Grijper van Robomotion 60% lichter

In de verpakkingsindustrie zijn vacuümgrijpers bijzonder populair. Ze kunnen snel op een robotarm worden geplaatst en kunnen producten met een glad oppervlak veilig verplaatsen. Om de robots zoveel mogelijk gewicht te laten oppakken, moet de grijper zo licht mogelijk zijn. Het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) heeft topologie-optimalisatie toegepast op een grijper van Robomotion en daarmee 60% gewicht bespaard.

De meeste robots hebben maar een gering draagvermogen. Als de grijper een hoog eigen gewicht heeft, kan de robot minder of minder zware producten oppakken. Een lichter onderdeel kan bovendien gemakkelijker worden versneld, wat een positief effect heeft op het energieverbruik.

Behalve het gewicht wilden de onderzoekers in het project met Robomotion ook de inspanningen voor de configuratie verminderen. Bij de oorspronkelijke grijper moesten veel schroeven worden losgedraaid om deze te wisselen. De onderzoekers wilden daarom een nieuwe adapter integreren die met slechts één handeling kan worden los- en vastgemaakt.

Positief neveneffect

Voor de topologie-optimalisatie hebben de wetenschappers met behulp van de finite elementen methoden (FEM) de belastingen op het onderdeel geanalyseerd. Ze kwamen er al snel achter welke delen maar in geringe mate worden bealst en smaller kunnen worden uitgevoerd.

Noodzakelijke delen zoals de lucht- en vacuümkanalen en de aansluitplaat voor de bevestiging aan de robot hebben ze als ‘non design areas' gemarkeerd en uitgesloten van het optimaliseringsproces. Op deze manier hebben ze geconstateerd dat bij het aansluitpunt van de grijper - de flens - en de stromingskanalen uitsparingen kunnen worden gemaakt.

Nadat een voorstel voor een geoptimaliseerd ontwerp was uitgewerkt, voerden de wetenschappers een tweede FEM-analyse uit. Daarbij is gebleken, dat de spanningen en vervormingen ondanks de materiaalbesparingen constant blijven.

Het nieuwe grijpermodel werd gerealiseerd met behulp van 3D printen. Net als bij het origineel werd het lichte maar vormstabiele polyamide 12 (PA12) gebruikt. Met het nieuwe materiaal worden ook nog materiaalkosten bespaard.

Nieuwe flens voor snellere configuratie

De nieuwe grijper heeft met circa 150% een liefst 60% lagere massa dan het voorgaande model. Met de besparing was het wetenschappelijk mogelijk een iets zwaardere snelwisseladapter te integreren. Thans hoeven gebruikers alleen nog maar een klem te openen om de grijper aan de robotarm te configureren.

Robomotion kan de resultaten van de topologie-optimalisatie ook voor andere grijpers gebruiken. In het project werd een achtvoudige grijper geoptimaliseerd. De maatregelen kunnen echter ook bij een viervoudige grijper van de onderneming worden toegepast.

Het project met de grijperfabrikant toont aan dat met topologie-optimalisering zelfs bij lichte onderdelen nog winst valt te behalen.

bron: Het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung