ואקום גריפר הוא כלי קצה שמאפשר לרובוט לאחוז, להרים ולהעביר מוצרים באמצעות כוס יניקה אחת, מספר כוסות או משטח אחיזה. התאמת הגריפר אינה נקבעת לפי משקל המוצר בלבד, אלא גם לפי צורתו, נקבוביות המשטח, כיוון האחיזה, תאוצת הרובוט וזמן המחזור.
בחירה נכונה מחייבת להתייחס לגריפר ואקום כחלק ממערכת שלמה הכוללת מקור ואקום, חיישנים, שסתומים, בקרה, תוכנה וחיבור מכני לזרוע הרובוטית. מערכת שמתאימה למוצר אחד אינה בהכרח מתאימה למוצר אחר, גם כאשר המשקל דומה.
מה צריך לבדוק לפני שבוחרים גריפר ואקום?
- משקל ומידות המוצר
- צורת המוצר ומיקום נקודות האחיזה
- סוג המשטח: חלק, מחוספס או נקבובי
- כיוון ההרמה והתנועה
- מהירות, תאוצה וזמן מחזור
- מקור הוואקום ואופן ניטור האחיזה
- התאמה לזרוע, לבקרה ולסביבת העבודה
מהו ואקום גריפר?
ואקום גריפר הוא כלי קצה לרובוט המשתמש בהפרש לחצים ובכוסות יניקה כדי לאחוז, להרים ולהעביר מוצרים בתהליך אוטומטי.
כלי הקצה, המכונה גם End Effector, הוא הרכיב שמבצע את האינטראקציה הישירה עם המוצר. הוא מתחבר לפלאנג' או לממשק הקצה של הזרוע הרובוטית ויכול להיות גריפר ואקום, גריפר מכני, כלי עבודה, חיישן או מערכת אחרת המותאמת למשימה.
כאשר כוס היניקה נצמדת למשטח והמגע יוצר אטימה, מקור הוואקום מפחית את הלחץ בתוך הכוס. הפרש הלחצים בין פנים הכוס לסביבה יוצר את כוח האחיזה.
שחרור המוצר מתבצע באמצעות הפסקת הוואקום. בחלק מהמערכות מוזרם אוויר חיובי קצר כדי לנתק את המוצר במהירות ולשמור על זמן מחזור יציב.
כוס יניקה היא רק רכיב אחד במערכת. גריפר ואקום מלא עשוי לכלול כמה כוסות, סעפת, מקור ואקום, שסתומים, חיישן, מסנן, צנרת, תושבת וחיבור חשמלי או פנאומטי.
כיצד פועלת מערכת אחיזה בוואקום?
תהליך האחיזה כולל בדרך כלל חמישה שלבים:
- הזרוע מביאה את כוסות היניקה לנקודת האחיזה.
- הכוסות יוצרות מגע ואטימה עם פני המוצר.
- משאבת ואקום או אג'קטור מפחיתים את הלחץ בתוך הכוסות.
- חיישן הוואקום מאשר שהושגה רמת הוואקום שהוגדרה כתנאי להמשך התנועה.
- בנקודת ההנחה הוואקום מופסק והמוצר משתחרר.
כוח האחיזה מושפע משטח כוסות היניקה, רמת הוואקום, איכות האטימה, מספר הכוסות, מרכז הכובד וכיוון התנועה.
גם לתאוצה יש השפעה משמעותית. גריפר שמחזיק את המוצר כאשר הרובוט עומד במקום עלול לאבד את האחיזה בזמן האצה, בלימה או שינוי כיוון. לכן כוח אחיזה תיאורטי אינו מהווה לבדו אישור ליכולת נשיאה בתהליך תעשייתי.
בחישוב שטח היניקה וכוח האחיזה הנדרש יש להשתמש במקדם בטיחות שמתאים ליישום ולא להסתמך על הערך התיאורטי בלבד. הנחיות תכנון של יצרנים בתחום ממליצות בדרך כלל על מקדם בטיחות של לפחות 2, לצד התאמה לתאוצה, לכיוון האחיזה, לדליפות ולמצב פני השטח. ביישומים דינמיים, מסוכנים או בלתי יציבים עשוי להידרש מקדם גבוה יותר בהתאם להערכת הסיכונים ולתנאי העבודה.
