemu powietrzu. Nie można jednak zakładać, że utrzyma detal przez określony czas. Nieszczelności mogą spowodować stopniowy spadek siły. Wariant NC, NO, G1 lub G2 może przemieścić szczęki w kierunku wymuszonym przez sprężynę. Zachowanie to musi odpowiadać sposobowi chwytania. W EHPS po zaniku energii napęd nie powinien być traktowany jako gwarantowane zabezpieczenie detalu, jeżeli dokumentacja aplikacji nie przewiduje takiej funkcji. HEPP może występować z hamulcem podtrzymującym, który utrzymuje pozycję napędu po zaniku zasilania. Producent zaznacza jednak, że hamulec ten nie powinien być traktowany jako hamulec bezpieczeństwa. Projektant powinien przeanalizować jednoczesny zanik energii chwytaka i osi robota. Możliwe rozwiązania to dodatkowa blokada mechaniczna, zawór zwrotny, zbiornik awaryjny, chwyt kształtowy lub bezpieczna strefa odkładania.

Wiele chwytaków może być montowanych w dowolnej pozycji, lecz orientacja wpływa na obciążenie i wymaganą siłę chwytu. Przy chwycie pionowym ciężar detalu działa w kierunku jego wysuwania się z palców. W chwycie poziomym ciężar może powodować moment zginający palce i prowadnice. Podczas obrotu robota charakter obciążenia zmienia się w trakcie cyklu. Orientacja wpływa również na:

• sposób prowadzenia przewodów,
• odkładanie się zanieczyszczeń,
• dostęp do smarowania,
• możliwość odpływu cieczy,
• chłodzenie chwytaka elektrycznego,
• ustawienie czujników,
• ryzyko kolizji.

Dane dotyczące czasu ruchu i siły mogą być wyznaczone dla określonej orientacji. W przypadku EHPS dokumentacja zawiera oddzielne wykresy dla różnych położeń i kierunków chwytania. Chwytak powinien być zamontowany na sztywnej powierzchni. Cienka, podatna płyta adaptera może powodować drgania i pogorszenie dokładności, nawet gdy sam chwytak ma wysoką powtarzalność. Po zmianie orientacji robota należy ponownie ocenić najgorszy kierunek przyspieszenia i sprawdzić, czy detal nie jest utrzymywany wyłącznie dzięki ciężarowi.

Chwytak należy mocować do sztywnej, płaskiej powierzchni przy użyciu przewidzianych otworów gwintowanych lub przelotowych. Tuleje centrujące albo kołki ustalające powinny przenosić obciążenia poprzeczne i zapewniać powtarzalne położenie. Śruby nie powinny być jedynym elementem ustalającym pozycję w precyzyjnej aplikacji. Luz w otworach może powodować przesunięcie chwytaka podczas wymiany lub pod wpływem obciążenia. Palce mocuje się analogicznie do szczęk podstawowych. Należy wykorzystać przewidziane powierzchnie ustalające i tuleje. Śruby muszą mieć odpowiednią klasę wytrzymałości i długość wkręcenia. Trzeba przestrzegać:

• momentów dokręcania,
• dopuszczalnej głębokości gwintu,
• tolerancji powierzchni,
• prostopadłości palców,
• wymaganej płaskości adaptera,
• masy pojedynczego palca.

Palce powinny być montowane bez wprowadzania naprężeń. Jeżeli otwory są wykonane z niewłaściwym rozstawem, dokręcenie śrub może odkształcić szczęki i zwiększyć opory ruchu. Po montażu należy ręcznie lub w trybie ustawczym sprawdzić pełny skok, kolizje, symetrię ruchu i poprawność sygnałów czujników.

FP_07-50-01 nie oznacza jednego konkretnego chwytaka ani pojedynczej części o zawsze identycznych wymiarach. Jest oznaczeniem grupy elementów montażowych Festo, do której mogą być przypisane różne produkty i numery katalogowe. W ofertach można znaleźć pod tym oznaczeniem między innymi uchwyty oraz zespoły mocujące przeznaczone do określonych komponentów automatyki. Dlatego przy doborze nie wystarczy podać samej nazwy FP_07-50-01. Należy ustalić:

• pełne oznaczenie typu,
• numer katalogowy,
• przeznaczenie elementu,
• urządzenie, z którym ma współpracować,
• rozstaw otworów,
• dopuszczalne obciążenie,
• materiał,
• zakres dostawy.

Element montażowy nie zwiększa automatycznie udźwigu chwytaka. Cały łańcuch mechaniczny — robot, adapter, płyta, chwytak, palce i detal — musi spełniać wymagania dotyczące sztywności i momentów. Jeżeli FP_07-50-01 występuje w kategorii internetowej razem z chwytakami, nie oznacza to, że każdy produkt z tej grupy pasuje do każdego chwytaka Festo. Kompatybilność należy potwierdzić na podstawie pełnego numeru części i dokumentacji montażowej.

