Tablica 2 Związek między liczbą członów

n

i liczbą par kinematycznych piątej klasy

5

p

n

1

3

5

7

9

11

13

…

5

p

1

4

7

10

13

16

19

…

Dla każdej z wyniesionych par kinematycznych istnieje przynajmniej jedno rozwiązanie.

Typowe mechanizmy chwytaków przedstawia tabl. 3.

Tablica 3 Mechanizmy chwytaków zawierające pary kinematyczne tylko V klasy

Najprostszym rozwiązaniem jest siłownik pneumatyczny, którego nieruchomy cylinder jest

połączony z jedną końcówką chwytaka, a przemieszczający się tłok z drugą. Chwytaki tego

typu są jednak stosowane rzadko, ze względu na swoją niesymetryczność, do przedmiotów

bez możliwości zmiany ustawienia. Najczęściej stosowane są mechanizmy zawierające

siedem par klasy V ze względu na zwartość struktury i symetryczność konstrukcji.

Kolejna tablica (tabl. 4) przedstawia liczbę ruchomych członów oraz par

kinematycznych klasy IV i V dla mechanizmu płaskiego o ruchliwości

1

=

w

,

Tablica 4 Związek między liczbą członów

n

i liczbą par kinematycznych piątej

5

p

i czwartej

4

p

klasy

n

2

4

6

8

…

3

5

7

9

…

4

6

…

5

7

9

…

6

…

7

…

5

p

2

5

8

11 …

3

6

9

12 …

4

7

…

5

8

11 …

6

…

7

…

4

p

1

1

1

1

…

2

2

2

2

…

3

3

…

4

4

4

…

5

…

6

…

19

Typowe mechanizmy chwytaków tej grupy przedstawiono w tabl. 6. Zaletą tego typu

mechanizmów jest mniejsza liczba członów pośredniczących przy przenoszeniu napęd,

natomiast wadą – występowanie znacznych sił tarcia w parze kinematycznej IV klasy.

Tablica 5 Mechanizmy chwytaków zawierające pary kinematyczne IV i V klasy

Obecnie najczęściej stosuje się konstrukcje zawierające dwie pary kinematyczne IV

klasy i trzy pary V klasy. Bardzo istotny wpływ na prace chwytaka ma dokładność wykonania

pary kinematycznej IV klasy.

4.4. Układy wykonawcze chwytaków

Niniejsza część opracowania przedstawia różnorodność układów wykonawczych

chwytaków, przy czym charakter tego przedstawienia będzie ogólny i opisowy. Mnogość

przykładów chwytaków, z zastosowaniem opisanych układów wykonawczych, można znaleźć

w rozdziale kolejnym, pod tymże tytułem.

20

Elementem wykonawczym chwytaka są końcówki chwytne. W zależności od

zastosowania i możliwości, liczba może być różna, przy czym najczęściej stosuje się dwie,

przeciwległe, ruchome końcówki chwytne. Rzadziej stosuje się chwytaki z jedną nieruchomą

i jedną ruchomą końcówką chwytną, lub trzema końcówkami chwytnymi – przeznaczone

głownie do chwytania obiektów o owalnych kształtach. Ze względu na sposób oddziaływania

końcówek chwytnych na powierzchnię obiektu wyróżnia się chwytaki do chwytania:

•

za powierzchnię zewnętrzną obiektu manipulacji;

•

za powierzchnię zewnętrzną obiektu;

•

za powierzchnię zewnętrzną lub wewnętrzną.

Wyróżniamy trzy rodzaje końcówek chwytnych: sztywne, sprężyste i elastyczne.

Najczęściej stosowane są końcówki sztywne, które nie odkształcają się podczas chwytania

obiektu manipulacji.

Często zdarza się, iż specyficzne wymagania technologiczne, jak i występowanie

niekorzystnych zjawisk dynamicznych podczas uderzania sztywnej końcówki w twardą

powierzchnię obiektu. W odpowiedzi na te problemy powstały chwytaki o sprężystych

końcówkach chwytnych. Rozwieranie końcówek najczęściej odbywa się przy pomocy

siłownika, natomiast siła chwytu jest od niego niezależna – zależy od naprężenia elementów

sprężystych.

Kolejnym typem elementów wykonawczych są końcówki elastyczne. Są one

wykonane ze specjalnie profilowanych elastomerów lub gumy zmieniających swój kształt pod

wpływem dostarczonej energii (sprężonego powietrza lub oleju).

Chwytaki tego typu są powszechnie stosowane dzięki swoim zaletom do których

można zaliczyć:

•

możliwość chwytania przedmiotów o delikatnych powierzchniach i o różnorodnych

kształtach;

•

możliwość budowania chwytaków z wieloma końcówkami chwytnymi, co zapewnia

dużą uniwersalność rozwiązań;

•

możliwość łatwego nastawiania wartości siły chwytu przez dobór ciśnienia

sprężonego powietrza;

•

niski koszt wykonania, prosty montaż i na ogół łatwa wymiana zużytych elementów.