מהם הרכיבים המרכזיים בגריפר ואקום?
משאבת ואקום מייצרת ואקום באמצעות יחידה חשמלית או מכנית. אג'קטור פנאומטי משתמש בזרימת אוויר דחוס כדי ליצור ואקום. הבחירה ביניהם תלויה בתשתיות הקיימות, בספיקה, בזמן התגובה, בצריכת האנרגיה, ברעש ובמיקום הרכיב ביחס לכלי הקצה.
אילו סוגי גריפר ואקום קיימים?
גריפר עם כוס יניקה אחת
מערכת עם כוס אחת יכולה להתאים למוצר קטן וקשיח, כאשר קיימת נקודת אחיזה ברורה ומרכז הכובד קרוב אליה.
מוצר קל אינו בהכרח מתאים לכוס אחת. חלק ארוך, דק או גמיש עלול להסתובב, להתכופף או לרטוט במהלך התנועה.
גריפר עם כמה כוסות יניקה
מספר כוסות מאפשר לפזר את כוח האחיזה על פני שטח גדול יותר ולשפר את יציבות המוצר מול סיבוב וכיפוף.
מיקום הכוסות צריך להתאים למבנה המוצר ולמרכז הכובד. סידור סימטרי אינו בהכרח הסידור הנכון כאשר המשקל אינו מתחלק באופן אחיד.
גריפר שטח עם קצף או אזורי יניקה
גריפר שטח מתאים למוצרים שמיקומם או מידותיהם משתנים, ולמשטחים שלא תמיד ניתן להצמיד אליהם כוס בנקודה מדויקת.
מערכות כאלה משמשות, בין היתר, לטיפול בקרטונים, שקיות, לוחות ומוצרים בעלי גאומטריה משתנה. יש לבדוק את יכולת המערכת להתמודד עם דליפת אוויר ועם אזורים שאינם מכוסים במלואם.
גריפר עם מקור ואקום משולב
ביחידות מסוימות האג'קטור, השסתומים והחיישנים משולבים סמוך לכוסות היניקה. מבנה כזה עשוי לקצר את הצנרת ולשפר את זמן התגובה.
במקביל, יש להביא בחשבון את משקל כלי הקצה, צריכת האוויר, הרעש, התחזוקה והגישה למסנן ולרכיבים.
איך בוחרים גריפר ואקום לפי המוצר?
משקל, מידות ומרכז כובד
יש לבדוק את המשקל המרבי והמינימלי, האורך, הרוחב, העובי ומיקום מרכז הכובד. כאשר אותו קו מטפל בכמה מוצרים, יש לבחון את כל הטווח ולא רק מוצר מייצג אחד.
מוצר רחב וגמיש עשוי לדרוש יותר נקודות אחיזה ממוצר קטן וכבד, משום שהמטרה אינה רק להרים אותו אלא גם למנוע עיוות ותנועה לא מבוקרת.
סוג המשטח
איכות האטימה מושפעת מגימור המשטח. יש לבדוק אם הוא:
- חלק או מחוספס
- שטוח או מעוגל
- מחורץ או גלי
- נקבובי
- מאובק, שמנוני או רטוב
- רגיש לשריטות או לסימנים
- גמיש או ניתן לעיוות
משטח חלק אינו מבטיח אטימה טובה אם הוא מעוגל, קטן משטח הכוס או מכוסה בחומר שמפריע למגע. מנגד, גם משטח נקבובי אינו נפסל אוטומטית, אך הוא עשוי לדרוש ספיקה גבוהה יותר או גריפר שטח.
איזו צורה וחומר של כוס יניקה מתאימים?
כוס שטוחה יכולה להתאים למשטח חלק, שטוח וקשיח. כוס מפוח עשויה להתאים יותר למשטחים מעוגלים או לא אחידים, למוצרים שקיימים ביניהם הבדלי גובה ולמצבים שבהם נדרש מהלך אנכי מסוים בזמן יצירת המגע.
מספר הקפלים בכוס משפיע על יכולת ההתאמה למוצר, על מהלך הכוס ועל יציבותה בזמן תנועה ותאוצה. כוס גמישה יותר אינה בהכרח יציבה יותר, ולכן צריך להתאים את המבנה גם למהירות ולכיוון התנועה.
