一切盡在掌握之中

試管需要放入離心機，部件需要安裝到位，包裝件需要置于輸送帶上：抓取物件并將它們放置到其它地方，是大多數(shù)加工過程的基本操作?，F(xiàn)代化設(shè)備的“抓取和擺放”操作均由自動化夾具完成。它們不僅需要具備強大的功率和輕柔的操作力度，同時還必須保證高度的精確性與可靠性。越來越多的應(yīng)用設(shè)備采用電氣驅(qū)動，比如FAULHABER BX4電機。該型號電機得到Zimmer Group的廣泛應(yīng)用，比如用于實驗室自動化設(shè)備的GEP2000系列新型夾具。

檢測和疫苗已被證實為抵抗新冠病毒的有效方法。它們幫助我們在一定程度上結(jié)束了封鎖隔離，重獲正常生活。但在殘酷的疫情之下，抗疫措施的局限性也顯露無疑。從實驗室核酸檢測物資，到快速檢測試劑盒，再到疫苗，隨著病毒的指數(shù)級傳播，抗疫物資的需求也隨之猛增。有限的生產(chǎn)能力從未得到完全解決。對于很多人來說，等待檢測試劑盒和疫苗的過程度日如年。

實驗室自動化技術(shù)應(yīng)對新冠病毒肺炎

實際上，制藥業(yè)、醫(yī)療技術(shù)行業(yè)和醫(yī)療實驗室都已做出了極快的反應(yīng)。這集中體現(xiàn)在產(chǎn)量的擴大和檢測能力的提高上。自動化是取得成功的主要因素。在實驗室領(lǐng)域，全球性疫情為自動化進(jìn)程提供了強有力的推進(jìn)。自動化實驗室設(shè)備和靈活通用的機器人可以大幅度減輕專業(yè)人員的工作量，同時提高檢測能力和效率。

樣本、吸管或試劑的自動抓取和處理都是需要不斷重復(fù)的主要過程。為了實現(xiàn)此目的，就需要采用輕巧的小型工業(yè)夾具。夾具技術(shù)通常有兩種，位于德國西南部的Zimmer Group產(chǎn)品經(jīng)理Maik Decker為我們解釋道：“到目前為止，大多數(shù)工業(yè)夾具都采用氣動方式，也就是壓縮空氣。但該技術(shù)無法滿足實驗室、醫(yī)療以及制藥和醫(yī)療技術(shù)行業(yè)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。因此應(yīng)用于這些領(lǐng)域的夾具需要采用電氣驅(qū)動?！?/p>

電機確保夾具的靈活性

除了衛(wèi)生以外，這類夾具還有另一個優(yōu)勢，那就是它們省除了壓縮空氣系統(tǒng)和管路。雖然在一些工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)壓縮空氣設(shè)備屬于生產(chǎn)車間的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，但是電源卻無處不在。此外，安裝夾具的設(shè)備采用電力驅(qū)動。電氣連接要比額外安裝壓縮空氣簡便。除此之外，電氣部件的控制比氣動系統(tǒng)更加簡單、靈活?！半姎怛?qū)動是大勢所在，汽車行業(yè)的發(fā)展就很明顯的告訴我們。”Maik Decker解釋道。

Zimmer Group的新產(chǎn)品，如GEP2000系列新型夾具正應(yīng)運了該發(fā)展趨勢。這種小型夾具有不同版本型號可供選擇，既可以抓取重達(dá)五公斤的部件，也能安全的處理易碎的小件物體，如試管?！半姎怛?qū)動的優(yōu)勢還體現(xiàn)在夾緊力的可調(diào)整性方面，”Zimmer Group軟件開發(fā)團(tuán)隊主管Volker Kimmig解釋道?！安捎煤线m的控制器，夾具可以同時處理各種不同的部件?！?/p>

完成1000萬次循環(huán)免維護(hù)

這些工作步驟所需的動力由一臺FAULHABER BX4系列直流無刷伺服電機提供。除了高轉(zhuǎn)矩以外，這種四磁極驅(qū)動裝置還有振動小、噪音低、結(jié)構(gòu)緊湊和使用壽命長的優(yōu)勢。“我們?yōu)樵摦a(chǎn)品提供1000萬次循環(huán)免維護(hù)的保證，”Volker Kimmig說道?！爱?dāng)然，這離不開高質(zhì)量的電機?！边@樣的電機還必須具有其它特性，才能滿足“抓取擺放”持續(xù)循環(huán)操作的高要求。

開發(fā)工程人員用汽車鑰匙的生產(chǎn)為例：“數(shù)量大、產(chǎn)量高是關(guān)鍵。夾具機器人的運行速度快，工作周期短，強度大。因此電機的啟動和停止周期非常短。在這個過程當(dāng)中電機的加速度很關(guān)鍵，每節(jié)省十分之一秒都至關(guān)重要。此外，電機還需要具有良好的散熱性，以避免高速運行導(dǎo)致過熱。”

豐碩的合作成果

Zimmer Group的夾具專家們不僅僅是通過產(chǎn)品參數(shù)表，知道FAULHABER的BX4電機能夠滿足這些要求。他們之前就已經(jīng)在GEH6000系列夾具中安裝了該系列電機。從本質(zhì)上看，這種所謂的大行程夾具與小型夾具的工作原理相同。它的行程，也就是夾具張開和關(guān)閉位置之間的距離要大得多，可以達(dá)到80毫米。

“這樣夾具就能夠在同一個加工過程中處理尺寸不同的物件，”Maik Decker解釋道。“相比之下，體積小一些的GEP2000夾具能夠在非常有限的空間內(nèi)工作。當(dāng)然這就離不開體積小，功率大的電機?！?/p>

機械自動鎖

Zimmer Group不同夾具系列產(chǎn)品擁有一個共同之處：電機功率通過一個大螺距蝸桿傳動裝置傳輸?shù)綂A鉗。即使碰上斷電，夾緊力和對應(yīng)的位置仍然得到保持。一旦被夾緊，機械自鎖功能就能確保工件穩(wěn)定安全，無需額外安裝制動器。

電機驅(qū)動器在兩個夾具型號上的工作原理稍有區(qū)別。在GEH6000夾具上，電機的編碼器信號用于定位夾鉗；而在GEP2000夾具上，該任務(wù)則通過一臺定位傳感器完成。兩種方案都具有非常高的可重復(fù)性，夾鉗運行軌跡的重復(fù)精確度高達(dá)五百分之一。

“在很多應(yīng)用當(dāng)中，夾具降至工件高度時的預(yù)定位非常重要，”Volker Kimmig解釋道。“在空間有限的情況下，張開位置通常只比關(guān)閉位置大一點點。要在一個復(fù)雜的環(huán)境內(nèi)控制機器人夾具，就有必要完成非常精確的預(yù)設(shè)置。除了非常精確的機電裝置以外，在這里電機又起到了非常關(guān)鍵的作用，我們還應(yīng)用靈活的數(shù)據(jù)連接方式。我們的夾具既可以裝配IO-Link接口，也可以采用數(shù)字IO接口。這樣可以最大程度減少夾具在運行過程中受到的阻礙。”