11 Manipulace s drobnými objekty Zpracování rozměrově malých drobných objektů je zpravidla spojeno s manipulací s velkým počtem objektů, které jsou volně shromažďovány na různém stupni uspořádanosti souboru. Uvažujme tři počáteční situace manipulačního cyklu: o Zásobník objektů v neuspořádaném stavu (s nahodilou orientací) o Zásobník objektů v částečně uspořádaném stavu o Zásobník objektů v uspořádaném stavu Zásobníky neuspořádaných objektů Zásobníky neuspořádaných objektů menších rozměrů jsou známy pod označením násypky. Základním požadavkem na jejich konstrukci je vytvoření podmínek pro jednoduché vyjímání objektů s ohledem na navazující manipulační operace. Obr. 1 typické tvary násypek Zásobníky tohoto typu se nejčastěji vyskytují na vstupu automatických výrobních zařízení a musí být vybaveny mechanismem pro vyjímání objektů. Vyjímání neuspořádaných objektů ze zásobníku vnějšími prostředky vychází z uplatnění několika technických principů, umožňujících zachycení objektů. Obr. 2 mechanické zachycení - neuspořádaný soubor objektů je zachycen pohyblivými čelistmi úchopné hlavice manipulátoru. Obr. 3 magnetické zachycení zachycení magnetickou úchopnou hlavicí manipulátoru s elektromagnety, umožňujícími řízené zrušení úchopné síly
Obr. 4 podtlakové zachycení neuspořádaný soubor objektů je zachycen působením podtlaku v aktivní podtlakové hlavici manipulátoru; objekty jsou zachyceny v prostoru úchopné hlavice podtlakového účinku lze využít i pro přímé přemístění objektů uzavřeným kanálem. Uvedené způsoby zachycení objektů umožňují oddělit určité množství objektů, které je nutno navazujícími operacemi postupně převést do uspořádaného stavu. Jednou z možností je odložení na podložku, kde jsou např. vibračním způsobem postupně uspořádány do roviny a dále do stavu s definovanou orientací. Při použití interních prostředků pro vyjímání objektů ze zásobníku jde většinou o mechanismy, tvořící integrovanou součást zásobníku. Činnost integrovaných prostředků lze charakterizovat konstrukčním zajištěním několika funkčních principů: Uvolnění objektů z prostoru zásobníku působením gravitační síly na objekty Zachycení objektu při relativním pohybu záchytného elementu a násypky: o Mechanicky o Magnetickým účinkem o Podtlakovým účinkem o Elektrostatickým účinkem o Účinkem lepkavých látek Příklady obou možností jsou schématicky znázorněny na obr. 5a, b, c, d. Obr.5 a) uvolnění objektů pomocí ovládání clony ve výstupním kanále b) zachycování objektů pomocí výstupků na pohyblivém pásu c) otáčením bubnové násypky s výstupky na vnitřním povrchu se mění neuspořádaný stav objektů, které jsou nahodile zachycovány tvarovou lištou na výstupu d) periodické vysouvání segmentu objekty jsou uvolňovány ovládáním clony ve výstupním kanále
Relativní pohyb záchytného elementu a násypky může být realizován: - Pohybem aktivního elementu (spojitý nebo nespojitý přímočarý, kývavý nebo otočný pohyb) - Pohybem násypky (otočný, kývavý, přímočarý nebo vibrační) Aktivní elementy pro zachycení pohybu v násypce je možné rozdělit na přímkové rovinné prostorové Obr. 6 Typy aktivních elementů pro zachycení objektů v násypce Výkon mechanismů pro vyjímání neuspořádaných objektů z násypky se určí ze vztahu Q = k.n.z [ks/min] kde k je koeficient pravděpodobnosti zachycení objektu aktivním elementem (k = 0,15 0,9) n počet pracovních cyklů aktivního elementu (1/min) z počet objektů, které mohou být teoreticky zachyceny jedním aktivním elementem v průběhu jednoho pracovního cyklu. Zásobníky částečně uspořádaných objektů V zásobnících tohoto typu se shromažďují štíhlé objekty nejčastěji