Разработка комплексной автоматизации для высокоскоростных приложений захвата и перемещения — одна из самых сложных задач, стоящих перед инженерами по перемещению. Поскольку роботизированные системы становятся все более сложными, а темпы производства растут, разработчики систем должны идти в ногу с новейшими технологиями, иначе они рискуют выбрать неоптимальную конструкцию. Давайте рассмотрим некоторые из новейших доступных технологий и компонентов, а также внимательно рассмотрим, где они находят применение.

Роботизированные руки подходят для компактных конструкций

Промышленные роботы-манипуляторы обычно не отличаются легкостью на ногах. Скорее, большинство из них имеют прочные конструкции, которые должны выдерживать тяжелые инструменты на конце рычага. Несмотря на преимущества прочной конструкции, эти роботизированные манипуляторы слишком тяжелы и громоздки для деликатных операций. Чтобы сделать более маневренные стрелы более подходящими для выполнения легких задач, инженеры компании igus Inc., работающие в Кельне, Германия, решили разработать многоосный шарнир, позволяющий небольшим грузам поворачиваться вокруг стрелы. Новое соединение хорошо подходит для деликатных операций по захвату и перемещению, когда силу захвата можно регулировать по мере необходимости.

Гибкость и легкий вес являются ключевыми параметрами конструкции нового шарнира, состоящего из пластика и троса управления. Короче говоря, кабели перемещаются от плечевого сустава руки с помощью компактных бесщеточных серводвигателей постоянного тока FAULHABER, что предотвращает инерцию в руке, облегчает динамическое движение и сводит к минимуму занимаемую площадь.

Инженеры основывали большую часть своей конструкции на локтевом суставе человека, поэтому две степени свободы — вращение и поворот — объединены в один сустав. Как и в случае с человеческой рукой, самой слабой частью руки робота являются не кости (трубка корпуса руки робота) или мышцы (приводной двигатель), а сухожилия, которые передают мощность. Здесь высоковольтные контрольные кабели изготовлены из сверхпрочного полиэтилена UHMW-PE с пределом прочности на разрыв от 3000 до 4000 Н/мм2. Помимо традиционных функций манипулятора робота, таких как приложения для захвата и перемещения, шарнир также хорошо подходит для специальных фитингов для камер, датчиков или других инструментов, где требуется легкая конструкция. Магнитный датчик углового положения встроен в каждое соединение для обеспечения высокой точности.

Серводвигатели с электронной коммутацией имеют низкую движущуюся массу и подходят для динамического использования: рабочее напряжение 24 В постоянного тока рассчитано на питание от аккумулятора, что крайне важно для использования в мобильных приложениях, а крутящий момент двигателя 97 мНм увеличивает планетарные редукторы соответствующего диаметра до значений, необходимых для операция на руке. Более того, эти бесщеточные приводы не имеют изнашиваемых компонентов, кроме подшипника ротора, что обеспечивает срок службы в десятки тысяч часов.

Система линейного перемещения ускоряет автоматизацию лаборатории

Помимо традиционных операций по упаковке и сборке, в высокоскоростной автоматизации лабораторий все большее распространение получает также сбор и размещение. Представьте себе, что вы ежедневно манипулируете миллионами образцов бактерий, и вы получите представление о том, с чем должны работать современные биотехнологические лаборатории. В одной из установок усовершенствованная система линейного движения позволяет биотехнологическому лабораторному роботу под названием RoToR закреплять массивы клеток с рекордной скоростью — более 200 000 образцов в час. RoToR разработан компанией Singer Instruments, Сомерсет, Великобритания, и используется в качестве настольной системы автоматизации генетических, геномных и онкологических исследований. Один из этих роботов часто обслуживает несколько разных лабораторий, при этом ученые резервируют короткие временные интервалы для репликации, спаривания, перекомпоновки и резервного копирования библиотек бактерий и дрожжей.

Контроллер реального времени управляет тремя осями движения, которые координируют перемещение робота по точкам, а также осью обработки образцов, а также взаимодействует с графическим интерфейсом робота. Кроме того, контроллер также управляет всеми каналами ввода-вывода.

Помимо контроллера, Baldor также поставила линейный серводвигатель и привод, а также три встроенных шаговых двигателя и модули привода. Робот осуществляет перемещение от точки к точке от пластины источника к пластине назначения вдоль линейной оси серводвигателя, которая проходит по ширине машины. Эта ось поддерживает двухосную головку шагового двигателя, которая управляет действием фиксации. Фактически, комбинированное движение XYZ может даже перемешивать образцы, используя сложное спиральное движение. Отдельная ось шагового двигателя управляет механизмом загрузки булавочных головок. Пневматические захваты и вращатели управляют другими движениями машины, такими как захват и удаление булавочных головок в начале и конце операций.

Первоначально Зингер намеревался использовать пневматический привод для главной поперечной оси, но эта конструкция не могла обеспечить желаемое разрешение или скорость позиционирования и была слишком шумной для лабораторных условий. Именно тогда инженеры начали рассматривать линейные двигатели. Компания Baldor создала специальный бесщеточный линейный серводвигатель с механическими модификациями линейной направляющей, позволяющими поддерживать его только на концах, а не по длине — таким образом, привод двигателя действует как портал по оси X, несущий оси Y и Z. Наконец, конструкция магнита линейного двигателя сводит к минимуму заедание, обеспечивая плавное движение.