Individualisierung und Vielseitigkeit

Kartesische Handhabungssysteme als serielle Kinematik verfügen über Hauptachsen für geradlinige Bewegungen und Hilfsachsen für Rotationen. Das System fungiert gleichzeitig als Führung, Träger und Antrieb und muss unabhängig vom Aufbau des Handhabungssystems in das Gesamtsystem der Anwendung integriert werden.

【Standard-Montagepositionen】

Alle kartesischen Handhabungssysteme können in jeder Position im Raum installiert werden. Dadurch lässt sich die Mechanik optimal an die Einsatzbedingungen anpassen. Hier ist ein Blick auf einige der gängigsten Designs.

Zweidimensional – Diese kartesischen Handhabungssysteme werden in die Kategorien Ausleger und Linearportale 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) mit einem an der Vorderseite montierten vertikalen Antrieb (Z).

Ein Linearportal ist eine horizontale Achse (Y), die an beiden Enden, links und rechts, befestigt ist. Eine vertikale Achse (Z) ist auf einem Schlitten zwischen den beiden Endpunkten der Achse montiert. Linearportale sind in der Regel schlank und haben einen rechteckigen vertikalen Arbeitsraum.

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

Neben der konventionellen Konfiguration mit Einzelachsen gibt es Linearportale und Flächenportale auch als Komplettsysteme mit fester mechanischer Kombination mit einem umlaufenden Zahnriemen als Antriebskomponente. Durch die geringe Nutzlast eignen sie sich für hohe Kapazitäten (Picks/min) bei entsprechender Dynamik.

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

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

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

Hinweis: Bei Flächen-, Linien- und 3D-Portalen erfolgt die Krafteinleitung zwischen den beiden Auflagepunkten der horizontalen Achsen. Die horizontale Achse des Auslegers fungiert aufgrund der an seinem Ende hängenden Last als Hebel.

【Einfachere Programmierung erforderlich】

Der erforderliche Programmieraufwand hängt von der Funktion ab: Müssen nur einzelne Punkte angefahren werden, genügt eine schnelle und einfache SPS-Programmierung.

Wenn Bahnbewegungen erforderlich sind, etwa beim Auftragen von Klebstoff, reicht eine SPS-Steuerung nicht mehr aus. In solchen Fällen ist auch für kartesische Handhabungssysteme eine konventionelle Roboterprogrammierung erforderlich. Allerdings bietet die Steuerungsumgebung kartesischer Handhabungssysteme im Vergleich zu herkömmlichen Robotern eine Vielzahl möglicher Alternativen. Während bei herkömmlichen Robotern stets die herstellerspezifische Steuerung zum Einsatz kommt, kann für kartesische Handlingsysteme jede SPS eingesetzt werden, und zwar in der Ausführung mit dem besten Funktionsumfang für die Anforderungen und Komplexität der Anwendung. Dadurch können Kundenvorgaben eingehalten und eine einheitliche Steuerungsplattform inklusive einheitlicher Programmiersprache und Programmstruktur implementiert werden.

Bei herkömmlichen Robotern ist oft eine komplexe Programmierung erforderlich. Der Einsatz von 4- bis 6-Achs-Systemen für mechanische Aufgaben ist daher mit einem hohen Arbeitsaufwand verbunden. Beispielsweise müssen für die Geradeausfahrt immer alle 6 Achsen gleichzeitig bewegt werden. Außerdem ist es bei herkömmlichen Roboteranwendungen schwierig und zeitaufwändig, „vom rechten Arm zum linken Arm“ zu programmieren. Kartesische Handhabungssysteme bieten hier hervorragende Alternativen.

【Energieeffizienz ist hoch】

Bereits bei der Auswahl des Systems werden die Grundlagen für eine energieeffiziente Handhabung gelegt. Wenn die Anwendung lange Verweilzeiten in bestimmten Positionen erfordert, unterliegen alle Achsen herkömmlicher Roboter einer Regelung und müssen die Gewichtskraft kontinuierlich kompensieren.

Bei kartesischen Handhabungssystemen muss in der Regel nur die vertikale Z-Achse kontinuierlich Kraft aufbringen. Diese Kraft ist erforderlich, um die Nutzlast entgegen der Schwerkraft in der gewünschten Position zu halten. Dies lässt sich sehr effizient mit pneumatischen Antrieben erreichen, da diese in ihren Haltephasen keine Energie verbrauchen. Ein weiterer Vorteil pneumatischer Z-Achsen ist ihr geringes Eigengewicht, wodurch kleinere Baugrößen für die mechanischen Komponenten von X- und Y-Achsen sowie deren Elektromotor möglich sind. Die reduzierte Nutzlast führt zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs.

Gerade bei langen Wegen und hohen Taktzahlen kommen die typischen Stärken elektrischer Achsen zum Tragen. Daher sind sie oft eine sehr effiziente Alternative für X- und Y-Achsen.

【Abschluss】

In vielen Fällen ist es effizienter und wirtschaftlicher, kartesische Handlingsysteme anstelle herkömmlicher Robotersysteme einzusetzen. Für eine Vielzahl von Anwendungen ist es möglich, ein ideales kartesisches Handhabungssystem zu entwerfen, weil:

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

• Aufgrund ihres mechanischen Aufbaus sind sie einfach zu programmieren: Beispielsweise muss für vertikale Bewegungen nur eine Achse aktiviert werden.

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

• Kartesische Handhabungssysteme sind platzoptimiert für die Anwendung.

• Durch die Verwendung von Standardkomponenten in Massenproduktion sind kartesische Handhabungssysteme eine preislich attraktive Alternative zu herkömmlichen Industrierobotern.

Und zu guter Letzt: Bei kartesischen Handhabungssystemen wird die Kinematik durch die Anwendung und ihre Peripherie definiert und nicht umgekehrt.