גם חומר הכוס צריך להתאים למוצר ולסביבת העבודה. טמפרטורה, שמנים, חומרי ניקוי, דרישות מזון, חשמל סטטי ורגישות לסימנים עשויים לדרוש חומרים שונים. אין לבחור חומר רק לפי רכות הכוס, צבעה או התאמה כללית שמופיעה בקטלוג.
נקבוביות ודליפת אוויר
קרטון, עץ, ספוג וחומרים נקבוביים מאפשרים חדירת אוויר מתמשכת. במקרים כאלה יש לבחון את הספיקה הזמינה, מבנה הכוס, שטח המגע ואפשרות הפיצוי על הדליפה.
זו אחת הסיבות לכך שלא נכון לבחור משאבה או אג'קטור רק לפי רמת הוואקום המרבית. מערכת עם רמת ואקום גבוהה אך ספיקה נמוכה עלולה להתקשות לשמור על אחיזה במשטח דולף.
כיוון האחיזה והתנועה
הרמה אנכית מלמעלה שונה מאחיזה בצד המוצר. כאשר החלק מוחזק מהצד, הכוסות נדרשות להתמודד גם עם כוחות גזירה.
סיבוב, שינוי זווית, האצה ובלימה מוסיפים עומסים ומומנטים. יש לבחון את כל מסלול התנועה ולא רק את נקודת ההרמה.
זמן מחזור
ביישומי Pick and Place מהירים צריך לבדוק כמה זמן מוקצה ליצירת הוואקום, לאישור החיישן ולשחרור המוצר.
מערכת איטית ביצירת ואקום עלולה להאריך את המחזור. מנגנון שחרור שאינו מתאים עלול להשאיר את המוצר צמוד לכוס גם לאחר שהוואקום הופסק.
תנאי הסביבה
יש לבדוק טמפרטורה, אבק, לחות, שמנים, חומרי ניקוי, חשמל סטטי ודרישות ניקיון. יישומי מזון, חדרים נקיים או אלקטרוניקה עשויים לדרוש חומרים ואישורים מסוימים, ולכן אין לבחור כוס לפי צורה בלבד.
גריפר ואקום, גריפר מכני או גריפר מגנטי?
גריפר ואקום מתאים במיוחד כאשר רוצים להרים מוצר דרך משטח חיצוני בלי ללחוץ עליו מהצדדים. גריפר מכני עשוי להיות עדיף כאשר אין אפשרות ליצור אטימה או כאשר נדרש להחזיק את החלק גם במקרה של אובדן ואקום.
אין סוג אחד שמתאים לכל היישומים. הבחירה תלויה בחומר, בגאומטריה, בקצב העבודה, בדיוק, בסביבה ובאופן שבו המוצר צריך להשתחרר.
כיצד משלבים גריפר ואקום בזרוע רובוטית?
חיבור מכני
יש לבדוק את ממשק החיבור של הזרוע, משקל הגריפר, מרכז הכובד ואורך כלי הקצה.
משקל הגריפר עצמו נכלל ב-Payload של הרובוט. לדוגמה, זרוע בעלת כושר נשיאה מוגדר אינה יכולה בהכרח להרים מוצר באותו משקל לאחר שמחברים אליה כלי קצה כבד.
מרכז כובד מרוחק יכול להגדיל את העומס על צירי הזרוע גם כאשר המשקל הכולל נמצא לכאורה בטווח המותר.
חיבור פנאומטי וחשמלי
בהתאם לתכנון, המערכת יכולה לדרוש אוויר דחוס, משאבת ואקום, שסתומים, צנרת לאורך הזרוע, אספקת חשמל, יציאות דיגיטליות וקלט מחיישנים.
יש לתכנן את מעבר הצנרת והכבלים כך שלא יפריע לתנועה ולא יישחק לאורך זמן.
חיבור למערכת הבקרה
מערכת הבקרה צריכה לנהל את הפעלת הוואקום, אישור רמת הוואקום, שחרור המוצר וזיהוי דליפה.
ניתן להגדיר שהזרוע תתחיל לנוע רק לאחר קבלת אישור מחיישן הוואקום. במקרה של כשל, הבקר יכול לעצור את התהליך, לבצע ניסיון חוזר או להציג התראה למפעיל.
