Les applications de prélèvement et de placement, comme en laboratoire, tirent parti de la construction en porte-à-faux car les composants sont facilement accessibles. Les robots portiques sont des robots à coordonnées cartésiennes dont les éléments horizontaux sont supportés à leurs deux extrémités ; physiquement, ils sont similaires aux ponts roulants, qui ne sont pas nécessairement des robots. Les robots portiques sont souvent gigantesques et capables de supporter des charges importantes.

Différence entre les robots portiques et les robots cartésiens

Un robot cartésien possède un actionneur linéaire sur chaque axe, tandis qu'un robot portique possède deux axes de base (X) et un second axe (Y) qui les relie. Cette conception évite que le second axe ne soit en porte-à-faux (nous y reviendrons) et permet des courses encore plus importantes pour les portiques, ainsi qu'une charge utile supérieure à celle d'un robot cartésien.

La plupart des robots cartésiens utilisent une conception à double guidage, car elle offre une meilleure protection contre les charges en porte-à-faux (moments de flexion). Cependant, les axes à double guidage linéaire sont plus encombrants que ceux à guidage simple. En comparaison, les systèmes à double guidage sont généralement plus courts (dans le sens vertical) et peuvent limiter l'interaction avec d'autres parties de la machine. En résumé, le type d'axes choisi influe non seulement sur l'efficacité du système cartésien, mais aussi sur son encombrement global.

Actionneurs robotiques cartésiens

Si un mécanisme cartésien est le choix optimal, le facteur de conception suivant est généralement l'unité de commande de l'actionneur, qui peut être un système à boulon, à vis ou pneumatique. Les actionneurs linéaires sont généralement disponibles avec un ou deux guides linéaires selon le système d'entraînement.

Gestion et contrôle des câbles

La commande par câbles est une autre caractéristique essentielle de la conception de ce robot, souvent négligée lors des premières étapes (ou simplement reportée à des étapes ultérieures). Pour la commande, l'air comprimé (pour les axes pneumatiques), l'entrée de l'encodeur (pour les axes cartésiens servo-commandés), les capteurs et autres dispositifs électriques, chaque axe utilise plusieurs câbles.

Lorsque les systèmes et les composants sont connectés via l'Internet industriel des objets (IIoT), les méthodes et les outils utilisés pour les relier deviennent beaucoup plus critiques et ces tubes, fils et connecteurs doivent être acheminés et entretenus correctement pour éviter une fatigue prématurée due à une flexion excessive ou une perturbation due à une interférence avec d'autres composants de l'appareil.

Le type et la quantité de câbles nécessaires, ainsi que la complexité de leur gestion, dépendent du protocole de contrôle et de réseau. Notez que les chemins de câbles, les goulottes ou les boîtiers du système de gestion des câbles influent sur les dimensions totales du système ; assurez-vous donc de leur compatibilité avec les autres composants robotiques.

Commandes de robots cartésiens

Les robots cartésiens sont la méthode privilégiée pour effectuer des déplacements point à point, mais ils peuvent également réaliser des mouvements interpolés et de contour complexes. Le type de mouvement requis déterminera le dispositif de commande, le protocole réseau, l'interface homme-machine et les autres composants de mouvement les plus adaptés au système.

Bien que ces composants soient situés indépendamment des axes du robot, ils auront, pour la plupart, une incidence sur les moteurs, les câbles et autres composants électriques nécessaires sur les axes. Ces éléments sur les axes influenceront les deux premières considérations de conception : le positionnement et la gestion des câbles.

De ce fait, le processus de conception boucle la boucle, soulignant l'importance de construire un robot cartésien comme un dispositif électromécanique interconnecté plutôt que comme un ensemble de pièces mécaniques reliées à du matériel et des logiciels électriques.

Enveloppe de travail du robot cartésien

Les différentes configurations de robots produisent des enveloppes de travail distinctes. Cette enveloppe est cruciale lors du choix d'un robot pour une application spécifique, car elle définit la zone de travail du manipulateur et de l'effecteur. Pour de nombreuses applications, il convient d'étudier avec soin l'enveloppe de travail d'un robot.

1. La zone de travail correspond à la quantité de pièces accessibles par un point situé à l'extrémité du bras robotisé, généralement au milieu du dispositif de fixation de l'effecteur. Elle ne comprend aucun instrument ni pièce appartenant à l'effecteur.

2. Il arrive que certaines zones à l'intérieur de la zone de fonctionnement soient inaccessibles au bras robotisé. Ces régions spécifiques sont appelées zones mortes.
La capacité de charge utile maximale mentionnée n'est réalisable qu'à de telles longueurs de bras, qui peuvent ou non atteindre la portée maximale.

3. L'enveloppe de travail de la configuration cartésienne est un prisme rectangulaire. À l'intérieur de cette enveloppe, il n'y a pas de zones mortes et le robot peut manipuler la totalité de la charge utile sur l'ensemble du volume de travail.