Configuración del sistema, gestión de cables, controles.

Si su aplicación requiere un robot cartesiano, dispone de una amplia variedad de opciones, según el nivel de integración que desee. Si bien los robots cartesianos prediseñados se están adoptando cada vez más a medida que los fabricantes amplían sus gamas de productos para abarcar un espectro más amplio de criterios de rendimiento, algunas aplicaciones aún requieren la construcción de un sistema cartesiano propio; por ejemplo, para cumplir con condiciones ambientales especiales o para satisfacer un conjunto de requisitos de rendimiento altamente especializados.

Pero “construirlo uno mismo” no significa necesariamente “construirlo desde cero”. Un buen ejemplo: los componentes clave de un robot cartesiano —los actuadores lineales— están disponibles en numerosas configuraciones, por lo que rara vez es necesario construirlos desde cero. Además, muchos fabricantes de actuadores lineales ofrecen kits de conexión y soportes de montaje que hacen que ensamblar un sistema cartesiano propio a partir de actuadores estándar sea una tarea relativamente sencilla.

Sin embargo, determinar la disposición básica y elegir los actuadores lineales adecuados es solo el primer paso. Para evitar terminar con un sistema cartesiano que no cumpla con los requisitos de la aplicación o que no se ajuste al espacio previsto, tenga en cuenta las siguientes consideraciones, especialmente durante la fase de diseño.

Configuración del sistema

Una de las primeras cosas que se deben especificar al diseñar un robot cartesiano es la configuración de los ejes, no solo para lograr los movimientos necesarios, sino también para garantizar que el sistema tenga la rigidez suficiente, lo que puede afectar la capacidad de carga, la precisión de desplazamiento y la precisión de posicionamiento. De hecho, algunas aplicaciones que requieren movimiento en coordenadas cartesianas se benefician más de un robot pórtico que de un sistema cartesiano, especialmente si el eje Y requiere un recorrido largo o si la configuración cartesiana generaría un gran momento de carga en uno de los ejes. En estos casos, los ejes X o Y duales de un sistema pórtico pueden ser necesarios para evitar deflexiones o vibraciones excesivas.

Si un sistema cartesiano es la mejor solución, la siguiente opción de diseño suele ser la unidad de accionamiento para los actuadores; las opciones más comunes son un sistema de correa, de tornillo o neumático. Independientemente del sistema de accionamiento, los actuadores lineales suelen ofrecerse con una guía lineal simple o con guías lineales dobles.

La gran mayoría de los robots cartesianos utilizan la configuración de doble guía, ya que ofrece mejor soporte para cargas en voladizo (momento). Sin embargo, los ejes con guías lineales dobles ocupan más espacio que los ejes con guías lineales simples. Por otro lado, los sistemas de doble guía suelen ser más cortos (en sentido vertical), lo que puede evitar interferencias con otras partes de la máquina. En resumen, el tipo de ejes que se elija no solo afecta al rendimiento del sistema cartesiano, sino también a su tamaño total.

Gestión de cables

Otro aspecto importante del diseño de robots cartesianos que a menudo se pasa por alto en las fases iniciales (o simplemente se pospone para fases posteriores del diseño) es la gestión del cableado. Cada eje requiere múltiples cables para la alimentación, el aire (para ejes neumáticos), la retroalimentación del codificador (para robots cartesianos servoaccionados), los sensores y otros componentes eléctricos. Y cuando los sistemas y componentes se integran en el Internet industrial de las cosas (IIoT), los métodos y herramientas para conectarlos se vuelven aún más críticos. Todos estos cables, alambres y conectores deben ser cuidadosamente enrutados y gestionados para garantizar que no sufran fatiga prematura debido a una flexión excesiva o daños por interferencia con otras partes del sistema.

Los robots cartesianos (así como los SCARA y de 6 ejes) hacen que esta conectividad sea aún más compleja, ya que los ejes pueden moverse tanto de forma independiente como sincronizada. Sin embargo, una solución para mitigar la complejidad de la gestión del cableado es utilizar componentes que reduzcan la cantidad de cables necesarios; por ejemplo, motores que integran la alimentación y la retroalimentación en un solo cable, o combinaciones integradas de motor y variador.

El tipo de control y el protocolo de red también pueden influir en el tipo y la cantidad de cables necesarios, así como en la complejidad de su gestión. Además, no olvide que el sistema de gestión de cables (portacables, bandejas o carcasas) afectará las dimensiones generales del sistema, por lo que es importante comprobar que no haya interferencias entre el sistema de gestión de cables y las demás partes del robot y la máquina.

Controles

Los robots cartesianos son la solución ideal para movimientos punto a punto, pero también pueden generar movimientos complejos interpolados y contorneados. El tipo de movimiento requerido determinará qué sistema de control, protocolo de red, HMI y otros componentes de movimiento son los más adecuados para el sistema. Si bien estos componentes suelen estar alojados por separado de los ejes del robot cartesiano, influirán en los motores, cables y demás componentes eléctricos necesarios en los ejes. Estos componentes, a su vez, desempeñarán un papel fundamental en las dos primeras consideraciones de diseño: la configuración y la gestión del cableado.

De este modo, el proceso de diseño cierra el círculo, reiterando la importancia de diseñar un robot cartesiano como una unidad electromecánica integrada, en lugar de una serie de componentes mecánicos simplemente conectados a hardware y software eléctricos.