तेज़ गति से पिक-एंड-प्लेस करने वाले उपकरणों के लिए व्यापक स्वचालन डिज़ाइन करना मोशन इंजीनियरों के सामने आने वाले सबसे चुनौतीपूर्ण कार्यों में से एक है। जैसे-जैसे रोबोटिक सिस्टम अधिक जटिल होते जा रहे हैं और उत्पादन दरें लगातार बढ़ती जा रही हैं, सिस्टम डिज़ाइनरों को नवीनतम तकनीकों के साथ तालमेल बनाए रखना होगा, अन्यथा कम से कम इष्टतम डिज़ाइन निर्दिष्ट करने का जोखिम रहेगा। आइए उपलब्ध कुछ नवीनतम तकनीकों और घटकों की समीक्षा करें, साथ ही यह भी देखें कि उनका उपयोग कहाँ-कहाँ होता है।

रोबोटिक भुजाएं कॉम्पैक्ट डिजाइन के लिए उपयुक्त हैं

औद्योगिक रोबोटिक भुजाएँ आमतौर पर हल्की नहीं होतीं। बल्कि, इनमें से अधिकांश की संरचना काफी मजबूत होती है, जिन्हें भुजा के अंत में लगे भारी औजारों का भार वहन करना पड़ता है। मजबूत डिज़ाइन के फायदों के बावजूद, ये रोबोटिक भुजाएँ नाजुक कार्यों के लिए बहुत भारी और बड़ी होती हैं। हल्की वस्तुओं के लिए अधिक फुर्तीली भुजाएँ बनाने के उद्देश्य से, जर्मनी के कोलोन स्थित इगस इंक. के इंजीनियरों ने एक बहु-अक्षीय जोड़ विकसित करने का कार्य शुरू किया, जिससे छोटे भार को जिब के चारों ओर घुमाया जा सके। यह नया जोड़ नाजुक पिक-एंड-प्लेस अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है, जहाँ ग्रिपर बल को आवश्यकतानुसार समायोजित किया जा सकता है।

प्लास्टिक और केबल नियंत्रणों से युक्त इस नए जोड़ के लिए लचीलापन और हल्का वजन प्रमुख डिजाइन पैरामीटर हैं। संक्षेप में, केबल को FAULHABER के कॉम्पैक्ट ब्रशलेस डीसी सर्वोमोटर्स द्वारा भुजा के कंधे के जोड़ से संचालित किया जाता है, जो भुजा में जड़त्व को रोकता है, गतिशील गति को सुगम बनाता है और डिजाइन के आकार को न्यूनतम करता है।

इंजीनियरों ने अपने डिज़ाइन का अधिकांश भाग मानव कोहनी के जोड़ पर आधारित किया है, इसलिए रोटेशन और स्विवेल (घूर्णन और स्विवेल) - दो DOF (डिजिटल ऑफ़ फील्ड) को एक ही जोड़ में संयोजित किया गया है। मानव भुजा की तरह, रोबोट भुजा का सबसे कमजोर भाग हड्डियाँ (रोबोट भुजा की बॉडी ट्यूब) या मांसपेशियाँ (ड्राइव मोटर) नहीं, बल्कि टेंडन हैं, जो शक्ति का स्थानांतरण करते हैं। यहाँ, उच्च-तनाव नियंत्रण केबल 3,000 से 4,000 N/mm² की तन्यता शक्ति वाले एक अति-मजबूत UHMW-PE पॉलीइथाइलीन पदार्थ से बने हैं। पिक-एंड-प्लेस जैसे पारंपरिक रोबोट भुजा कार्यों के अलावा, यह जोड़ विशेष कैमरा फिटिंग, सेंसर या अन्य उपकरणों के लिए भी उपयुक्त है जहाँ हल्के निर्माण की आवश्यकता होती है। उच्च परिशुद्धता के लिए प्रत्येक जोड़ में एक चुंबकीय कोण स्थिति सेंसर लगाया गया है।

इलेक्ट्रॉनिक रूप से कम्यूटेटेड सर्वोमोटर्स में कम चलने वाला द्रव्यमान होता है जो गतिशील उपयोग के लिए उपयुक्त है: 24 Vdc ऑपरेटिंग वोल्टेज बैटरी पावर के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो मोबाइल अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए महत्वपूर्ण है, जबकि 97 mNm मोटर टॉर्क व्यास-अनुरूप प्लेनेटरी गियरहेड्स को आर्म ऑपरेशन के लिए आवश्यक मानों तक बढ़ाता है। इसके अलावा, इन ब्रशलेस ड्राइव में रोटर बेयरिंग के अलावा कोई घिसने वाला घटक नहीं होता है, जिससे हजारों घंटों का सेवा जीवन सुनिश्चित होता है।

