Les motorisations maxon au service du robot d'automatisation de laboratoire Andrew+

Le marché de l'automatisation des laboratoires ne cesse de croître avec l'arrivée de nouveaux systèmes de table, mais il est parfois difficile de proposer des fonctions autres que le pipetage de base. Après des années d'analyse du marché, Andrew Alliance a relevé ce défi, ce qui a donné naissance à son robot de manipulation de liquides Andrew+. Grâce à une gamme étendue d'accessoires, le robot a été conçu pour faire plus que simplement automatiser le pipetage comme le font tant de systèmes concurrents (voir la Figure 1).

Figure 1 : Le robot de manipulation de liquides Andrew+ est conçu pour recevoir et fonctionner avec une gamme croissante d'accessoires.

Andrew+ fait partie de OneLab, l'écosystème connecté au cloud de la société, qui permet aux utilisateurs de concevoir et d'exécuter des protocoles de laboratoire de manière simple et efficace. Cette architecture flexible permet aux utilisateurs de passer sans effort de laborieuses procédures de pipetage manuel à des flux de travail de laboratoire sans erreur et entièrement robotisés. Le plus intéressant est que les utilisateurs n'ont pas besoin d'être des programmeurs expérimentés ou des experts en robotique de laboratoire ou en ingénierie de l'automatisation.

La base de ce robot de manipulation de liquides ne pèse que 15kg pour une utilisation facile sur une paillasse et peut être redéployée dans différentes parties d'un laboratoire ou dans différents départements pour être utilisée pour une vaste gamme de tâches. Le robot travaille à partir d'un porte-outil intégré. Le robot saisit et fixe l'outil approprié pour l'opération, puis exécute la fonction qui lui est attribuée.

Andrew+ est un système modulaire qui peut être adapté à de nombreuses tâches et applications, notamment la préparation d'échantillons pour le QC, la chimie analytique, la délusion en série, la préparation du plasma, l'extraction d'ADN, la normalisation de la concentration, et bien plus encore. Avec des pipettes électroniques monocanal et multicanaux, le système garantit la performance de la manipulation des liquides tout en offrant une flexibilité maximale à l'utilisateur. En outre, l'unité peut réaliser un large éventail d'étapes expérimentales complexes, telles que la saisie de colonnes, en fonction de l'application.

Les pipettes offrent une vitesse et une gamme dynamique de volumes de distribution allant de 0,2 µL à 10ml (voir figure 2). Comme l'unité a été conçue pour s'adapter à la plupart des paillasses de laboratoire et des armoires de sécurité biologique, la flexibilité est intégrée. L'unité peut fonctionner avec deux rangées complètes de Dominos (permettant de distribuer 7 microplaques ou 56 tubes de Falcon ou 168 micro-tubes) et occupe une profondeur de ~60cm/24-inch - ce qui convient même aux hottes les plus petites. La taille compacte de l'unité lui permet d'être placée dans un réfrigérateur et de fonctionner à des températures aussi basses que 4oC.

Commande du bras robotique par trois joints d'étanchéité

Andrew Alliance a choisi trois moteurs plats EC45 conçus et fabriqués par maxon pour l'actionnement du bras du robot - un pour l'épaule, un pour le coude et un pour le poignet. Selon Antoine Jordan, directeur des opérations mondiales, "la taille et l'encombrement étaient vraiment importants pour que le robot soit à la fois compact et léger."

L'entreprise avait déjà utilisé des produits maxon dans le passé, ce qui lui a permis d'avoir de nombreuses expériences préalables avec la technologie des moteurs avant de les intégrer dans cette nouvelle conception. Impressionnés par la stabilité des moteurs et la large gamme de produits maxon compatibles avec un grand nombre d'applications, ils ont pu bénéficier d'une flexibilité de conception totale pour le projet. Andrew Alliance a également senti qu'il pouvait utiliser une version minimalement personnalisée des moteurs pour son application si nécessaire.

Une fois la décision prise quant aux moteurs à utiliser, les paramètres de conception ont été resserrés afin que le résultat final permette de produire un système de haute précision. La précision étant très importante dans un robot de laboratoire automatisé, la conception comprenait un encodeur absolu intégré utilisé pour le fonctionnement en boucle fermée du système. Cela a permis de fournir et de maintenir la précision nécessaire à l'application finale. Le robot avait besoin de ce fonctionnement extrêmement précis pour les deux opérations clés - pour effectuer des mouvements précis lors de la prise des différents instruments ou outils, ainsi que pour effectuer l'opération requise une fois l'outil dans la main du robot.

Figure 3 : Trois moteurs plats DC sans balais EC45 sont utilisés sur l'Andrew+, à raison d'un pour chacune des articulations du robot.

Trouver les bons moteurs

La décision d'intégrer les moteurs plats DC sans balais EC45 a été l'une des décisions critiques prises pour l'application (voir figure 3). Outre la précision nécessaire au fonctionnement, les moteurs devaient être très réactifs tout au long de la séquence de déplacement. Selon l'endroit où se trouve le bras robotique à un moment donné, des couples plus importants étaient nécessaires, en particulier pour les opérations en porte-à-faux. Des capteurs s'intègrent aux commandes du système pour garantir que le guidage du bras est effectué sans toucher aucun autre composant du système.

Les moteurs sont des ensembles sans balais à 4 pôles à commutation électronique, ce qui leur confère une durée de vie extrêmement longue et un fonctionnement silencieux. Grâce à des aimants en néodyme à haute énergie, les moteurs sont très nerveux et leur taille est réduite. La puissance de sortie continue est de 200 watts, tandis que la vitesse maximale est de 12 000 tr/min et que le couple continu maximal peut atteindre 265 mNm (37 oz-in) selon le bobinage.

Les moteurs EC45 utilisés dans l'Andrew+ sont des moteurs standards avec une légère variation. Comme maxon dispose de plusieurs variantes de ce moteur, il a été facile pour les deux équipes de travailler ensemble et de trouver un produit qui avait déjà été utilisé dans le passé et qui était facile à reconfigurer pour cette application spécifique. Une fois ces premiers moteurs sélectionnés et conçus, les quantités à produire étaient disponibles et le projet s'est déroulé sans problème.

Conclusion

Andrew Alliance a constaté qu'en travaillant avec un fournisseur de confiance, ils ont pu trouver et sélectionner les bons composants pour leur robot d'automatisation de laboratoire Andrew+. Les moteurs EC45 ont fourni les vitesses, les couples et la précision nécessaires à une grande variété d'opérations pour lesquelles le robot a été conçu. La fiabilité et la longévité étaient également des critères essentiels dans la sélection des moteurs de l'entreprise. Dans un secteur aussi critique que celui de l'automatisation des laboratoires, il est important de disposer à la fois d'une expertise en matière de conception et de la bonne technologie.

Vidéo de l'Andrew+ en fonctionnement :