rotačního tvaru. Vyjímání objektů ze zásobníku může být provedeno vnějším manipulačním prostředkem nebo integrovaným zařízením. Společným problémem uvolňování štíhlých objektů ze zásobníku je vytváření zaklíněných shluků tzv. můstků (Obr. 7). Obr.7 Vznik shluků v zásobníku K rozrušování vzniku můstků se zásobníky doplňují přídavnými mechanismy pro soustavné ovlivňování prostorového seskupení objektů. Na dalších obrázcích jsou uplatněny následující principy vyjímání objektů: - Uvolnění objektů působením gravitační síly - Působením aktivního elementu na objekty - Integrovaným manipulačním prostředkem
Obr. 8 zásobník s vnějším zdrojem vibrací s mechanickým nebo elektromagnetickým buzením Obr.9 - ve stěně zásobníku je umístěna membránová komora, do které je impulsně přiváděn stlačený vzduch Obr.10 část kyvně uložené stěny zásobníku koná kmitavý pohyb, buzený rotujícím excentrem Obr.11 v prostoru zásobníku kývají dvě ramena a vzájemnou polohou vytvářejí daný průřez pro průchod jednotlivých objektů Obr.12 kyvně uložený zásobník koná kývavý pohyb, odvozený od otáčení excentru
Obr.13 šikmá stěna zásobníku je tvořena pohyblivým pásem, který při pohybu narušuje seskupení objektů. Pás se pohybuje souvisle nebo přetržitě Obr.14 do vnitřního prostoru zásobníku je tryskami ve stěnách impulzně přiváděn stlačený vzduch Obr.15 použití pohyblivého pásu s výstupky narušuje vytváření můstků Obr.16 použití sady pevných a pohyblivých lamel, které narušuje vnitřní rozložení objektů Obr.17 rotující rozeta uvolňuje dávky objektů a přenáší je na výstup
Zásobníky uspořádaných objektů V zásobnících uspořádaných objektů jsou shromážděny objekty s jednoznačnou orientací. Hlavní funkcí těchto zásobníků je vytvoření určité zásoby objektů před vstupem do výrobního zařízení s ohledem na: - vyrovnání nerovnoměrnosti přísunu objektů ve vztahu k frekvenci podávání do pracovního prostoru stroje - zajištění provozu navazujícího zařízení po dobu odstraňování poruchy na předcházejícím zařízení Kapacitu tohoto zásobníku je možné stanovit na základě experimentálně stanoveného proudu objektů na vstupu zásobníku. Příklad průběhu toku objektů v určitém časovém intervalu je znázorněn na obr. 18. Potřebná kapacita zásobníku je úměrná velikosti plochy, přesahující střední hodnotu toku Q. Skutečný periodický kolísající průběh toku lze přibližně nahradit harmonickým průběhem. Q A.sin ωt kde A = Q max - Q Kapacita zásobníku se určí integrací v průběhu jedné periody T [s]. T / 2 Qmax Q C = A. sinω t. dt = T [ks] π 0 Obr.18 průběh toku objektů v periodě T Zásobníky drobných uspořádaných objektů se rozdělují podle způsobu pohybu objektů k pozici, ze které jsou odebírány, do dvou skupin: a) zásobníky, ve kterých se objekty pohybují působením gravitační síly pasivní b) zásobníky s nuceným pohybem objektů aktivní V konstrukci zásobníku je tedy zpravidla umístěn: - mechanismus pro oddělování (odměřování) objektů - zařízení pro kontrolu orientace objektů - podavač objektů Manipulac e s tyčemi a trubkami Tyče a trubky se dodávají ve svazcích. Manipulační operace s tímto druhem objektů lze přiřadit těmto charakteristickým situacím: manipulace se svazky tyčí (trubek) přímé odebírání tyčí (trubek) ze svazku
rozložení tyčí (trubek) ze svazku do roviny, odebírání jednotlivých objektů transport, manipulace s jednotlivými objekty ukládání jednotlivých objektů do zásobníku vyjímání jednotlivých objektů ze zásobníku Pro přímé odebírání objektů ze svazku jsou vhodné dva typy aktivních zásobníků: o pásový zásobník (obr.19) o lamelový zásobník (obr.20) Obr.19 pásový zásobník Obr.20 lamelový zásobník