Fertigungs- und Verpackungsvorgänge, die manuelle Material- oder Teilehandhabungsvorgänge nutzen, können unmittelbar von der Automatisierung mit kartesischen Langhubrobotern profitieren, die über maßgeschneiderte End-of-Arm-Tools (EoAT) und fortschrittliche Sensorfunktionen verfügen. Diese Roboter können eine Vielzahl von Maschinen unterstützen, um ansonsten manuelle Aufgaben wie die Maschinenpflege oder den Transfer von in Bearbeitung befindlichen Teilen auszuführen.

Kartesische Roboter bestehen aus zwei oder mehr koordinierten linearen Positionierungstischen … und sind daher möglicherweise nicht das Erste, was einem Konstrukteur in den Sinn kommt, der neu in der Automatisierung ist. Viele setzen Roboter mit der sechsachsigen Gelenkarmrobotik gleich, die die Industrie zunehmend in Fabrikhallen einsetzt. Selbst erfahrene Automatisierungsingenieure geben kartesischen Robotern möglicherweise wenig Beachtung und richten ihr Augenmerk auf Sechs-Achsen-Modelle. Dennoch kann es ein kostspieliger Fehler sein, die Vorteile eines kartesischen Langhubsystems zu ignorieren – insbesondere bei Anwendungen, bei denen der Roboter Folgendes tun muss:

1. Betreuen Sie mehrere Maschinen

2. Erreichen Sie große Längen

3. Führen Sie einfache und sich wiederholende Vorgänge aus.

Das Problem mit Sechs-Achs-Robotern

Aus gutem Grund sind Knickarmroboter in unzähligen automatisierten Fertigungs- und Verpackungsanlagen prominent vertreten, insbesondere in der Elektronikmontage und der Medizinindustrie. Bei richtiger Größe können solche Roboterarme große Nutzlasten bewältigen und bieten die Flexibilität, viele verschiedene automatisierte Aufgaben auszuführen, die durch die Programmierung gesteuert werden (und durch Änderungen der End-of-Arm-Werkzeuge ergänzt werden). Doch sechsachsige Roboter können teuer sein und erfordern eine hohe Roboterdichte. Letzteres ist ein Begriff, der darauf hinweist, dass eine Anlage wahrscheinlich für jede oder jede zweite Verpackungsmaschine einen separaten Roboter benötigt. Natürlich gibt es größere und teurere sechsachsige Roboter mit einer Reichweite für mehr als ein paar Maschinen, aber selbst diese sind suboptimale Lösungen, weil sie Anlagenbauer dazu zwingen, Maschinen um einen sehr großen Roboter herum zu positionieren. Auch Knickarmroboter erfordern Schutzeinrichtungen; verbrauchen wertvolle Stellfläche; sowie Programmierung und Wartung durch qualifizierte Mitarbeiter.

Der Fall für kartesische Linearsysteme mit langen Verfahrwegen

Kartesische Roboter übertreffen sechsachsige Roboteroptionen zum großen Teil, weil sie die erforderliche Roboterdichte reduzieren. Schließlich kann ein kartesischer Transferroboter mit langen Verfahrwegen mehrere Maschinen bedienen, ohne dass Maschinen um den Roboter herum neu angeordnet werden müssen.

Über den Maschinen installierte Transferroboter verbrauchen in der Regel keine Stellfläche … was wiederum die Sicherheitsanforderungen reduziert. Darüber hinaus erfordern kartesische Roboter nach der Ersteinrichtung nur wenig Programmier- und Wartungsaufwand.

Eine Einschränkung besteht darin, dass die Fähigkeiten kartesischer Robotiksysteme sehr unterschiedlich sind. Wenn Ingenieure online nach kartesischen Robotern suchen, werden sie tatsächlich viele kleinere Systeme finden, die für Pick-and-Place-Vorgänge an Produktions- oder Montagemaschinen optimiert sind. Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um lineare Tische, die in kartesische Standardlösungen eingebaut sind – ganz anders als die Transferroboter, die in größeren Betrieben nützlich sind und die folgenden Parameter erfüllen müssen.

Lange Reisen:Jeder Roboter, der für die Bedienung mehrerer großer Maschinen gekauft wird, muss über Hübe von mindestens 50 Fuß verfügen.

Mehrere Schlitten und kundenspezifische End-of-Arm-Werkzeuge:Roboter mit langem Transfer sind am effektivsten, wenn sie mit mehreren unabhängig voneinander agierenden Schlitten ausgestattet sind, um die Hauptachse zu bewegen … sodass ein gegebener kartesischer Roboter die Arbeit vieler übernehmen kann. Diese Produktivität wird durch speziell entwickelte Werkzeuge gesteigert, mit denen Waren effektiver gehandhabt werden können als handelsübliche EoAT-Geräte wie Vakuum- oder Fingergreifer. In vielen Fällen kann kundenspezifisches EoAT auch die Konstruktion von Materialtransportsystemen vereinfachen, die in Verbindung mit dem kartesischen Roboter arbeiten.

Vereinfachte Steuerungsarchitektur:Einige neuere kartesische Roboter verzichten auf herkömmliche Steuerungsarchitekturen, die auf separaten Motoren, Antrieben und Steuerungen für integrierte Servomotoren (komplett mit Servoantrieben) basieren, sodass kein Schaltschrank erforderlich ist. Die komplexesten kartesischen Roboteranwendungen erfordern möglicherweise immer noch eine traditionelle Architektur … aber integrierte Servomotoren bewältigen geschickt die Punkt-zu-Punkt-Bewegungssteuerungsanforderungen der meisten kartesischen Roboter. Wenn ein Konstrukteur integrierte Servomotoren verwenden kann, kann dieser dazu beitragen, den Kostenvorteil einer kartesischen Automatisierung zu maximieren.