FP_01-50-03-17_B jest oznaczeniem grupy adapterów lub mostków montażowych. W katalogach produktowych jest ona kojarzona przede wszystkim z elementami montażowymi do napędów obrotowych zaworów procesowych, a nie z typowym osprzętem palców chwytaków równoległych. Adapter może służyć do mechanicznego połączenia napędu z armaturą, wspornikiem albo innym elementem wykonawczym. Dokładna funkcja zależy od konkretnego wariantu i numeru katalogowego. Przy jego doborze należy sprawdzić:

• typ napędu,
• standard kołnierza,
• rozstaw otworów,
• wysokość mostka,
• rodzaj sprzęgła,
• materiał i odporność korozyjną,
• dopuszczalny moment,
• kompletność zestawu śrub.

Nie należy traktować tego oznaczenia jako uniwersalnej płyty przejściowej między robotem a chwytakiem. Do takiego zastosowania potrzebny jest adapter zaprojektowany dla konkretnego kołnierza robota i korpusu chwytaka. W przypadku wykorzystania produktu w nietypowej konstrukcji projektant odpowiada za sprawdzenie obciążeń, sztywności i bezpieczeństwa. Sam fakt zgodności otworów nie potwierdza dopuszczalności zastosowania.

Projekt należy rozpocząć od określenia powierzchni kontaktu i sposobu ustalenia produktu. Palce mogą realizować chwyt cierny, kształtowy albo połączenie obu metod. Najważniejsze zasady to:

• minimalna długość i masa,
• wystarczająca sztywność,
• możliwie duża powierzchnia kontaktu,
• brak ostrych krawędzi uszkadzających produkt,
• powtarzalne ustalenie,
• łatwy montaż,
• dostęp do śrub,
• brak kolizji w całym skoku,
• odporność na środowisko.

Chwyt kształtowy jest zwykle bezpieczniejszy niż czysto cierny. Palec może obejmować kołnierz, wejść w rowek albo podpierać produkt od dołu. Trzeba jednak zapewnić luz umożliwiający pobranie części z uwzględnieniem tolerancji. Palce powinny być wykonywane jako para z kontrolą symetrii. Różnica wysokości powierzchni kontaktowych powoduje nierównomierne obciążenie szczęk. Wymienne wkładki mogą ułatwiać konserwację. Wkładkę cierną można wymienić bez produkowania całego palca. Przed uruchomieniem seryjnym warto przeprowadzić próbę obejmującą maksymalną prędkość, awaryjne zatrzymanie, zabrudzony detal, minimalny i maksymalny wymiar oraz wielokrotne cykle.

Materiał powinien zapewniać odpowiednią sztywność, masę, odporność na zużycie i zgodność z produktem. Aluminium jest lekkie i łatwe w obróbce. Nadaje się do szybkich układów i dłuższych palców, ale jego powierzchnia może się zużywać. Można stosować anodowanie lub wymienne wkładki. Stal zapewnia dużą sztywność i odporność, ale zwiększa masę. Jest odpowiednia do ciężkich detali i krótkich, mocno obciążonych palców. Stal nierdzewna jest stosowana w środowisku wilgotnym, spożywczym lub chemicznym, pod warunkiem potwierdzenia zgodności materiałowej. Tworzywa konstrukcyjne są lekkie i nie rysują powierzchni, ale mogą mieć mniejszą sztywność, pełzać i zmieniać właściwości z temperaturą. Elastomery zwiększają tarcie i chronią delikatny detal. Należy sprawdzić odporność na oleje, temperaturę i ścieranie. W produkcji elektroniki lub akumulatorów mogą obowiązywać ograniczenia dotyczące miedzi, cynku i niklu. Wybrane chwytaki DHPC, EHPS, HEPP lub HPPF występują w wariantach przeznaczonych do takich środowisk, ale palce wykonane przez użytkownika również muszą spełniać wymagania procesu.

Integracja obejmuje część mechaniczną, zasilanie, sterowanie, komunikację, prowadzenie przewodów i bezpieczeństwo. Mechanicznie należy zastosować adapter zgodny z kołnierzem robota. Trzeba ustalić masę i środek ciężkości kompletnego EOAT oraz wprowadzić je do konfiguracji robota. Błędne dane obciążenia pogarszają sterowanie i mogą powodować przeciążenia osi. Dla chwytaka pneumatycznego potrzebne są:

• zawór rozdzielający,
• regulator ciśnienia,
• przewody,
• czujniki,
• odpowiednia wydajność przepływu.

