תכנון אוטומציה מקיפה עבור יישומי pick-and-place במהירות גבוהה הוא בין המשימות המאתגרות ביותר העומדות בפני מהנדסי תנועה. ככל שמערכות רובוטיות הופכות מורכבות יותר וקצבי הייצור עולים והולכים, מתכנני מערכות חייבים להתעדכן בטכנולוגיות העדכניות ביותר או להסתכן בהגדרת תכנון שאינו אופטימלי. בואו נסקור כמה מהטכנולוגיות והרכיבים העדכניים ביותר הזמינים, ונבחן מקרוב היכן הם נמצאים בשימוש.

זרועות רובוט מתאימות לעיצובים קומפקטיים

זרועות רובוט תעשייתיות אינן ידועות בדרך כלל כקלות על רגליהן. במקום זאת, לרובן יש מבנים משמעותיים שחייבים לתמוך בכלי עבודה כבדים בקצה הזרוע. למרות היתרונות של עיצוב חסון, זרועות רובוטיות אלו כבדות ומגושמות מדי עבור יישומים עדינים. כדי להפוך את הזרועות הזריזות יותר למתאימות יותר למשימות קלות, מהנדסים מחברת igus Inc., העובדים בקלן, גרמניה, יצאו לפתח מפרק רב-צירי שיאפשר לעומסים קטנים להסתובב סביב זרוע. המפרק החדש מתאים היטב ליישומי איסוף והצבה עדינים שבהם ניתן לכוונן את כוח האחיזה לפי הצורך.

גמישות ומשקל קל הם פרמטרים מרכזיים בתכנון המפרק החדש, המורכב מפלסטיק ובקרות כבלים. בקצרה, הכבלים מועברים ממפרק הכתף של הזרוע על ידי מנועי סרבו קומפקטיים ללא מברשות של FAULHABER, המונעים אינרציה בזרוע, מקלים על תנועה דינמית וממזערים את טביעת הרגל התכנונית.

מהנדסים ביססו חלק ניכר מהתכנון שלהם על מפרק המרפק האנושי, ולכן שני גבולות זוויתיים (DOF) - סיבוב וסיבוב - משולבים למפרק יחיד. בדומה לזרוע אנושית, החלק החלש ביותר בזרוע הרובוט אינו העצמות (צינור הגוף של זרוע הרובוט) או השרירים (מנוע ההנעה), אלא הגידים, אשר מעבירים כוח. כאן, כבלי בקרה במתח גבוה עשויים מחומר פוליאתילן UHMW-PE חזק במיוחד בעל חוזק מתיחה של 3,000 עד 4,000 ניוטון/מ"מ². מעבר לפונקציות מסורתיות של זרוע הרובוט כגון יישומי הרמה ומיקום, המפרק מתאים גם להתקנות מיוחדות למצלמות, חיישנים או כלים אחרים בהם נדרשת בנייה קלת משקל. חיישן מיקום זווית מגנטי מובנה בכל מפרק לדיוק גבוה.

מנועי הסרוו המופעלים אלקטרונית כוללים מסה נעה נמוכה המתאימה לשימוש דינמי: מתח ההפעלה של 24 וולט DC מיועד להפעלת סוללה, חיוני לשימוש ביישומים ניידים, בעוד שמומנט המנוע של 97 מיליונומטר מגדיל את ראשי ההילוכים הפלנטריים התואמים לקוטר לערכים הנדרשים להפעלת הזרוע. יתרה מכך, להנעות ללא מברשות אלו אין רכיבים שחוקים מלבד מיסב הרוטור, מה שמבטיח חיי שירות של עשרות אלפי שעות.

מערכת תנועה לינארית מאיצה אוטומציה של המעבדה

מעבר לפעולות אריזה והרכבה מסורתיות, גם פיק-אנד-פלייס מתפשט באוטומציה של מעבדות במהירות גבוהה. דמיינו מניפולציה של מיליוני דגימות חיידקים מדי יום ותהיה לכם מושג לגבי מה מעבדות הביוטכנולוגיה של ימינו צפויות להתמודד איתן. במערכת אחת, מערכת תנועה ליניארית מתקדמת מאפשרת לרובוט מעבדה ביוטכנולוגיה בשם RoToR להצמיד מערכי תאים במהירויות שוברות שיאים של יותר מ-200,000 דגימות לשעה. RoToR מגיע מחברת Singer Instruments, סומרסט, בריטניה, ומשמש כמערכת אוטומציה שולחנית למחקר גנטי, גנומי וסרטן. אחד הרובוטים הללו משרת לעתים קרובות מספר מעבדות שונות, כאשר מדענים שומרים משבצות זמן קצרות לשכפול, זיווג, סידור מחדש וגיבוי של ספריות חיידקים ושמרים.

בקר בזמן אמת מטפל בשלושת צירי התנועה המתאמים את תנועות ההצמדה מנקודה לנקודה של הרובוט, כמו גם בציר טיפול בדגימות, וגם מתממשק עם ממשק המשתמש הגרפי של הרובוט. בנוסף, הבקר מנהל גם את כל ערוצי הקלט/פלט.

מלבד הבקר, בלדור סיפקה גם מנוע סרוו ליניארי והנעה ושלושה מודולים משולבים של מנוע צעד והנעה. הרובוט מבצע העברות נקודה לנקודה ממקור לצלחות יעד לאורך ציר מנוע סרוו ליניארי העובר לאורך רוחב המכונה. ציר זה תומך בראש מנוע צעד דו-צירי השולט בפעולת ההצמדה. למעשה, תנועת XYZ המשולבת יכולה אפילו לערבב דגימות באמצעות תנועה סלילית מורכבת. ציר מנוע הצעד הנפרד שולט במנגנון הטעינה של ראשי הסיכה. תופסנים ומסובבים פנאומטיים שולטים בתנועות מכונה אחרות, כגון איסוף וסילוק של ראשי סיכה בתחילת ובסוף הפעולות.

במקור, זינגר התכוון להשתמש בהנעה פנאומטית עבור הציר הרוחבי הראשי, אך עיצוב זה לא יכל לספק את רזולוציית המיקום או המהירות הרצויות, והיה רועש מדי עבור סביבת מעבדה. אז החלו המהנדסים לשקול מנועים ליניאריים. בלדור יצר מנוע סרבו ליניארי ללא מברשות בהתאמה אישית עם שינויים מכניים במסילה הליניארית, המאפשרים תמיכה רק בקצותיו, ולא לאורכו - כך שמנגנון הכוח של המנוע פועל כגנטרי בציר X הנושא את צירי ה-Y וה-Z. לבסוף, עיצוב המגנט של המנוע הליניארי ממזער את גלגל השיניים כדי לאפשר תנועה חלקה.