חיישן ואקום מאשר שהושגה רמת לחץ מסוימת. הוא אינו בהכרח מוכיח שכל הכוסות אטומות, שהמוצר נמצא במיקום הנכון או שהאחיזה תישאר יציבה לאורך כל מסלול התנועה. בחלק מהיישומים משלבים גם חיישני נוכחות, חיישנים נוספים או מערכת ראייה.
אילו יישומים מתאימים לגריפר ואקום?
מערכות אחיזה בוואקום משמשות בין היתר ל:
- פעולות Pick and Place
- הזנת מכונות
- העברת קופסאות ואריזות
- שינוע לוחות ויריעות
- מיון מוצרים
- טעינה ופריקה
- אריזה
- משטוח והורדה ממשטחים
- העברת חלקי פלסטיק
- טיפול במגשים ובמוצרים ארוזים
התאמה ליישום אינה נקבעת לפי סוג התעשייה בלבד. קרטון אטום וקשיח מתנהג אחרת מקרטון נקבובי, ושקית מלאה מתנהגת אחרת מיריעת פלסטיק שטוחה.
טעויות נפוצות בבחירת גריפר ואקום
בחירה לפי משקל בלבד
התעלמות מהצורה, הגמישות וממרכז הכובד עלולה לגרום לסיבוב או לכיפוף המוצר.
התעלמות מנקבוביות
המערכת אינה מצליחה לשמור על רמת ואקום יציבה בגלל דליפת אוויר.
בדיקה סטטית בלבד
הגריפר מחזיק את המוצר כשהרובוט עומד, אך מאבד אחיזה בזמן תאוצה או בלימה.
בחירת כוס גדולה מדי
כוס גדולה אינה בהכרח נאטמת היטב על משטח קטן, מעוגל או לא אחיד.
מיקום לא נכון של הכוסות
המוצר נמשך מנקודה רגישה, מסתובב או מתכופף במהלך ההרמה.
עבודה ללא אישור חיישן
הרובוט מתחיל לנוע לפני שהושגה רמת הוואקום שהוגדרה כתנאי להמשך התהליך.
התעלמות ממשקל כלי הקצה
ה-Payload שנותר להרמת המוצר נמוך מהמשוער.
חוסר גישה לתחזוקה
קשה להחליף כוס, לנקות מסנן או לאתר דליפה.
איזה מידע צריך להכין לפני אפיון גריפר ואקום?
לפני פנייה למהנדס או לאינטגרטור כדאי לרכז:
- תמונה או שרטוט של המוצר
- מידות ומשקל
- טווח משקלים ומידות
- חומר וגימור פני השטח
- נקבוביות ורמת לכלוך
- נקודת האחיזה האפשרית
- כיוון ההרמה ומסלול התנועה
- זמן מחזור ותאוצה
- מספר מוצרים בדקה
- מספר סוגי המוצרים בקו
- דגם הרובוט, Payload ו-Reach
- זמינות אוויר דחוס וחשמל
- תנאי הסביבה
- תנאי שחרור המוצר
- ההתנהגות הנדרשת במקרה של כשל
ככל שהמידע מדויק יותר, ניתן לצמצם ניסויים מיותרים ולבחון מראש את התאמת כלי הקצה למוצר ולתהליך.
ואקום גריפר במערכות הרובוטיות של שרף טכנולוגיות
שרף טכנולוגיות פועלת בתחום הבקרה התעשייתית ומערכות ההנעה ומשלבת בפרויקטים זרועות רובוטיות, בקרים, חיישנים, תוכנה וציוד אוטומציה.
החברה פועלת בתחום מאז 1989 ומשווקת בישראל באופן בלעדי את מערכות ST Robotics, לצד ביצוע פרויקטים משולבים הכוללים חומרה, בקרה, תוכנה והטמעה.
בזרועות של ST Robotics ניתן לשלב כלי קצה מסוגים שונים, בהם גריפרים מכניים, מגנטיים ומערכות אחיזה בוואקום. דוגמה לכך היא יחידת V12 Vacuum Gripper המוצגת כאפשרות שילוב עם זרוע R12.
