Anpassung und Vielseitigkeit

Kartesische Handlingsysteme als serielle Kinematik verfügen über Hauptachsen für die geradlinige Bewegung und Nebenachsen für die Rotation. Das System dient gleichzeitig als Führung, Träger und Antrieb und muss unabhängig von der Handlingsystemstruktur in das Gesamtsystem der Anwendung integriert werden.

【Standard-Montagepositionen】

Alle kartesischen Handlingsysteme können in beliebiger Position im Raum installiert werden. Dadurch lässt sich die Mechanik optimal an die Anwendungsbedingungen anpassen. Hier sehen Sie einige der gängigsten Ausführungen.

Zweidimensional – Diese kartesischen Handhabungssysteme werden in die Kategorien Ausleger und Linienportale mit ihrer Bewegung in der vertikalen Ebene sowie Flächenportale mit ihrer Bewegung in der horizontalen Ebene unterteilt.

Ein 2D-Ausleger besteht aus einer horizontalen Achse (Y), an deren Vorderseite ein vertikaler Antrieb (Z) montiert ist.

Ein Linearportal besteht aus einer horizontalen Achse (Y), die an beiden Enden (links und rechts) befestigt ist. Zwischen den beiden Endpunkten der Achse ist eine vertikale Achse (Z) auf einem Schlitten montiert. Linearportale sind in der Regel schlank und verfügen über einen rechteckigen vertikalen Arbeitsraum.

Ein Flächenportal besteht aus zwei parallelen Achsen (X), die durch eine senkrecht zur Bewegungsrichtung stehende Achse (Y) verbunden sind. Flächenportale können einen deutlich größeren Arbeitsraum abdecken als Robotersysteme mit Delta-Kinematik oder SCARA mit ihren kreis- bzw. nierenförmigen Arbeitsräumen.

Linien- und Flächenportale gibt es neben der klassischen Ausführung mit Einzelachsen auch als Komplettsysteme mit fester mechanischer Verbindung und umlaufendem Zahnriemen als Antriebselement. Durch die geringe Nutzlast eignen sie sich für hohe Leistungen (Picks/min) bei entsprechender Dynamik.

Dreidimensional – Diese kartesischen Handhabungssysteme werden in die Kategorien Ausleger und 3D-Portale mit Bewegungen auf beiden Ebenen unterteilt.

3D-Ausleger bestehen aus zwei parallel angeordneten Achsen (X) und einer senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufenden Auslegerachse (Y), an deren Vorderseite eine vertikale Achse (Z) angebracht ist.

3D-Portale bestehen aus zwei parallelen Achsen (X), die durch eine senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufende Achse (Y) verbunden sind. Auf dieser senkrechten Achse ist eine vertikale Achse (Z) montiert.

Hinweis: Bei Flächen-, Linien- und Raumportalen wird die Kraft zwischen den beiden Auflagepunkten der Horizontalachsen eingeleitet. Die Horizontalachse des Auslegers wirkt durch die an ihrem Ende hängende Last als Hebel.

【Einfachere Programmierung erforderlich】

Der erforderliche Programmieraufwand richtet sich nach der Funktion: Soll das System nur einzelne Punkte anfahren, genügt eine schnelle und einfache SPS-Programmierung.

Sind Bahnbewegungen erforderlich, beispielsweise beim Auftragen von Klebstoff, reicht eine SPS-Steuerung nicht mehr aus. Auch für kartesische Handlingsysteme ist in solchen Fällen eine konventionelle Roboterprogrammierung erforderlich. Die Steuerungsumgebung für kartesische Handlingsysteme bietet jedoch im Vergleich zu konventionellen Robotern eine Vielzahl möglicher Alternativen. Während bei konventionellen Robotern stets die herstellerspezifische Steuerung zum Einsatz kommen muss, kann für kartesische Handlingsysteme jede beliebige SPS in der Variante mit dem optimalen Funktionsumfang für die Anforderungen und Komplexität der Anwendung eingesetzt werden. So können Kundenspezifikationen eingehalten und eine einheitliche Steuerungsplattform inklusive einheitlicher Programmiersprache und Programmstruktur implementiert werden.

Bei konventionellen Robotern ist oft eine komplexe Programmierung erforderlich. Der Einsatz von 4- bis 6-Achs-Systemen für mechanische Aufgaben ist daher sehr aufwendig. Beispielsweise müssen bei einer Geradeausfahrt immer alle 6 Achsen gleichzeitig bewegt werden. Auch die Programmierung von „Rechter Arm zu linker Arm“ ist bei konventionellen Roboteranwendungen schwierig und zeitaufwändig. Kartesische Handlingsysteme bieten hier hervorragende Alternativen.

【Die Energieeffizienz ist hoch】

Bereits bei der Systemauswahl werden die Grundlagen für eine energieeffiziente Handhabung gelegt. Erfordert die Anwendung lange Verweilzeiten in bestimmten Positionen, unterliegen bei konventionellen Robotern alle Achsen einer Regelung und müssen die Gewichtskraft kontinuierlich kompensieren.

Bei kartesischen Handlingsystemen muss meist nur die vertikale Z-Achse kontinuierlich Kraft aufbringen. Diese Kraft wird benötigt, um die Nutzlast entgegen der Schwerkraft in der gewünschten Position zu halten. Mit pneumatischen Antrieben lässt sich dies sehr effizient erreichen, da diese in den Haltephasen keine Energie verbrauchen. Ein weiterer Vorteil pneumatischer Z-Achsen ist ihr geringes Eigengewicht, wodurch die mechanischen Komponenten der X- und Y-Achse sowie deren Elektromotor kleiner dimensioniert werden können. Die reduzierte Nutzlast führt zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs.

Gerade bei langen Verfahrwegen und hohen Taktraten spielen elektrische Achsen ihre typischen Stärken aus. Daher stellen sie oft eine sehr effiziente Alternative zu X- und Y-Achsen dar.

【Abschluss】

In vielen Fällen ist der Einsatz kartesischer Handlingsysteme effizienter und wirtschaftlicher als der Einsatz konventioneller Robotersysteme. Für viele Anwendungen ist die Entwicklung eines optimalen kartesischen Handlingsystems möglich, da:

• Die Systeme werden hinsichtlich optimaler Wege und Dynamik auf die Anforderungen der Anwendung ausgelegt und der Belastung angepasst.

• Ihr mechanischer Aufbau ermöglicht eine einfache Programmierung: Für vertikale Bewegungen muss beispielsweise nur eine Achse aktiviert werden.

• Ihre optimale mechanische Anpassung macht sie energieeffizient, beispielsweise durch die Abschaltung der Energiezufuhr im Ruhezustand.

• Kartesische Handlingsysteme sind platzoptimiert für die Anwendung.

• Standardisierte, in Massenproduktion gefertigte Komponenten machen kartesische Handhabungssysteme zu einer preislich attraktiven Alternative zu herkömmlichen Industrierobotern.

Und nicht zuletzt: Bei kartesischen Handlingsystemen wird die Kinematik durch die Anwendung und ihre Peripherie definiert, nicht umgekehrt.