Yüksek hızlı alma ve yerleştirme uygulamaları için kapsamlı otomasyon tasarlamak, hareket mühendislerinin karşılaştığı en zorlu görevlerden biridir. Robotik sistemler daha karmaşık hale geldikçe ve üretim oranları sürekli yükseldikçe, sistem tasarımcıları en son teknolojilere ayak uydurmak zorundadır, aksi takdirde optimum olmayan bir tasarım belirleme riskiyle karşı karşıya kalırlar. Mevcut en yeni teknolojilerden ve bileşenlerden bazılarını inceleyelim ve bunların nerelerde kullanıldığına yakından bakalım.

Robot kolları kompakt tasarımlara uygundur.

Endüstriyel robot kolları genellikle hafif olmalarıyla bilinmezler. Aksine, çoğu, ağır uç ekipmanlarını desteklemek zorunda olan sağlam yapılara sahiptir. Sağlam tasarımın avantajlarına rağmen, bu robot kolları hassas uygulamalar için çok ağır ve hantaldır. Daha çevik kolları hafif işler için daha uygun hale getirmek amacıyla, Almanya'nın Köln şehrinde çalışan igus Inc. mühendisleri, küçük yüklerin bir bom etrafında dönmesine olanak tanıyan çok eksenli bir mafsal geliştirmeye koyuldular. Yeni mafsal, kavrama kuvvetinin gerektiği gibi ayarlanabildiği hassas alma ve yerleştirme uygulamaları için oldukça uygundur.

Esneklik ve hafiflik, plastik ve kablo kontrollerinden oluşan yeni eklem için temel tasarım parametreleridir. Kısaca, kablolar kolun omuz ekleminden FAULHABER kompakt fırçasız DC servo motorlar tarafından hareket ettirilir; bu da kolda ataleti önler, dinamik hareketi kolaylaştırır ve tasarım alanını en aza indirir.

Mühendisler tasarımlarının büyük bir bölümünü insan dirsek eklemine dayandırdılar, bu nedenle iki serbestlik derecesi (dönme ve dönme) tek bir eklemde birleştirildi. İnsan koluna benzer şekilde, robot kolunun en zayıf noktası kemikler (robot kolunun gövde borusu) veya kaslar (tahrik motoru) değil, gücü ileten tendonlardır. Burada, yüksek gerilim kontrol kabloları, 3.000 ila 4.000 N/mm2 çekme dayanımına sahip süper güçlü UHMW-PE polietilen malzemeden yapılmıştır. Alma ve yerleştirme uygulamaları gibi geleneksel robot kolu işlevlerinin ötesinde, eklem ayrıca hafif yapının gerekli olduğu özel kamera bağlantıları, sensörler veya diğer aletler için de oldukça uygundur. Yüksek hassasiyet için her ekleme manyetik açı konum sensörü entegre edilmiştir.

Elektronik olarak komütasyonlu servo motorlar, dinamik kullanım için uygun düşük hareketli kütleye sahiptir: 24 Vdc çalışma voltajı, mobil uygulamalarda kullanım için çok önemli olan pil gücü için tasarlanmıştır, 97 mNm motor torku ise çap uyumlu planet dişli kutularını kol çalışması için gereken değerlere yükseltir. Dahası, bu fırçasız tahrik sistemlerinde rotor yatağı dışında aşınan parça bulunmamaktadır, bu da on binlerce saatlik bir kullanım ömrü sağlar.

Doğrusal hareket sistemi laboratuvar otomasyonunu hızlandırıyor

Geleneksel paketleme ve montaj işlemlerinin ötesinde, yerleştirme ve alma işlemleri yüksek hızlı laboratuvar otomasyonunda da hızla yaygınlaşıyor. Her gün milyonlarca bakteri örneğini işlediğinizi hayal edin; günümüz biyoteknoloji laboratuvarlarının nelerle başa çıkması beklendiği konusunda bir fikriniz olur. Bir kurulumda, gelişmiş bir doğrusal hareket sistemi, RoToR adlı bir biyoteknoloji laboratuvar robotunun hücre dizilerini saatte 200.000'den fazla örnek gibi rekor hızlarda yerleştirmesini sağlıyor. İngiltere'nin Somerset kentindeki Singer Instruments tarafından üretilen RoToR, genetik, genom ve kanser araştırmaları için masaüstü otomasyon sistemi olarak kullanılıyor. Bu robotlardan biri genellikle birkaç farklı laboratuvara hizmet veriyor ve bilim insanları bakteri ve maya kütüphanelerini çoğaltmak, eşleştirmek, yeniden düzenlemek ve yedeklemek için kısa zaman dilimleri ayırıyor.

Gerçek zamanlı bir kontrol ünitesi, robotun noktadan noktaya sabitleme hareketlerini koordine eden üç hareket eksenini ve bir örnek işleme eksenini yönetir ve ayrıca robotun grafik kullanıcı arayüzü (GUI) ile arayüz oluşturur. Ek olarak, kontrol ünitesi tüm giriş/çıkış kanallarını da yönetir.

Baldor, kontrol ünitesine ek olarak, doğrusal bir servo motor ve sürücü ile üç adet entegre kademeli motor ve sürücü modülü de tedarik etti. Robot, makinenin genişliği boyunca uzanan doğrusal bir servo motor ekseni üzerinde kaynak plakalardan hedef plakalara noktadan noktaya transferler gerçekleştirir. Bu eksen, pimleme işlemini kontrol eden iki eksenli bir kademeli motor başlığını destekler. Aslında, birleşik XYZ hareketi, karmaşık bir helisel hareket kullanarak numuneleri bile karıştırabilir. Ayrı kademeli motor ekseni, pim başlıklarının yükleme mekanizmasını kontrol eder. Pnömatik tutucular ve döndürücüler, işlemlerin başlangıcında ve sonunda pim başlıklarının alınması ve atılması gibi diğer makine hareketlerini kontrol eder.

Singer başlangıçta ana enine eksen için pnömatik bir tahrik sistemi kullanmayı planlamıştı, ancak bu tasarım istenen konumlandırma çözünürlüğünü veya hızını sağlayamadı ve laboratuvar ortamı için çok gürültülüydü. İşte o zaman mühendisler lineer motorları düşünmeye başladılar. Baldor, lineer rayda mekanik değişiklikler yaparak, uzunluğu boyunca değil, yalnızca uçlarından desteklenmesini sağlayan özel bir fırçasız lineer servo motor geliştirdi; böylece motorun itici kolu, Y ve Z eksenlerini taşıyan bir X ekseni portalı görevi görüyor. Son olarak, lineer motorun mıknatıs tasarımı, düzgün hareket sağlamak için dişli etkisini en aza indiriyor.