Pick-and-Place-Anwendungen, beispielsweise im Labor, profitieren von freitragenden Konstruktionen, da die Komponenten leicht zugänglich sind. Portalroboter sind kartesische Koordinatenroboter mit horizontalen Elementen, die an beiden Enden gelagert sind. Sie ähneln physikalisch Portalkränen, die jedoch nicht unbedingt Roboter sind. Portalroboter sind oft gigantisch und können schwere Lasten tragen.

Unterschied zwischen Portal- und kartesischen Robotern

Ein kartesischer Roboter verfügt über einen Linearantrieb pro Achse, während ein Portalroboter über zwei Basisachsen (X) und eine zweite, diese überspannende (Y) Achse verfügt. Diese Konstruktion verhindert, dass die zweite Achse freitragend ist (mehr dazu später) und ermöglicht im Vergleich zu kartesischen Robotern noch größere Hublängen in Portalen und eine höhere Nutzlast.

Die gängigsten kartesischen Roboter verwenden die doppelt geführte Konstruktion, da diese einen besseren Schutz gegen überhängende (Moment-)Lasten bietet. Achsen mit doppelter Linearführung benötigen jedoch mehr Platz als Achsen mit einfacher Führung. Doppelführungssysteme sind im Vergleich dazu in der Regel kurz (in vertikaler Richtung) und können die Interaktion mit anderen Bereichen der Maschine beeinträchtigen. Die Wahl der Achsen beeinflusst nicht nur die Effizienz des kartesischen Systems, sondern auch den Gesamtplatzbedarf.

Kartesische Roboteraktuatoren

Wenn ein kartesischer Mechanismus die beste Wahl ist, ist der nächste Konstruktionsfaktor in der Regel die Antriebssteuereinheit, die ein Bolzen-, Schrauben- oder pneumatisch angetriebenes System sein kann. Linearantriebe sind je nach Antriebssystem in der Regel mit einer einzelnen oder doppelten Linearführung erhältlich.

Kabelkontrolle und -management

Die Kabelsteuerung ist ein weiteres wesentliches Merkmal dieses Roboterdesigns, das in frühen Phasen oft ignoriert (oder lediglich auf spätere Planungsphasen verschoben) wird. Für Steuerung, Luft (bei pneumatischen Achsen), Encoder-Eingang (bei servogetriebenen kartesischen Achsen), Sensoren und andere elektrische Geräte sind für jede Achse mehrere Kabel erforderlich.

Wenn Systeme und Komponenten über das industrielle Internet der Dinge (IIoT) verbunden werden, sind die Methoden und Werkzeuge, die zu ihrer Verknüpfung verwendet werden, wesentlich wichtiger. Außerdem müssen diese Schläuche, Kabel und Anschlüsse ordnungsgemäß verlegt und gewartet werden, um eine vorzeitige Ermüdung durch übermäßiges Biegen oder Störungen durch Interferenzen mit anderen Gerätekomponenten zu vermeiden.

Art und Menge der benötigten Kabel sowie die Komplexität des Kabelmanagements hängen von der Art der Steuerung und dem Netzwerkprotokoll ab. Beachten Sie, dass die Kabelträger, Kabelkanäle oder Gehäuse des Kabelmanagementsystems die Abmessungen des Gesamtsystems beeinflussen. Stellen Sie daher sicher, dass es nicht zu Konflikten mit dem Verkabelungssystem und den übrigen Roboterkomponenten kommt.

Kartesische Robotersteuerungen

Kartesische Roboter eignen sich am besten für Punkt-zu-Punkt-Bewegungen, können aber auch komplexe interpolierte und konturierte Bewegungen ausführen. Die benötigte Bewegungsart bestimmt das optimale Steuergerät, Netzwerkprotokoll, HMI und weitere Bewegungskomponenten für das System.

Obwohl diese Komponenten unabhängig von den Roboterachsen angeordnet sind, wirken sie sich größtenteils auf die benötigten Motoren, Kabel und anderen elektrischen Komponenten auf der Achse aus. Diese Elemente auf der Achse beeinflussen die ersten beiden Designaspekte: Positionierung und Kabelsteuerung.

Dadurch schließt sich der Kreis des Designprozesses und es wird deutlich, wie wichtig es ist, einen kartesischen Roboter als vernetztes elektromechanisches Gerät zu konstruieren und nicht als eine Reihe mechanischer Teile, die mit elektrischer Hardware und Software verbunden sind.

Kartesischer Roboter-Arbeitsbereich

Verschiedene Roboterkonfigurationen erzeugen unterschiedliche Arbeitsbereiche. Dieser Arbeitsbereich ist entscheidend für die Auswahl eines Roboters für eine bestimmte Anwendung, da er den Arbeitsbereich des Manipulators und des Endeffektors definiert. Für eine Vielzahl von Zwecken ist bei der Untersuchung des Arbeitsbereichs eines Roboters Sorgfalt geboten:

1. Der Arbeitsbereich ist die Arbeitsmenge, die von einem Punkt am Ende des Roboterarms erreicht werden kann. Dies ist typischerweise die Mitte der Endeffektor-Montagevorrichtung. Der Arbeitsbereich enthält keine Instrumente oder Werkstücke, die zum Endeffektor gehören.

2. Es gibt manchmal Stellen innerhalb des Arbeitsbereichs, die der Roboterarm nicht erreichen kann. Totzonen sind die Bezeichnung für bestimmte Bereiche.
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 rechteckiges Prisma. Innerhalb des Arbeitsbereichs gibt es keine Totzonen, und der Roboter kann die gesamte Nutzlast im gesamten Arbeitsbereich manipulieren.