Projetar automação abrangente para aplicações de coleta e posicionamento de alta velocidade está entre as tarefas mais desafiadoras enfrentadas pelos engenheiros de movimento. À medida que os sistemas robóticos se tornam mais complexos e as taxas de produção aumentam cada vez mais, os projetistas de sistemas devem acompanhar as tecnologias mais recentes ou correm o risco de especificar um projeto abaixo do ideal. Vamos revisar algumas das mais recentes tecnologias e componentes disponíveis, além de dar uma olhada em onde eles podem ser usados.

Braços robóticos combinam com designs compactos

Os braços dos robôs industriais geralmente não são conhecidos por serem leves. Em vez disso, a maioria tem construções substanciais que devem suportar ferramentas pesadas na extremidade do braço. Apesar das vantagens de um design robusto, estes braços robóticos são demasiado pesados ​​e volumosos para aplicações delicadas. Para tornar os braços mais ágeis mais adequados para tarefas leves, os engenheiros da igus Inc., que trabalham em Colónia, na Alemanha, decidiram desenvolver uma junta multi-eixo para permitir que pequenas cargas girassem em torno de uma lança. A nova junta é adequada para aplicações delicadas de coleta e posicionamento, onde a força da pinça pode ser ajustada conforme necessário.

Flexibilidade e leveza são parâmetros-chave do projeto da nova junta, que consiste em controles de plástico e cabo. Resumindo, os cabos são movidos da articulação do ombro do braço por servomotores CC compactos sem escovas da FAULHABER, o que evita a inércia no braço, facilita o movimento dinâmico e minimiza a pegada do projeto.

Os engenheiros basearam grande parte de seu projeto na articulação do cotovelo humano, de modo que dois DOFs – rotação e giro – são combinados em uma única articulação. Semelhante a um braço humano, a parte mais fraca do braço do robô não são os ossos (o tubo do corpo do braço do robô) ou os músculos (o motor de acionamento), mas os tendões, que transferem energia. Aqui, os cabos de controle de alta tensão são feitos de um material de polietileno UHMW-PE super resistente, com resistência à tração de 3.000 a 4.000 N/mm2. Além das funções tradicionais do braço do robô, como aplicações de pegar e colocar, a junta também é adequada para acessórios especiais de câmeras, sensores ou outras ferramentas onde é necessária uma construção leve. Um sensor magnético de posição angular está embutido em cada junta para alta precisão.

Os servomotores comutados eletronicamente apresentam uma massa móvel baixa adequada para uso dinâmico: a tensão operacional de 24 Vcc é projetada para alimentação de bateria, crucial para uso em aplicações móveis, enquanto o torque do motor de 97 mNm aumenta os redutores planetários compatíveis com diâmetro para os valores necessários para operação do braço. Além do mais, esses acionamentos sem escovas não possuem componentes de desgaste além do rolamento do rotor, garantindo uma vida útil de dezenas de milhares de horas.

Sistema de movimento linear acelera a automação do laboratório

Além das operações tradicionais de embalagem e montagem, o pick-and-place também está proliferando na automação laboratorial de alta velocidade. Imagine manipular milhões de amostras de bactérias todos os dias e você terá uma ideia do que se espera que os laboratórios de biotecnologia de hoje manipulem. Em uma configuração, um sistema avançado de movimento linear permite que um robô de laboratório de biotecnologia chamado RoToR fixe matrizes de células a velocidades recordes de mais de 200.000 amostras por hora. RoToR vem da Singer Instruments, Somerset, Reino Unido, e é usado como um sistema de automação de bancada para pesquisas genéticas, genômicas e de câncer. Um desses robôs costuma atender vários laboratórios diferentes, com os cientistas reservando intervalos de tempo curtos para replicar, acasalar, reorganizar e fazer backup de bibliotecas de bactérias e leveduras.

Um controlador em tempo real controla os três eixos de movimento que coordenam os movimentos de fixação ponto a ponto do robô, bem como um eixo de manipulação de amostras, e também faz interface com a GUI do robô. Além disso, o controlador também gerencia todos os canais de E/S.

Além do controlador, a Baldor também forneceu um servomotor linear e inversor e três módulos integrados de motor de passo e inversor. O robô faz transferências ponto a ponto das placas de origem para o destino ao longo de um eixo servomotor linear que percorre toda a largura da máquina. Este eixo suporta um cabeçote de motor de passo de dois eixos que controla a ação de fixação. Na verdade, o movimento XYZ combinado pode até agitar amostras usando um movimento helicoidal complexo. O eixo do motor de passo separado controla o mecanismo de carregamento dos cabeçotes. Garras e rotadores pneumáticos controlam outros movimentos da máquina, como a coleta e descarte de cabeçotes no início e no final das operações.

Singer pretendia originalmente usar um acionamento pneumático para o eixo transversal principal, mas esse projeto não conseguia fornecer a resolução ou velocidade de posicionamento desejada e era muito barulhento para um ambiente de laboratório. Foi então que os engenheiros começaram a considerar os motores lineares. A Baldor criou um servomotor linear sem escova personalizado com modificações mecânicas na pista linear, permitindo que ela seja apoiada apenas nas extremidades, em vez de ao longo de seu comprimento - de modo que o forçador do motor atua como um pórtico do eixo X que carrega os eixos Y e Z. Finalmente, o design magnético do motor linear minimiza o desgaste para permitir um movimento suave.