उच्च गति वाले पिक-एंड-प्लेस अनुप्रयोगों के लिए व्यापक स्वचालन डिज़ाइन करना, मोशन इंजीनियरों के सामने आने वाले सबसे चुनौतीपूर्ण कार्यों में से एक है। जैसे-जैसे रोबोटिक प्रणालियाँ अधिक जटिल होती जा रही हैं और उत्पादन दर लगातार बढ़ रही है, सिस्टम डिज़ाइनरों को नवीनतम तकनीकों के साथ तालमेल बिठाना होगा, अन्यथा कम-से-कम इष्टतम डिज़ाइन तैयार करने का जोखिम उठाना पड़ेगा। आइए उपलब्ध कुछ नवीनतम तकनीकों और घटकों की समीक्षा करें, साथ ही उन पर भी बारीकी से नज़र डालें जहाँ उनका उपयोग होता है।

रोबोट भुजाएँ कॉम्पैक्ट डिज़ाइनों के अनुकूल हैं

औद्योगिक रोबोट भुजाएँ आमतौर पर अपने हल्केपन के लिए नहीं जानी जातीं। बल्कि, इनमें से अधिकांश की संरचना मज़बूत होती है जो भारी एंड-ऑफ-आर्म टूलिंग को सहारा देती है। मज़बूत डिज़ाइन के फायदों के बावजूद, ये रोबोट भुजाएँ नाज़ुक कार्यों के लिए बहुत भारी और भारी होती हैं। हल्के कार्यों के लिए फुर्तीली भुजाओं को अधिक उपयुक्त बनाने के लिए, कोलोन, जर्मनी में कार्यरत igus Inc. के इंजीनियरों ने एक बहु-अक्षीय जोड़ विकसित करने का बीड़ा उठाया ताकि छोटे भार को जिब के चारों ओर घुमाया जा सके। यह नया जोड़ नाज़ुक पिक-एंड-प्लेस अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है जहाँ ग्रिपर बल को आवश्यकतानुसार समायोजित किया जा सकता है।

लचीलापन और हल्का वज़न नए जोड़ के लिए प्रमुख डिज़ाइन मानदंड हैं, जिसमें प्लास्टिक और केबल नियंत्रण शामिल हैं। संक्षेप में, केबलों को आर्म के कंधे के जोड़ से FAULHABER कॉम्पैक्ट ब्रशलेस डीसी सर्वोमोटर्स द्वारा स्थानांतरित किया जाता है, जो आर्म में जड़ता को रोकता है, गतिशील गति को सुगम बनाता है, और डिज़ाइन के पदचिह्न को न्यूनतम करता है।

इंजीनियरों ने अपने डिज़ाइन का अधिकांश भाग मानव कोहनी के जोड़ पर आधारित किया है, इसलिए दो DOF - घूर्णन और कुंडा - को एक ही जोड़ में संयोजित किया गया है। मानव भुजा की तरह, रोबोट भुजा का सबसे कमज़ोर हिस्सा हड्डियाँ (रोबोट भुजा की बॉडी ट्यूब) या मांसपेशियाँ (ड्राइव मोटर) नहीं, बल्कि टेंडन हैं, जो शक्ति का संचरण करते हैं। यहाँ, उच्च-तनाव नियंत्रण केबल एक अति-मजबूत UHMW-PE पॉलीइथाइलीन सामग्री से बने हैं, जिसकी तन्य शक्ति 3,000 से 4,000 N/mm2 है। पिक-एंड-प्लेस अनुप्रयोगों जैसे पारंपरिक रोबोट भुजा कार्यों के अलावा, यह 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 प्लैनेटरी गियरहेड्स को आर्म ऑपरेशन के लिए आवश्यक मानों तक बढ़ा देता है। इसके अलावा, इन ब्रशलेस ड्राइव्स में रोटर बेयरिंग के अलावा कोई घिसने वाला घटक नहीं होता है, जिससे इनकी सेवा जीवन हज़ारों घंटों का होता है।

रैखिक गति प्रणाली प्रयोगशाला स्वचालन को गति देती है

पारंपरिक पैकेजिंग और असेंबली कार्यों के अलावा, पिक-एंड-प्लेस तकनीक उच्च गति वाले प्रयोगशाला स्वचालन में भी तेज़ी से फैल रही है। कल्पना कीजिए कि आप हर दिन लाखों बैक्टीरिया के नमूनों में हेरफेर करते हैं और आपको अंदाज़ा हो जाएगा कि आज की बायोटेक प्रयोगशालाओं से क्या अपेक्षा की जाती है। एक सेटअप में, एक उन्नत रैखिक गति प्रणाली RoToR नामक एक बायोटेक प्रयोगशाला रोबोट को प्रति घंटे 200,000 से ज़्यादा नमूनों की रिकॉर्ड-तोड़ गति से कोशिकाओं की एरे को पिन करने में सक्षम बना रही है। RoToR, सिंगर इंस्ट्रूमेंट्स, समरसेट, यूके का 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 में काम करता है, जहाँ वैज्ञानिक बैक्टीरिया और यीस्ट लाइब्रेरी की प्रतिकृति बनाने, संभोग करने, पुनर्व्यवस्थित करने और बैकअप लेने के लिए कम समय के लिए समय आरक्षित रखते हैं।

एक रीयल-टाइम नियंत्रक तीन गति अक्षों को नियंत्रित करता है जो रोबोट के बिंदु-से-बिंदु पिनिंग चालों का समन्वय करते हैं, साथ ही एक नमूना-संचालन अक्ष भी, और रोबोट के GUI के साथ इंटरफ़ेस भी करता है। इसके अलावा, नियंत्रक सभी I/O चैनलों का भी प्रबंधन करता है।

नियंत्रक के अलावा, बाल्डोर ने एक रैखिक सर्वोमोटर और ड्राइव तथा तीन एकीकृत स्टेपर मोटर और ड्राइव मॉड्यूल भी प्रदान किए। रोबोट मशीन की चौड़ाई के साथ चलने वाली एक रैखिक सर्वोमोटर अक्ष के साथ स्रोत से गंतव्य प्लेटों तक बिंदु-से-बिंदु स्थानांतरण करता है। यह अक्ष एक द्वि-अक्षीय स्टेपर मोटर हेड को सहारा देता है जो पिनिंग क्रिया को नियंत्रित करता है। वास्तव में, संयुक्त XYZ गति एक जटिल कुंडलाकार गति का उपयोग करके नमूनों को हिला भी सकती है। अलग स्टेपर मोटर अक्ष पिनहेड्स की लोडिंग प्रणाली को नियंत्रित करता है। वायवीय ग्रिपर और रोटेटर मशीन की अन्य गतिविधियों को नियंत्रित करते हैं, जैसे कि संचालन की शुरुआत और अंत में पिनहेड्स को उठाना और हटाना।

सिंगर मूल रूप से मुख्य अनुप्रस्थ अक्ष के लिए एक वायवीय ड्राइव का उपयोग करना चाहता था, लेकिन यह डिज़ाइन वांछित स्थिति निर्धारण रिज़ॉल्यूशन या गति प्रदान नहीं कर सका, और प्रयोगशाला वातावरण के लिए बहुत शोरगुल वाला था। तभी 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 ही सहारा दिया जा सके - इसलिए मोटर का बल एक X-अक्ष गैन्ट्री के रूप में कार्य करता है जो Y और Z अक्षों को वहन करता है। अंत में, रैखिक मोटर का चुंबक डिज़ाइन सुचारू गति के लिए कॉगिंग को न्यूनतम रखता है।