La geometría de coordenadas cartesianas es un método excelente para representar el espacio tridimensional mediante un sistema numérico sencillo y fácil de comprender. En el sistema cartesiano para el espacio tridimensional, existen tres ejes de coordenadas perpendiculares entre sí (ejes ortogonales) que se intersecan en el origen.

Los tres ejes se conocen generalmente como eje x, eje y y eje z. Cualquier punto en el espacio tridimensional se representa mediante tres números: (x, y, z). X representa la distancia del punto al origen a lo largo del eje x, y es la distancia al origen a lo largo del eje y, y z es la distancia al origen a lo largo del eje z.

Robots cartesianos (de pórtico)

Los robots mecatrónicos que utilizan ejes lineales para moverse se denominan robots cartesianos, robots lineales o robots pórtico. Los robots pórtico tienen un aspecto similar al de las grúas pórtico y funcionan de forma parecida. Sin embargo, los robots pórtico no se limitan a las funciones de elevación y transporte, sino que pueden incorporar funcionalidades personalizadas según las necesidades.

Los robots cartesianos cuentan con una estructura superior que controla el movimiento en el plano horizontal y un brazo robótico que acciona el movimiento vertical. Pueden diseñarse para moverse en los ejes XY o XYZ. El brazo robótico se coloca sobre la estructura y puede desplazarse en el plano horizontal. Dependiendo de la función para la que se utilice, el brazo robótico tiene acoplado un efector o una herramienta.

Aunque los robots cartesianos y los robots pórtico se utilizan indistintamente, los robots pórtico generalmente tienen dos ejes x, mientras que los robots cartesianos tendrán solo uno de cada uno de los dos/tres ejes (según la configuración).

 

¿Cómo funcionan?

Los robots cartesianos solo se desplazan mediante movimiento lineal, generalmente a través de servomotores. Los actuadores lineales empleados pueden ser de diversas formas, según la aplicación específica. El sistema de accionamiento puede ser por correa, cable, tornillo, neumático, cremallera o piñón, o mediante motor lineal. Algunos fabricantes ofrecen robots cartesianos completamente prefabricados que se pueden implementar sin modificaciones. Otros fabricantes ofrecen componentes modulares, lo que permite al usuario combinarlos según sus necesidades específicas.

Los brazos robóticos pueden equiparse con sistemas de visión artificial o funcionar sin visión. Se les pueden acoplar sensores de luz o cámaras para identificar los objetos antes de realizar una acción. Por ejemplo, los robots cartesianos se utilizan en laboratorios para recoger y mover muestras. La visión artificial permite reconocer tubos de ensayo, pipetas o portaobjetos, y el brazo puede agarrar el objeto según la información de posición proporcionada por la cámara.

La ventaja de los robots cartesianos sobre otros sistemas robóticos, como los robots de seis ejes, radica en su facilidad de programación. Un único controlador de movimiento puede gestionar la lógica de movimiento de un robot cartesiano. Estos robots solo realizan movimiento lineal, lo que facilita su control. No se requiere una compleja matriz de PLC ni microchips para el control de movimiento de los robots cartesianos. Esta misma característica simplifica la programación de sus movimientos.

 

Características y ventajas

Los robots cartesianos tienen una mayor capacidad de carga útil que sus equivalentes de seis ejes. Esto, sumado al menor coste y la facilidad de programación de los robots lineales, los hace idóneos para una amplia gama de aplicaciones industriales. Los robots pórtico, que son esencialmente robots cartesianos con una estructura de soporte, pueden transportar cargas útiles aún mayores. El rango de movimiento de los robots lineales puede ampliarse añadiendo módulos compatibles al mecanismo existente. Esta modularidad de los robots cartesianos los hace mucho más versátiles y les confiere una mayor vida útil en entornos industriales.

Los robots cartesianos también presentan un alto nivel de exactitud y precisión en comparación con los robots rotativos. Esto se debe a que solo realizan movimiento lineal y no necesitan adaptarse al movimiento rotativo. Los robots cartesianos pueden tener tolerancias del orden de micrómetros (μm), mientras que los robots de seis ejes generalmente tienen tolerancias del orden de milímetros (mm).

 

Aplicaciones para robots cartesianos

Su versatilidad, menor coste y facilidad de programación hacen que los robots cartesianos sean viables para numerosas aplicaciones en entornos industriales. Veamos algunas de ellas.

• Recoger y colocar:El brazo robótico está equipado con un sistema de visión para identificar los distintos componentes de un carrusel o cinta transportadora. El brazo puede recoger estos objetos y clasificarlos en diferentes contenedores. La recogida y clasificación pueden realizarse con un solo brazo robótico.
• Transferencia de proceso a proceso:En una línea de producción, habrá ocasiones en que sea necesario trasladar mercancías de un lugar a otro. Esto se puede realizar mediante robots lineales de doble tracción. Estos robots pueden utilizarse con sistemas de visión o sincronización horaria, según las necesidades del resto del proceso.
• Sistema de ensamblaje:Cuando es necesario repetir los mismos pasos una y otra vez para ensamblar las piezas de un producto, se pueden utilizar robots lineales para automatizar las tareas.
• Aplicación de adhesivos y selladores:Muchos procesos de producción implican la aplicación de adhesivos o selladores entre piezas. Su uso abarca desde la fabricación de automóviles a gran escala hasta la producción de pequeños dispositivos electrónicos. Los adhesivos y selladores deben aplicarse en cantidades muy precisas y en la ubicación exacta. El brazo robótico del robot lineal puede conectarse con un dispensador de fluidos de alta precisión, lo que permite aplicar adhesivos y selladores con gran exactitud.
• Paletización y despaletización:El embalaje utiliza palés para transportar mercancías con facilidad. Los robots cartesianos pueden utilizarse para automatizar tanto la colocación de productos en los palés como su retirada de los mismos.
• Herramientas de máquinas CNC:Las máquinas basadas en control numérico por computadora (CNC) se utilizan para crear productos según diseños realizados con software de ingeniería. Las máquinas CNC emplean ampliamente robots lineales con diferentes herramientas acopladas a sus brazos robóticos.
• Soldadura por puntos de precisión:En ciertos procesos de fabricación se requiere soldadura especializada. Los robots lineales con brazos de soldadura permiten realizar soldaduras precisas en ubicaciones exactas de la superficie de trabajo. La alta tolerancia, del orden de micrómetros (μm), resulta fundamental en estas aplicaciones.

Existen muchas más aplicaciones industriales para los robots lineales. Estas incluyen agentes dispensadores, máquinas base de ensamblaje y prueba, unidades de inserción, dispositivos de apilamiento, automatización de sellado, manipulación de materiales, almacenamiento y recuperación, corte, trazado y clasificación.