El diseño de sistemas de automatización integral para aplicaciones de recogida y colocación de alta velocidad es uno de los retos más importantes para los ingenieros de movimiento. A medida que los sistemas robóticos se vuelven más complejos y las tasas de producción aumentan, los diseñadores deben mantenerse al día con las últimas tecnologías o corren el riesgo de especificar un diseño subóptimo. Analicemos algunas de las tecnologías y componentes más recientes disponibles, y veamos en detalle sus aplicaciones.

Los brazos robóticos se adaptan a diseños compactos.

Los brazos robóticos industriales no suelen caracterizarse por su agilidad. De hecho, la mayoría presenta estructuras robustas que deben soportar herramientas pesadas en sus extremos. A pesar de las ventajas de un diseño resistente, estos brazos robóticos resultan demasiado pesados ​​y voluminosos para aplicaciones delicadas. Para lograr brazos más ágiles y adecuados para tareas ligeras, los ingenieros de igus Inc., con sede en Colonia, Alemania, se propusieron desarrollar una articulación multieje que permitiera a pequeñas cargas girar alrededor de una pluma. Esta nueva articulación es ideal para aplicaciones de manipulación delicada, donde la fuerza de agarre se puede ajustar según sea necesario.

La flexibilidad y la ligereza son parámetros de diseño clave para la nueva articulación, que consta de controles de plástico y cable. En resumen, los servomotores compactos sin escobillas de CC de FAULHABER mueven los cables desde la articulación del hombro del brazo, lo que evita la inercia, facilita el movimiento dinámico y minimiza el tamaño del diseño.

Los ingenieros basaron gran parte de su diseño en la articulación del codo humano, por lo que dos grados de libertad (rotación y giro) se combinan en una sola articulación. Al igual que en un brazo humano, la parte más débil del brazo robótico no son los huesos (el tubo del cuerpo del brazo robótico) ni los músculos (el motor de accionamiento), sino los tendones, que transmiten la potencia. En este caso, los cables de control de alta tensión están fabricados con un material de polietileno UHMW-PE superresistente con una resistencia a la tracción de 3000 a 4000 N/mm². Además de las funciones tradicionales de un brazo robótico, como las aplicaciones de recogida y colocación, la articulación también es ideal para la instalación de cámaras especiales, sensores u otras herramientas que requieran una construcción ligera. Cada articulación incorpora un sensor magnético de posición angular para una alta precisión.

Los servomotores conmutados electrónicamente presentan una masa móvil reducida, ideal para uso dinámico. Su tensión de funcionamiento de 24 V CC está diseñada para alimentación por batería, fundamental para aplicaciones móviles, mientras que el par motor de 97 mNm aumenta el diámetro de los reductores planetarios hasta los valores necesarios para el funcionamiento del brazo robótico. Además, estos accionamientos sin escobillas no tienen componentes de desgaste, salvo el cojinete del rotor, lo que garantiza una vida útil de decenas de miles de horas.

El sistema de movimiento lineal acelera la automatización del laboratorio.

Más allá de las operaciones tradicionales de empaquetado y ensamblaje, la manipulación automatizada de muestras también se está extendiendo rápidamente en la automatización de laboratorios de alta velocidad. Imagínese manipular millones de muestras de bacterias cada día y tendrá una idea de lo que se espera que manejen los laboratorios de biotecnología actuales. En una configuración, un avanzado sistema de movimiento lineal permite que un robot de laboratorio biotecnológico llamado RoToR coloque matrices de células a velocidades récord de más de 200 000 muestras por hora. RoToR, fabricado por Singer Instruments, con sede en Somerset, Reino Unido, se utiliza como sistema de automatización de sobremesa para la investigación genética, genómica y oncológica. Uno de estos robots suele prestar servicio a varios laboratorios diferentes, donde los científicos reservan breves intervalos de tiempo para replicar, cruzar, reorganizar y realizar copias de seguridad de bibliotecas de bacterias y levaduras.

Un controlador en tiempo real gestiona los tres ejes de movimiento que coordinan los desplazamientos de posicionamiento del robot, así como un eje para la manipulación de muestras, y también interactúa con la interfaz gráfica de usuario (GUI) del robot. Además, el controlador gestiona todos los canales de entrada/salida.

Además del controlador, Baldor también suministró un servomotor lineal y su accionamiento, así como tres módulos integrados de motor paso a paso y su accionamiento. El robot realiza transferencias punto a punto desde las placas de origen a las de destino a lo largo de un eje de servomotor lineal que recorre el ancho de la máquina. Este eje soporta un cabezal de motor paso a paso de dos ejes que controla la acción de fijación. De hecho, el movimiento combinado XYZ permite incluso agitar las muestras mediante un complejo movimiento helicoidal. El eje independiente del motor paso a paso controla el mecanismo de carga de las cabezas de las agujas. Pinzas y rotadores neumáticos controlan otros movimientos de la máquina, como la recogida y eliminación de las cabezas de las agujas al inicio y al final de las operaciones.

Inicialmente, Singer tenía previsto utilizar un accionamiento neumático para el eje transversal principal, pero este diseño no ofrecía la resolución ni la velocidad de posicionamiento deseadas, además de ser demasiado ruidoso para un entorno de laboratorio. Fue entonces cuando los ingenieros empezaron a considerar los motores lineales. Baldor creó un servomotor lineal sin escobillas a medida con modificaciones mecánicas en la guía lineal, lo que permite que se apoye únicamente en sus extremos, en lugar de a lo largo de toda su longitud. De esta forma, el actuador del motor funciona como un pórtico del eje X que soporta los ejes Y y Z. Por último, el diseño magnético del motor lineal minimiza el efecto de engranaje para lograr un movimiento suave.