Zastosowanie chwytaków z elastycznymi końcówkami ogranicza:

•

starzenie i szybkie zużywanie się elementów elastycznych;

•

brak odporności na wysokie temperatury;

21

•

dość długie czasy zwierania i rozwierania związane z koniecznością napełniania i

opróżniania wnętrza komór sprężonym powietrzem czy olejem.

Do tego samego rodzaju elementów wykonawczych chwytaka można zaliczyć

elastyczne końcówki wypełnione np. sproszkowanym ferromagnetykiem, które podczas

chwytania obiektu są utwardzane przez wytworzone wówczas pole magnetyczne.

Najnowszym wynalazkiem w tej dziedzinie są chwytaki ze stopów metali

wykazujących efekt pamięci kształtu. Działanie polega na podgrzaniu elementu (do ok. 40°C)

z pamięcią kształtu co powoduje jego odkształcenie o ok. 5%. Po spadku temperatury element

wraca do pierwotnego ukształtowanie.

Najczęściej standardowe wyposażenie chwytaka robotów przemysłowych nie

obejmuje sam chwytak z niekompletnymi końcówkami chwytanymi. W zależności od rodzaju

manipulacji użytkownik dobiera odpowiednie nasadki na końcówki chwytne. Daje to

możliwość uzyskania najlepszego dopasowania końcówki do danego obiektu. Pozwala to

również na brak ingerencji w zasadnicze części chwytaka przy zmianie manipulowanego

obiektu. Przykładami funkcji nasadek na końcówki chwytne są:

•

obejmowanie całej powierzchni bocznej obiektu (chwytanie kształtowe);

•

korygowanie położenia obiektu manipulacji;

•

zapewnianie żądanego styku powierzchni obiektu i końcówki chwytnej;

•

zapewnianie miękkiego styku końcówki chwytnej i powierzchni chwytanego obiektu;

•

izolowanie termiczne chwytaka.

5. Przykłady chwytaków i narzędzi

5.1. Wstęp

Niniejszy rozdział ma za zadanie zilustrowanie przedstawionego uprzednio materiału

teoretycznego, na przykładach. Elementy prezentowane będą zawierały wyłącznie niewielki

opis – budowa elementów nie będzie analizowana. Przedstawione przykłady są różnorodne,

niekiedy przestarzałe i nie stosowane, lecz ilustrują one częściej ogólną zasadę działania

urządzeń tego typu, niżeli prezentację najnowszych osiągnięć techniki w danej dziedzinie.

5.2. Chwytaki mechaniczne

Chwytaki mechaniczne są bodaj najbardziej rozpowszechnionym typem chwytaków.

Najczęściej stosowane są chwytaki palcowe.

22

Rys. 15. Podstawowe elementy chwytaka palcowego

Rys. 16. Chwytak palcowy sześciokątny

23

Rys. 17. Chwytak do wałków robota AM 80

Rys. 18. Chwytak dwupalcowy

24

Rys. 19. Chwytak przeznaczony do chwytu zewnętrznego (a) i wewnętrznego (b).

Rys. 20. Chwytak do przenoszenia obiektów o

dużej masie - przykład rozwiązania konstrukcyjnego chwytaka dwupalcowego

Rys. 21. Chwytak z napędem zębatym o strukturze:

4

=

n

,

4

5

=

p

,

3

4

=

p

,

1

=

w

25

Rys. 22. Chwytak ze sprężystymi końcówkami; 1 – położenie w stanie spoczynku, 2 – położenie w stanie

uchwycenia przed rozpoczęciem kucia, 3 – po zakończeniu kucia (linia przerywana)

Rys. 23. Końcówka z wykorzystaniem efektem pamięci kształtu; 1 – końcówki chwytne wykonane ze stopu Cu-

Zn-Al, 2 – sprężyna naciskowa, 3 – nakładki chwytne

Rys. 24. Chwytak wielopaliczkowy przeznaczony do obejmowania przedmiotów o różnych kształtach

26

Rys. 25. Chwytak kułakowy

Rys. 26. Kiść z dwoma chwytakami

27

Rys. 27. Chwytak z dwoma parami palców do przedmiotów o różnych średnicach

Rys. 28. Chwytak do tarcz robota AM 80

28

Rys. 29. Chwytak z dwoma siłownikami pneumatycznymi do długich rur

Rys. 30. Chwytak z dwoma parami palców do kształtowników

Rys. 31. Chwytak trójpalcowy do pojemników walcowych

29

Rys. 32. Chwytak do długich lekkich pudeł

Rys. 33. Chwytak z nieruchomym palcem-listwą wsuwanym pod przedmiot

Rys. 34. Podwójny chwytak balonowy do butelek

30

Rys. 35. Chwytak z elastycznymi końcówkami chwytnymi; a) do chwytania wałków, b) do chwytania tulei, c)

pojedyncza elastyczna końcówka w stanie spoczynkowym i roboczym (linia przerywana),

d) przykład zastosowania do chwytania wałków

Oprócz dość wyspecjalizowanych chwytaków konstruowanych z myślą przede

wszystkim o przemyśle, istnieje cała gama chwytaków imitujących ludzką rękę.

