Concevoir une automatisation complète pour les applications de pick-and-place à grande vitesse est l'une des tâches les plus difficiles pour les ingénieurs en mouvement. Face à la complexité croissante des systèmes robotisés et à l'augmentation constante des cadences de production, les concepteurs de systèmes doivent se tenir au courant des dernières technologies, sous peine de ne pas proposer une conception optimale. Passons en revue quelques-unes des technologies et composants les plus récents, et examinons de plus près leurs applications.

Les bras robotisés conviennent aux conceptions compactes

Les bras robotisés industriels ne sont généralement pas réputés pour leur légèreté. La plupart d'entre eux sont plutôt de construction robuste, devant supporter un outillage lourd en bout de bras. Malgré les avantages d'une conception robuste, ces bras robotisés sont trop lourds et encombrants pour les applications délicates. Pour adapter ces bras plus agiles aux tâches légères, les ingénieurs d'igus Inc., basés à Cologne, en Allemagne, ont entrepris de développer une articulation multi-axes permettant de faire pivoter de petites charges autour d'une flèche. Cette nouvelle articulation est particulièrement adaptée aux applications de pick-and-place délicates, où la force de préhension peut être ajustée selon les besoins.

Flexibilité et légèreté sont les paramètres clés de la conception de cette nouvelle articulation, composée de commandes en plastique et par câbles. En résumé, les câbles sont déplacés depuis l'articulation de l'épaule par des servomoteurs CC compacts sans balais FAULHABER, ce qui évite l'inertie du bras, facilite les mouvements dynamiques et minimise l'encombrement.

Les ingénieurs se sont largement inspirés de l'articulation du coude humain pour concevoir ce modèle. Ainsi, deux degrés de liberté (rotation et pivotement) sont combinés en une seule articulation. À l'instar d'un bras humain, la partie la plus fragile du bras robotisé n'est ni les os (le tube du corps du bras robotisé) ni les muscles (le moteur d'entraînement), mais les tendons, qui transmettent la puissance. Les câbles de commande haute tension sont fabriqués en polyéthylène UHMW-PE ultra-résistant, offrant une résistance à la traction de 3 000 à 4 000 N/mm². Outre les fonctions traditionnelles des bras robotisés, telles que les applications de manipulation, l'articulation est également parfaitement adaptée aux fixations de caméras, capteurs ou autres outils nécessitant une construction légère. Un capteur de position angulaire magnétique est intégré à chaque articulation pour une précision optimale.

Les servomoteurs à commutation électronique présentent une faible masse en mouvement, idéale pour une utilisation dynamique : la tension de fonctionnement de 24 VCC est conçue pour une alimentation par batterie, essentielle pour les applications mobiles, tandis que le couple moteur de 97 mNm porte les réducteurs planétaires à diamètre adapté aux valeurs requises pour le fonctionnement 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 se développe également dans l'automatisation des laboratoires à grande vitesse. 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'assembler des matrices de cellules à des vitesses record de plus de 200 000 échantillons par heure. RoToR, fabriqué par Singer Instruments, dans le Somerset, au Royaume-Uni, est utilisé comme système d'automatisation de paillasse pour la recherche en génétique, en génomique et sur le cancer. Un de ces robots dessert souvent plusieurs laboratoires différents, les scientifiques réservant de courts créneaux horaires à la réplication, à l'accouplement, au réarrangement et à la sauvegarde des bibliothèques de bactéries et de levures.

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

Outre le contrôleur, Baldor a également fourni un servomoteur linéaire et son variateur, ainsi que trois modules intégrés de moteurs pas à pas et de variateurs. Le robot effectue des transferts point à point des plaques source aux plaques cible le long d'un axe de servomoteur linéaire qui s'étend sur toute la largeur de la machine. Cet axe supporte une tête de moteur pas à pas à deux axes qui contrôle l'action de fixation. De fait, le mouvement XYZ combiné permet même d'agiter les échantillons grâce à un mouvement hélicoïdal complexe. L'axe séparé du moteur pas à pas contrôle le mécanisme de chargement des têtes d'épingle. Des pinces et des rotateurs pneumatiques contrôlent les autres mouvements de la machine, tels que la prise et l'élimination des têtes d'épingle en début et en fin d'opération.

Singer avait initialement prévu d'utiliser un entraînement pneumatique pour l'axe transversal principal, mais cette conception ne permettait pas d'obtenir la résolution de positionnement ni la vitesse souhaitées, et était trop bruyante pour un environnement de laboratoire. C'est alors que les ingénieurs ont envisagé l'utilisation de moteurs linéaires. Baldor a créé un servomoteur linéaire sans balais sur mesure, dont le rail linéaire a été modifié mécaniquement, permettant ainsi de le soutenir uniquement à ses extrémités, plutôt que sur toute sa longueur. Le moteur agit ainsi comme un portique sur l'axe X, supportant les axes Y et Z. Enfin, la conception magnétique du moteur linéaire minimise l'encoche pour un mouvement fluide.