Розробка всеосяжної автоматизації для високошвидкісних додатків підбирання та розміщення є одним із найскладніших завдань, з якими стикаються інженери з руху. У міру того, як роботизовані системи стають все складнішими, а рівень виробництва зростає все вище, розробникам систем доводиться йти в ногу з останніми технологіями, інакше ризикують запропонувати не оптимальний дизайн. Давайте розглянемо деякі з найновіших доступних технологій і компонентів, а також уважно розглянемо, де вони знаходять застосування.

Руки роботів підходять для компактних конструкцій

Руки промислових роботів зазвичай не відомі тим, що вони легкі. Швидше, більшість із них має значну конструкцію, яка повинна підтримувати важкі інструменти на кінці руки. Незважаючи на переваги міцної конструкції, ці роботизовані руки занадто важкі та громіздкі для делікатного застосування. Щоб зробити спритніші руки більш придатними для легких завдань, інженери з igus Inc., що працюють у Кельні, Німеччина, взялися за розробку багатоосьового шарніра, щоб дозволити невеликим вантажам обертатися навколо стріли. Нове з’єднання добре підходить для делікатних застосувань підбирання та розміщення, де силу захоплення можна регулювати за потреби.

Гнучкість і невелика вага є ключовими конструктивними параметрами для нового з’єднання, яке складається з пластикових елементів керування та кабелю. Коротше кажучи, кабелі переміщуються від плечового суглоба руки компактними безщітковими серводвигунами постійного струму FAULHABER, що запобігає інерції в руці, полегшує динамічний рух і мінімізує площу конструкції.

Інженери основну частину свого дизайну взяли за основу ліктьового суглоба людини, тому два DOF — поворотний і поворотний — об’єднані в один суглоб. Подібно до людської руки, найслабшою частиною руки робота є не кістки (трубка тіла руки робота) чи м’язи (двигун приводу), а сухожилля, які передають силу. Тут контрольні кабелі високої напруги виготовлені з надміцного поліетиленового матеріалу UHMW-PE, що має міцність на розрив від 3000 до 4000 Н/мм2. Крім традиційних функцій рукоятки робота, як-от застосування підбору й розміщення, з’єднання також добре підходить для спеціальних камер, датчиків або інших інструментів, де потрібна легка конструкція. Для високої точності в кожне з’єднання вбудовано магнітний датчик кутового положення.

Серводвигуни з електронною комутацією мають малу рухливу масу, придатну для динамічного використання: робоча напруга 24 В постійного струму призначена для живлення від батареї, що має вирішальне значення для використання в мобільних додатках, тоді як крутний момент двигуна 97 мНм збільшує сумісні з діаметром планетарні редуктори до значень, необхідних для операція на руці. Більше того, ці безщіточні приводи не мають зношуваних компонентів, окрім підшипника ротора, що забезпечує термін служби десятки тисяч годин.

Система лінійного руху прискорює автоматизацію лабораторії

Крім традиційних операцій з пакування та складання, у високошвидкісній автоматизації лабораторій все більше поширюється функція «підібрати та розмістити». Уявіть собі, що ви щодня маніпулюєте мільйонами зразків бактерій, і ви матимете уявлення про те, з чим мають працювати сучасні біотехнологічні лабораторії. В одній установці передова система лінійного руху дозволяє біотехнологічному лабораторному роботу під назвою RoToR закріплювати масиви клітин із рекордною швидкістю понад 200 000 зразків на годину. RoToR родом із Singer Instruments, Сомерсет, Великобританія, і використовується як настільна система автоматизації для генетичних досліджень, досліджень генома та раку. Один із цих роботів часто обслуговує кілька різних лабораторій, причому вчені резервують короткі проміжки часу для реплікації, спарювання, перегрупування та резервного копіювання бібліотек бактерій і дріжджів.

Контролер у режимі реального часу керує трьома осями руху, які координують переміщення робота від точки до точки, а також віссю обробки зразків, а також взаємодіє з графічним інтерфейсом користувача. Крім того, контролер також керує всіма каналами введення/виведення.

Крім контролера, Baldor також поставив лінійний сервомотор і привід, а також три інтегровані модулі крокового двигуна і приводу. Робот здійснює переміщення від точки до точки від вихідних пластин до кінцевих пластин уздовж лінійної осі сервомотора, яка проходить уздовж ширини машини. Ця вісь підтримує головку двовісного крокового двигуна, яка контролює дію закріплення. Фактично комбінований рух XYZ може навіть перемішувати зразки за допомогою складного гвинтового руху. Окрема вісь крокового двигуна керує механізмом завантаження шпилькових головок. Пневматичні захвати та ротатори контролюють інші рухи машини, наприклад забирання та утилізацію шпилькових головок на початку та в кінці операцій.

Сінгер спочатку мав намір використовувати пневматичний привід для головної поперечної осі, але ця конструкція не могла забезпечити бажану роздільну здатність або швидкість позиціонування та була надто шумною для лабораторних умов. Саме тоді інженери почали розглядати лінійні двигуни. Baldor створив спеціальний безщітковий лінійний сервомотор із механічними модифікаціями лінійної доріжки, що дозволяє підтримувати її лише на кінцях, а не вздовж довжини, тому форсатор двигуна діє як портал осі X, який несе осі Y та Z. Нарешті, магнітна конструкція лінійного двигуна мінімізує зубчасті зубці, що забезпечує плавний рух.