Selektiver Einsatz:Da kartesische Roboter über oder hinter den von ihnen bedienten Maschinen montiert werden, ermöglichen sie den Benutzern auch, die Maschinen bei Bedarf manuell zu bedienen – beispielsweise für eine Kleinauflage einer Sondergröße. Bei bodenmontierten Sechs-Achs-Robotern, die den Zugang zu Maschinen blockieren können, ist dieser punktuelle Einsatz schwierig.

Spezifisches Beispiel für einen kartesischen Roboter

Einige kartesische Roboter bieten Hübe von mehr als 50 Fuß, selbst wenn sie Geschwindigkeiten von bis zu 4 m/Sek. liefern. Standardschlitten könnten über eine Doppelriemenantriebstechnologie verfügen; Einige andere Wagen enthalten einen oberen Antriebsriemen, der sich kontinuierlich im Inneren dreht. Letzteres verhindert ein Durchhängen des Bandes bei umgekehrter oder freitragender Anordnung und ermöglicht den gleichzeitigen Betrieb mehrerer unabhängiger Schlitten auf einer Achse.

Lange Riemen erschweren die Konstruktion kartesischer Roboter, da sie die Steifigkeit des Antriebsstrangs verringern (was wiederum die Leistung beeinträchtigt). Das liegt daran, dass es schwierig ist, bei langen Riemen einen bestimmten Spannungswert aufrechtzuerhalten … und (was die Sache noch schlimmer macht) die Riemenspannung asymmetrisch und variabel ist. Das Problem macht lange Umlaufbänder zu einer leistungsschwachen, kniffligen und kostspieligen Wahl für eine genaue Positionierung.

Im Gegensatz dazu halten Lineartische mit beweglichem Motor die Bandlänge kurz und knapp und sind im Schlitten untergebracht, sodass sie auf Encoder-gesteuerte Steuerungen reagieren können. Die Genauigkeit bleibt unabhängig von der Länge des kartesischen Transfersystems erhalten … ob 4 m oder 40 m.

Anwendungsbeispiel in der Verpackungsindustrie

Kartesische Robotertransfereinheiten mit langen Verfahrwegen arbeiten in Zuführ-, Kartonierungs- und Schalenformungsanwendungen und können Palettier- und Depalettierungsvorgänge durchführen.

Erwägen Sie die Verpackung von Produkten. In einer aktuellen Anwendung für ein landwirtschaftliches Verpackungsunternehmen im kalifornischen Central Valley lieferte ein Hersteller Langhub-Transferroboter zur nahtlosen Integration in das bestehende IPAK-Tray-Former-System. Jeder Roboter bedient bis zu vier Maschinen gleichzeitig und befüllt sie mit gestapelten Wellpappenbögen. Die dreiachsigen Portalroboter basieren auf robusten, riemengetriebenen Linear-Servomotor-Tischen für unbegrenzte Verfahrlängen, unabhängig bewegliche Schlitten und die Möglichkeit, den Tisch in jeder Ausrichtung zu montieren. Die längste Achse eines solchen Roboters verläuft mit einem Hub von mehr als 50 Fuß über die Reihe von Tablettformern.

Um Wellpappebögen in die vier Schalenformmaschinen zu befördern, nimmt ein Roboter zunächst eine Ladung Pappe von einem speziell angefertigten Dock auf, das Paletten aus Wellpappebögen enthält. Der Roboter liefert dann eine Kartonladung an jeden Trayformer. Dank seiner Geschwindigkeit (bis zu 4 m/Sek.) schafft der Roboter problemlos vier Schalenformer – selbst bei einer Leistung von bis zu 35 Schalen pro Minute.

Für die Sicherheitsabsicherung werden obenliegende Schiebetore und Sensoren verwendet, die sich von den gepflegten Maschinen erheben, um den Roboter nach Bedarf einzuzäunen – eine Lösung, die weniger kostspielig ist als die für bodenmontierte Sechs-Achsen-Roboter.

Zu diesem System gehören außerdem alle Steuerungen und ein kundenspezifisches EoAT, das in der Lage ist, mit Stapeln von Wellpappenplatten zu arbeiten, deren Höhe und Gewicht unvorhersehbar variieren. Das Werkzeug kann ohne Probleme Nutzlasten bis zu 50 kg bewältigen. Die Lösung entlastet Bediener, die früher Kartonbündel von Paletten heben und sich beugen mussten, um sie in die Formmaschinen zu legen. Durch die Automatisierung dieser Aufgaben kann sich das Personal auf weniger anstrengende Arbeiten konzentrieren. Große Transferroboter sind nur ein Beispiel dafür, was mit kartesischen Robotersystemen in Verpackungsumgebungen möglich ist. Einige Anbieter haben auch Palettier- und Depalettierungssysteme entwickelt, die auf ähnlichen kartesischen Ansätzen basieren. Alle diese Roboter verwenden drei lineare Bühnen, die mit Sensoren, Steuerungen und End-of-Arm-Werkzeugen für eine maximal effektive und effiziente Verpackungsautomatisierung ausgestattet sind.