Progettare un'automazione completa per applicazioni pick-and-place ad alta velocità è uno dei compiti più impegnativi affrontati dagli ingegneri del movimento. Man mano che i sistemi robotici diventano sempre più complessi e i tassi di produzione aumentano sempre di più, i progettisti di sistemi devono tenere il passo con le tecnologie più recenti per non rischiare di specificare un progetto non ottimale. Esaminiamo alcune delle tecnologie e dei componenti più recenti disponibili, oltre a dare un'occhiata da vicino a dove trovano utilizzo.

I bracci robotici si adattano ai design compatti

I bracci dei robot industriali di solito non sono noti per essere leggeri. Piuttosto, la maggior parte ha costruzioni sostanziali che devono supportare pesanti attrezzature all'estremità del braccio. Nonostante i vantaggi di un design robusto, questi bracci robotici sono troppo pesanti e ingombranti per applicazioni delicate. Per rendere i bracci più agili più adatti ai compiti leggeri, gli ingegneri della igus Inc., che lavorano a Colonia, in Germania, hanno deciso di sviluppare un giunto multiasse per consentire a piccoli carichi di ruotare attorno a un braccio. Il nuovo giunto è particolarmente adatto per delicate applicazioni pick-and-place in cui la forza della pinza può essere regolata secondo necessità.

Flessibilità e leggerezza sono parametri di progettazione chiave per il nuovo giunto, che consiste di controlli in plastica e cavi. In breve, i cavi vengono spostati dall'articolazione della spalla del braccio tramite servomotori CC brushless compatti FAULHABER, che impediscono l'inerzia del braccio, facilitano il movimento dinamico e riducono al minimo l'ingombro del progetto.

Gli ingegneri hanno basato gran parte della loro progettazione sull'articolazione del gomito umano, quindi due DOF, rotazione e rotazione, sono combinati in un unico giunto. Similmente a un braccio umano, la parte più debole del braccio del robot non sono le ossa (il tubo corporeo del braccio del robot) o i muscoli (il motore di azionamento), ma i tendini, che trasferiscono la potenza. Qui i cavi di controllo ad alta tensione sono realizzati in polietilene UHMW-PE super resistente con una resistenza alla trazione compresa tra 3.000 e 4.000 N/mm2. Oltre alle tradizionali funzioni del braccio robotico come le applicazioni pick-and-place, il giunto è adatto anche per raccordi speciali di telecamere, sensori o altri strumenti in cui è richiesta una struttura leggera. Un sensore di posizione angolare magnetico è integrato in ogni giunto per un'elevata precisione.

I servomotori a commutazione elettronica presentano una massa in movimento ridotta adatta all'uso dinamico: la tensione di funzionamento di 24 Vdc è progettata per l'alimentazione a batteria, fondamentale per l'utilizzo in applicazioni mobili, mentre la coppia del motore di 97 mNm aumenta i riduttori epicicloidali conformi al diametro ai valori richiesti per funzionamento del braccio. Inoltre, questi azionamenti senza spazzole non hanno componenti soggetti ad usura oltre al cuscinetto del rotore, garantendo così una durata di decine di migliaia di ore.

Il sistema di movimento lineare accelera l'automazione del laboratorio

Oltre alle tradizionali operazioni di confezionamento e assemblaggio, il pick-and-place sta proliferando anche nell’automazione dei laboratori ad alta velocità. Immagina di manipolare milioni di campioni di batteri ogni giorno e avrai un'idea di cosa dovrebbero gestire i laboratori biotecnologici di oggi. In una configurazione, un sistema avanzato di movimento lineare consente a un robot da laboratorio biotecnologico chiamato RoToR di fissare matrici di cellule a velocità record di oltre 200.000 campioni all'ora. RoToR proviene da Singer Instruments, Somerset, Regno Unito, e viene utilizzato come sistema di automazione da banco per la ricerca genetica, sul genoma e sul cancro. Uno di questi robot spesso serve diversi laboratori diversi, con gli scienziati che riservano brevi intervalli di tempo per replicarsi, accoppiarsi, riorganizzarsi e eseguire il backup delle librerie di batteri e lieviti.

Un controller in tempo reale gestisce i tre assi di movimento che coordinano i movimenti di bloccaggio punto a punto del robot, nonché un asse di gestione dei campioni e si interfaccia anche con la GUI del robot. Inoltre, il controller gestisce anche tutti i canali I/O.

Oltre al controller, Baldor ha fornito anche un servomotore lineare e un azionamento e tre motori passo-passo integrati e moduli di azionamento. Il robot effettua trasferimenti punto a punto dalle piastre di origine a quelle di destinazione lungo un asse del servomotore lineare che corre lungo la larghezza della macchina. Questo asse supporta una testa del motore passo-passo a due assi che controlla l'azione di bloccaggio. Infatti, il movimento combinato XYZ può persino agitare i campioni utilizzando un movimento elicoidale complesso. L'asse separato del motore passo-passo controlla il meccanismo di caricamento delle capocchie. Pinze e rotatori pneumatici controllano altri movimenti della macchina, come la raccolta e lo smaltimento delle capocchie all'inizio e alla fine delle operazioni.

Singer originariamente intendeva utilizzare un azionamento pneumatico per l'asse trasversale principale, ma questo progetto non poteva fornire la risoluzione o la velocità di posizionamento desiderate ed era troppo rumoroso per un ambiente di laboratorio. Fu allora che gli ingegneri iniziarono a prendere in considerazione i motori lineari. Baldor ha creato un servomotore lineare brushless personalizzato con modifiche meccaniche al binario lineare, consentendone il supporto solo alle estremità, anziché lungo la sua lunghezza, in modo che la forza del motore agisca come un portale dell'asse X che trasporta gli assi Y e Z. Infine, il design del magnete del motore lineare riduce al minimo l'effetto cogging per consentire un movimento fluido.