Transport bliski jest stałym składnikiem niemal każdej linii produkcyjnej, stąd niezbędne w nim są rozwiązania gwarantujące efektywność działania oraz bezpieczeństwo operatorów.

Manipulatory przemysłowe umożliwiają płynne i precyzyjne transportowanie poszczególnych elementów, nieosiągalne dla innych urządzeń, takich jak suwnice, wciągarki czy żurawie, ponieważ pozwalają na dokładne operowanie i pozycjonowanie załadunków o różnych kształtach i wielkościach. Łagodny sposób chwytania, podnoszenia i opuszczania obiektów oraz precyzja ruchu chronią przenoszony ładunek oraz operatora manipulatora.

Chwytanie dzięki próżni

Manipulatory w przeciwieństwie do wciągarek i podczepionych do nich zawiesi mają zintegrowany system sterowania z chwytakiem, dzięki czemu są bardziej ergonomiczne i bezpieczne w użyciu. Operator, który koncentruje się na przenoszeniu, nie jest rozproszony szukaniem sterownika wciągarki czy suwnicy, co wydłuża czas pracy i może powodować niebezpieczeństwo popełnienia błędu w jej trakcie.

Manipulator różni się od innych urządzeń dźwigowych głównie sposobem operowania ładunkiem. Po pobraniu elementu manipulator równoważy jego ciężar i dokładnie podąża za ruchami operatora. Pracownik może kierować bezpośrednio ładunkiem lub używać do tego celu rękojeści. W połączeniu z obrotowym lub odchylanym chwytakiem daje to możliwość przemieszczania przedmiotu we wszystkich płaszczyznach. Po zwolnieniu przedmiotu w docelowym miejscu manipulator przechodzi w stan wyważenia i jest gotowy do kolejnej operacji.

Na rynku popularność zyskały manipulatory podciśnieniowe, przede wszystkim ze względu na łatwość chwytania, podnoszenia i przenoszenia nawet wielkogabarytowych elementów. Podciśnienie generowane jest za pomocą suchej pompy próżniowej, a do podnoszenia elementów niezbędne jest zastosowanie dodatkowych akcesoriów w postaci przyssawek i chwytaków, w pełni dostosowanych do kształtu czy powierzchni przenoszonego załadunku. Dzięki nim przedmiot przyczepiany jest do urządzenia, a następnie podnoszony dzięki wytworzeniu się zamkniętego układu pneumatycznego.

W zależności od typu i producenta manipulatory podciśnieniowe mogą wspomagać pracę z ładunkami o wadze do 300 kg. Wyposażone są w jeden obwód pneumatyczny, w którym podciśnienie wytwarzane jest zarówno w przyssawkach, jak i rurze podnoszącej, dzięki czemu równoważony jest ciężar przenoszonego ładunku. Operator używa joysticka do nadania ruchu pionowego (zrównoważenia ciężaru) i reguluje tym samym poziom podciśnienia w rurze odpowiedzialnej za te ruchy. Zakres ruchu pionowego uzależniony jest od rodzaju aplikacji.

Charakterystyczną cechą manipulatorów podciśnieniowych jest duża szybkość podnoszenia i opadania (40--50 m/min). Coraz częściej manipulatory te mają również układ równoważenia ciężaru samego chwytaka bez ładunku. Konstrukcja manipulatora umożliwia swobodny obrót przenoszonego ładunku w osi podnoszenia.

Inną dość popularną grupą manipulatorów są manipulatory pneumatyczne. Służą one do przenoszenia różnorodnych elementów i radzą sobie z większym ciężarem niż próżniowe – do 500 kg. Umożliwiają chwytanie danego przedmiotu poza środkiem ciężkości oraz obracanie go pochylanie w różne strony. Manipulatory pneumatyczne wyposażone są w sztywne ramię zakończone chwytakiem ssawkowym lub mechanicznym oraz w inteligentny system balansujący, pozwalający na sterowanie urządzeniem.

Manipulatory z przegubowymi ramionami

W odróżnieniu od manipulatorów podciśnieniowych i wciągników konstrukcja mechaniczna manipulatorów z przegubowymi ramionami oparta jest na dwóch ramionach połączonych przegubem. Dzięki wprowadzeniu dodatkowej osi obrotu urządzenie ma większy zakres pracy. Operator może korzystać z kilku osi swobody: w osi kolumny ma możliwość obrotu w zakresie 360°, w przegubie – do 315°, a w osi chwytaka – o kolejne 360°.

Istnieją dwie możliwości podwieszenia chwytaka i połączenia go z ramionami manipulatora. Pierwsza z nich polega na wykorzystaniu linek stalowych, które z jednej strony połączone są z siłownikami wyważającymi w ramionach manipulatora, z drugiej – z chwytakiem. Takie rozwiązanie stosuje się w przypadku urządzeń do przenoszenia produktów o ciężarze do 120 kg. Promień pracy manipulatorów linkowych może wynosić w zależności od producenta do 4500 mm. Tego typu rozwiązania charakteryzują się, podobnie jak w przypadku manipulatorów podciśnieniowych, bezwładnością przenoszonego ładunku. Zakres ruchu pionowego uzależniony jest od maksymalnego promienia i może wynosić do 1800 mm.

Drugim sposobem jest podwieszenie chwytaka bezpośrednio do sztywnego ramienia. Dzięki temu manipulator charakteryzuje się wysoką stabilnością podczas przenoszenia i może być wykorzystany w aplikacjach, w których niezbędna jest duża precyzja. Rozwiązanie stosowane jest również w przypadku przenoszenia elementów o dużych gabarytach, ponieważ pozwala na wyeliminowanie zbędnych ruchów i bujania. Manipulatory tego typu mają maksymalny promień pracy 4500 mm, a ich maksymalny udźwig to 900 kg (dla urządzeń z hakiem).

