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. Y aunque los robots cartesianos prediseñados se están adoptando cada vez más a medida que los fabricantes amplían sus gamas de productos para adaptarse a un mayor número de criterios de rendimiento, algunas aplicaciones aún requieren la construcción de un sistema cartesiano propio; por ejemplo, para cumplir condiciones ambientales especiales o requisitos de rendimiento altamente especializados.

Pero "construir uno mismo" no significa necesariamente "construir desde cero". Por 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 simplifican el montaje de un sistema cartesiano propio a partir de actuadores con especificaciones de catálogo.

Sin embargo, determinar el diseño básico y elegir los actuadores lineales adecuados es solo el primer paso. Para evitar 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 etapa de diseño.

Configuración del sistema

Uno de los primeros aspectos 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 la rigidez suficiente del sistema, lo cual 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 adaptan mejor a un robot de pórtico que a un sistema cartesiano, especialmente si el eje Y requiere un recorrido largo o si la configuración cartesiana impone una carga de momento elevada en uno de los ejes. En estos casos, pueden ser necesarios los ejes X o Y duales de un sistema de pórtico 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 de los actuadores, siendo las opciones más comunes un sistema de accionamiento por correa, tornillo o neumático. Independientemente del sistema de accionamiento, los actuadores lineales suelen ofrecerse con una o dos guías lineales.

La gran mayoría de los robots cartesianos utilizan la configuración de doble guía, ya que ofrece un mejor soporte para cargas en voladizo (momento); sin embargo, los ejes con guías lineales dobles ocupan menos espacio que los ejes con guías lineales simples. Por otro lado, los sistemas de doble guía suelen ser más cortos (en dirección vertical), lo que puede evitar interferencias con otras partes de la máquina. La cuestión es que el tipo de ejes elegido afecta no solo al rendimiento del sistema cartesiano, sino también al espacio ocupado.

Gestión de cables

Otro aspecto importante del diseño de robots cartesianos que a menudo se pasa por alto en las primeras fases (o simplemente se pospone para fases posteriores) es la gestión del cableado. Cada eje requiere múltiples cables para alimentación, aire (para ejes neumáticos), retroalimentación del codificador (para ejes cartesianos servoaccionados), 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 enrutarse y gestionarse cuidadosamente para garantizar que no sufran fatiga prematura por flexión excesiva ni se dañen por interferencias con otras partes del sistema.

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

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 la gestión de cables. No olvide que el sistema de gestión de cables (portacables, bandejas o carcasas) afectará las dimensiones del sistema general, por lo que es importante comprobar si hay 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 producir movimientos interpolados complejos y movimientos contorneados. El tipo de movimiento requerido ayudará a determinar qué sistema de control, protocolo de red, HMI y otros componentes de movimiento son los más adecuados para el sistema. Si bien estos componentes se alojan, en su mayoría, separados de los ejes del robot cartesiano, influirán en los motores, cables y otros componentes eléctricos necesarios en el eje. Estos componentes en el eje, a su vez, influirán en las dos primeras consideraciones de diseño: configuración y gestión de cables.

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