Systemkonfiguration, Kabelmanagement, Steuerung.

Wenn Ihre Anwendung einen kartesischen Roboter erfordert, stehen Ihnen je nach gewünschtem Integrationsgrad zahlreiche Optionen zur Verfügung. Und obwohl vorgefertigte kartesische Roboter immer häufiger eingesetzt werden, da Hersteller ihre Produktpalette erweitern, um ein breiteres Spektrum an Leistungskriterien zu erfüllen, erfordern einige Anwendungen immer noch den Aufbau eines eigenen kartesischen Systems – beispielsweise um besondere Umgebungsbedingungen zu erfüllen oder eine hohe Anforderungen zu erfüllen spezielle Leistungsanforderungen.

Aber „bauen Sie Ihr eigenes“ bedeutet nicht unbedingt „von Grund auf neu bauen“. Ein typisches Beispiel: Die Schlüsselkomponenten eines kartesischen Roboters – die Linearaktuatoren – sind in zahlreichen Konfigurationen verfügbar, sodass es selten notwendig ist, die Aktuatoren von Grund auf neu zu bauen. Und viele Hersteller von Linearantrieben bieten Verbindungssätze und Montagehalterungen an, die den Zusammenbau Ihres eigenen kartesischen Systems aus Aktuatoren mit Katalogspezifikation relativ einfach machen.

Die Festlegung des Grundlayouts und die Auswahl der geeigneten Linearantriebe ist jedoch nur der erste Schritt. Um zu vermeiden, dass Sie am Ende ein kartesisches System erhalten, das die Anwendungsanforderungen nicht erfüllt oder nicht in den erwarteten Platzbedarf passt, sollten Sie die folgenden Überlegungen berücksichtigen – insbesondere während der Entwurfsphase.

Systemkonfiguration

Eines der ersten Dinge, die beim Entwurf eines kartesischen Roboters spezifiziert werden müssen, ist die Konfiguration der Achsen, nicht nur um die notwendigen Bewegungen zu erreichen, sondern auch um sicherzustellen, dass das System über eine ausreichende Steifigkeit verfügt, die sich auf die Tragfähigkeit, Verfahrgenauigkeit und Positionierung auswirken kann Genauigkeit. Tatsächlich sind einige Anwendungen, die eine Bewegung in kartesischen Koordinaten erfordern, besser mit einem Portalroboter als mit einem kartesischen System zu erreichen, insbesondere wenn die Y-Achse einen langen Hub erfordert oder wenn die kartesische Anordnung eine große Momentenbelastung auf eine der Achsen ausüben würde . In diesen Fällen können die Dual-X- oder Dual-Y-Achsen eines Portalsystems erforderlich sein, um übermäßige Durchbiegung oder Vibrationen zu verhindern.

Wenn ein kartesisches System die beste Lösung ist, ist die nächste Designoption typischerweise die Antriebseinheit für die Aktuatoren – wobei die häufigste Wahl ein Riemen-, Schrauben- oder pneumatisch angetriebenes System ist. Und unabhängig vom Antriebssystem werden Linearantriebe typischerweise entweder mit einer einzelnen Linearführung oder mit zwei Linearführungen angeboten.

Die überwiegende Mehrheit der kartesischen Roboter verwendet die Doppelführungskonfiguration, da diese eine bessere Unterstützung für überhängende (Moment-)Lasten bietet – Achsen mit doppelten Linearführungen haben jedoch eine größere Stellfläche als Achsen mit einzelnen Linearführungen. Andererseits sind Doppelführungssysteme oft kürzer (in vertikaler Richtung), wodurch Störungen mit anderen Teilen der Maschine vermieden werden können. Der Punkt ist, dass die Art der von Ihnen gewählten Achsen nicht nur die Leistung des kartesischen Systems, sondern auch die Gesamtfläche beeinflusst.

Kabelmanagement

Ein weiterer wichtiger Aspekt des kartesischen Roboterdesigns, der in den frühen Phasen oft übersehen (oder einfach auf spätere Phasen des Designs verschoben) wird, ist das Kabelmanagement. Jede Achse erfordert mehrere Kabel für Strom, Luft (für pneumatische Achsen), Encoder-Feedback (für servoangetriebene Kartesianer), Sensoren und andere elektrische Komponenten. Und wenn Systeme und Komponenten in das industrielle Internet der Dinge (IIoT) integriert werden, werden die Methoden und Werkzeuge zu ihrer Verbindung noch wichtiger. Alle diese Kabel, Leitungen und Anschlüsse müssen sorgfältig verlegt und verwaltet werden, um sicherzustellen, dass sie nicht durch übermäßige Biegung vorzeitig ermüden oder durch Beeinträchtigung anderer Teile des Systems beschädigt werden.

Kartesische Roboter (sowie SCARA- und 6-Achsen-Roboter) machen diese Konnektivität noch anspruchsvoller, da sich die Achsen sowohl unabhängig als auch synchron zueinander bewegen können. Eine Möglichkeit, die Komplexität des Kabelmanagements zu verringern, ist jedoch die Verwendung von Komponenten, die die Anzahl der erforderlichen Kabel reduzieren – zum Beispiel Motoren, die Leistung und Rückmeldung in einem einzigen Kabel integrieren, oder integrierte Motor-Antriebskombinationen.

Auch die Art der Steuerung und das Netzwerkprotokoll können Einfluss auf die Art und Menge der benötigten Kabel sowie die Komplexität des Kabelmanagements haben. Und vergessen Sie nicht, dass das Kabelmanagementsystem – Kabelträger, -wannen oder -gehäuse – die Abmessungen des Gesamtsystems beeinflusst. Daher ist es wichtig, das Kabelmanagementsystem auf Interferenzen mit den anderen Teilen des Roboters und der Maschine zu prüfen .

Kontrollen

Kartesische Roboter sind die Lösung der Wahl für Punkt-zu-Punkt-Bewegungen, können aber auch komplexe interpolierte Bewegungen und Konturbewegungen ausführen. Die Art der erforderlichen Bewegung hilft bei der Bestimmung, welches Steuerungssystem, Netzwerkprotokoll, HMI und andere Bewegungskomponenten am besten für das System geeignet sind. Und obwohl diese Komponenten größtenteils getrennt von den Achsen des kartesischen Roboters untergebracht sind, haben sie Einfluss darauf, welche Motoren, Kabel und andere elektrische Komponenten auf der Achse erforderlich sind. Und diese Komponenten auf der Achse werden wiederum eine Rolle bei den ersten beiden Designüberlegungen spielen: Konfiguration und Kabelmanagement.

Damit schließt sich im Designprozess der „Kreis“ und unterstreicht, wie wichtig es ist, einen kartesischen Roboter als integrierte elektromechanische Einheit zu entwerfen und nicht als eine Reihe mechanischer Komponenten, die einfach mit elektrischer Hardware und Software verbunden sind.