Im Gegensatz zu einem anderen Robotertyp oder Mehrachsensystem.

Erstens ist ein kartesisches System eines, das sich entsprechend den kartesischen Koordinaten in drei orthogonalen Achsen – X, Y und Z – bewegt. (Es sollte jedoch beachtet werden, dass manchmal eine Drehachse – in Form eines Endeffektors oder eines End-of-Arm-Werkzeugs – auf der äußersten Achse eines kartesischen Roboters enthalten ist.)

Was einen kartesischen Roboter zu einem Roboter macht, ist, dass die Achsen über einen gemeinsamen Bewegungscontroller koordinierte Bewegungen ausführen.

Die Achsen eines kartesischen Roboters bestehen aus einer Art Linearantrieb – entweder als vormontiertes System von einem Hersteller gekauft oder vom OEM oder Endbenutzer individuell aus Linearführungs- und Antriebskomponenten gebaut.

Ganz einfach, oder?

Die Norm ISO 8373:2012 definiert einen Industrieroboter als:

Ein automatisch gesteuerter, umprogrammierbarer Mehrzweckmanipulator, der in drei oder mehr Achsen programmierbar ist und für den Einsatz in industriellen Automatisierungsanwendungen entweder fest installiert oder mobil sein kann.

Aber nicht jedes lineare System, das in der XY- oder XYZ-Achse arbeitet, ist ein kartesischer Roboter. Eine bemerkenswerte Ausnahme ist ein Robotertyp, der zwei Basisachsen (X) parallel verwendet. Diese Konfiguration – zum Beispiel 2X-Y oder 2X-YZ – bewegt den Roboter aus der kartesischen Kategorie in die Kategorie der Portalroboter.

Der Hauptunterschied zwischen Portal- und kartesischen Robotern besteht darin, dass ein kartesischer Roboter einen Linearantrieb auf jeder Achse verwendet, während ein Portalroboter immer mit zwei Basisachsen (X) konstruiert ist, die von der zweiten Achse (Y) überspannt werden. Diese Konfiguration verhindert, dass die zweite Achse auskragt (mehr dazu weiter unten) und ermöglicht Portalen viel längere Hublängen – und in vielen Fällen größere Nutzlasten – als kartesische Roboter.

Der zweite Typ eines mehrachsigen Linearsystems, der nicht unter die Definition eines kartesischen Roboters fällt, ist der XY-Tisch. Der Unterschied zwischen kartesischen Robotern und XY-Tischen liegt in der Montage- und Beladungsanordnung. Bei einem kartesischen Roboter ist die zweite oder dritte (Y- oder Z-)Achse freitragend und wird nur an einem Ende von der darunter liegenden Achse getragen. Darüber hinaus erfolgt die Belastung der Außenachse im Allgemeinen freitragend von dieser Achse.

Diese Anordnung erzeugt aufgrund der aufgebrachten Last nicht nur eine Momentenbelastung auf die Außenachse, sondern aufgrund der kombinierten Wirkung der aufgebrachten Last zusammen mit der Außenachse auch eine erhebliche Momentenbelastung auf die Stützachse. Die Montage- und Belastungsanordnung schränkt die Lasttragfähigkeit kartesischer Roboter ein und ist ein Hauptfaktor bei der Bestimmung der maximalen Hublänge für die äußere (auskragende) Achse.

Im Gegensatz dazu bestehen XY-Tische aus zwei übereinander zentrierten Achsen, oft mit ähnlichen Hublängen. Darüber hinaus ist die Last im Allgemeinen auf der Y-Achse zentriert. Diese Achsenkonfiguration und Lastpositionierung führt zu einer sehr geringen Auslegerlast auf beiden Achsen (und oft zu keiner Auslegerlast auf der Y-Achse).

Kartesische Roboter überschneiden sich in einigen technischen Spezifikationen mit SCARA- und 6-Achsen-(Gelenk-)Robotern und können in einigen der gleichen Anwendungen eingesetzt werden, aber kartesische Roboter haben gegenüber SCARA- und 6-Achsen-Typen mehrere Vorteile. Erstens bieten kartesische Designs einen rechteckigen Arbeitsbereich, in dem ein erheblicher Prozentsatz der Stellfläche des Roboters als aktiver Arbeitsbereich genutzt wird. SCARA- und 6-Achsen-Typen hingegen haben kreisförmige oder ovale Arbeitsbereiche, die häufig zu viel totem (ungenutztem) Raum führen, insbesondere wenn der erforderliche Verfahrweg oder die erforderliche Reichweite sehr groß ist.

Kartesische Roboter können aus praktisch jedem Typ von Linearantrieb mit den unterschiedlichsten Antriebsmechanismen aufgebaut werden – Riemen, Kugel- oder Leitspindel, pneumatischer Antrieb oder Linearmotor. (Beachten Sie, dass Zahnstangen- und Ritzelantriebe ebenfalls möglich sind, jedoch häufiger in Portalsystemen mit sehr langen Hüben verwendet werden.) Das bedeutet, dass sie eine bessere Positionierungsgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit als SCARA- und 6-Achsen-Typen aufweisen können und dies häufig auch tun. Kartesische Roboter haben auch hinsichtlich der Programmierung einen Vorteil in der Benutzerfreundlichkeit, da ihre Kinematik einfacher ist (drei kartesische Achsen anstelle mehrerer Rotationsachsen).

In der jüngeren Vergangenheit waren vormontierte kartesische Roboter selten, da die meisten Einheiten von einem OEM, einem Roboterintegrator oder sogar dem Endbenutzer individuell angefertigt wurden. Mittlerweile bieten viele Hersteller von Linearaktuatoren aber auch vorkonfigurierte, vormontierte kartesische Systeme mit unzähligen Optionen für gängige Anforderungen an Hub, Nutzlast, Geschwindigkeit und Präzision an. Und auch Hersteller traditioneller 6-Achsen- und SCARA-Roboter beteiligen sich an der Aktion, da sie erkennen, dass kartesische Roboter für viele industrielle Automatisierungs- und Montageanwendungen einen besseren Kompromiss zwischen Tragfähigkeit und Stellfläche bieten als SCARA- und 6-Achsen-Designs.