Každý pohyb s výrobkem nebo jeho částí v rámci průmyslové automatizace začíná jeho správným uchopením. To se například provádí úchopnými hlavicemi nebo vakuovými přísavkami. Za zmínku jistě stojí i tzv. cyklonové přísavky, jejichž výhodou je, že nedochází k přímému kontaktu břemena a přísavky. Vraťme se ale zpět k úchopným hlavicím. Ty mohou být ovládané stlačeným vzduchem nebo elektrickým motorem. Dodávají se s kyvným pohybem čelistí, paralelním pohybem čelistí, v provedení se dvěma nebo více čelistmi, pro různá pracovní prostředí včetně kolaborativních aplikací člověka a stroje. A samozřejmě nesmíme zapomenout na magnetické úchopné hlavice. Následující článek nás na krátkou chvilku vrátí zpět do školních lavic s cílem představit základní postup pro výběr úchopných hlavic a také představí konstrukční řešení, která se používají ve světě úchopných hlavic. Při tvorbě tohoto článku vycházel kolektiv autorů z knihy „Základy průmyslové automatizace“ vydané společností SMC Industrial Automation CZ a dále z technické dokumentace úchopných hlavic společnosti SMC, která jen v loňském roce dodala svým zákazníkům v Evropě cca 64 000 kusů různých druhů úchopných hlavic. Existuje řada konstrukčních řešení úchopných hlavic. V základu je rozdělujeme do dvou skupin: úchopné hlavice s kyvným pohybem čelistí a úchopné hlavice s paralelním pohybem čelistí. Hlavice s kyvným pohybem čelistí má proti hlavici s paralelním pohybem čelistí jednodušší konstrukci a z toho většinou plynoucí nižší celkovou hmotnost. Ovšem moment sevření čelistí klesá s délkou ramene nástavce čelistí. Čelisti úchopných hlavic s kyvným pohybem se otáčejí kolem čepů v tělese hlavice, to umožňuje i zabudování samosvorného mechanismu do některých typů hlavic při uzavření jejich čelistí (obr. 1, řada MHT2), který drží čelisti sevřené i při výpadku stlačeného vzduchu. Úhel pro otočení čelistí se typicky pohybuje v rozmezí od −10° do +30° nebo se každá čelist otáčí o 90°, celkový úhel pohybu čelistí je pak od 0° do 180° (obr. 2). Čelisti úchopných hlavic s paralelním pohybem se posouvají kolmo k ose hlavice. Upínací síla čelistí se s délkou ramene téměř nemění. Jejich čelisti mají většinou valivé uložení s vymezením vůle, které umožňuje i vysokou mechanickou odolnost a vysokou opakovatelnou přesnost uchopení v toleranci ±0,01 mm. Úchopné hlavice s paralelním pohybem čelistí se vyrábějí se dvěma, třemi a čtyřmi čelistmi. Úchopné hlavice s posuvným pohybem tří a čtyř čelistí se používají hlavně při manipulaci s polotovary kruhového průřezu, tj. s díly ve tvaru kotouče, válce a koule. Upínací síla Nejobtížnějším případem pro výpočet síly nutné pro uchopení předmětu je situace, kdy čelisti nemohou být tvarově uzpůsobeny předmětu, aby došlo k jeho uzamknutí v čelistech. Správné upnutí závisí pouze na koeficientu tření mezi předmětem a čelistmi (obr. 3) a následujícími dynamickými vlivy při manipulaci. V takovém případě by například při koeficientu tření mezi čelistmi a předmětem 0,2 měla být upínací síla minimálně desetkrát větší než gravitační síla, která působí na přenášené břemeno. Mohou-li se vyskytnout při provozu velká zrychlení a rázy, je třeba počítat s dalším koeficientem bezpečnosti. Navíc úchopná síla by měla pokud možno působit v těžišti manipulovaného předmětu. Tím se vyloučí nežádoucí přídavné síly a momenty, které působí na čelisti a jejich uložení v tělese hlavice. Pokud to není možné, těžiště uchopeného předmětu, a tedy i bod působení úchopné síly, mohou ležet mimo osu úchopné hlavice pouze v určitém rozsahu daném poměrem délky ramene čelisti k vyosení těžiště předmětu. Tento údaj je pro každý typ úchopné hlavice různý. Pneumaticky nebo elektricky ovládané úchopné hlavice Úchopné hlavice mohou být ovládány pneumaticky nebo elektricky. Výhodou pneumaticky ovládaných hlavic je jejich jednoduchost a nízká hmotnost. Nevýhodou může být nemožnost otevírání čelistí hlavice v různých polohách zdvihu čelistí a méně přesná možnost regulace rychlosti otevírání a zavírání. K jejich ovládání se nejběžněji používají 5/2 ventily, pro jednočinné pneumatické hlavice s jednočinným pneumatickým pohonem to jsou 3/2 ventily. Konstrukčně tvoří pneumatickou hlavici píst s pístnicí, která může být kolenopákovým mechanismem spojena s čelistmi. Tento princip se používá jak pro kyvné, tak pro paralelní pohyby čelistí. Hlavice s paralelním pohybem čelistí mohou mít také pístnici přímo spojenou s čelistmi, nebo je jejich pohyb zajištěn prizmatickým vedením uloženým na konci pístnice. Vícečelisťové úchopné hlavice využívají také kyvného pneumatického pohonu s křídlem. Jeho hřídel je uložena ve valivých ložiskách a je spojena s kotoučem s drážkami ve šroubovici. V drážkách se při otáčení kotouče pohybují kladky. Kladky převádí rotační pohyb kotouče na lineární pohyb čelistí. Kyvný pohon může být také tvořen pastorkem a hřebenem. Pohon tohoto typu mají úchopné hlavice s nízkou zástavbovou výškou, jak ukazuje obrázek (obr. 4, řada MHF2). Každý z těchto typů úchopných hlavic může být vybaven magnetem na pístu pro snímání aktuální polohy čelistí. Elektrické úchopné hlavice využívají krokový motor, který je s čelistmi spojen obdobným mechanismem jako kyvné pneumatické hlavice s kyvným pohonem. Vyšší hmotnost způsobená zabudovaným motorem kompenzuje větší variabilitu možností při ovládání úchopné hlavice. V závislosti na použitém typu driveru se mohou čelisti otevírat do různé polohy. Nabízí se také možnost přesnější regulace síly uchopení se zpětnou vazbou, která je vhodná například pro manipulaci s křehkými předměty. Magnetické úchopné hlavice Dalším typem úchopných hlavic jsou pneumaticky ovládané magnetické úchopné hlavice. Tyto hlavice jsou tvořeny pístem s magnetem, který se pohybuje v tělese úchopné hlavice (obr. 5, řada MHM). Tyto úchopné hlavice nabízejí stejný uživatelský komfort jako vakuové přísavky. Oproti nim mají jednu výhodu. Povrch přísavky a předmět nemusejí být v dokonalém kontaktu, předmět může být perforovaný nebo může mít složité tvary, ke kterým by vakuová přísavka nemusela přilnout celým svým obvodem. Nevýhodou je samozřejmě požadavek na to, aby materiál přenášeného předmětu byl magneticky vodivý. Magnetická úchopná hlavice SMC řady MHM se také využívá v kolaborativních aplikacích, je to například jedno z certifikovaných příslušenství UR+ kolaborativních robotů Universal Robots. Rámec tohoto článku neumožní přidat více informací, avšak navazující článek k tomuto tématu vám přineseme v některém z dalších vydání Technického týdeníku. Můžete se těšit například na novu úchopnou hlavici JMHZ s bezkonkurenčním poměrem síly a hmotnosti. Jako poslední informaci je však ještě nutné uvést, že práce konstruktéra spojená s výběrem vhodné úchopné hlavice je velkým dílem podpořena profesionálními on-line konfigurátory dostupnými na stránkách www.smc.cz. Avšak rádi bychom podotkli, že finální výběr je naštěstí stále ještě v rukou samotného konstruktéra. Více zajímavostí a názorných příkladů aplikací úchopných hlavic najdete na zmíněných stránkách společnosti SMC nebo u jejích obchodních zástupců.