रेखीय गति प्रणाली प्रयोगशाला स्वचालन को गति देती है

पारंपरिक पैकेजिंग और असेंबली प्रक्रियाओं के अलावा, पिक-एंड-प्लेस तकनीक का उपयोग उच्च गति वाली प्रयोगशाला स्वचालन में भी तेजी से बढ़ रहा है। कल्पना कीजिए कि प्रतिदिन लाखों बैक्टीरिया के नमूनों को संभालना कितना कठिन होता है, इससे आपको अंदाजा हो जाएगा कि आज की जैव प्रौद्योगिकी प्रयोगशालाओं से क्या अपेक्षा की जाती है। एक सेटअप में, एक उन्नत रैखिक गति प्रणाली RoToR नामक एक जैव प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला रोबोट को प्रति घंटे 200,000 से अधिक नमूनों की रिकॉर्ड तोड़ गति से कोशिकाओं की सरणियों को पिन करने में सक्षम बना रही है। RoToR यूके के समरसेट स्थित सिंगर इंस्ट्रूमेंट्स कंपनी का उत्पाद है और इसका उपयोग आनुवंशिक, जीनोम और कैंसर अनुसंधान के लिए एक बेंचटॉप स्वचालन प्रणाली के रूप में किया जाता है। इनमें से एक रोबोट अक्सर कई अलग-अलग प्रयोगशालाओं को सेवा प्रदान करता है, जहां वैज्ञानिक बैक्टीरिया और यीस्ट लाइब्रेरी को दोहराने, संकरण करने, पुनः व्यवस्थित करने और बैकअप लेने के लिए कम समय स्लॉट आरक्षित करते हैं।

एक रीयल-टाइम कंट्रोलर रोबोट के पॉइंट-टू-पॉइंट पिनिंग मूवमेंट को समन्वित करने वाले तीन मोशन एक्सिस, साथ ही सैंपल हैंडलिंग एक्सिस को नियंत्रित करता है और रोबोट के GUI के साथ इंटरफेस भी करता है। इसके अतिरिक्त, कंट्रोलर सभी I/O चैनलों को भी प्रबंधित करता है।

कंट्रोलर के अलावा, बाल्डोर ने एक लीनियर सर्वोमोटर और ड्राइव तथा तीन इंटीग्रेटेड स्टेपर मोटर और ड्राइव मॉड्यूल भी सप्लाई किए। यह रोबोट मशीन की चौड़ाई के साथ चलने वाले लीनियर सर्वोमोटर अक्ष के अनुदिश स्रोत से गंतव्य प्लेटों तक पॉइंट-टू-पॉइंट स्थानांतरण करता है। यह अक्ष एक दो-अक्षीय स्टेपर मोटर हेड को सपोर्ट करता है जो पिनिंग क्रिया को नियंत्रित करता है। वास्तव में, संयुक्त XYZ गति एक जटिल हेलिकल गति का उपयोग करके नमूनों को हिला भी सकती है। अलग स्टेपर मोटर अक्ष पिनहेड्स के लोडिंग तंत्र को नियंत्रित करता है। न्यूमेटिक ग्रिपर और रोटेटर मशीन की अन्य गतिविधियों को नियंत्रित करते हैं, जैसे कि संचालन के प्रारंभ और अंत में पिनहेड्स को उठाना और हटाना।

सिंगर ने शुरू में मुख्य अनुप्रस्थ अक्ष के लिए न्यूमेटिक ड्राइव का उपयोग करने का इरादा किया था, लेकिन यह डिज़ाइन वांछित स्थिति निर्धारण सटीकता या गति प्रदान नहीं कर सका और प्रयोगशाला के वातावरण के लिए बहुत शोरगुल वाला था। तभी इंजीनियरों ने लीनियर मोटर्स पर विचार करना शुरू किया। बाल्डोर ने लीनियर ट्रैक में यांत्रिक संशोधनों के साथ एक विशेष ब्रशलेस लीनियर सर्वोमोटर बनाया, जिससे इसे लंबाई के साथ नहीं बल्कि केवल सिरों पर सहारा दिया जा सके - इस प्रकार मोटर का फोर्सर एक X-अक्ष गैन्ट्री के रूप में कार्य करता है जो Y और Z अक्षों को वहन करता है। अंत में, लीनियर मोटर के चुंबक डिज़ाइन ने घर्षण को कम किया जिससे सुचारू गति संभव हुई।