Разработка комплексной автоматизации для высокоскоростных подъемно-транспортных систем — одна из самых сложных задач, стоящих перед инженерами-механиками. По мере того, как роботизированные системы становятся всё сложнее, а производительность всё выше, проектировщики систем должны идти в ногу с новейшими технологиями, иначе они рискуют выбрать неоптимальную конструкцию. Давайте рассмотрим некоторые из новейших технологий и компонентов, а также подробно рассмотрим области их применения.

Компактные конструкции роботизированных рук

Промышленные роботы-манипуляторы обычно не отличаются лёгкостью. Большинство из них имеют прочную конструкцию, которая должна выдерживать тяжёлый инструмент. Несмотря на преимущества прочной конструкции, эти роботизированные манипуляторы слишком тяжёлые и громоздкие для деликатных задач. Чтобы сделать более гибкие манипуляторы более подходящими для лёгких задач, инженеры компании igus Inc., работающей в Кёльне, Германия, приступили к разработке многоосевого сочленения, позволяющего небольшим грузам поворачиваться вокруг стрелы. Новое сочленение отлично подходит для деликатных операций по перекладке грузов, где усилие захвата можно регулировать по мере необходимости.

Гибкость и лёгкость — ключевые параметры конструкции нового шарнира, состоящего из пластика и тросового управления. Проще говоря, тросы отводятся от плечевого шарнира руки компактными бесщёточными серводвигателями постоянного тока FAULHABER, что предотвращает инерцию руки, способствует динамичному движению и минимизирует занимаемую ею площадь.

Инженеры взяли за основу большую часть своей конструкции за основу локтевого сустава человека, поэтому две степени свободы — вращение и поворот — объединены в один сустав. Подобно человеческой руке, самая слабая часть руки робота — это не кости (трубка корпуса руки робота) или мышцы (приводной двигатель), а сухожилия, которые передают усилие. Здесь высокопрочные кабели управления изготовлены из сверхпрочного полиэтилена UHMW-PE с прочностью на разрыв от 3000 до 4000 Н/мм². Помимо традиционных функций руки робота, таких как захват и размещение, шарнир также хорошо подходит для специальных фитингов для камер, датчиков или других инструментов, где требуется легкая конструкция. Магнитный датчик углового положения встроен в каждый шарнир для обеспечения высокой точности.

Электронно-коммутируемые сервомоторы отличаются малой подвижной массой, что позволяет использовать их в динамических условиях: рабочее напряжение 24 В постоянного тока рассчитано на питание от аккумулятора, что критически важно для использования в мобильных приложениях, а крутящий момент двигателя 97 мН·м увеличивает диаметр планетарных редукторов до значений, необходимых для работы манипулятора. Более того, эти бесщёточные приводы не имеют изнашиваемых деталей, кроме подшипника ротора, что обеспечивает срок службы в десятки тысяч часов.

Система линейного перемещения ускоряет автоматизацию лабораторий

Помимо традиционных операций упаковки и сборки, в высокоскоростной автоматизации лабораторных процессов всё большее распространение получает система захвата и размещения. Представьте себе, что вам ежедневно приходится манипулировать миллионами образцов бактерий, и вы получите представление о том, с чем приходится сталкиваться современным биотехнологическим лабораториям. В одной из установок усовершенствованная система линейного перемещения позволяет биотехнологическому лабораторному роботу RoToR закреплять массивы клеток с рекордной скоростью — более 200 000 образцов в час. RoToR производится компанией Singer Instruments (Сомерсет, Великобритания) и используется в качестве настольной автоматизированной системы для генетических, геномных и онкологических исследований. Один из этих роботов часто обслуживает несколько разных лабораторий, при этом учёные резервируют короткие временные интервалы для репликации, спаривания, перегруппировки и резервного копирования библиотек бактерий и дрожжей.

Контроллер реального времени управляет тремя осями движения, координирующими перемещения робота по точкам, а также осью обработки образцов, а также взаимодействует с графическим интерфейсом робота. Кроме того, контроллер управляет всеми каналами ввода/вывода.

Помимо контроллера, компания Baldor также поставила линейный серводвигатель с приводом, а также три интегрированных модуля шагового двигателя и привода. Робот осуществляет перемещение из точки в точку от исходной пластины к целевой вдоль оси линейного серводвигателя, проходящей вдоль ширины машины. Эта ось поддерживает двухкоординатную головку с шаговым двигателем, которая управляет процессом закрепления. Более того, комбинированное движение по осям XYZ позволяет даже перемешивать образцы, используя сложное винтовое движение. Отдельная ось шагового двигателя управляет механизмом загрузки головок. Пневматические захваты и ротаторы управляют другими движениями машины, такими как захват и удаление головок в начале и в конце операций.

Изначально компания Singer планировала использовать пневматический привод для главной поперечной оси, но эта конструкция не обеспечивала желаемого разрешения позиционирования и скорости, а также была слишком шумной для лабораторных условий. Именно тогда инженеры начали рассматривать линейные двигатели. Компания Baldor разработала специальный бесщёточный линейный серводвигатель с механическими модификациями линейной направляющей, что позволило поддерживать её только на концах, а не по всей длине. Таким образом, привод двигателя действует как портал оси X, несущий оси Y и Z. Наконец, магнитная конструкция линейного двигателя минимизирует зубцовые колебания, обеспечивая плавное движение.