Système de commande de mouvement linéaire : révolution de l’automatisation ultra-rapide dans les laboratoires de biotechnologie
7 Janvier 2010 --- Pour les laboratoires de biotechnologie, un système perfectionné de commande de mouvement linéaire est à l’origine des performances révolutionnaires du nouveau robot RoToR de Singer Instruments chargé de l’enchevillement de matrices de cellules.
Cette automatisation révolutionne les recherches génétiques, sur le génome et sur le cancer en manipulant plus de 200 000 échantillons de levures et de bactéries en une heure. Cette cadence jamais réalisée, d’un ordre de grandeur supérieure aux automatismes antérieurs, change le fonctionnement de nombreux laboratoires. Un robot Singer prend désormais souvent en charge plusieurs laboratoires : les utilisateurs n’ont qu’à réserver de brefs créneaux horaires, pour la duplication, la fécondation et la conservation des levures et des bactéries.
Le contrôleur temps réel compact NextMove ESB-2 de Baldor gère le robot RoToR. Ce module commande les 3 axes d’enchevillement point à point du robot, ainsi que l’axe de manipulation des échantillons, l’interface avec Windows et toutes les entrées/sorties nécessaires.
Singer Instruments a choisi le contrôleur NextMove ESB-2 car il offre, entre autres, toutes les caractéristiques de commande de mouvement en temps réel des moteurs pas à pas et les asservissements nécessaires, ce qui procure la flexibilité d’extension et d’évolution du robot RoToR.
Baldor a fourni à Singer Instruments le système complet de commande de la machine comprenant : le contrôleur NextMove avec ses entrées/sorties intégrées, ainsi que d’autres entrées/sorties d’extension qui gèrent les nombreux capteurs et actionneurs pneumatiques de ce robot sophistiqué, un servomoteur linéaire, un variateur et 3 moteurs pas à pas intégrés avec leurs modules de commande. Le contrôleur se charge de toutes les tâches de commande de mouvement sous la direction d’une interface graphique sous Windows via des commandes ActiveX.
Les principaux mouvements de la machine sont des transferts point à point entre des plateaux sur un axe entraîné par un servomoteur linéaire sur toute la largeur de la machine. Cet axe supporte une tête équipée de 2 moteurs pas à pas qui commandent l’enchevillement. Le mouvement X-Y-Z combiné dirige également les échantillons dans un mouvement hélicoïdal sophistiqué : cette action est particulièrement utilisée pour la manipulation des échantillons avec des bains liquides. Un autre moteur pas à pas commande le mécanisme de chargement des tampons d’enchevillement. D’autres mouvements, tels que le prélèvement et l’élimination des têtes d’enchevillement et les opérations de début et de fin, sont contrôlés par de simples pinces et rotateurs pneumatiques. L’utilisation de plateaux d’échantillonnage et des matrices en plastique correspondantes est déterminant dans le rendement exceptionnel de la machine : cela permet de manipuler jusqu’à 6 144 échantillons en une seule phase.
L’intention de départ de Singer était d’utiliser une commande pneumatique en boucle fermée pour l’axe transversal principal, mais cela n’offrait pas la résolution de positionnement ou la vitesse désirée et était aussi bruyant, inconvénient majeur dans un laboratoire. Singer a donc examiné la possibilité d’utiliser des moteurs linéaires. Baldor a facilité ce choix en acceptant d’apporter quelques modifications au guide d’un servomoteur linéaire sans balai pour le supporter uniquement aux extrémités et non sur toute sa longueur. Cela permet de transformer la partie mobile du moteur linéaire en pont roulant sur l’axe X qui supporte les axes Y et Z supplémentaires. Les axes Y et Z sont réalisés à base de la famille de micro-moteurs pas à pas DSMS Baldor intégrant leur électronique de commande. Le moteur linéaire Baldor LMCF est un autre nouveau produit équipé d’un aimant spécial qui minimise les à-coups pour assurer un fonctionnement extrêmement souple.
Après les principales décisions concernant le matériel, le développement du logiciel de commande de mouvement a été très facile grâce au langage Mint de Baldor et à son environnement de développement. Ce langage procure des commandes de haut niveau prêtes à l’emploi pour les mouvements voulus : la mise en service de la machine, très simple, a eu lieu en quelques jours dans le laboratoire d’étude. Les commandes qui ont fait gagner un temps précieux à Singer Instruments allaient de simples déplacements de base (ex. profils d’accélération en S très utilisés pour optimiser les vitesses entre les plateaux d’origine et de destination) au déplacement baptisé HELIX qui permet aux développeurs de réaliser un mouvement hélicoïdal des échantillons dans les bains liquides. Comme l’interface utilisateur sous Windows de la machine a été mise au point avec Visual C# et Windows Presentation Foundation, Singer Instruments a également utilisé la bibliothèque ActiveX de Baldor fournie gratuitement avec la suite de développement logiciel.
« NextMove nous offre une plateforme économique et facile à mettre en œuvre pour la commande de notre machine », déclare Trevor Clarke, Directeur Technique de Singer Instruments. « La simplicité de développement nous est très utile car RoToR est l’instrument le plus sophistiqué que nous ayons produit à ce jour. »
« Le contrôleur NextMove constitue une plateforme très économique pour de petites machines de ce type », ajoute Pierre Schnellmann de Baldor. « Il offre toutes les fonctions de commande indispensables aux principaux axes de déplacement (4 dans ce cas), ainsi que la possibilité de gérer plusieurs axes supplémentaires pour l’extension du système et des entrées/sorties intégrées pour un coût total très faible. NextMove ESB-2 fonctionne en mode autonome ou avec un PC hôte, d’où une grande souplesse d’application pour les laboratoires et les petites machines. »
Vidéo de RoToR en action : ;.
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