Les opérations de fabrication et de conditionnement impliquant des opérations manuelles de manutention de matériaux ou de pièces peuvent bénéficier immédiatement de l'automatisation grâce à des robots cartésiens à grande course dotés d'un outillage de bout de bras (EoAT) personnalisé et de capacités de détection avancées. Ces robots peuvent assister diverses machines pour effectuer des tâches normalement manuelles, telles que la surveillance des machines ou le transfert de pièces en cours de fabrication.

Les robots cartésiens sont constitués de deux ou plusieurs étages de positionnement linéaire coordonné… et ne sont donc peut-être pas la première chose qui vient à l'esprit d'un ingénieur concepteur novice en automatisation. Nombreux sont ceux qui assimilent les robots à la robotique à bras articulés six axes, de plus en plus utilisée dans les usines. Même les ingénieurs en automatisation expérimentés peuvent négliger les robots cartésiens, se concentrant sur les modèles six axes. Pourtant, ignorer les avantages d'un système cartésien à grande course peut s'avérer une erreur coûteuse, notamment dans les applications exigeant que le robot :

1. S'occuper de plusieurs machines

2. Atteignez de grandes longueurs

3. Effectuer des opérations simples et répétitives.

Le problème avec les robots à six axes

Ce n'est pas pour rien que les robots à bras articulés occupent une place prépondérante dans de nombreuses installations de fabrication et de conditionnement automatisées, notamment dans l'assemblage électronique et le secteur médical. Correctement dimensionnés, ces bras robotisés peuvent gérer des charges utiles importantes avec la flexibilité nécessaire pour effectuer de nombreuses tâches automatisées commandées par programmation (et complétées par des changements d'outillage en bout de bras). Cependant, les robots six axes peuvent être coûteux et nécessiter une forte densité de robots. Cette dernière expression indique qu'une installation aura probablement besoin d'un robot distinct pour une ou deux machines de conditionnement. Bien sûr, il existe des robots six axes plus grands et plus coûteux, dont la portée permet de desservir plusieurs machines, mais même ces solutions ne sont pas optimales car elles obligent les ingénieurs d'usine à positionner les machines autour d'un seul robot de très grande taille. Les robots à bras articulés nécessitent également des dispositifs de sécurité, occupent un espace précieux au sol et nécessitent une programmation et une maintenance par des employés qualifiés.

Le cas des systèmes linéaires cartésiens à longue course

Les robots cartésiens surpassent les robots à six axes, en grande partie parce qu'ils réduisent la densité de robots requise. Après tout, un robot de transfert cartésien à grande course peut gérer plusieurs machines sans nécessiter de réorganisation autour du robot.

Les robots de transfert installés au-dessus des machines n'occupent généralement pas d'espace au sol, ce qui réduit également les besoins en matière de sécurité. De plus, les robots cartésiens nécessitent peu de programmation et de maintenance après leur configuration initiale.

Il faut toutefois noter que les capacités des systèmes robotiques cartésiens varient considérablement. En effet, si les ingénieurs effectuent des recherches en ligne sur les robots cartésiens, ils trouveront de nombreux systèmes plus petits, optimisés pour les opérations de pick-and-place 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 utilisés dans les opérations de plus grande envergure et devant satisfaire aux paramètres suivants.

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

Chariots multiples et outillage de bras personnalisé :Les robots de transfert longs sont maximisés en efficacité lorsqu'ils sont équipés de plusieurs chariots indépendants pour se déplacer sur l'axe principal, permettant ainsi à un robot cartésien donné d'effectuer le travail de plusieurs. Cette productivité est renforcée par des outils spécialement conçus pour manipuler les marchandises plus efficacement que les EoAT standard, tels que les ventouses ou les pinces à doigts. Dans de nombreux cas, les EoAT personnalisés peuvent également simplifier la conception des systèmes de manutention fonctionnant en conjonction avec le robot cartésien.

Architecture de contrôle simplifiée :Certains robots cartésiens récents abandonnent les architectures de contrôle traditionnelles basées sur des moteurs, des variateurs et des contrôleurs séparés au profit de servomoteurs intégrés (avec servovariateurs) afin de se passer d'une armoire de commande. Les applications de robots cartésiens les plus complexes peuvent encore nécessiter une architecture traditionnelle… mais les servomoteurs intégrés répondent parfaitement 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 économique d'une automatisation cartésienne.

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

Exemple spécifique de robot cartésien

Certains robots cartésiens offrent des courses supérieures à 15 mètres, même à des vitesses atteignant 4 m/s. Les chariots standard peuvent être équipés d'un système d'entraînement à double courroie ; d'autres chariots sont équipés d'une courroie supérieure à boucle continue. Cette dernière 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 (et donc les performances). En effet, maintenir une valeur de tension donnée sur les courroies longues est difficile… et, ce qui aggrave la situation, la tension des courroies est asymétrique et variable. Ce problème fait des courroies de recirculation longues un choix peu performant, délicat et coûteux pour un positionnement précis.

En revanche, les platines linéaires à moteur mobile maintiennent les courroies courtes et serrées, logées dans le chariot, afin de pouvoir répondre aux commandes pilotées par codeur. 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, de mise en carton et de formation de plateaux et peuvent gérer les opérations de palettisation et de dépalettisation.

Prenons l'exemple de l'emballage des produits. Dans une application récente pour une entreprise d'emballage agricole de la Vallée Centrale de Californie, un fabricant a fourni des robots de transfert à grande course pour une intégration transparente au système de formage de barquettes IPAK existant. Chaque robot gère jusqu'à quatre machines simultanément, les remplissant de feuilles de carton ondulé empilées. Les robots portiques à trois axes sont équipés de platines à servomoteur linéaire à entraînement par courroie robustes, permettant des courses illimitées, des chariots à déplacement indépendant et la possibilité de monter la platine dans n'importe quelle orientation. L'axe le plus long de l'un de ces robots traverse la rangée de formages de barquettes avec une course de plus de 15 mètres.

Pour alimenter les quatre machines de formage de barquettes en feuilles de carton ondulé, un robot prélève d'abord une charge de carton sur un quai sur mesure contenant des palettes de feuilles de carton ondulé. Le robot alimente ensuite chaque machine. Grâce à sa vitesse (jusqu'à 4 m/s), le robot peut facilement gérer quatre machines, même avec une cadence de 35 barquettes par minute.

La protection de sécurité utilise des portes coulissantes suspendues et des capteurs qui s'élèvent des machines surveillées 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 toutes les commandes et un équipement de production fini personnalisé, capable de traiter 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 auparavant 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 pénibles. Les grands robots de transfert ne sont qu'un exemple des possibilités offertes par les systèmes robotisés cartésiens dans le domaine de l'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 optimale de l'emballage.