Проектування комплексної автоматизації для високошвидкісних застосувань захоплення та розміщення є одним із найскладніших завдань, з якими стикаються інженери з питань руху. Оскільки роботизовані системи стають все складнішими, а темпи виробництва зростають, розробники систем повинні йти в ногу з найновішими технологіями, інакше ризикують створити неоптимальну конструкцію. Давайте розглянемо деякі з найновіших доступних технологій та компонентів, а також уважно розглянемо, де вони знаходять застосування.

Роботизовані руки підходять для компактних конструкцій

Промислові роботизовані маніпулятори зазвичай не відомі своєю легкістю. Натомість більшість із них мають міцні конструкції, які повинні витримувати важкі інструменти на кінці маніпулятора. Незважаючи на переваги міцної конструкції, ці роботизовані маніпулятори занадто важкі та громіздкі для делікатних застосувань. Щоб зробити маніпулятори більш придатними для легких завдань, інженери з igus Inc., що працюють у Кельні, Німеччина, вирішили розробити багатоосьове з'єднання, яке дозволить невеликим вантажам обертатися навколо стріли. Нове з'єднання добре підходить для делікатних застосувань захоплення та розміщення, де силу захоплення можна регулювати за потреби.

Гнучкість та мала вага є ключовими параметрами конструкції нового шарніра, який складається з пластику та тросових елементів керування. Коротше кажучи, троси переміщуються від плечового шарніра важеля за допомогою компактних безщіткових серводвигунів постійного струму FAULHABER, що запобігає інерції в важелі, сприяє динамічному руху та мінімізує займану конструкцією площу.

Інженери значною мірою базували свою конструкцію на ліктьовому суглобі людини, тому два ступені свободи — обертання та поворот — об'єднані в одному суглобі. Подібно до людської руки, найслабшою частиною манипулятора робота є не кістки (трубка корпусу манипулятора робота) чи м'язи (приводний двигун), а сухожилля, які передають потужність. Тут високонапружені кабелі керування виготовлені з надміцного поліетилену UHMW-PE з міцністю на розрив від 3000 до 4000 Н/мм2. Окрім традиційних функцій манипулятора робота, таких як застосування «захоплення та розміщення», це з'єднання також добре підходить для спеціальних кріплень для камер, датчиків або інших інструментів, де потрібна легка конструкція. У кожне з'єднання вбудований магнітний датчик кутового положення для високої точності.

Електронно-комутовані серводвигуни мають низьку рухому масу, що підходить для динамічного використання: робоча напруга 24 В постійного струму розрахована на живлення від акумулятора, що є вирішальним фактором для використання в мобільних пристроях, тоді як крутний момент двигуна 97 мНм збільшує діаметр планетарних редукторів до значень, необхідних для роботи важеля. Більше того, ці безщіткові приводи не мають зношуваних компонентів, окрім підшипника ротора, що забезпечує термін служби в десятки тисяч годин.

Система лінійного руху пришвидшує автоматизацію лабораторії

Окрім традиційних операцій пакування та складання, метод «збирання та розміщення» також поширюється у високошвидкісній автоматизації лабораторій. Уявіть собі, що ви маніпулюєте мільйонами зразків бактерій щодня, і ви матимете уявлення про те, з чим мають справлятися сучасні біотехнологічні лабораторії. В одній установці вдосконалена система лінійного руху дозволяє біотехнологічному лабораторному роботу під назвою RoToR закріплювати масиви клітин з рекордною швидкістю понад 200 000 зразків на годину. RoToR виробляється компанією Singer Instruments, Сомерсет, Велика Британія, і використовується як настільна система автоматизації для генетичних, геномних та онкологічних досліджень. Один із цих роботів часто обслуговує кілька різних лабораторій, причому вчені резервують короткі часові інтервали для реплікації, спарювання, перегрупування та резервного копіювання бібліотек бактерій та дріжджів.

Контролер реального часу керує трьома осями руху, які координують рухи робота для закріплення між точками, а також віссю обробки зразків, а також взаємодіє з графічним інтерфейсом робота. Крім того, контролер також керує всіма каналами вводу/виводу.

Окрім контролера, Baldor також поставив лінійний серводвигун і привід, а також три інтегровані модулі крокового двигуна та приводу. Робот здійснює переміщення від точки до точки від вихідних пластин до кінцевих вздовж лінійної осі серводвигуна, яка проходить вздовж ширини машини. Ця вісь підтримує двоосьову головку крокового двигуна, яка керує дією закріплення. Фактично, комбінований рух XYZ може навіть перемішувати зразки за допомогою складного гвинтового руху. Окрема вісь крокового двигуна керує механізмом завантаження головок. Пневматичні захоплювачі та ротатори керують іншими рухами машини, такими як забирання та утилізація головок на початку та в кінці операцій.

Спочатку Singer планував використовувати пневматичний привід для головної поперечної осі, але така конструкція не могла забезпечити бажаної роздільної здатності позиціонування або швидкості, а також була занадто шумною для лабораторного середовища. Саме тоді інженери почали розглядати лінійні двигуни. Baldor створив спеціальний безщітковий лінійний серводвигун з механічними модифікаціями лінійної доріжки, що дозволило підтримувати її лише на кінцях, а не вздовж її довжини — таким чином, силовий механізм двигуна діє як портал по осі X, який несе осі Y та Z. Нарешті, магнітна конструкція лінійного двигуна мінімізує зубчасті обертання, забезпечуючи плавний рух.