Manipulatory wspierają pracowników na wielu stanowiskach pracy w przemyśle – pomagają przy podnoszeniu, przenoszeniu, obracaniu oraz pozycjonowaniu ładunków. Sprawdzają się zwłaszcza przy wykonywaniu powtarzalnych czynności, w tym takich, z którymi wiąże się np. użycie dużej siły fizycznej oraz przy których niezbędna jest precyzja.
Manipulatory przemysłowe to dziś wyspecjalizowane maszyny ze sztywnym ramieniem, które pozwala na skomplikowane przechylanie i obracanie, nawet gdy przenoszony produkt jest poza jego środkiem masy. Operator może łatwo i precyzyjnie sterować ich ruchem również bez bezpośredniego kontaktu, np. przy przenoszeniu przedmiotów niebezpiecznych. Jeśli chodzi o rodzaje manipulatorów, to wyróżnia się manipulatory: pneumatyczne, hydrauliczne, elektroniczne i próżniowe.
Rynek
W ostatnich latach obserwuje się duże zainteresowanie manipulatorami, nie tylko w przemyśle motoryzacyjnym, który nadal jest ich największym odbiorcą i w 2017 r. sam miał prawie jedną czwartą udziału w rynku globalnym. W opracowaniu „Global Manipulators Market Insights, Forecast to 2020”, przygotowanym przez firmę analityczną 360 Market Updates, rynek manipulatorów na świecie w 2018 r. wyceniono na 320 mln dolarów i przewiduje się, że do 2025 r. osiągnie on wartość 440 mln dolarów, rosnąc średnio rocznie o 4,3%.
Według zajmujących się tym rynkiem analityków obecnie główni dostawcy manipulatorów dla przemysłu to m.in. firmy: ASE Systems, ATIS Srl, Automech Systems, Dalmec, Ergoflex, Ergonomic Partners, GCI, Givens Engineering, Indeva, Manibo, Movomech, Positech, Unidex, Vinca i Zasche Handling.
Przeznaczenie
Na rynku jest wiele różnych rozwiązań i modeli manipulatorów przeznaczonych dla przemysłu. Dostępne są np. manipulatory wyposażone w chwytak – element przeznaczony do chwytania i manipulowania trzymanym ładunkiem podwieszonym na linkach lub na sztywnym ramieniu manipulatora. Do pobrania przenoszonego elementu wykorzystuje się siłowniki pneumatyczne i silniki elektryczne. Najczęściej manipulatory mocowane są do płyt bazowych na tzw. kolumnach lub do podłoża, ale mogą też być umieszczane na wózkach jezdnych. Spotyka się rozwiązania przypominające suwnice i instalowane na sufitach.
Choć może się wydawać, że manipulatory można zastąpić takimi konstrukcjami jak wyciągarka i żuraw, to jednak dają one większą wygodę i lepiej wspomagają pracowników. Dzięki nim praca może być wykonywana efektywniej i bezpieczniej. Stosuje się je do wykonywania prac powtarzalnych, zwłaszcza tych, które wymagają od operatora stałego skupiania uwagi i manipulowania ciężkimi przedmiotami. Dzięki nim odciąża się pracowników oraz ogranicza ilość kontuzji i wypadków przy pracy. Redukuje się też zmęczenie i ryzyko występowania schorzeń układu szkieletowo-mięśniowego. Nowoczesne manipulatory pozwalają ponadto na ograniczenie ryzyka uszkodzenia przenoszonego elementu ze względu na ich płynny i precyzyjny ruch.
