Diseñar una automatización integral para aplicaciones de pick-and-place de alta velocidad es una de las tareas más desafiantes que enfrentan los ingenieros de movimiento. A medida que los sistemas robóticos se vuelven más complejos y las tasas de producción aumentan cada vez más, los diseñadores de sistemas deben mantenerse al día con las últimas tecnologías o arriesgarse a especificar un diseño deficiente. Repasemos algunas de las últimas tecnologías y componentes disponibles, y analicemos en detalle dónde se utilizan.

Trajes de brazos robóticos con diseños compactos

Los brazos robóticos industriales no suelen ser conocidos por su ligereza. La mayoría, por el contrario, presentan estructuras robustas que deben soportar herramientas pesadas en el extremo del brazo. A pesar de las ventajas de un diseño robusto, estos brazos robóticos son demasiado pesados ​​y voluminosos para aplicaciones delicadas. Para que estos brazos más ágiles fueran más adecuados para tareas ligeras, los ingenieros de igus Inc., con sede en Colonia (Alemania), se propusieron desarrollar una articulación multieje que permitiera el giro de cargas pequeñas alrededor de un brazo. Esta nueva articulación es ideal para aplicaciones delicadas de recogida y colocación, donde la fuerza de agarre se puede ajustar según sea necesario.

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

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

Los servomotores conmutados electrónicamente presentan una masa móvil reducida, ideal para uso dinámico: la tensión de funcionamiento de 24 V CC está diseñada para funcionar con batería, crucial para su uso en aplicaciones móviles, mientras que el par motor de 97 mNm aumenta los reductores planetarios de diámetro adecuado a los valores necesarios para el funcionamiento del brazo. Además, estos accionamientos sin escobillas no tienen componentes de desgaste aparte del 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 selección y colocación también está proliferando en la automatización de laboratorios de alta velocidad. Imagine manipular millones de muestras de bacterias a diario y tendrá una idea de lo que se espera que gestionen los laboratorios de biotecnología actuales. En una configuración, un sistema avanzado de movimiento lineal permite que un robot de laboratorio de biotecnología llamado RoToR fije 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, y los científicos reservan breves periodos de tiempo para replicar, aparear, reacomodar y realizar copias de seguridad de 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 manejo de muestras, y también interactúa con la interfaz gráfica de usuario (GUI) del robot. Además, el controlador gestiona todos los canales de E/S.

Además del controlador, Baldor suministró un servomotor lineal y un variador, así como tres módulos integrados de motor paso a paso y variador. 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 sujeción. De hecho, el movimiento combinado XYZ puede incluso remover muestras mediante un complejo movimiento helicoidal. El eje independiente del motor paso a paso controla el mecanismo de carga de los cabezales de los cabezales. Las pinzas y rotadores neumáticos controlan otros movimientos de la máquina, como la recogida y la eliminación de los cabezales de los cabezales al inicio y al final de las operaciones.

Singer inicialmente pretendía usar un accionamiento neumático para el eje transversal principal, pero este diseño no proporcionaba la resolución ni la velocidad de posicionamiento deseadas, y era demasiado ruidoso para un entorno de laboratorio. Fue entonces cuando los ingenieros comenzaron a considerar los motores lineales. Baldor creó un servomotor lineal sin escobillas personalizado con modificaciones mecánicas en la pista lineal, lo que le permite apoyarse solo en sus extremos, en lugar de a lo largo de toda su longitud. De esta manera, el forzador del motor actúa como un pórtico del eje X que soporta los ejes Y y Z. Finalmente, el diseño magnético del motor lineal minimiza el dentado para permitir un movimiento suave.