Robotyka i automatyka

Opaski zaciskowe do robotów: precyzyjne połączenia dla systemów zautomatyzowanych

W skomplikowanym świecie robotyki i automatyki każdy element ma wpływ na precyzję, niezawodność i trwałość systemu. Zaciski do węży, często niewidoczne, odgrywają kluczową rolę w zabezpieczaniu ważnych elementów robotów — przewodów pneumatycznych, hydraulicznych, chłodzących i zasilających. W przeciwieństwie do zacisków stosowanych w statycznych środowiskach przemysłowych, zaciski stosowane w robotyce muszą wytrzymywać ciągłe, złożone ruchy, wibracje o wysokiej częstotliwości i często działają w ograniczonych przestrzeniach, co wymaga wyjątkowego połączenia trwałości, elastyczności i precyzji.

Specyficzne wymagania zastosowań robotyki

Opaski zaciskowe w systemach robotycznych muszą sprostać szeregowi trudnych wyzwań:

• Ciągły ruch i wyginanie: Ramiona robotów i chwytaki poruszają się szybko i wielokrotnie, powodując ciągłe zginanie, skręcanie i dynamiczne obciążenie węży i ich zacisków. Zaciski muszą zapobiegać ścieraniu i zachowywać integralność w takich warunkach.
• Odporność na wibracje: Silniki, przekładnie i szybkie ruchy generują znaczne wibracje, które z czasem mogą powodować poluzowanie zacisków, prowadząc do wycieków lub rozłączeń.
• Kompaktowy rozmiar i lekka konstrukcja: Przestrzeń wewnątrz ramion robotycznych i zamkniętych komórek automatyki jest często ograniczona. Zaciski muszą być małe, niskoprofilowe i jak najlżejsze, aby zminimalizować dodatkową masę, która wpływa na bezwładność i zużycie energii.
• Gładki profil i ochrona przed zaczepianiem: Aby zapobiec zaczepianiu się o inne elementy, kable lub otoczenie podczas ruchu, zaciski muszą mieć gładką, niskoprofilową konstrukcję bez ostrych krawędzi.
• Wysoka niezawodność i trwałość: Przestoje w zautomatyzowanych liniach produkcyjnych są niezwykle kosztowne. Zaciski muszą działać niezawodnie przez miliony cykli bez awarii.
• Kompatybilność z płynami: W zależności od funkcji robota, zaciski mogą być narażone na działanie olejów hydraulicznych, sprężonego powietrza, płynów chłodzących, a nawet płynów specyficznych dla danego procesu.
• Ekstremalne temperatury i warunki środowiskowe: Niektóre zastosowania robotyki wymagają pracy w środowiskach czystych, w wysokich temperaturach (np. roboty spawalnicze) lub w niskich temperaturach, co wymaga materiałów zachowujących swoje właściwości w szerokim zakresie temperatur.
• Estetyka i zarządzanie okablowaniem: W przypadku niektórych zaawansowanych lub współpracujących robotów należy również wziąć pod uwagę wygląd i uporządkowane rozmieszczenie węży i kabli.

Typowe rodzaje zacisków do węży robotycznych

Wybór konkretnego zacisku zależy od rozmiaru węża, ciśnienia, profilu ruchu i dostępnej przestrzeni:

1. Zaciski ślimakowe wykonane w całości ze stali nierdzewnej (miniaturowe i niskoprofilowe):
• Opis: Są to zmniejszone wersje tradycyjnych zacisków ślimakowych, zaprojektowane specjalnie do węży o mniejszej średnicy i ciasnych przestrzeni. Kluczowe znaczenie dla robotyki ma konstrukcja wykonana w całości ze stali nierdzewnej (zazwyczaj 304 lub 316), która zapobiega korozji i zapewnia trwałość.
• Zastosowania: przewody pneumatyczne, małe przewody hydrauliczne, przewody chłodzące do efektorów końcowych oraz ogólne wiązanie kabli i węży w ramionach robotów lub szafach sterowniczych.
• Cechy: Dobra siła uszczelniająca w stosunku do rozmiarów, łatwo dostępne i stosunkowo łatwe w montażu. Zagięte krawędzie są niezbędne, aby zapobiec uszkodzeniu węża podczas wielokrotnego zginania.
2. Zaciski sprężynowe (samokompensujące):
• Opis: Wykonane ze stali sprężynowej zaciski wywierają stałą siłę promieniową na wąż. Ich samokompensacyjna konstrukcja pozwala im dostosowywać się do zmian średnicy węża spowodowanych wahaniami temperatury lub starzeniem się materiału, z którego jest wykonany.
• Zastosowania: Linie chłodzące, niskociśnieniowe linie pneumatyczne lub dowolny system, w którym cykle termiczne są powszechne w zakresie działania robota.
• Materiały: Wysokiej jakości stal sprężynowa, często pokryta powłokami odpornymi na korozję (np. cynkowanie, cynkowanie mechaniczne lub specjalistyczne powłoki polimerowe) w celu zapewnienia długiej żywotności. Stosowane są również zaciski sprężynowe ze stali nierdzewnej.
• Cechy: Stałe napięcie, szybki montaż (często za pomocą szczypiec) i doskonała odporność na poluzowanie spowodowane wibracjami.
3. Zaciski amortyzowane (zaciski typu P / zaciski Adel®):
• Opis: Składa się z metalowej opaski wyłożonej elastomerową podkładką. Podkładka ta chroni wąż lub kabel przed ścieraniem i przetarciem o elementy robota lub inne przewody, a także tłumi drgania.
• Zastosowania: Zabezpieczanie przewodów hydraulicznych lub pneumatycznych wzdłuż ramion robotów, mocowanie wiązek kabli do ram robotów lub izolowanie przewodów od źródeł drgań.
• Materiały:
• Opaska metalowa: Lekkie stopy aluminium lub stal nierdzewna (304/316) zapewniające wytrzymałość i odporność na korozję.
• Poduszka: neopren, EPDM, silikon lub fluorosilikon, dobrane pod kątem zakresu temperatur, kompatybilności z płynami i elastyczności.
• Cechy: Doskonałe tłumienie drgań, zapobiega otarciom, zapewnia schludne i bezpieczne prowadzenie przewodów, co ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania uszkodzeniom przewodów dynamicznych.
4. Opaski kablowe (wytrzymałe i rozłączalne):
• Opis: Chociaż nie są to tradycyjne zaciski do węży, do wiązania i mocowania węży elastycznych można stosować specjalistyczne, wytrzymałe i rozłączalne opaski kablowe wykonane z trwałych tworzyw sztucznych (np. nylonu 6/6, nylonu odpornego na warunki atmosferyczne) lub nawet stali nierdzewnej, szczególnie w mniej krytycznych zastosowaniach lub zastosowaniach o niższym ciśnieniu, gdzie głównym problemem jest ruch węża.
• Zastosowania: Zarządzanie wężami i wiązkami kabli wzdłuż ramion robotów, układanie elastycznych przewodów lub tymczasowe mocowanie podczas prototypowania.
• Materiały: nylon o wysokiej wytrzymałości (często ze stabilizatorami UV lub termicznymi) lub stal nierdzewna zapewniająca wyjątkową trwałość.
• Cechy: Bardzo lekki, ekonomiczny i łatwy w montażu. Wersje z możliwością demontażu pozwalają na łatwe modyfikacje podczas projektowania lub konserwacji.

Kwestie związane z projektowaniem i materiałami w robotyce

• Odporność na zmęczenie: Materiały muszą wytrzymać miliony cykli zginania bez pękania lub utraty siły zacisku.
• Ochrona przed korozją: Roboty często pracują w środowiskach, w których występują chłodziwa, płyny obróbcze lub inne substancje chemiczne, co wymaga stosowania materiałów odpornych na korozję.
• Gładkie profile: Zaciski powinny mieć zaokrąglone krawędzie i niskoprofilową konstrukcję, aby zminimalizować ryzyko zaczepiania się lub uszkodzenia innych elementów podczas szybkich ruchów.
• Zintegrowane rozwiązania: Niektóre systemy robotyczne wykorzystują specjalnie formowane elementy zaciskowe z tworzywa sztucznego lub metalu, które są zintegrowane bezpośrednio z konstrukcją robota lub systemem zarządzania kablami, zapewniając optymalne dopasowanie i estetyczny wygląd.
• Mechanizmy blokujące odporne na wibracje: W przypadku połączeń krytycznych preferowane są zaciski z śrubami T z nakrętkami samozabezpieczającymi lub specjalistyczne konstrukcje, które są odporne na poluzowanie pod wpływem wibracji.
• Czystość materiałowa (dla robotyki w pomieszczeniach czystych): W środowiskach pomieszczeń czystych (np. produkcja półprzewodników, automatyka farmaceutyczna) materiały zacisków muszą być niepylące i zgodne z normami dotyczącymi pomieszczeń czystych.

Dzięki starannemu doborowi odpowiedniego typu i materiału oraz precyzyjnemu montażowi zaciski do węży stosowane w robotyce są cichymi „koniami roboczymi”, które bezpośrednio przyczyniają się do zwinności, niezawodności i doskonałości operacyjnej zautomatyzowanych systemów w różnych gałęziach przemysłu. Zapewniają one, że elementy niezbędne do funkcjonowania robota — zasilanie hydrauliczne, sterowanie pneumatyczne lub płyn chłodzący — pozostają dokładnie tam, gdzie powinny, nawet gdy robot wykonuje najbardziej dynamiczne i złożone zadania.