試管需要放入離心機(jī)，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(guò)程的基本操作。現(xiàn)代化設(shè)備的“抓取和擺放”操作均由自動(dòng)化夾具完成。它們不僅需要具備強(qiáng)大的功率和輕柔的操作力度，同時(shí)還必須保證高度的精確性與可靠性。越來(lái)越多的應(yīng)用設(shè)備采用電氣驅(qū)動(dòng)，比如FAULHABER BX4電機(jī)。該型號(hào)電機(jī)得到Zimmer Group的廣泛應(yīng)用，比如用于實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化設(shè)備的GEP2000系列新型夾具。

檢測(cè)和疫苗已被證實(shí)為抵抗新冠病毒的有效方法。它們幫助我們?cè)谝欢ǔ潭壬辖Y(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(wú)疑。從實(shí)驗(yàn)室核酸檢測(cè)物資，到快速檢測(cè)試劑盒，再到疫苗，隨著病毒的指數(shù)級(jí)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(duì)于很多人來(lái)說(shuō)，等待檢測(cè)試劑盒和疫苗的過(guò)程度日如年。

實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)對(duì)新冠病毒肺炎

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

樣本、吸管或試劑的自動(dòng)抓取和處理都是需要不斷重復(fù)的主要過(guò)程。為了實(shí)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(guó)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(dòng)方式，也就是壓縮空氣。但該技術(shù)無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)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(dòng)。”

電機(jī)確保夾具的靈活性

1/3除了衛(wèi)生以外，這類(lèi)夾具還有另一個(gè)優(yōu)勢(shì)，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(chē)間的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，但是電源卻無(wú)處不在。此外，安裝夾具的設(shè)備采用電力驅(qū)動(dòng)。電氣連接要比額外安裝壓縮空氣簡(jiǎn)便。除此之外，電氣部件的控制比氣動(dòng)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單、靈活?！半姎怛?qū)動(dòng)是大勢(shì)所在，汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展就很明顯的告訴我們?！盡aik Decker解釋道。

Zimmer Group的新產(chǎn)品，如GEP2000系列新型夾具正應(yīng)運(yùn)了該發(fā)展趨勢(shì)。這種小型夾具有不同版本型號(hào)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(dòng)的優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在夾緊力的可調(diào)整性方面，”Zimmer Group軟件開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)主管Volker Kimmig解釋道。“采用合適的控制器，夾具可以同時(shí)處理各種不同的部件?！?br />

完成1000萬(wàn)次循環(huán)免維護(hù)

這些工作步驟所需的動(dòng)力由一臺(tái)FAULHABER BX4系列直流無(wú)刷伺服電機(jī)提供。除了高轉(zhuǎn)矩以外，這種四磁極驅(qū)動(dòng)裝置還有振動(dòng)小、噪音低、結(jié)構(gòu)緊湊和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)?！拔覀?yōu)樵摦a(chǎn)品提供1000萬(wàn)次循環(huán)免維護(hù)的保證，”Volker Kimmig說(shuō)道?！爱?dāng)然，這離不開(kāi)高質(zhì)量的電機(jī)?！边@樣的電機(jī)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(kāi)發(fā)工程人員用汽車(chē)鑰匙的生產(chǎn)為例：“數(shù)量大、產(chǎn)量高是關(guān)鍵。夾具機(jī)器人的運(yùn)行速度快，工作周期短，強(qiáng)度大。因此電機(jī)的啟動(dòng)和停止周期非常短。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中電機(jī)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(jī)還需要具有良好的散熱性，以避免高速運(yùn)行導(dǎo)致過(guò)熱。”

豐碩的合作成果

Zimmer Group的夾具專(zhuān)家們不僅僅是通過(guò)產(chǎn)品參數(shù)表，知道FAULHABER的BX4電機(jī)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(jī)。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(kāi)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(gè)加工過(guò)程中處理尺寸不同的物件，”Maik Decker解釋道?！跋啾戎?，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(kāi)體積小，功率大的電機(jī)。”

機(jī)械自動(dòng)鎖

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

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在兩個(gè)夾具型號(hào)上的工作原理稍有區(qū)別。在GEH6000夾具上，電機(jī)的編碼器信號(hào)用于定位夾鉗；而在GEP2000夾具上，該任務(wù)則通過(guò)一臺(tái)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(yùn)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(shí)的預(yù)定位非常重要，”Volker Kimmig解釋道?！霸诳臻g有限的情況下，張開(kāi)位置通常只比關(guān)閉位置大一點(diǎn)點(diǎn)。要在一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境內(nèi)控制機(jī)器人夾具，就有必要完成非常精確的2/3預(yù)設(shè)置。

除了非常精確的機(jī)電裝置以外，在這里電機(jī)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(yùn)行過(guò)程中受到的阻礙?！?/p>

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