Warto wspomnieć o inteligentnych rozwiązaniach w zakresie manipulatorów przemysłowych, które zyskują dziś coraz większe zainteresowanie użytkowników i wpisują się w koncepcję Przemysłu 4.0. Europejskim producentem takich manipulatorów przemysłowych należących do rodziny inteligentnych urządzeń wspomagających – manipulatorów IAD – jest firma Scaglia Indeva. Ich zalety to dokładne pozycjonowanie ładunku i szybkie ruchy w stosunku do tradycyjnych urządzeń, które przesuwają się za daleko, odbijają się i wymagają wielu małych ruchów korekcyjnych. Urządzenia IAD, jak podaje firma, reagują szybko i płynnie na dotyk ręki ludzkiej, pokonując masę bezwładności zarówno podczas przyspieszania, jak i hamowania. Nie dotyczą ich ograniczenia technologiczne tradycyjnych manipulatorów pneumatycznych i podnośników, a to dzięki wykorzystaniu napędów cyfrowych i siłowników. Specjaliści z firmy Scaglia Indeva zwracają uwagę na intuicyjne sterowanie systemu IAD w porównaniu z konwencjonalnymi balanserami, które są wstępnie ustawione tylko na jedno lub dwa obciążenia. W tym wypadku manipulatory dostosowują się automatycznie do masy ładunku, co pozwala manipulować ładunkami o różnych masach bez potrzeby resetowania systemu przez operatora.
Oferta rynkowa
Na naszym rynku działa wielu dostawców manipulatorów przeznaczonych dla przemysłu. Wśród nich jest firma Dalmec, która w materiałach dla klientów zwraca uwagę na konieczność dostosowania rozwiązania do indywidualnych potrzeb. Podaje przykład manipulatora do transportu kartonów. Każde przedsiębiorstwo bowiem używa opakowań innego typu i mogą się one różnić strukturą lub mieć inny system rozkładania na palecie. Zdaniem specjalistów z firmy Dalmec ważna jest np. kinematyka produktu, czyli w jaki sposób powinien być poruszany podczas przenoszenia (odchylony, obrócony, jego pozycja w stosunku do operatora zmieniona). Dlatego firma każdy manipulator przygotowuje z przeznaczeniem do konkretnej aplikacji. Źle dobrany sprzęt może szybko ulec uszkodzeniu lub nawet być zagrożeniem dla operatora.
Przykładem manipulatorów firmy Dalmec ze sztywnym układem ramion są konstrukcje z rodziny Partner PS o zasięgu uzależnionym od wysokości podniesienia ładunku. Konstrukcja jest oparta na równoległowodzie połączonym ze sztywnym ramieniem, bez możliwości obrotu w osi połączenia. W manipulatorze zrównoważenie wagi ładunku odbywa się dzięki systemowi dźwigni i siłownikowi pneumatycznemu zasilanemu sprężonym powietrzem, połączonemu z dźwignią (ramionami manipulatora). Praca siłownika jest kontrolowana przez jeden z dwóch obwodów pneumatycznych: pierwszy odpowiada za zrównoważenie układu bez ładunku, drugi za pracę z ładunkiem. Operator bezpośrednio operuje chwytakiem lub ładunkiem, zmieniając jego położenie.
Jeśli chodzi o manipulatory linkowe, to Dalmec oferuje np. balanser model Posivel, dostarczany głównie jako manipulator z hakiem, ale może zostać wyposażony również w proste chwytaki. Budowa manipulatora oparta jest na ramieniu z przegubem w środku. Zrównoważenie wagi ładunku odbywa się dzięki systemowi dźwigni i siłownikowi pneumatycznemu, który jest zasilany sprężonym powietrzem.
Z kolei w ofercie firmy Premar dostępne są manipulatory podciśnieniowe Vaculex – marki należącej obecnie do firmy Piab. Jest to grupa manipulatorów podciśnieniowych dostosowanych do transportu worków, kartonów, paczek i innych ładunków o różnych kształtach i rozmiarach (mogą podnosić ładunki do 300 kg). Przykładem jest Vaculex VL o udźwigu od 30 kg do 200 kg. Urządzenie wykonane w wersjach ze stali nierdzewnej do pracy w przemyśle spożywczym oraz w wersji ATEX do pracy w strefach zagrożenia wybuchem. Istnieje możliwość podwieszenia manipulatora do suwnicy, żurawia lub wysięgnika i dostosowania do indywidualnych potrzeb dzięki dużej ilości dostępnych akcesoriów.
Firma Piab w minionym roku reklamowała pierwszy podnośnik próżniowy dla Przemysłu 4.0 – piLIFT SMART (podnosi przedmioty o wadze do 40 kg). Podnośnik wykrywa oraz monitoruje ruchy i szybko reaguje na zamiary użytkownika, jednocześnie podnosząc i ważąc ładunki, gromadzi i rejestruje dane, dzięki czemu statystyki procesu i analizy są od razu dostępne za pośrednictwem platformy internetowej.
