हाई-स्पीड पिक-एंड-प्लेस अनुप्रयोगों के लिए व्यापक स्वचालन डिजाइन करना मोशन इंजीनियरों के सामने आने वाले सबसे चुनौतीपूर्ण कार्यों में से एक है। जैसे-जैसे रोबोटिक सिस्टम अधिक जटिल होते जा रहे हैं और उत्पादन दरें लगातार बढ़ रही हैं, सिस्टम डिजाइनरों को नवीनतम तकनीकों के साथ बने रहना चाहिए या कम से कम इष्टतम डिज़ाइन निर्दिष्ट करने का जोखिम उठाना चाहिए। आइए उपलब्ध कुछ नवीनतम तकनीकों और घटकों की समीक्षा करें, साथ ही उन पर बारीकी से नज़र डालें जहाँ उनका उपयोग होता है।

रोबोट भुजाएँ कॉम्पैक्ट डिज़ाइन के अनुकूल हैं

औद्योगिक रोबोट भुजाएँ आमतौर पर अपने पैरों पर हल्के होने के लिए नहीं जानी जाती हैं। बल्कि, अधिकांश में पर्याप्त संरचना होती है जो भारी एंड-ऑफ-आर्म टूलिंग का समर्थन करती है। एक मजबूत डिजाइन के लाभों के बावजूद, ये रोबोटिक भुजाएँ नाजुक अनुप्रयोगों के लिए बहुत भारी और भारी हैं। हल्के कार्यों के लिए फुर्तीले भुजाओं को अधिक उपयुक्त बनाने के लिए, कोलोन, जर्मनी में काम कर रहे igus Inc. के इंजीनियरों ने एक बहु-अक्षीय जोड़ विकसित करने का लक्ष्य रखा, जिससे छोटे भार को जिब के चारों ओर घुमाया जा सके। नया जोड़ नाजुक पिक-एंड-प्लेस अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है, जहाँ ग्रिपर बल को आवश्यकतानुसार समायोजित किया जा सकता है।

लचीलापन और हल्का वजन नए जोड़ के लिए मुख्य डिजाइन पैरामीटर हैं, जिसमें प्लास्टिक और केबल नियंत्रण शामिल हैं। संक्षेप में, केबल को FAULHABER कॉम्पैक्ट ब्रशलेस डीसी सर्वोमोटर्स द्वारा आर्म के कंधे के जोड़ से स्थानांतरित किया जाता है, जो आर्म में जड़ता को रोकता है, गतिशील गति की सुविधा देता है, और डिज़ाइन फ़ुटप्रिंट को कम करता है।

इंजीनियरों ने अपने डिजाइन का अधिकांश हिस्सा मानव कोहनी के जोड़ पर आधारित किया है, इसलिए दो DOF - रोटेशन और स्विवेल - को एक ही जोड़ में जोड़ा जाता है। मानव भुजा की तरह, रोबोट भुजा का सबसे कमज़ोर हिस्सा हड्डियाँ (रोबोट भुजा की बॉडी ट्यूब) या मांसपेशियाँ (ड्राइव मोटर) नहीं हैं, बल्कि टेंडन हैं, जो शक्ति का हस्तांतरण करते हैं। यहाँ, उच्च-तनाव नियंत्रण केबल एक सुपर-मजबूत UHMW-PE पॉलीइथाइलीन सामग्री से बने हैं, जिसमें 3,000 से 4,000 N/mm2 की तन्य शक्ति है। पिक-एंड-प्लेस अनुप्रयोगों जैसे पारंपरिक रोबोट भुजा कार्यों से परे, जोड़ विशेष कैमरा फिटिंग, सेंसर या अन्य उपकरणों के लिए भी उपयुक्त है जहाँ हल्के निर्माण की आवश्यकता होती है। उच्च परिशुद्धता के लिए प्रत्येक जोड़ में एक चुंबकीय कोण स्थिति सेंसर बनाया गया है।

इलेक्ट्रॉनिक रूप से कम्यूटेड सर्वोमोटर्स में गतिशील उपयोग के लिए उपयुक्त कम गतिमान द्रव्यमान होता है: 24 Vdc ऑपरेटिंग वोल्टेज बैटरी पावर के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो मोबाइल अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए महत्वपूर्ण है, जबकि 97 mNm मोटर टॉर्क व्यास-अनुरूप ग्रहीय गियरहेड को आर्म ऑपरेशन के लिए आवश्यक मानों तक बढ़ाता है। इसके अलावा, इन ब्रशलेस ड्राइव में रोटर बेयरिंग के अलावा कोई पहनने वाला घटक नहीं होता है, जिससे दसियों हज़ार घंटों की सेवा जीवन सुनिश्चित होता है।

