La conception d'une automatisation complète pour les applications de sélection et de placement à grande vitesse fait partie des tâches les plus difficiles auxquelles sont confrontés les ingénieurs de mouvement. À mesure que les systèmes robotiques deviennent de plus en plus complexes et que les cadences de production augmentent de plus en plus, les concepteurs de systèmes doivent se tenir au courant des dernières technologies ou risquer de spécifier une conception moins qu'optimale. Passons en revue certaines des dernières technologies et composants disponibles, et examinons de près où ils sont utilisés.

Les bras de robot conviennent aux conceptions compactes

Les bras de robots industriels ne sont généralement pas connus pour être légers. Au contraire, la plupart ont des constructions substantielles qui doivent supporter un outillage lourd en bout de bras. Malgré les avantages d’une conception robuste, ces bras robotisés sont trop lourds et encombrants pour des applications délicates. Pour rendre les bras plus agiles plus adaptés aux tâches légères, les ingénieurs d'igus Inc., travaillant à Cologne, en Allemagne, ont entrepris de développer une articulation multi-axes permettant à de petites charges de pivoter autour d'une flèche. Le nouveau joint est bien adapté aux applications délicates de prélèvement et de placement où la force de préhension peut être ajustée selon les besoins.

La flexibilité et la légèreté sont des paramètres de conception clés pour le nouveau joint, composé de commandes en plastique et par câble. En bref, les câbles sont déplacés depuis l'articulation de l'épaule du bras par des servomoteurs CC sans balais compacts FAULHABER, ce qui empêche l'inertie du bras, facilite le mouvement dynamique et minimise l'encombrement de conception.

Les ingénieurs ont basé une grande partie de leur conception sur l'articulation du coude humain, de sorte que deux degrés de liberté (rotation et pivotement) sont combinés en une seule articulation. Semblable à un bras humain, la partie la plus faible du bras du robot n'est pas les os (le tube corporel du bras du robot) ou les muscles (le moteur d'entraînement), mais les tendons, qui transfèrent la puissance. Ici, les câbles de commande haute tension sont fabriqués à partir d'un matériau polyéthylène UHMW-PE ultra résistant offrant une résistance à la traction de 3 000 à 4 000 N/mm2. Au-delà des fonctions traditionnelles du bras de robot telles que les applications de prélèvement et de placement, le joint est également bien adapté aux raccords de caméra spéciaux, aux capteurs ou à d'autres outils nécessitant une construction légère. Un capteur de position d'angle magnétique est intégré à chaque joint pour une haute précision.

Les servomoteurs à commutation électronique présentent une faible masse mobile adaptée à une utilisation dynamique : la tension de fonctionnement de 24 V CC est conçue pour l'alimentation par batterie, cruciale pour une utilisation dans les applications mobiles, tandis que le couple moteur de 97 mNm augmente les réducteurs planétaires au diamètre conforme aux valeurs requises pour opération du bras. De plus, ces entraînements sans balais ne comportent aucun composant d'usure hormis le roulement du rotor, ce qui garantit une durée de vie de plusieurs dizaines de milliers d'heures.

Le système de mouvement linéaire accélère l’automatisation du laboratoire

Au-delà des opérations traditionnelles d’emballage et d’assemblage, le pick-and-place prolifère également dans l’automatisation à grande vitesse des laboratoires. Imaginez manipuler des millions d'échantillons de bactéries chaque jour et vous aurez une idée de ce que les laboratoires de biotechnologie d'aujourd'hui sont censés gérer. Dans une configuration, un système de mouvement linéaire avancé permet à un robot de laboratoire biotechnologique appelé RoToR d'épingler des réseaux de cellules à des vitesses record de plus de 200 000 échantillons par heure. RoToR est originaire de Singer Instruments, Somerset, Royaume-Uni, et est utilisé comme système d'automatisation de table pour la recherche sur la génétique, le génome et le cancer. L'un de ces robots dessert souvent plusieurs laboratoires différents, les scientifiques se réservant de courts créneaux horaires pour la réplication, l'accouplement, la réorganisation et la sauvegarde des bibliothèques de bactéries et de levures.

Un contrôleur en temps réel gère les trois axes de mouvement qui coordonnent les mouvements de blocage point à point du robot, ainsi qu'un axe de manipulation des échantillons, et s'interface également avec l'interface graphique du robot. De plus, le contrôleur gère également tous les canaux d'E/S.

Outre le contrôleur, Baldor a également fourni un servomoteur et un entraînement linéaires ainsi que trois modules de moteur pas à pas et d'entraînement intégrés. Le robot effectue des transferts point à point des plaques source aux plaques de destination le long d'un axe de servomoteur linéaire qui s'étend sur la largeur de la machine. Cet axe prend en charge une tête de moteur pas à pas à deux axes qui contrôle l'action de brochage. En fait, le mouvement XYZ combiné peut même remuer les échantillons à l’aide d’un mouvement hélicoïdal complexe. L'axe du moteur pas à pas séparé contrôle le mécanisme de chargement des têtes d'épingle. Les pinces et rotateurs pneumatiques contrôlent d'autres mouvements de la machine, tels que le ramassage et l'élimination des têtes d'épingles au début et à la fin des opérations.

Singer avait initialement prévu d'utiliser un entraînement pneumatique pour l'axe transversal principal, mais cette conception ne pouvait pas fournir la résolution ou la vitesse de positionnement souhaitée et était trop bruyante pour un environnement de laboratoire. C'est à ce moment-là que les ingénieurs ont commencé à envisager des moteurs linéaires. Baldor a créé un servomoteur linéaire sans balais personnalisé avec des modifications mécaniques de la piste linéaire, lui permettant d'être supporté uniquement à ses extrémités, plutôt que sur sa longueur. Le forceur du moteur agit donc comme un portique sur l'axe X qui supporte les axes Y et Z. Enfin, la conception magnétique du moteur linéaire minimise les engrenages pour permettre un mouvement fluide.