Innym dostawcą tych urządzeń jest firma Inform, do której należy marka ROER. Oferuje ona manipulatory z wieloma rodzajami uchwytów: magnetyczne – do podnoszenia elementów metalowych, ssawki – elementów o nieregularnych kształtach, chwytaki – elementów, których konstrukcja pozwala na łapanie chwytakiem, oraz nietypowe – na indywidualne zamówienie. Manipulatory można też zamontować na platformach mobilnych, co poszerza zakres ich zastosowania.
Włoska firma Scaglia Indeva (w Polsce jej dystrybutorem jest firma DHC Systems) wyróżnia się na tle innych producentów manipulatorów przemysłowych, oferując nowoczesne sterowanie elektroniczne w serii manipulatorów Liftronic. Oferta firmy obejmuje też tradycyjne pneumatyczne manipulatory przemysłowe (seria PN), wyposażone w sterowanie pneumatyczne w celu spełnienia specjalnych wymagań i zastosowania w środowiskach zagrożonych wybuchem, zgodnie z wymaganiami ATEX.
Jak można przeczytać na stronie internetowej firmy, Scaglia Indeva pierwsza na świecie zastosowała elektronikę w manipulatorach przemysłowych. Zalety inteligentnych manipulatorów Liftronic w porównaniu z tradycyjnymi manipulatorami pneumatycznymi to automatyczne wykrywanie wagi i automatyczne równoważenie, responsywność i precyzja. Możliwe jest zdalne rozwiązywanie problemów za pośrednictwem aplikacji App-Indeva. Urządzenie ma wbudowany system autodiagnostyki i można je połączyć ze standardowymi uchwytami lub przygotowanymi na indywidualne zamówienie.
Z kolei firma FAMATEC już od 1988 r. projektuje i buduje rozwiązania do obsługi ładunków w przemyśle produkcyjnym. Dostarcza je do różnych sektorów przemysłu, a jednym z produkowanych przez tę firmę modeli manipulatorów jest Mastro – manipulator do różnych elementów ze sztywnymi połączonymi ramionami o ładowności od 2 kg do 1000 kg i zakresach pracy do 6 m. Operator może podłączyć produkt do standardowego haka manipulatora za pomocą określonych zawiesi, a następnie przeprowadzić cykl manipulacji.
Producenci manipulatorów przywiązują też wagę do obsługi serwisowej tych urządzeń. Inżynierowie firmy ASE Systems poza produktywnością i ergonomią zaprojektowali możliwość łatwej naprawy krytycznych komponentów manipulatora bez potrzeby posiadania specjalistycznej wiedzy technicznej. Każdy manipulator dostarczany jest wraz z programem serwisowym „Plug & Play”, który pozwala personelowi wymienić krytyczne komponenty pneumatyczne, co znacznie skraca przestoje.
Podsumowanie
Można powiedzieć, że manipulatory przemysłowe opracowano w celu płynnego i precyzyjnego podnoszenia, przenoszenia oraz manipulowania, czyli obracania i pozycjonowania ładunków na ograniczonej przestrzeni stanowiska pracy. Dzięki nim operator może manipulować obiektami o wadze od kilku do nawet ponad tysiąca kilogramów.
Obserwowanym obecnie trendem na rynku manipulatorów jest stosowanie czujników i systemów cyfrowych wspomagających działanie urządzenia. Dzięki temu przy użyciu manipulatora można wykonać pracę przewyższającą jakość typowej pracy ludzkiej. Nie ma też lepszego sposobu na ręczne przenoszenie produktów o wysokiej wartości, również w sytuacji, w której wymagane są szybkie powtarzalne ruchy przy zachowaniu reaktywności i elastyczności operatora, jakim jest człowiek.
Bohdan Szafrański jest od początku lat 90. związany z branżą informatyczną. Ukończył studia podyplomowe z zakresu informatyki i telekomunikacji na Politechnice Warszawskiej. Zajmował się zagadnieniami normalizacyjnymi w Polskim Komitecie Normalizacyjnym. Publicysta, dziennikarz. Obecnie publikuje m.in. w prasie specjalistycznej skierowanej do odbiorców z branży automatyki przemysłowej.