Dla elektrycznego EHPS potrzebne jest zasilanie 24 V, przewód sterujący i ewentualnie IO-Link. Wariant RA50 może być wyposażony w adapter i elementy przeznaczone do integracji z robotami mającymi odpowiedni kołnierz. HEPP wymaga zasilania i komunikacji przez obsługiwany fieldbus. Konieczne jest skonfigurowanie parametrów i bloków funkcyjnych w sterowniku. Przewody nie mogą ograniczać ruchu ani przeciążać wewnętrznego okablowania robota. Należy sprawdzić wszystkie pozycje osi. Cobot z chwytakiem nie staje się automatycznie bezpiecznym systemem współpracy. Konieczna jest ocena ryzyka całej aplikacji, łącznie z palcami, detalem i możliwymi punktami zgniotu.

Zakres konserwacji zależy od serii, środowiska, częstotliwości cykli i obciążenia. Podstawą jest regularna kontrola wizualna oraz obserwacja zmian w działaniu. Należy sprawdzać:

• luz szczęk,
• płynność ruchu,
• czas otwierania i zamykania,
• szczelność,
• stan przewodów,
• mocowanie palców,
• zużycie powierzchni chwytających,
• działanie czujników,
• obecność pyłu w prowadnicach,
• temperaturę chwytaka elektrycznego,
• komunikaty diagnostyczne.

W chwytakach z określonym interwałem smarowania prowadnic należy stosować zalecany środek i ilość. Nadmiar smaru może przyciągać zanieczyszczenia, a niewłaściwy smar może uszkodzić uszczelnienia. Po każdej kolizji trzeba sprawdzić równoległość szczęk, ich luz, pęknięcia palców i mocowanie korpusu. Sam fakt, że chwytak nadal się porusza, nie potwierdza jego sprawności. Warto rejestrować liczbę cykli i czas ruchu. Stopniowe wydłużanie cyklu może wskazywać na wzrost tarcia, zabrudzenie albo ograniczony przepływ. Części zużyte należy wymieniać zgodnie z instrukcją. Samodzielne szlifowanie szczęk lub ingerencja w prowadzenie może trwale pogorszyć dokładność.

Jeżeli chwytak porusza się wolno, nierówno albo nie osiąga pełnego skoku, przyczyną może być:

• zbyt niskie ciśnienie,
• niewystarczający przepływ,
• zagięty przewód,
• zatkany tłumik,
• nadmierne dławienie,
• ciężkie palce,
• zabrudzenie prowadnic,
• uszkodzenie po kolizji,
• nieprawidłowe smarowanie.

Jeżeli detal się wysuwa, należy sprawdzić siłę, tarcie, ciśnienie, przyspieszenie, geometrię palców i środek ciężkości. Problemem może być również olej na powierzchni albo zużyta wkładka. Jeżeli czujnik nie przełącza, należy zweryfikować położenie, typ wyjścia, napięcie, polaryzację, uszkodzenie przewodu i rzeczywistą pozycję tłoka. W chwytakach elektrycznych należy analizować kod błędu, napięcie zasilania, przeciążenie, temperaturę, konfigurację komunikacji i mechaniczne zablokowanie szczęk. Głośne uderzenia oznaczają zwykle zbyt dużą prędkość lub niewłaściwą amortyzację. Nadmierny luz może świadczyć o zużyciu albo przeciążeniu momentem. Diagnostykę należy prowadzić systematycznie: najpierw zasilanie, potem sterowanie, następnie mechanika. Wymiana chwytaka bez usunięcia przyczyny może doprowadzić do szybkiego uszkodzenia nowej części.

Kompletny dobór powinien przebiegać w następującej kolejności:

1. Określić masę, wymiary, materiał i tolerancję detalu.
2. Wybrać chwyt zewnętrzny, wewnętrzny, cierny albo kształtowy.
3. Określić minimalną i maksymalną szerokość chwytu.
4. Obliczyć siłę z uwzględnieniem tarcia, przyspieszenia i współczynnika bezpieczeństwa.
5. Zaprojektować możliwie krótkie i lekkie palce.
6. Obliczyć siły oraz momenty na szczękach.
7. Sprawdzić wymaganą częstotliwość cykli.
8. Określić warunki środowiskowe i stopień ochrony.
9. Wybrać napęd pneumatyczny lub elektryczny.
10. Określić zachowanie po zaniku energii.
11. Dobrać czujniki i sposób kontroli detalu.
12. Sprawdzić masę oraz środek ciężkości EOAT.
13. Zweryfikować sposób montażu i prowadzenia przewodów.
14. Potwierdzić parametry w dokumentacji konkretnego kodu.
15. Wykonać test w najgorszych warunkach.

DHPC i DHPS są dobrym punktem wyjścia dla standardowych zadań. DHPL i HGPL obsługują duże skoki. HPPF służy do płaskiej zabudowy, HGPD do trudnego środowiska, HGPT do dużych obciążeń, HGPP do wysokiej precyzji, HGPM do małych detali, EHPS do prostego chwytu elektrycznego, a HEPP do programowalnego pozycjonowania.