3 pasos para diseñar su sistema de posicionamiento lineal

Los robots cartesianos operan en dos o tres ejes a lo largo del sistema de coordenadas cartesianas X, Y y Z. Si bien los robots SCARA y de 6 ejes son más conocidos, los sistemas cartesianos se encuentran en prácticamente cualquier aplicación industrial imaginable, desde la fabricación de semiconductores hasta la maquinaria para trabajar la madera. No es de extrañar que los robots cartesianos estén tan extendidos. Están disponibles en una variedad casi ilimitada de configuraciones y se personalizan fácilmente para cumplir con los parámetros exactos de la aplicación.

Si bien tradicionalmente los robots cartesianos han sido diseñados y fabricados internamente por integradores y usuarios finales, la mayoría de los fabricantes de actuadores lineales ahora ofrecen robots cartesianos prediseñados que reducen significativamente el tiempo de ingeniería, ensamblaje y puesta en marcha en comparación con la construcción de un sistema desde cero. Al seleccionar un robot cartesiano prediseñado, tenga en cuenta estos tres aspectos para asegurarse de obtener el sistema más adecuado para su aplicación.

【Orientación】

La orientación suele estar determinada por la aplicación, siendo un factor clave si las piezas deben manipularse, o si el proceso debe realizarse, desde arriba o desde abajo. También es fundamental garantizar que el sistema no interfiera con otras piezas fijas o móviles y que no represente un riesgo para la seguridad. Afortunadamente, los robots cartesianos están disponibles en diversas configuraciones XY y XYZ para adaptarse a las restricciones de espacio y de la aplicación. Dentro de las orientaciones multieje estándar, también existen opciones para montar los actuadores verticalmente o de lado. Esta decisión de diseño generalmente se toma considerando la rigidez, ya que algunos actuadores (especialmente aquellos con doble guía) presentan una mayor rigidez cuando se montan de lado.

Para el eje más externo (Y en una configuración XY o Z en una configuración XYZ), el diseñador puede elegir si la base estará fija mientras el carro se mueve, o viceversa. La principal razón para fijar el carro y mover la base es evitar interferencias. Si el actuador sobresale en un área de trabajo y necesita apartarse mientras otros sistemas o procesos se desplazan, mover la base permite retraer una parte importante del actuador y liberar el espacio. Sin embargo, esto aumenta la masa y la inercia desplazadas, por lo que debe considerarse al dimensionar reductores y motores. Además, la gestión del cableado debe diseñarse para que pueda moverse con el eje, dado que el motor estará en movimiento. Los sistemas prediseñados tienen en cuenta estos aspectos y garantizan que todos los componentes estén diseñados y dimensionados correctamente para la orientación y disposición exactas del sistema cartesiano.

【Carga, carrera y velocidad】

Estos tres parámetros de aplicación constituyen la base para la selección de la mayoría de los robots cartesianos. Una aplicación requiere el desplazamiento de una carga determinada a una distancia específica, dentro de un tiempo determinado. Sin embargo, estos parámetros son interdependientes: a medida que aumenta la carga, la velocidad máxima tiende a disminuir. Además, la carrera está limitada por la carga si el actuador más externo es de tipo voladizo, o por la velocidad si el actuador es accionado por un husillo de bolas. Esto convierte el dimensionamiento de un sistema cartesiano en una tarea muy compleja.

Para simplificar el diseño y dimensionamiento, los fabricantes de robots cartesianos suelen proporcionar tablas o gráficos que indican la carga y la velocidad máximas para determinadas longitudes de carrera y orientaciones. Sin embargo, algunos fabricantes especifican capacidades de carga, carrera y velocidad máximas independientes entre sí. Es importante determinar si las especificaciones publicadas son mutuamente excluyentes o si se pueden alcanzar simultáneamente.

【Precisión y exactitud】

Los actuadores lineales son la base de la precisión de un robot cartesiano. El tipo de actuador —si tiene una base de aluminio o acero, y si el mecanismo de accionamiento es por correa, tornillo, motor lineal o neumático— es el principal determinante de la precisión y la repetibilidad. Sin embargo, la forma en que se montan y fijan los actuadores también influye en la precisión de desplazamiento del robot. Un robot cartesiano alineado con precisión y fijado mediante pasadores durante el ensamblaje generalmente tendrá una mayor precisión de desplazamiento que un sistema sin fijar, y será más capaz de mantener esta precisión a lo largo de su vida útil.

En cualquier sistema multieje, las conexiones entre los ejes no son perfectamente rígidas y numerosas variables afectan el comportamiento de cada uno. Esto dificulta el cálculo o el modelado matemático de la precisión y la repetibilidad del desplazamiento. La mejor opción para garantizar que un sistema cartesiano cumpla con la precisión y la repetibilidad requeridas es buscar sistemas que hayan sido probados por el fabricante con cargas, recorridos y velocidades similares. La mayoría de los fabricantes de robots cartesianos reconocen que este es un aspecto fundamental para los usuarios y han probado sus sistemas para proporcionar datos reales sobre su rendimiento en diversas aplicaciones.

Los robots cartesianos prediseñados ofrecen un ahorro considerable en comparación con los robots diseñados y ensamblados internamente. El tiempo necesario para dimensionar, seleccionar, pedir, ensamblar, poner en marcha y solucionar problemas de un sistema multieje puede ascender a cientos de horas, mientras que los sistemas prediseñados lo reducen a tan solo unas pocas horas de selección y puesta en marcha. Además, la amplia gama de configuraciones, tipos de guías y tecnologías de accionamiento disponibles en las ofertas estándar de los fabricantes permite a los diseñadores e ingenieros no tener que sacrificar el rendimiento ni pagar por funcionalidades superiores a las requeridas por la aplicación.