Projetar automação abrangente para aplicações de coleta e posicionamento de alta velocidade está entre as tarefas mais desafiadoras enfrentadas por engenheiros de movimento. À medida que os sistemas robóticos se tornam mais complexos e as taxas de produção aumentam cada vez mais, os projetistas de sistemas precisam se manter atualizados com as tecnologias mais recentes ou correm o risco de especificar um projeto abaixo do ideal. Vamos analisar algumas das tecnologias e componentes mais recentes disponíveis, além de examinar de perto onde eles são utilizados.

Braços robóticos se encaixam em designs compactos

Os braços robóticos industriais geralmente não são conhecidos por sua leveza e agilidade. Pelo contrário, a maioria possui estruturas robustas que precisam suportar ferramentas pesadas nas extremidades. Apesar das vantagens de um design resistente, esses braços robóticos são pesados ​​e volumosos demais para aplicações delicadas. Para tornar os braços mais ágeis adequados para tarefas leves, engenheiros da igus Inc., em Colônia, Alemanha, desenvolveram uma junta multieixos que permite que pequenas cargas girem em torno de um braço articulado. A nova junta é ideal para aplicações delicadas de pegar e posicionar, onde a força da garra pode ser ajustada conforme a necessidade.

Flexibilidade e leveza são parâmetros de design essenciais para a nova articulação, que consiste em plástico e controles por cabos. Resumidamente, os cabos são movimentados da articulação do ombro do braço por servomotores CC sem escovas compactos da FAULHABER, o que evita a inércia no braço, facilita o movimento dinâmico e minimiza o espaço ocupado pelo projeto.

Os engenheiros basearam grande parte do projeto na articulação do cotovelo humano, combinando dois graus de liberdade (DOF) — rotação e giro — em uma única articulação. Assim como em um braço humano, o ponto mais frágil do braço robótico não são os ossos (o tubo do corpo do robô) ou os músculos (o motor de acionamento), mas sim os tendões, responsáveis ​​pela transmissão de energia. Nesses casos, os cabos de controle de alta tensão são feitos de um material de polietileno UHMW-PE super-resistente, com uma resistência à tração de 3.000 a 4.000 N/mm². Além das funções tradicionais de um braço robótico, como operações de pegar e posicionar objetos, a articulação também é ideal para acessórios especiais de câmeras, sensores ou outras ferramentas que exigem leveza. Um sensor magnético de posição angular está integrado em cada articulação para garantir alta precisão.

Os servomotores com comutação eletrônica apresentam baixa massa móvel, adequada para uso dinâmico: a tensão de operação de 24 Vcc foi projetada para alimentação por bateria, crucial para uso em aplicações móveis, enquanto o torque do motor de 97 mNm aumenta o diâmetro das engrenagens planetárias para os valores necessários para a operação do braço robótico. Além disso, esses acionamentos sem escovas não possuem componentes sujeitos a desgaste, exceto o rolamento do rotor, garantindo uma vida útil de dezenas de milhares de horas.

Sistema de movimento linear acelera a automação laboratorial

Além das operações tradicionais de embalagem e montagem, a tecnologia pick-and-place também está se proliferando na automação laboratorial de alta velocidade. Imagine manipular milhões de amostras de bactérias todos os dias e você terá uma ideia do que se espera que os laboratórios de biotecnologia atuais processem. Em uma configuração, um sistema avançado de movimento linear permite que um robô de laboratório de biotecnologia chamado RoToR fixe conjuntos de células a velocidades recordes de mais de 200.000 amostras por hora. O RoToR é um produto da Singer Instruments, de Somerset, Reino Unido, e é usado como um sistema de automação de bancada para pesquisas genéticas, genômicas e de câncer. Um desses robôs geralmente atende a vários laboratórios diferentes, com cientistas reservando pequenos intervalos de tempo para replicação, acasalamento, rearranjo e backup de bibliotecas de bactérias e leveduras.

Um controlador em tempo real gerencia os três eixos de movimento que coordenam os movimentos de fixação ponto a ponto do robô, bem como um eixo de manipulação de amostras, e também interage com a interface gráfica do usuário (GUI) do robô. Além disso, o controlador também gerencia todos os canais de entrada/saída.

Além do controlador, a Baldor também forneceu um servomotor linear com acionamento e três módulos integrados de motor de passo com acionamento. O robô realiza transferências ponto a ponto das placas de origem para as de destino ao longo de um eixo de servomotor linear que percorre a largura da máquina. Esse eixo suporta uma cabeça de motor de passo de dois eixos que controla a ação de fixação dos pinos. De fato, o movimento combinado XYZ pode até mesmo agitar as amostras usando um movimento helicoidal complexo. O eixo do motor de passo separado controla o mecanismo de carregamento dos pinos. Garras e rotadores pneumáticos controlam outros movimentos da máquina, como a coleta e o descarte dos pinos no início e no final das operações.

Inicialmente, a Singer pretendia usar um acionamento pneumático para o eixo transversal principal, mas esse projeto não conseguia fornecer a resolução ou a velocidade de posicionamento desejadas, além de ser muito ruidoso para um ambiente de laboratório. Foi então que os engenheiros começaram a considerar motores lineares. A Baldor criou um servomotor linear sem escovas personalizado com modificações mecânicas na guia linear, permitindo que ela fosse suportada apenas nas extremidades, em vez de ao longo de todo o seu comprimento — assim, o atuador do motor funciona como um pórtico no eixo X que suporta os eixos Y e Z. Por fim, o design do ímã do motor linear minimiza o atrito, permitindo um movimento suave.