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 precisam se manter atualizados com as tecnologias mais recentes ou correm o risco de especificar um projeto abaixo do ideal. Vamos revisar algumas das tecnologias e componentes mais recentes disponíveis, além de analisar de perto onde eles são úteis.

Braços robóticos se adaptam a designs compactos

Braços robóticos industriais não costumam ser conhecidos por serem leves. Em vez disso, a maioria possui construções robustas que precisam suportar ferramentas pesadas na extremidade do braço. Apesar das vantagens de um design robusto, esses braços robóticos são muito pesados ​​e volumosos para aplicações delicadas. Para tornar braços mais ágeis mais adequados para tarefas leves, engenheiros da igus Inc., trabalhando em Colônia, Alemanha, propuseram-se a desenvolver uma junta multiaxial para permitir que pequenas cargas girem em torno de um braço. A nova junta é adequada para aplicações delicadas de "pegar e colocar", onde a força da garra pode ser ajustada conforme necessário.

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

Os engenheiros basearam grande parte de seu projeto na articulação do cotovelo humano, então dois graus de liberdade — rotação e giro — são combinados em uma única articulação. Semelhante a um braço humano, a parte mais fraca do braço robótico não são os ossos (o tubo do corpo do braço robótico) 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 uma resistência à tração de 3.000 a 4.000 N/mm². Além das funções tradicionais do braço robótico, como aplicações de pegar e colocar, a articulação também é adequada para encaixes especiais de câmeras, sensores ou outras ferramentas que exigem uma construção leve. Um sensor magnético de posição angular é incorporado em cada articulação para alta precisão.

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

Sistema de movimento linear acelera automação de laboratório

Além das operações tradicionais de embalagem e montagem, o sistema pick-and-place também está se proliferando na automação de laboratórios de alta velocidade. Imagine manipular milhões de amostras de bactérias todos os dias e você terá uma ideia do que os laboratórios de biotecnologia atuais precisam lidar. Em uma configuração, um sistema avançado de movimento linear está permitindo que um robô de laboratório de biotecnologia chamado RoToR fixe matrizes de células em velocidades recordes de mais de 200.000 amostras por hora. O 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 frequentemente atende a vários laboratórios diferentes, com cientistas reservando curtos intervalos de tempo para replicação, cruzamento, rearranjo e backup de bibliotecas de bactérias e leveduras.

Um controlador em tempo real gerencia 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 interface gráfica do usuário (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 um acionamento, além de três módulos integrados de motor de passo e acionamento. O robô realiza transferências ponto a ponto das placas de origem para as de destino ao longo de um eixo de servomotor linear que percorre toda a largura da máquina. Este eixo suporta uma cabeça de motor de passo de dois eixos que controla a ação de fixação. De fato, o movimento XYZ combinado pode até mesmo agitar amostras usando um movimento helicoidal complexo. O eixo separado do motor de passo controla o mecanismo de carregamento das cabeças de pino. Pinças e rotadores pneumáticos controlam outros movimentos da máquina, como a coleta e o descarte das cabeças de pino no início e no final das operações.

A Singer pretendia originalmente usar um acionamento pneumático para o eixo transversal principal, mas esse projeto não fornecia a resolução ou a velocidade de posicionamento desejadas e era muito ruidoso para um ambiente de laboratório. Foi então que os engenheiros começaram a considerar motores lineares. A Baldor criou um servomotor linear sem escovas personalizado com modificações mecânicas na pista linear, permitindo que ele fosse apoiado apenas nas extremidades, em vez de ao longo do comprimento — assim, a força do motor atua como um pórtico no eixo X que suporta os eixos Y e Z. Por fim, o design magnético do motor linear minimiza o desgaste, permitindo um movimento suave.