Wykorzystywane są one zarówno do budowy robotów humanoidalnych, ale również

przykładowo jako protezy.

Rys. 36. Dwa rodzaje chwytaków w kształcie rąk, tzw.: a) ręka warszawska, b) ręka belgradzka

31

Rys. 37. Ręka stanfordzka (b) i charakterystyczny dla jej konstrukcji układ linek (a)

Poniżej zaprezentowane są zdjęcia prezentujące gotowe, współczesne chwytaki

mechaniczne.

Rys. 38. Współczesne chwytaki mechaniczne dwupalcowe

5.3. Chwytaki pneumatyczne

Chwytaki tego typu stosuje się najczęściej do arkuszy i płyt, ze względu na

stosunkowo prostą budowę tego typu chwytaków.

Rys. 39. Przyssawka chwytaka pneumatycznego

32

Rys. 40. Chwytak z przyssawkami podciśnieniowymi

Rys. 41. Chwytaki pneumatyczne do lekkich przedmiotów niepłaskich: a) chwytak profilowy, b) chwytak do

szeregu przedmiotów niepłaskich, c) chwytak do pokrywy, d) chwytak do wkładów gramofonowych, e) chwytak

do powierzchni falistych, f) chwytak podwójny

Rys. 42. Palce-przyssawki wykonane metodą formowania do manipulowania osłonami aparatów telefonicznych

33

Analogicznie jak w poprzedniej części, poniżej zaprezentowane są zdjęcia

prezentujące gotowe, współczesne chwytaki mechaniczne.

Rys. 43. Współczesne chwytaki pneumatyczne

5.4. Chwytaki magnetyczne

W niniejszej części prezentowane są chwytaki magnetyczne różnej konstrukcji.

Rys. 44. Chwytaki magnetyczne do arkuszy blach

Rys. 45. Chwytaki magnetyczne do kratownic i kół zębatych

Poniżej zaprezentowane współczesne chwytaki elektromagnetyczne.

Rys. 46. Współczesne chwytaki elektromagnetyczne o udźwigu 800kg (lewy), 3kg (środek) i

wyspecjalizowany (prawy)

5.5. Chwytaki samokorygujące

34

Kolejnym prezentowanym typem chwytaków są chwytaki samokorygujące.

Wyposażone są one w elementy elastyczne i umożliwiają korekcję niewielkich błędów

pozycjonowania.

Rys. 47. Chwytaki samokorygujące z elastycznymi elementami dla ułatwienia operacji montażu: a) chwytak

samokorygujący błędy przesunięcia, b) chwytak samokowygujący błędy obrotu, c) i d) chwytaki

samokorygujące błędy przesunięcia oraz obrotu

Rys. 48. Przykłady chwytaków samokorygujących: a) chwytak z bierną regulacją położenia; b) chwytak

samosterujący: 1,3-powierzchnie przystosowane do łączeń, 2-podatne płytki, 4-powierzchnia czołowa, 5,6-

środek korekcji AST-100-110

35

5.6. Narzędzia

Bardzo często spotyka się sytuacje kiedy manipulator nie jest zakończony

chwytakiem, lecz narzędziem. Ze względu na różnorodność narzędzi, przedstawione został

tylko przykłady.

Rys. 49. Kiść manipulatora z elektrodami: a) do zgrzewania punktowego, b) z pistoletem lakierniczym

Poniżej widnieje przykład linii produkcyjnej z użyciem robota posiadającego

narzędzie do lakierowania karoserii samochodowej.

Rys. 50. Robot firmy ABB z pistoletem lakierniczym

5.7. Przykłady filmowe

Oprócz przykładów ukazanych na zdjęciach, do niniejszego opracowania dołączony

został materiał filmowy w postaci pięciu plików. Są to przykłady działania różnych robotów

firmy ABB. Materiały pochodzą ze strony internetowej firmy ABB.

36

Zawartość plików:

•

Linia_1(2,3).mpg – przykład linii produkcyjnej niemieckiej firmy spożywczej

produkującej rogaliki;

•

Pakowanie.mpg – prezentacja działającego systemu pakowania i segregowania pudeł;

•

Reklama.mpg – reklama telewizyjna firmy Microsoft z robotem lakierniczym do

karoserii samochodowych w jednej z ról.

Bibliografia

1. Barczyk J.: „Urządzenia chwytające robotów przemysłowych”, Robotyka nr 1/1986.

2. Honczarenko J.: „Roboty przemysłowe”, WNT, Warszawa 2004.

3. Morecki A., Knapczyk J.: „Podstawy robotyki - Teoria i elementy manipulatorów i

robotów”, WNT, Warszawa 1993, 1999.

4. Niederliński A.: „Roboty Przemysłowe”, WSiP, Warszawa 1981.

5. Strona internetowa firmy ABB: http://www.abb.com/

37