Les opérations de fabrication et d'emballage utilisant des opérations manuelles de manutention de matériaux ou de pièces peuvent tirer des avantages immédiats de l'automatisation grâce à des robots cartésiens à longue course dotés d'un outillage en bout de bras personnalisé (EoAT) et de capacités de détection avancées. Ces robots peuvent prendre en charge une variété de machines pour effectuer des tâches autrement manuelles telles que l'entretien des machines ou le transfert de pièces en cours de processus.

Les robots cartésiens se composent de deux ou plusieurs étapes de positionnement linéaire coordonnées… ce n'est donc peut-être pas la première chose qui vient à l'esprit si un ingénieur de conception débute dans l'automatisation. Beaucoup assimilent les robots à la robotique à bras articulés à six axes que l’industrie utilise de plus en plus dans les usines. Même les ingénieurs en automatisation expérimentés peuvent négliger les robots cartésiens… en concentrant leur attention sur les modèles à six axes. Pourtant, ignorer les avantages d'un système cartésien à longue course peut s'avérer une erreur coûteuse, en particulier dans les applications nécessitant que le robot :

1. Gérez plusieurs machines

2. Atteignez de grandes longueurs

3. Effectuez des opérations simples et répétitives.

Le problème des robots à six axes

Pour cause, les robots à bras articulés occupent une place importante dans une myriade d’installations automatisées de fabrication et d’emballage… en particulier dans l’assemblage électronique et l’industrie médicale. Lorsqu'ils sont correctement dimensionnés, ces bras robotiques peuvent gérer de grosses charges utiles avec la flexibilité nécessaire pour effectuer de nombreuses tâches automatisées différentes commandées par programmation (et complétées par des changements d'outillage en bout de bras). Mais les robots à six axes peuvent être coûteux et nécessiter une densité robotique élevée. Ce dernier est un terme qui indique qu'une installation aura probablement besoin d'un robot distinct pour une ou deux machines d'emballage. Bien sûr, il existe des robots à six axes plus grands et plus coûteux, dont la portée peut servir à plusieurs machines, mais même ces solutions ne sont pas optimales car elles obligent les ingénieurs d'usine à positionner les machines autour d'un très gros robot. Les robots à bras articulés nécessitent également des dispositifs de sécurité ; consommer un espace au sol précieux ; et la programmation et la maintenance par des employés qualifiés.

Le cas des systèmes linéaires cartésiens à long voyage

Les robots cartésiens surpassent les options robotiques à six axes en grande partie parce qu'ils réduisent la densité robotique requise. Après tout, un robot de transfert cartésien à longue course peut s'occuper de plusieurs machines sans avoir besoin de réorganiser les machines autour du robot.

Les robots de transfert installés au-dessus des machines ne consomment généralement pas d'espace au sol… ce qui réduit également les exigences en matière de protection. De plus, les robots cartésiens nécessitent peu de programmation et de maintenance après la configuration initiale.

Une mise en garde est que les capacités des systèmes robotiques cartésiens varient considérablement. En fait, si les ingénieurs recherchent des robots cartésiens en ligne, ils trouveront de nombreux systèmes plus petits optimisés pour les opérations de transfert sur les machines de production ou d'assemblage. Il s’agit essentiellement d’étapes linéaires intégrées à des solutions cartésiennes standard – très différentes des robots de transfert utiles dans les opérations plus importantes et devant satisfaire les paramètres suivants.

Longs voyages :Tout robot acheté pour s'occuper de plusieurs grandes machines doit avoir des courses allant jusqu'à 50 pieds ou plus.

Chariots multiples et outillages de bout de bras personnalisés :Les robots de transfert longs sont d'une efficacité maximale lorsqu'ils sont équipés de plusieurs chariots agissant indépendamment pour parcourir l'axe principal… permettant à un robot cartésien donné la capacité d'effectuer le travail de plusieurs personnes. Cette productivité est amplifiée par des outils spécialement conçus pour manipuler les marchandises plus efficacement que les EoAT disponibles dans le commerce, tels que les pinces à vide ou à doigts. Dans de nombreux cas, l'EoAT personnalisé peut également simplifier la conception des systèmes de manutention fonctionnant en conjonction avec le robot cartésien.

Architecture de contrôle simplifiée :Certains robots cartésiens plus récents évitent les architectures de contrôle traditionnelles basées sur des moteurs, des entraînements et des contrôleurs séparés pour des servomoteurs intégrés (avec servomoteurs) afin de supprimer le besoin d'une armoire de commande. Les applications de robots cartésiens les plus complexes peuvent encore exiger une architecture traditionnelle… mais les servomoteurs intégrés répondent habilement aux exigences de contrôle de mouvement point à point de la plupart des robots cartésiens. Lorsqu'un ingénieur concepteur peut utiliser des servomoteurs intégrés, ces derniers peuvent contribuer à maximiser l'avantage en termes de coûts d'une automatisation cartésienne.

