תכנון אוטומציה מקיפה עבור יישומי בחירה-ומקום במהירות גבוהה הוא בין המשימות המאתגרות ביותר שעומדות בפני מהנדסי תנועה. ככל שמערכות רובוטיות הופכות למורכבות יותר ושיעורי הייצור מטפסים יותר ויותר, מתכנני מערכות חייבים להתעדכן בטכנולוגיות העדכניות ביותר או להסתכן בציון עיצוב פחות מאופטימלי. בואו נסקור כמה מהטכנולוגיות והרכיבים העדכניים ביותר הזמינים, ובנוסף נבחן מקרוב היכן הם מוצאים שימוש.

זרועות רובוט מתאימות לעיצובים קומפקטיים

זרועות רובוטים תעשייתיות אינן ידועות בדרך כלל כקלילות על רגליהן. במקום זאת, לרובם יש מבנים משמעותיים שחייבים לתמוך בכלי עבודה כבדים בקצה הזרוע. למרות היתרונות של עיצוב יציב, הזרועות הרובוטיות הללו כבדות ומגושמות מדי עבור יישומים עדינים. כדי להפוך את הזרועות הזריזות למתאימות יותר למשימות קלות, מהנדסים מ-igus Inc., הפועלים בקלן, גרמניה, יצאו לפתח מפרק רב צירי כדי לאפשר לעומסים קטנים להסתובב סביב זרוע. המפרק החדש מתאים ליישומי בחירה עדינים שבהם ניתן לכוונן את כוח האחיזה לפי הצורך.

גמישות ומשקל קל הם פרמטרים עיצוביים מרכזיים למפרק החדש, המורכב מבקרי פלסטיק וכבלים. בקיצור, כבלים מוזזים ממפרק הכתף של הזרוע על ידי מנועי DC סרוו קומפקטיים ללא מברשות של FAULHABER, המונעים אינרציה בזרוע, מקל על תנועה דינמית וממזער את טביעת הרגל העיצובית.

מהנדסים ביססו חלק ניכר מהתכנון שלהם על מפרק המרפק האנושי, כך ששני DOFs - סיבוב וסיבוב - משולבים למפרק אחד. בדומה לזרוע אנושית, החלק החלש ביותר בזרוע הרובוט אינו העצמות (צינור הגוף של זרוע הרובוט) או השרירים (מנוע ההנעה), אלא הגידים, המעבירים כוח. כאן, כבלי בקרת מתח גבוה עשויים מחומר פוליאתילן UHMW-PE חזק במיוחד עם חוזק מתיחה של 3,000 עד 4,000 N/mm2. מעבר לפונקציות הזרוע המסורתיות של רובוט כגון יישומי בחירה ומקום, המפרק מתאים גם לאביזרים מיוחדים למצלמה, חיישנים או כלים אחרים שבהם נדרשת בנייה קלה. חיישן מיקום זווית מגנטית מובנה בכל מפרק לדיוק גבוה.

מנועי הסרוו המתומרים אלקטרונית כוללים מסה נעה נמוכה המתאימה לשימוש דינמי: מתח ההפעלה של 24 Vdc מיועד להספק סוללה, חיוני לשימוש ביישומים ניידים, בעוד שמומנט המנוע של 97 mNm מגדיל את ראשי ההילוכים הפלנטריים התואמים לקוטר לערכים הנדרשים עבור פעולת זרוע. יתרה מכך, לכוננים ללא מברשות אלה אין רכיבים בלאי מלבד מיסב הרוטור, מה שמבטיח חיי שירות של עשרות אלפי שעות.

מערכת תנועה ליניארית מזרזת את האוטומציה של המעבדה

מעבר לפעולות אריזה והרכבה מסורתיות, הבחירה והמקום מתרבה גם באוטומציה של מעבדה במהירות גבוהה. דמיינו לעצמכם מניפולציות של מיליוני דגימות חיידקים מדי יום, ותהיה לכם מושג מה צפויות לטפל במעבדות הביוטק של היום. בהגדרה אחת, מערכת תנועה ליניארית מתקדמת מאפשרת לרובוט מעבדה ביו-טכנולוגי בשם RoToR להצמיד מערכי תאים במהירויות שוברות שיא של יותר מ-200,000 דגימות בשעה. RoToR מקורו ב-Singer Instruments, Somerset, בריטניה, ומשמש כמערכת אוטומציה משטחית למחקר גנטי, גנום וסרטן. אחד הרובוטים הללו משרת לעתים קרובות מספר מעבדות שונות, כאשר מדענים שומרים משבצות זמן קצרות לשכפול, הזדווגות, מערך מחדש וגיבוי של ספריות חיידקים ושמרים.

בקר בזמן אמת מטפל בשלושת צירי התנועה המתאמים את מהלכי ההצמדה של הרובוט מנקודה לנקודה, כמו גם בציר טיפול בדגימה, וכן מתממשק עם ה-GUI של הרובוט. בנוסף, הבקר גם מנהל את כל ערוצי ה-I/O.

מלבד הבקר, בלדור גם סיפק מנוע סרוו והנע לינארי ושלושה מודולי מנוע צעד והנעה משולבים. הרובוט מבצע העברות נקודה לנקודה מלוחות מקור ללוחות יעד לאורך ציר סרוו-מוטורי ליניארי העובר לאורך המכונה. ציר זה תומך בראש מנוע צעד דו-צירי השולט בפעולת ההצמדה. למעשה, תנועת ה-XYZ המשולבת יכולה אפילו לעורר דגימות באמצעות תנועה סליל מורכבת. ציר מנוע הצעד הנפרד שולט במנגנון הטעינה של ראשי הסיכה. תפסים ומסתובבים פנאומטיים שולטים בתנועות אחרות של המכונה, כגון איסוף וסילוק ראשי סיכה בתחילת וסיום הפעולות.

סינגר התכוון במקור להשתמש בכונן פניאומטי עבור הציר הרוחבי הראשי, אך העיצוב הזה לא הצליח לספק את רזולוציית המיקום או המהירות הרצויים, והיה רועש מדי עבור סביבת מעבדה. אז החלו המהנדסים לשקול מנועים ליניאריים. בלדור יצר מנוע סרוו ליניארי ללא מברשות מותאם אישית עם שינויים מכאניים למסלול הליניארי, המאפשר לו לתמוך רק בקצותיו, ולא לאורכו - כך שהכוח של המנוע פועל כגב ציר X הנושא את צירי Y ו-Z. לבסוף, עיצוב המגנט של המנוע הליניארי ממזער את תנועת הגלגלים כדי לאפשר תנועה חלקה.