Diseñar una automatización integral para aplicaciones de recogida y colocación de alta velocidad es una de las tareas más complejas a las que se enfrentan los ingenieros de movimiento. A medida que los sistemas robóticos se vuelven más complejos y los índices de producción aumentan, los diseñadores de sistemas deben mantenerse al día con las últimas tecnologías o corren el riesgo de especificar un diseño subóptimo. Analicemos algunas de las tecnologías y componentes más recientes disponibles, y veamos en detalle dónde se utilizan.

Los brazos robóticos se adaptan a diseños compactos

Los brazos robóticos industriales no suelen caracterizarse por su agilidad. De hecho, la mayoría presenta estructuras robustas que deben soportar pesadas herramientas en sus extremos. A pesar de las ventajas de un diseño resistente, estos brazos robóticos resultan demasiado pesados ​​y voluminosos para aplicaciones delicadas. Para lograr brazos más ágiles y adecuados para tareas ligeras, ingenieros de igus Inc., con sede en Colonia, Alemania, se propusieron desarrollar una articulación multieje que permitiera girar pequeñas cargas alrededor de una pluma. Esta nueva articulación es idónea para aplicaciones de recogida y colocación delicadas, donde la fuerza de agarre puede ajustarse según sea necesario.

La flexibilidad y la ligereza son parámetros de diseño clave para la nueva articulación, que consta de plástico y controles por cable. En resumen, los cables se mueven desde la articulación del hombro del brazo mediante servomotores CC sin escobillas compactos de FAULHABER, lo que evita la inercia en el brazo, facilita el movimiento dinámico y minimiza el tamaño del diseño.

Los ingenieros basaron gran parte del diseño en la articulación del codo humano, combinando dos grados de libertad (rotación y giro) en una sola articulación. Al igual que en un brazo humano, la parte más débil del brazo robótico no son los huesos (el tubo que lo contiene) ni los músculos (el motor de accionamiento), sino los tendones, que transmiten la potencia. En este caso, los cables de control de alta tensión están fabricados con un polietileno UHMW-PE de alta resistencia, con una resistencia a la tracción de entre 3000 y 4000 N/mm². Además de las funciones tradicionales de un brazo robótico, como las aplicaciones de recogida y colocación, la articulación también resulta idónea para acoplar cámaras, sensores u otras herramientas especiales que requieran una construcción ligera. Cada articulación incorpora un sensor magnético de posición angular para una alta precisión.

Los servomotores de conmutación electrónica presentan una masa móvil reducida, ideal para uso dinámico: su tensión de funcionamiento de 24 V CC está diseñada para alimentación por batería, fundamental para aplicaciones móviles, mientras que su par motor de 97 mNm incrementa el par de los reductores planetarios, de diámetro ajustable, hasta los valores necesarios para el funcionamiento del brazo. Además, estos accionamientos sin escobillas no tienen componentes de desgaste, salvo el rodamiento del rotor, lo que garantiza una vida útil de decenas de miles de horas.

El sistema de movimiento lineal acelera la automatización del laboratorio

Más allá de las operaciones tradicionales de empaquetado y ensamblaje, la tecnología de selección y colocación se está extendiendo rápidamente en la automatización de laboratorios de alta velocidad. Imagínese manipular millones de muestras de bacterias a diario y tendrá una idea de lo que se espera que manejen los laboratorios de biotecnología actuales. En una configuración, un avanzado sistema de movimiento lineal permite que un robot de laboratorio de biotecnología llamado RoToR coloque matrices de células a velocidades récord de más de 200 000 muestras por hora. RoToR, de Singer Instruments (Somerset, Reino Unido), se utiliza como sistema de automatización de sobremesa para la investigación genética, genómica y oncológica. Uno de estos robots suele prestar servicio a varios laboratorios, donde los científicos reservan breves intervalos de tiempo para replicar, aparear, reordenar y respaldar bibliotecas de bacterias y levaduras.

Un controlador en tiempo real gestiona los tres ejes de movimiento que coordinan los movimientos de fijación punto a punto del robot, así como un eje de procesamiento de muestras, y también se comunica con la interfaz gráfica de usuario (GUI) del robot. Además, el controlador gestiona todos los canales de entrada/salida.

Además del controlador, Baldor también suministró un servomotor lineal con su respectivo accionamiento y tres módulos integrados de motor paso a paso con sus respectivos accionamientos. El robot realiza transferencias punto a punto desde las placas de origen a las de destino a lo largo de un eje de servomotor lineal que recorre el ancho de la máquina. Este eje soporta un cabezal de motor paso a paso de dos ejes que controla la acción de fijación. De hecho, el movimiento combinado XYZ permite incluso agitar las muestras mediante un complejo movimiento helicoidal. El eje de motor paso a paso independiente controla el mecanismo de carga de las cabezas de los pines. Pinzas y rotadores neumáticos controlan otros movimientos de la máquina, como la recogida y eliminación de las cabezas de los pines al inicio y al final de las operaciones.

Inicialmente, Singer tenía previsto utilizar un accionamiento neumático para el eje transversal principal, pero este diseño no ofrecía la resolución ni la velocidad de posicionamiento deseadas, además de ser demasiado ruidoso para un entorno de laboratorio. Fue entonces cuando los ingenieros empezaron a considerar los motores lineales. Baldor creó un servomotor lineal sin escobillas a medida, con modificaciones mecánicas en la guía lineal, lo que permitió que se apoyara únicamente en sus extremos, en lugar de a lo largo de su longitud; de este modo, el actuador del motor actúa como un pórtico del eje X que soporta los ejes Y y Z. Por último, el diseño del imán del motor lineal minimiza la vibración para lograr un movimiento suave.