Budowa wewnętrzna manipulatorów z przegubowymi ramionami oparta jest na dwóch obwodach pneumatycznych, działających niezależnie od siebie, a jeden z nich odpowiada za pracę i wyważenie bez ładunku. W momencie prawidłowego uchwycenia ładunku manipulator przechodzi w stan wyważenia, czyli na siłownik wyważający zostało podane odpowiednie ciśnienie potrzebne do wytworzenia przeciwwagi dla przenoszonego ciężaru. Najczęściej do wyważenia wykorzystuje się tzw. preselektor – potencjometr znajdujący się najczęściej w pobliżu rękojeści. Płynna regulacja wyważenia jest możliwa dzięki przekręceniu potecjometru w odpowiednie położenie. Rozwiązanie to stosuje się, gdy ciężar przenoszonych produktów zmienia się w określonym zakresie, a ich waga nie przekracza 250 kg. Innym sposobem równoważenia ciężaru, stosowanym głównie w przypadku produktów powyżej 250 kg, jest joystick (zwany także dźwignią góra/ dół). Operator, zmieniając położenie joysticka, powoduje zwiększenie lub zmniejszenie ciśnienia w siłowniku wyważającym i tym samym pionowy ruch manipulatora.

Dopasowanie do potrzeb

Manipulatory zazwyczaj konstruowane są w sposób jednostkowy, na specjalne zamówienie konkretnej firmy. Specyfika danego przedsiębiorstwa, profil produkcji, infrastruktura, sposób rozplanowania stanowisk pracy powodują, że trudno jest stworzyć manipulatory o uniwersalnej budowie.

Producenci oferują różne możliwości konfiguracji i sposobu montażu manipulatorów. Popularnym rozwiązaniem jest konfiguracja kolumnowa, która jest bardzo dobrym narzędziem dla stałych obszarów roboczych, m.in. dlatego, że pozostawia możliwość rekonfiguracji w przyszłości. Jeżeli do mocowania manipulatora zastosuje się płytę pośrednią, urządzenie stanie się mobilne, dzięki czemu pozwoli obsługiwać wiele obszarów roboczych, a przy zastosowaniu wymiennych chwytaków – wykonywać na nich odmienne zadania.

Konfiguracja podwieszana jest idealnym rozwiązaniem dla ograniczonych obszarów roboczych, zapewniając jednocześnie najwyższy poziom bezpieczeństwa i komfort pracy operatora. Z kolei rozwiązaniem pozwalającym pokryć największy obszar roboczy jest konfiguracja z prowadnicami – dopasowane systemy szynowe umożliwiają przesuwanie manipulatora w dowolnie określonym obszarze i pracę na dużych powierzchniach.

Podobnie wygląda kwestia chwytaków do manipulatorów – dobierane są w zależności od powierzanego im zadania. Zarówno w przypadku manipulatorów przyssawkowych, linkowych, jak i ze sztywnym układem ramion stosuje się całą gamę chwytaków, które w większości przeznaczone są dla konkretnego elementu – płyty, worka, beczki, fragmentu karoserii itd. Producenci opracowali wiele standardowych rozwiązań, jednak każdorazowo przy projektowaniu chwytaka uwzględnia się specyfikę produktu i przyszłego miejsca pracy. Chwytaki mogą mieć możliwość wymiany poszczególnych elementów, aby przy zmianie wymiarów produktu można je było łatwo dostosować do nowych zadań. Na rynku dostępne są chwytaki z różnym napędem: pneumatyczne, mechaniczne oraz hydrauliczne, a także elektromagnetyczne oraz tak zwane chwytaki adhezyjne.

Chwytaki wyposażone są w cały szereg zabezpieczeń. Należą do nich czujniki obecności ładunku, które w momencie prawidłowego uchwytu aktywują układ wyważenia. Brak sygnału z czujnika uniemożliwia wyważenie ładunku i tym samym jego transport. Podwójne przyciski chwytania i zwalniania mają za zadanie zmusić operatora do ich przytrzymywania w momencie pobierania i odkładania, co chroni jego ręce przed ewentualnymi urazami. Chwytak ma także zabezpieczenie przed przypadkowym przyciśnięciem przez operatora przycisków zwalniania ładunku. Poza tym wyposaża się je w szereg zabezpieczeń uniemożliwiających zwolnienie ładunku w trakcie pracy, przed umieszczeniem go na pewnej podstawie czy chroniących przed upadkiem ładunku w przypadku nagłej awarii zasilania.

Mnogość zastosowań

Manipulatory ręczne znalazły zastosowanie w wielu gałęziach przemysłowych. W przemyśle spożywczym służą do podnoszenia ciężkich produktów, spełniają także funkcję sanitarną – dzięki nim produkty spożywcze nie są dotykane przez ludzkie ręce. Spora liczba manipulatorów zainstalowanych jest w zakładach motoryzacyjnych. Wysoka precyzja ruchu jest niezbędna przy podawaniu i umieszczaniu w wyznaczonym miejscu szyb (klejenie do nadwozia wymaga dużej dokładności), a spory udźwig – przy dostarczaniu na linię produkcyjną kół do samochodów ciężarowych czy akumulatorów. Rozwiązania o odpowiednio dużym udźwigu mogą służyć do przenoszenia elementów karoserii czy nawet całych pojazdów. Manipulatory sprawdzają się także w przemyśle lotniczym, farmaceutycznym, drzewnym czy przy transporcie bliskim materiałów budowlanych.