高速ピック アンド プレース アプリケーション向けの包括的な自動化の設計は、モーション エンジニアが直面する最も困難なタスクの 1 つです。ロボット システムがより複雑になり、生産率がこれまで以上に上昇するにつれて、システム設計者は最新のテクノロジーに追いつく必要があり、そうしないと最適とは言えない設計を指定する危険があります。利用可能な最新のテクノロジーとコンポーネントのいくつかを確認し、それらがどのように使用されているかを詳しく見てみましょう。

コンパクト設計に適したロボットアーム

産業用ロボットアームは、足つきが軽いとはあまり知られていません。むしろ、ほとんどの製品は、重いアーム先端工具をサポートする必要がある実質的な構造を備えています。これらのロボット アームは頑丈な設計という利点があるにもかかわらず、繊細な用途には重すぎてかさばりすぎます。軽作業に適した軽快なアームを実現するために、ドイツのケルンに拠点を置くイグス社のエンジニアは、小さな荷重をジブの周りで旋回させることができる多軸ジョイントの開発に着手しました。新しいジョイントは、グリッパーの力を必要に応じて調整できる、繊細なピックアンドプレース用途に最適です。

柔軟性と軽量は、プラスチックとケーブルのコントロールで構成される新しいジョイントの重要な設計パラメータです。つまり、FAULHABER コンパクト ブラシレス DC サーボモーターによってケーブルがアームの肩関節から動かされるため、アームの慣性が防止され、ダイナミックな動きが容易になり、設計上の設置面積が最小限に抑えられます。

エンジニアは設計の多くを人間の肘関節に基づいているため、2 つの自由度 (回転と旋回) が 1 つの関節に結合されています。人間の腕と同様に、ロボット アームの最も弱い部分は骨 (ロボット アームの胴体管) や筋肉 (駆動モーター) ではなく、力を伝達する腱です。こちらの高張力コントロールケーブルは、引張強度3,000～4,000N/mm2の超高強度ポリエチレン素材UHMW-PEを使用しています。このジョイントは、ピックアンドプレース用途などの従来のロボット アーム機能を超えて、軽量構造が必要な特殊なカメラ取り付け具、センサー、その他のツールにも適しています。各関節に磁気式角度位置センサーを内蔵し高精度を実現。

電子整流サーボモーターは、動的な使用に適した低い移動質量を備えています。24 Vdc の動作電圧は、モバイル アプリケーションでの使用に重要なバッテリー電源用に設計されており、97 mNm のモーター トルクにより、直径に準拠した遊星ギアヘッドが必要な値まで増加します。腕の操作。さらに、これらのブラシレス ドライブにはローター ベアリング以外に摩耗部品がないため、数万時間の耐用年数が保証されます。

リニアモーションシステムによりラボの自動化がスピードアップ

従来のパッケージングと組み立て作業を超えて、高速ラボ自動化においてもピックアンドプレースが普及しています。毎日何百万もの細菌サンプルを操作することを想像すれば、今日のバイオテクノロジー研究室が何を扱うことが期待されているかがわかるでしょう。あるセットアップでは、高度な直線運動システムにより、RoToR と呼ばれるバイオテクノロジー実験用ロボットが 1 時間あたり 200,000 サンプルを超える記録破りの速度で細胞のアレイを固定できるようになりました。RoToR は英国サマセット州の Singer Instruments で開発され、遺伝子、ゲノム、がん研究のためのベンチトップ自動化システムとして使用されています。これらのロボットの 1 つが複数の異なる研究室にサービスを提供することが多く、科学者は細菌や酵母のライブラリーの複製、交配、再配列、バックアップのために短い時間枠を確保しています。

リアルタイム コントローラーは、ロボットの 2 点間ピン止め動作を調整する 3 つの動作軸とサンプル処理軸を処理し、ロボットの GUI とも連携します。さらに、コントローラーはすべての I/O チャネルも管理します。

Baldor は、コントローラーの他に、リニア サーボモーターとドライブ、および 3 つの統合ステッピング モーターとドライブ モジュールも供給しました。ロボットは、機械の幅に沿って走るリニアサーボモーター軸に沿って、ソースプレートからデスティネーションプレートまでポイントツーポイントの移動を行います。この軸は、ピン止め動作を制御する 2 軸ステッピング モーター ヘッドをサポートします。実際、XYZ 運動を組み合わせると、複雑な螺旋運動を使用してサンプルを撹拌することもできます。独立したステッピング モーター軸がピンヘッドのローディング メカニズムを制御します。空気圧グリッパーとローテーターは、作業の開始時と終了時のピンヘッドのピックアップと廃棄など、他の機械の動きを制御します。

シンガーは当初、主横軸に空気圧ドライブを使用する予定でしたが、この設計では必要な位置決め分解能や速度を提供できず、実験室環境には騒音が大きすぎました。そのとき、エンジニアはリニアモーターを検討し始めました。Baldor は、リニア トラックに機械的変更を加えたカスタム ブラシレス リニア サーボ モーターを作成しました。これにより、全長に沿ってではなく端部のみでサポートできるようになりました。そのため、モーターのフォーサーは Y 軸と Z 軸を運ぶ X 軸ガントリーとして機能します。最後に、リニア モーターのマグネット設計によりコギングが最小限に抑えられ、スムーズな動作が可能になります。