Les applications de pick-and-place, comme en laboratoire, bénéficient d'une construction en porte-à-faux, car les composants sont facilement accessibles. Les robots portiques sont des robots à coordonnées cartésiennes dont les membres horizontaux sont soutenus à leurs deux extrémités ; ils sont physiquement similaires aux grues portiques, qui ne sont pas nécessairement des robots. Les robots portiques sont souvent gigantesques et capables de transporter de lourdes charges.

Différence entre les robots portiques et 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 enjambe. Cette conception évite que le second axe soit en porte-à-faux (nous y reviendrons) et permet des courses encore plus longues pour les portiques et une charge utile plus importante par rapport aux robots cartésiens.

Les robots cartésiens les plus courants utilisent un système à double guidage, car il offre une meilleure protection contre les charges radiales (moments). Cependant, les axes à double guidage linéaire ont un encombrement plus important que les axes à guidage unique. En comparaison, les systèmes à double guidage sont généralement courts (verticalement) et peuvent éliminer l'interaction avec d'autres zones de la machine. L'argument est que le type d'axes choisi a un impact non seulement sur l'efficacité du système cartésien, mais aussi sur son encombrement global.

Actionneurs de robot cartésiens

Si un mécanisme cartésien est le meilleur choix, 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 guidage linéaire simple ou double selon le système d'entraînement.

Contrôle et gestion des câbles

Le contrôle par câbles est une autre caractéristique essentielle de la conception de ce robot, souvent négligée en amont (ou simplement reportée à des étapes ultérieures du projet). Pour le contrôle, l'air (pour les axes pneumatiques), l'entrée du codeur (pour les axes cartésiens servocommandés), les capteurs et autres appareils électriques, chaque axe nécessite 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 de manière appropriée et entretenus 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 requis, ainsi que la complexité de la gestion des câbles, sont déterminés par le type de contrôle et le protocole réseau. Notez que les porte-câbles, les chemins de câbles ou les boîtiers du système de gestion des câbles influencent les dimensions du système global. Assurez-vous donc qu'il n'y a pas de conflit avec le système de câblage et les autres composants robotiques.

Commandes de robots cartésiens

Les robots cartésiens constituent la méthode privilégiée pour réaliser des mouvements point à point, mais ils peuvent également réaliser des mouvements interpolés et profilés complexes. Le type de mouvement requis déterminera le dispositif de commande, le protocole réseau, l'IHM et les autres composants de mouvement les plus adaptés au système.

Bien que ces composants soient situés indépendamment des axes du robot, ils auront généralement un impact sur les moteurs, les câbles et autres composants électriques nécessaires à l'axe. Ces éléments influenceront les deux premiers points de conception : le positionnement et le contrôle des câbles.

En conséquence, le processus de conception tourne en rond, soulignant l’importance de construire un robot cartésien comme un dispositif électromécanique interconnecté plutôt qu’un ensemble de pièces mécaniques attachées à du matériel électrique et à des logiciels.

Enveloppe de travail du robot cartésien

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 terminal. Pour de multiples raisons, il convient d'étudier attentivement l'enveloppe de travail d'un robot :

1. L'enveloppe de travail correspond à la quantité de travail pouvant être atteinte par un point situé à l'extrémité du bras robotisé, généralement au milieu des dispositifs de montage des effecteurs terminaux. Ce point ne comporte aucun instrument ni aucune pièce appartenant à l'effecteur terminal.

2. Il existe parfois des zones à l'intérieur de l'enveloppe opérationnelle que le bras du robot ne peut pas atteindre. Les zones mortes sont le nom donné à des régions spécifiques.
La capacité de charge utile maximale citée n'est réalisable qu'à de telles longueurs de bras, qui peuvent ou non atteindre la portée maximale.

3. L'enveloppe de fonctionnement de la configuration cartésienne est un prisme rectangulaire. À l'intérieur de cette enveloppe, il n'y a aucune zone morte et le robot peut manipuler la charge utile complète sur l'ensemble du volume utile.