Проектирование комплексной автоматизации для высокоскоростных приложений по перемещению является одной из самых сложных задач, с которыми сталкиваются инженеры по движению. Поскольку роботизированные системы становятся все более сложными, а темпы производства все выше, проектировщики систем должны идти в ногу с новейшими технологиями или рисковать указать неоптимальную конструкцию. Давайте рассмотрим некоторые из новейших доступных технологий и компонентов, а также внимательно рассмотрим, где они находят применение.

Компактные конструкции роботизированных рук

Промышленные роботизированные манипуляторы обычно не славятся своей легкостью. Напротив, большинство из них имеют прочные конструкции, которые должны поддерживать тяжелые конечные инструменты. Несмотря на преимущества прочной конструкции, эти роботизированные манипуляторы слишком тяжелые и громоздкие для деликатных применений. Чтобы сделать более ловкие манипуляторы более подходящими для легких задач, инженеры из igus Inc., работающие в Кельне, Германия, приступили к разработке многоосевого сочленения, позволяющего небольшим грузам поворачиваться вокруг стрелы. Новое сочленение хорошо подходит для деликатных применений по подъему и перемещению, где сила захвата может регулироваться по мере необходимости.

Гибкость и малый вес являются ключевыми параметрами конструкции нового шарнира, который состоит из пластика и тросового управления. Короче говоря, тросы перемещаются от плечевого сустава руки с помощью компактных бесщеточных серводвигателей постоянного тока FAULHABER, что предотвращает инерцию в руке, облегчает динамическое движение и минимизирует площадь конструкции.

Инженеры взяли за основу большую часть своей конструкции человеческий локтевой сустав, поэтому две степени свободы — вращение и поворот — объединены в один сустав. Подобно человеческой руке, самая слабая часть руки робота — это не кости (трубка корпуса руки робота) или мышцы (приводной двигатель), а сухожилия, которые передают мощность. Здесь высоковольтные кабели управления изготовлены из сверхпрочного полиэтиленового материала UHMW-PE с прочностью на разрыв от 3000 до 4000 Н/мм2. Помимо традиционных функций руки робота, таких как захват и размещение, сустав также хорошо подходит для специальных фитингов камеры, датчиков или других инструментов, где требуется легкая конструкция. Магнитный датчик углового положения встроен в каждый сустав для обеспечения высокой точности.

Электронно-коммутируемые серводвигатели имеют низкую подвижную массу, подходящую для динамического использования: рабочее напряжение 24 В постоянного тока рассчитано на питание от аккумулятора, что имеет решающее значение для использования в мобильных приложениях, а крутящий момент двигателя 97 мНм увеличивает диаметр планетарных редукторов до значений, необходимых для работы руки. Более того, эти бесщеточные приводы не имеют изнашиваемых компонентов, кроме подшипника ротора, что обеспечивает срок службы в десятки тысяч часов.

Система линейного движения ускоряет автоматизацию лабораторий

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

Контроллер реального времени управляет тремя осями движения, которые координируют движения робота по закреплению от точки к точке, 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 поставил линейный серводвигатель и привод и три интегрированных модуля шагового двигателя и привода. Робот выполняет перемещения из точки в точку от исходных пластин к пластинам назначения вдоль оси линейного серводвигателя, которая проходит по ширине машины. Эта ось поддерживает двухосную головку шагового двигателя, которая управляет действием закрепления. Фактически, объединенное движение XYZ может даже перемешивать образцы с помощью сложного винтового движения. Отдельная ось шагового двигателя управляет механизмом загрузки головок штифтов. Пневматические захваты и ротаторы управляют другими движениями машины, такими как захват и утилизация головок штифтов в начале и конце операций.

Первоначально Singer намеревался использовать пневматический привод для главной поперечной оси, но эта конструкция не могла обеспечить желаемое разрешение позиционирования или скорость и была слишком шумной для лабораторной среды. Именно тогда инженеры начали рассматривать линейные двигатели. Baldor создал специальный бесщеточный линейный серводвигатель с механическими модификациями линейной дорожки, что позволило поддерживать ее только на концах, а не по всей длине — таким образом, сила двигателя действует как портал оси X, который несет оси Y и Z. Наконец, конструкция магнита линейного двигателя минимизирует зубчатое зацепление, обеспечивая плавное движение.