Pick-and-Place-Anwendungen, wie beispielsweise im Labor, profitieren von freitragenden Konstruktionen, da die Komponenten leicht zugänglich sind. Portalroboter sind kartesische Koordinatenroboter mit horizontalen Trägern an beiden Enden; sie ähneln Portalkränen, die jedoch nicht zwangsläufig Roboter sind. Portalroboter sind oft sehr groß und können schwere Lasten tragen.

Unterschied zwischen Portal- und kartesischen Robotern

Ein kartesischer Roboter besitzt pro Achse einen Linearantrieb, während ein Portalroboter zwei Basisachsen (X-Achsen) und eine zweite, diese überspannende Y-Achse aufweist. Diese Konstruktion verhindert eine freitragende zweite Achse (mehr dazu später) und ermöglicht im Vergleich zu kartesischen Robotern noch größere Hublängen und höhere Nutzlasten bei Portalrobotern.

Die meisten kartesischen Roboter verwenden eine doppelte Linearführung, da diese einen besseren Schutz vor überhängenden Lasten (Momenten) bietet. Allerdings benötigen Achsen mit doppelter Linearführung mehr Platz als Achsen mit einfacher Führung. Im Vergleich dazu sind Doppelführungssysteme in der Regel kürzer (vertikal) und können die Interaktion mit anderen Maschinenbereichen minimieren. Die Wahl der Achsen beeinflusst also nicht nur die Effizienz des kartesischen Systems, sondern auch dessen Gesamtplatzbedarf.

Kartesische Roboteraktoren

Ist ein kartesischer Mechanismus die beste Wahl, ist der nächste wichtige Konstruktionsfaktor üblicherweise die Aktuator-Steuereinheit, die als Bolzen-, Schrauben- oder pneumatisches Antriebssystem ausgeführt sein kann. Linearantriebe sind je nach Antriebssystem in der Regel mit einer oder zwei Linearführungen erhältlich.

Kabelsteuerung und -management

Die Kabelsteuerung ist ein weiteres wesentliches Merkmal dieser Roboterkonstruktion, das in den frühen Planungsphasen oft vernachlässigt (oder einfach auf spätere Phasen verschoben) wird. Für die Steuerung von Druckluft (bei pneumatischen Achsen), Encoder-Eingaben (bei servogesteuerten kartesischen Achsen), Sensoren und anderen elektrischen Bauteilen sind für jede Achse mehrere Kabel erforderlich.

Wenn Systeme und Komponenten über das industrielle Internet der Dinge (IIoT) miteinander verbunden werden, werden die Methoden und Werkzeuge, die zur Verbindung dieser Komponenten verwendet werden, wesentlich wichtiger. Sowohl die Leitungen, Drähte und Steckverbinder müssen sachgemäß verlegt und gewartet werden, um vorzeitige Ermüdung durch übermäßige Biegung oder Störungen durch Interferenzen mit anderen Gerätekomponenten zu vermeiden.

Art und Anzahl der benötigten Kabel sowie die Komplexität des Kabelmanagementsystems hängen von der Art der Steuerung und dem Netzwerkprotokoll ab. Beachten Sie, dass die Kabelträger, -rinnen oder -gehäuse des Kabelmanagementsystems die Gesamtabmessungen des Systems beeinflussen. Stellen Sie daher sicher, dass es keine Konflikte mit dem Kabelsystem und den übrigen Roboterkomponenten gibt.

Kartesische Robotersteuerung

Für Punkt-zu-Punkt-Bewegungen eignen sich kartesische Roboter besonders gut, sie können aber auch komplexe interpolierte und konturierte Bewegungen ausführen. Die Art der benötigten Bewegung bestimmt das optimale Steuergerät, Netzwerkprotokoll, die Benutzeroberfläche und weitere Bewegungskomponenten für das System.

Obwohl diese Komponenten größtenteils unabhängig von den Roboterachsen angeordnet sind, beeinflussen sie die Motoren, Kabel und andere benötigte elektrische Komponenten entlang der Achse. Diese Achsenelemente wirken sich wiederum auf die ersten beiden Konstruktionsaspekte aus: Positionierung und Kabelführung.

Damit schließt sich der Kreis im Designprozess, was die Bedeutung des Aufbaus eines kartesischen Roboters als vernetztes elektromechanisches Gerät unterstreicht, anstatt als eine Reihe von mechanischen Teilen, die an elektrische Hardware und Software angeschlossen sind.

Arbeitshülle des kartesischen Roboters

Unterschiedliche Roboterkonfigurationen erzeugen unterschiedliche Arbeitsbereichsformen. Dieser Arbeitsbereich ist entscheidend bei der Auswahl eines Roboters für eine bestimmte Anwendung, da er den Arbeitsbereich des Manipulators und des Endeffektors festlegt. Für eine Vielzahl von Anwendungsfällen ist bei der Untersuchung des Arbeitsbereichs eines Roboters besondere Sorgfalt geboten.

1. Der Arbeitsbereich ist der Arbeitsbereich, der von einem Punkt am Ende des Roboterarms aus bearbeitet werden kann. Dieser Punkt befindet sich typischerweise in der Mitte der Befestigungsvorrichtungen des Endeffektors. Er umfasst keine Instrumente oder Werkstücke, die zum Endeffektor gehören.

2. Innerhalb des Arbeitsbereichs gibt es mitunter Bereiche, die der Roboterarm nicht erreichen kann. Solche spezifischen Regionen werden als „Tote Zonen“ bezeichnet.
Die angegebene maximale Nutzlastkapazität ist nur bei solchen Armlängen erreichbar, die möglicherweise nicht die maximale Reichweite erreichen.

3. Der Arbeitsbereich der kartesischen Konfiguration ist ein Quader. Innerhalb dieses Arbeitsbereichs gibt es keine Totzonen, und der Roboter kann die gesamte Nutzlast über das gesamte Arbeitsvolumen manövrieren.