El diseño de una automatización integral para aplicaciones de recogida y colocación 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 correr el riesgo de especificar un diseño que no sea óptimo. Repasemos algunas de las últimas tecnologías y componentes disponibles, y echemos un vistazo de cerca a dónde encuentran uso.

Los brazos robóticos se adaptan a diseños compactos

Los brazos de robots industriales no suelen ser conocidos por ser ligeros. Más bien, la mayoría tiene construcciones sustanciales 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 hacer que los brazos más ágiles sean más apropiados para tareas ligeras, los ingenieros de igus Inc., que trabajan en Colonia, Alemania, se propusieron desarrollar una articulación multieje que permitiera que cargas pequeñas giraran alrededor de un brazo. La nueva junta es muy adecuada 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 de diseño clave para la nueva junta, que consta de controles de plástico y cables. En resumen, los cables se mueven desde la articulación del hombro del brazo mediante servomotores compactos de CC sin escobillas FAULHABER, lo que evita la inercia en el brazo, facilita el movimiento dinámico y minimiza la huella de 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 robótico) ni los músculos (el motor de accionamiento), sino los tendones, que transfieren energía. Aquí, los cables de control de alta tensión están hechos de un material de polietileno UHMW-PE súper resistente que presenta una resistencia a la tracción de 3000 a 4000 N/mm2. Más allá de las funciones tradicionales del brazo robótico, como aplicaciones de recoger y colocar, la articulación también es adecuada para accesorios especiales de cámaras, sensores u otras herramientas donde se requiere una construcción liviana. Un sensor magnético de posición de ángulo está integrado en cada articulación para lograr una alta precisión.

Los servomotores conmutados electrónicamente presentan una masa móvil reducida adecuada para uso dinámico: la tensión de funcionamiento de 24 V CC está diseñada para alimentación por batería, crucial para el uso en aplicaciones móviles, mientras que el par del motor de 97 mNm aumenta los reductores planetarios de diámetro compatible a los valores necesarios para operación del brazo. Además, estos accionamientos sin escobillas no tienen componentes de desgaste aparte del cojinete 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 embalaje y ensamblaje, el pick-and-place también está proliferando en la automatización de laboratorios de alta velocidad. Imagine manipular millones de muestras de bacterias todos los días y tendrá una idea de lo que se espera que manejen los laboratorios de biotecnología actuales. En una configuración, un sistema avanzado de movimiento lineal permite a un robot de laboratorio de biotecnología llamado RoToR fijar conjuntos de células a velocidades récord de más de 200.000 muestras por hora. RoToR proviene de Singer Instruments, Somerset, Reino Unido, y se utiliza como sistema de automatización de mesa para la investigación genética, genómica y del cáncer. Uno de estos robots a menudo presta servicio a varios laboratorios diferentes, y los científicos reservan breves espacios de tiempo para replicar, aparear, reorganizar y realizar copias de seguridad de bibliotecas de bacterias y levaduras.

Un controlador en tiempo real maneja 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 GUI del robot. Además, el controlador también gestiona todos los canales de E/S.

Además del controlador, Baldor también suministró un servomotor lineal y un variador y tres motores paso a paso integrados y módulos de 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 todo 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 XYZ combinado puede incluso agitar muestras mediante un movimiento helicoidal complejo. El eje del motor paso a paso independiente controla el mecanismo de carga de las cabezas de alfiler. Las pinzas y rotadores neumáticos controlan otros movimientos de la máquina, como la recogida y eliminación de cabezas de alfiler al principio y al final de las operaciones.

Originalmente, Singer tenía la intención de utilizar un accionamiento neumático para el eje transversal principal, pero este diseño no podía proporcionar la resolución o velocidad de posicionamiento deseadas y era 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 personalizado con modificaciones mecánicas en la pista lineal, lo que permite que se apoye solo en sus extremos, en lugar de a lo largo de su longitud, de modo que el motor actúa como un pórtico del eje X que transporta los ejes Y y Z. Finalmente, el diseño magnético del motor lineal minimiza el engranaje para permitir un movimiento suave.