Разработка комплексной автоматизации для высокоскоростных операций захвата и перемещения является одной из самых сложных задач, стоящих перед инженерами-механиками. По мере усложнения роботизированных систем и постоянно растущих темпов производства, разработчики систем должны идти в ногу с новейшими технологиями, иначе они рискуют выбрать неоптимальную конструкцию. Давайте рассмотрим некоторые из новейших доступных технологий и компонентов, а также подробно разберемся, где они находят применение.

Компактные конструкции роботизированных манипуляторов

Промышленные роботизированные манипуляторы обычно не отличаются легкостью. Напротив, большинство из них имеют массивные конструкции, которые должны выдерживать тяжелые концевые инструменты. Несмотря на преимущества прочной конструкции, эти роботизированные манипуляторы слишком тяжелы и громоздки для деликатных задач. Чтобы сделать более маневренные манипуляторы более подходящими для легких задач, инженеры компании igus Inc., работающей в Кёльне, Германия, разработали многоосевой шарнир, позволяющий небольшим грузам вращаться вокруг стрелы. Новый шарнир хорошо подходит для деликатных операций захвата и перемещения, где усилие захвата можно регулировать по мере необходимости.

Гибкость и малый вес являются ключевыми параметрами конструкции нового шарнира, состоящего из пластика и тросовых элементов управления. Вкратце, тросы перемещаются от плечевого сустава манипулятора с помощью компактных бесщеточных серводвигателей постоянного тока FAULHABER, что предотвращает инерцию в манипуляторе, облегчает динамические движения и минимизирует габариты конструкции.

Инженеры в значительной степени основывали свою конструкцию на локтевом суставе человека, поэтому две степени свободы — вращение и поворот — объединены в одном суставе. Подобно человеческой руке, самым слабым местом роботизированной руки являются не кости (корпус роботизированной руки) или мышцы (приводной двигатель), а сухожилия, передающие энергию. Здесь высоковольтные управляющие кабели изготовлены из сверхпрочного полиэтилена UHMW-PE с пределом прочности на разрыв от 3000 до 4000 Н/мм². Помимо традиционных функций роботизированной руки, таких как захват и перемещение, этот сустав также хорошо подходит для специальных креплений камер, датчиков или других инструментов, где требуется облегченная конструкция. Для обеспечения высокой точности в каждый сустав встроен магнитный датчик углового положения.

Серводвигатели с электронным управлением отличаются малой подвижной массой, что подходит для динамичной работы: рабочее напряжение 24 В постоянного тока рассчитано на питание от батареи, что крайне важно для мобильных приложений, а крутящий момент двигателя 97 мНм увеличивает диаметр планетарных редукторов до значений, необходимых для работы манипулятора. Более того, эти бесщеточные приводы не имеют изнашиваемых компонентов, кроме подшипника ротора, что обеспечивает срок службы в десятки тысяч часов.

Система линейного перемещения ускоряет автоматизацию лабораторных работ.

Помимо традиционных операций по упаковке и сборке, технология «захват и перемещение» также набирает популярность в высокоскоростной автоматизации лабораторий. Представьте себе, что вы ежедневно манипулируете миллионами образцов бактерий, и вы поймете, с чем сегодня приходится сталкиваться биотехнологическим лабораториям. В одной из таких установок усовершенствованная система линейного перемещения позволяет биотехнологическому лабораторному роботу RoToR закреплять массивы клеток с рекордной скоростью — более 200 000 образцов в час. RoToR разработан компанией Singer Instruments, Сомерсет, Великобритания, и используется в качестве настольной автоматизированной системы для генетических, геномных и онкологических исследований. Один такой робот часто обслуживает несколько разных лабораторий, и ученые резервируют короткие временные промежутки для репликации, скрещивания, повторного размещения и резервного копирования библиотек бактерий и дрожжей.

Контроллер реального времени управляет тремя осями движения, которые координируют перемещения робота от точки к точке, а также осью обработки образцов и взаимодействует с графическим интерфейсом робота. Кроме того, контроллер также управляет всеми каналами ввода/вывода.

Помимо контроллера, компания Baldor также поставила линейный серводвигатель и привод, а также три интегрированных модуля шаговых двигателей и приводов. Робот осуществляет точечные перемещения от исходной пластины к целевой вдоль оси линейного серводвигателя, проходящей по ширине машины. Эта ось поддерживает двухкоординатную головку шагового двигателя, которая управляет процессом закрепления. Фактически, комбинированное движение по осям XYZ может даже перемешивать образцы с помощью сложного спирального движения. Отдельная ось шагового двигателя управляет механизмом загрузки штифтов. Пневматические захваты и вращатели управляют другими движениями машины, такими как захват и удаление штифтов в начале и конце операций.

Первоначально Сингер планировал использовать пневматический привод для главной поперечной оси, но эта конструкция не обеспечивала желаемой точности позиционирования и скорости, а также была слишком шумной для лабораторных условий. Именно тогда инженеры начали рассматривать линейные двигатели. Компания Baldor разработала специальный бесщеточный линейный серводвигатель с механическими модификациями направляющей, позволяющими поддерживать его только на концах, а не по всей длине — таким образом, привод двигателя действует как портал по оси X, перемещающий оси Y и Z. Наконец, конструкция магнита линейного двигателя минимизирует заедание, обеспечивая плавное движение.