Utilisation sélective :Étant donné que les robots cartésiens sont montés au-dessus ou derrière les machines dont ils s'occupent, ils permettent également aux utilisateurs de faire fonctionner les machines manuellement en cas de besoin, par exemple pour une courte série d'une taille spéciale. Cette utilisation sélective est difficile avec des robots six axes montés au sol qui peuvent bloquer l'accès aux machines.

Exemple spécifique de robot cartésien

Certains robots cartésiens offrent des courses dépassant 50 pieds même en délivrant des vitesses allant jusqu'à 4 m/s. Les chariots standard peuvent inclure une technologie d'entraînement à double courroie ; certains autres chariots contiennent une courroie d'entraînement supérieure qui boucle en continu à l'intérieur. Ce dernier empêche l'affaissement de la courroie dans les configurations inversées ou en porte-à-faux et permet à plusieurs chariots indépendants de fonctionner simultanément sur un axe.

Les courroies longues compliquent la conception des robots cartésiens, car elles dégradent la rigidité de la transmission (ce qui à son tour dégrade les performances). En effet, maintenir une valeur de tension donnée sur des courroies longues est un défi… et (pire encore) la tension de la courroie est asymétrique et variable. Ce problème fait des longues courroies de recirculation un choix peu performant, délicat et coûteux pour un positionnement précis.

En revanche, les platines linéaires à moteur mobile maintiennent les longueurs de courroie courtes et serrées et logées à l'intérieur du chariot afin qu'elles puissent répondre aux commandes informées par l'encodeur. La précision est maintenue quelle que soit la longueur du système de transfert cartésien… qu'elle soit de 4 m ou de 40 m.

Exemple d'application dans l'industrie de l'emballage

Les unités de transfert robotisées cartésiennes à longue course fonctionnent dans les applications d'alimentation, d'encartonnage et de formation de barquettes et peuvent gérer les opérations de palettisation et de dépalettisation.

Pensez à l’emballage des produits. Dans une demande récente pour une entreprise d'emballage agricole de la Central Valley en Californie, un fabricant a fourni des robots de transfert à longue course pour s'intégrer de manière transparente au système de formation de barquettes IPAK existant. Chaque robot s'occupe de jusqu'à quatre machines à la fois, les remplissant de feuilles de carton ondulé empilées. Les robots à portique à trois axes sont basés sur des platines à servomoteur linéaire robustes entraînées par courroie pour des longueurs de déplacement illimitées, des chariots se déplaçant indépendamment et la possibilité de monter la platine dans n'importe quelle orientation. L'axe le plus long d'un de ces robots traverse la banque de formeuses de plateaux avec une course dépassant 50 pieds.

Pour livrer des feuilles de carton ondulé dans les quatre machines de formation de barquettes, un robot prélève d'abord une charge de carton sur un quai construit sur mesure contenant des palettes de feuilles de carton ondulé. Le robot délivre ensuite une charge de carton à chaque formeuse de barquettes. Grâce à sa vitesse (jusqu'à 4 m/sec), le robot peut facilement suivre quatre formeuses de barquettes — même avec une cadence allant jusqu'à 35 barquettes par minute.

La protection de sécurité utilise des portes coulissantes aériennes et des capteurs qui s'élèvent des machines entretenues pour clôturer le robot selon les besoins, pour une solution moins coûteuse que celle des robots à six axes montés au sol.

Ce système comprend également tous les contrôles et EoAT personnalisés capables de travailler avec des piles de tôles ondulées dont la hauteur et le poids varient de manière imprévisible. L'outillage peut supporter des charges utiles allant jusqu'à 50 kg sans problème. Cette solution soulage les opérateurs qui devaient autrefois soulever les paquets de carton des palettes et se pencher pour les placer dans les machines de formage. L'automatisation de ces tâches a permis au personnel de se concentrer sur des tâches moins épuisantes. Les grands robots de transfert ne sont qu'un exemple de ce qui est possible avec les systèmes robotiques cartésiens dans les environnements d'emballage. Certains fournisseurs ont également développé des systèmes de palettisation et de dépalettisation basés sur des approches cartésiennes similaires. Tous ces robots utilisent trois étages linéaires équipés de capteurs, de commandes et d'outils en bout de bras pour une automatisation de l'emballage d'une efficacité maximale.