הדוגמה ממחישה שהגריפר אינו רכיב עצמאי: יש להתאים אותו לממשק הזרוע, למשקל המותר, לצנרת, ל-I/O, לחיישנים ולרצף התוכנה שמנהל את האחיזה והשחרור.
הבחירה בין גריפר סטנדרטי, מערכת מרובת כוסות או כלי קצה מותאם צריכה להתבצע כחלק מאפיון התא הרובוטי כולו.
שאלות נפוצות על ואקום גריפר
מהו ואקום גריפר?
ואקום גריפר הוא כלי קצה שמתחבר לרובוט ומשתמש בכוסות יניקה ובהפרש לחצים כדי לאחוז ולהעביר מוצרים. המערכת יכולה לכלול גם מקור ואקום, שסתומים, חיישן, מסנן וסעפת.
מה ההבדל בין כוס יניקה לגריפר ואקום?
כוס יניקה היא הרכיב שבא במגע עם המוצר. גריפר ואקום הוא המערכת המלאה, שיכולה לכלול כוס אחת או יותר, מסגרת, מקור ואקום, צנרת, חיישנים וחיבור לזרוע.
האם גריפר ואקום מתאים לקרטון?
כן, אך קרטון יכול להיות נקבובי ולאפשר דליפת אוויר. יש להתאים את הספיקה, מבנה הכוס או משטח האחיזה ולבדוק את המערכת עם סוג הקרטון האמיתי.
כמה כוסות יניקה צריך?
מספר הכוסות תלוי במשקל, במידות, בגמישות, במרכז הכובד ובתנועת הרובוט. מוצר רחב או גמיש עשוי לדרוש כמה נקודות אחיזה גם כאשר משקלו נמוך.
האם גריפר ואקום חייב אוויר דחוס?
לא תמיד. ניתן ליצור ואקום באמצעות אג'קטור המופעל באוויר דחוס או באמצעות משאבת ואקום. הבחירה תלויה בספיקה, בזמן התגובה, בתשתיות ובצריכת האנרגיה.
כיצד הרובוט יודע שהמוצר נתפס?
חיישן ואקום מאשר שהושגה רמת הוואקום שהוגדרה במערכת. האישור מאפשר לבקר להמשיך לשלב הבא, אך אינו בהכרח מוכיח שהמוצר ממוקם נכון או שכל נקודות האחיזה תקינות. בהתאם ליישום ניתן לשלב חיישני נוכחות, חיישנים נוספים או מערכת ראייה.
מה קורה במקרה של הפסקת חשמל או אוויר?
כאשר נפילת המוצר עלולה לסכן אדם, ציוד או תהליך, יש לבצע הערכת סיכונים ולתכנן כיצד המערכת מגיבה לאובדן חשמל, אוויר או ואקום. בהתאם ליישום ניתן לשלב שסתום אל-חזור, מאגר ואקום, גיבוי, ניטור רציף או עצירה מבוקרת.
האם אפשר להתקין גריפר ואקום על רובוט קיים?
במקרים רבים כן, אך צריך לבדוק את ממשק החיבור, ה-Payload, מרכז הכובד, תשתיות האוויר והחשמל, מספר הכניסות והיציאות והיכולת לשלב את לוגיקת האחיזה בתוכנה.
גריפר ואקום בוחרים לפי היישום, לא לפי הכוס בלבד
ואקום גריפר יכול לספק אחיזה מהירה ועדינה במגוון תהליכי שינוע ואוטומציה, אך הביצועים שלו תלויים בהתאמה למוצר ולמערכת כולה.
משקל החלק הוא רק אחד מהנתונים שצריך לבדוק לצד פני השטח, מרכז הכובד, תאוצת הרובוט, זמן המחזור ואופן הניטור. תכנון נכון מחבר בין כלי הקצה, הזרוע, החיישנים והבקרה ומוודא שהאחיזה נשארת יציבה לאורך התהליך.
צריכים לבדוק איזה כלי קצה מתאים ליישום?
לפני בחירת גריפר כדאי לרכז את נתוני המוצר, המשטח, התנועה, זמן המחזור ודגם הרובוט. הצוות של שרף יכול לבחון כיצד לשלב את כלי הקצה במערכת הרובוטית, בבקרה ובתהליך הקיים. צרו קשר עוד היום.