रैखिक गति प्रणाली प्रयोगशाला स्वचालन को गति देती है

पारंपरिक पैकेजिंग और असेंबली संचालन से परे, पिक-एंड-प्लेस भी हाई-स्पीड लैब ऑटोमेशन में तेजी से आगे बढ़ रहा है। हर दिन लाखों बैक्टीरिया के नमूनों में हेरफेर करने की कल्पना करें और आपको अंदाजा हो जाएगा कि आज की बायोटेक लैब से क्या-क्या अपेक्षित है। एक सेटअप में, एक उन्नत रैखिक गति प्रणाली RoToR नामक बायोटेक प्रयोगशाला रोबोट को प्रति घंटे 200,000 से अधिक नमूनों की रिकॉर्ड-ब्रेकिंग गति से कोशिकाओं की सरणी पिन करने में सक्षम बना रही है। RoToR सिंगर इंस्ट्रूमेंट्स, समरसेट, यूके से आता है, और इसका उपयोग आनुवंशिक, जीनोम और कैंसर अनुसंधान के लिए एक बेंचटॉप ऑटोमेशन सिस्टम के रूप में किया जाता है। इनमें से एक रोबोट अक्सर कई अलग-अलग प्रयोगशालाओं की सेवा करता है, जिसमें वैज्ञानिक बैक्टीरिया और यीस्ट लाइब्रेरी की प्रतिकृति, संभोग, पुनर्संयोजन और बैकअप के लिए कम समय स्लॉट आरक्षित करते हैं।

एक वास्तविक समय नियंत्रक तीन गति अक्षों को संभालता है जो रोबोट के बिंदु-से-बिंदु पिनिंग चालों के साथ-साथ एक नमूना-हैंडलिंग अक्ष को समन्वयित करते हैं, और रोबोट के GUI के साथ इंटरफेस भी करते हैं। इसके अलावा, नियंत्रक सभी I/O चैनलों का प्रबंधन भी करता है।

नियंत्रक के अलावा, बाल्डोर ने एक रैखिक सर्वोमोटर और ड्राइव तथा तीन एकीकृत स्टेपर मोटर और ड्राइव मॉड्यूल भी प्रदान किए। रोबोट एक रैखिक सर्वोमोटर अक्ष के साथ स्रोत से गंतव्य प्लेटों तक बिंदु-से-बिंदु स्थानान्तरण करता है जो मशीन की चौड़ाई के साथ चलता है। यह अक्ष एक दो-अक्षीय स्टेपर मोटर हेड का समर्थन करता है जो पिनिंग क्रिया को नियंत्रित करता है। वास्तव में, संयुक्त XYZ गति एक जटिल हेलिकल गति का उपयोग करके नमूनों को हिला भी सकती है। अलग स्टेपर मोटर अक्ष पिनहेड्स के लोडिंग तंत्र को नियंत्रित करता है। वायवीय ग्रिपर और रोटेटर अन्य मशीन आंदोलनों को नियंत्रित करते हैं, जैसे कि संचालन की शुरुआत और अंत में पिनहेड्स का पिकअप और निपटान।

सिंगर मूल रूप से मुख्य अनुप्रस्थ अक्ष के लिए वायवीय ड्राइव का उपयोग करना चाहता था, लेकिन यह डिज़ाइन वांछित स्थिति निर्धारण संकल्प या गति प्रदान नहीं कर सका, और प्रयोगशाला वातावरण के लिए बहुत शोर था। यही वह समय था जब इंजीनियरों ने रैखिक मोटरों पर विचार करना शुरू किया। बाल्डोर ने रैखिक ट्रैक में यांत्रिक संशोधनों के साथ एक कस्टम ब्रशलेस रैखिक सर्वोमोटर बनाया, जिससे इसे इसकी लंबाई के बजाय केवल इसके सिरों पर समर्थित किया जा सके - इसलिए मोटर का बल एक एक्स-अक्ष गैंट्री के रूप में कार्य करता है जो वाई और जेड अक्षों को ले जाता है। अंत में, रैखिक मोटर का चुंबक डिजाइन सुचारू गति की अनुमति देने के लिए कॉगिंग को कम करता है।