3 étapes pour concevoir votre système de positionnement linéaire

Les robots cartésiens fonctionnent sur deux ou trois axes selon le système de coordonnées cartésiennes X, Y et Z. Bien que les robots SCARA et les robots à 6 axes soient plus répandus, les systèmes cartésiens sont présents dans presque toutes les applications industrielles imaginables, de la fabrication de semi-conducteurs aux machines à bois. Leur large déploiement n'est pas surprenant : ils offrent une multitude de configurations et sont facilement personnalisables pour répondre précisément aux besoins de chaque application.

Alors que les robots cartésiens étaient traditionnellement conçus et fabriqués en interne par les intégrateurs et les utilisateurs finaux, la plupart des fabricants d'actionneurs linéaires proposent désormais des robots cartésiens pré-conçus qui réduisent considérablement les temps d'ingénierie, d'assemblage et de mise en service par rapport à la conception d'un système sur mesure. Lors du choix d'un robot cartésien pré-conçu, voici trois points essentiels à prendre en compte pour vous assurer d'obtenir le système le mieux adapté à votre application.

【Orientation】

L'orientation est souvent dictée par l'application, un facteur clé étant de savoir si les pièces doivent être manipulées ou si le processus doit se dérouler par le haut ou par le bas. Il est également essentiel de s'assurer que le système n'interfère pas avec d'autres pièces fixes ou mobiles et ne présente aucun risque pour la sécurité. Heureusement, les robots cartésiens sont disponibles dans de nombreuses configurations XY et XYZ afin de répondre aux contraintes d'application et d'espace. Parmi les orientations multiaxes standard, il est également possible de monter les actionneurs verticalement ou horizontalement. Ce choix de conception est généralement motivé par la rigidité, car certains actionneurs (notamment ceux à double rail de guidage) présentent une rigidité supérieure lorsqu'ils sont montés horizontalement.

Pour l'axe extérieur (Y dans une configuration XY, ou Z dans une configuration XYZ), le concepteur peut choisir entre une base fixe avec déplacement du chariot, ou un chariot fixe avec déplacement de la base. La principale raison de fixer le chariot et de déplacer la base est d'éviter les interférences. Si l'actionneur empiète sur la zone de travail et doit être déplacé pour laisser passer d'autres systèmes ou processus, le déplacement de la base permet de rétracter une partie importante de l'actionneur et de libérer l'espace. Cependant, cela augmente la masse et l'inertie du système déplacé ; il convient donc d'en tenir compte lors du dimensionnement des réducteurs et des moteurs. De plus, la gestion des câbles doit être conçue pour suivre le mouvement de l'axe, puisque le moteur est en mouvement. Les systèmes pré-conçus intègrent ces contraintes et garantissent que tous les composants sont correctement dimensionnés et conçus pour l'orientation et la configuration exactes du système cartésien.

【Charge, course et vitesse】

Ces trois paramètres d'application constituent la base du choix de la plupart des robots cartésiens. Une application requiert le déplacement d'une charge donnée sur une distance précise, dans un délai donné. Ces paramètres sont interdépendants : à mesure que la charge augmente, la vitesse maximale finit par diminuer. De plus, la course est limitée par la charge si l'actionneur le plus externe est en porte-à-faux, ou par la vitesse si l'actionneur est à vis à billes. Le dimensionnement d'un système cartésien s'avère donc une opération très complexe.

Pour simplifier la conception et le dimensionnement, les fabricants de robots cartésiens fournissent généralement des tableaux ou des graphiques indiquant la charge et la vitesse maximales pour des courses et des orientations données. Cependant, certains fabricants annoncent des valeurs maximales de charge, de course et de vitesse indépendantes les unes des autres. Il est donc important de déterminer si les spécifications publiées sont incompatibles ou si les valeurs maximales de charge, de vitesse et de course peuvent être atteintes simultanément.

【Précision et exactitude】

Les actionneurs linéaires sont essentiels à la précision d'un robot cartésien. Le type d'actionneur (base en aluminium ou en acier, mécanisme d'entraînement par courroie, vis, moteur linéaire ou pneumatique) détermine principalement la précision et la répétabilité. Cependant, le mode de montage et de fixation des actionneurs influe également sur la précision des déplacements du robot. Un robot cartésien aligné et fixé avec précision lors de l'assemblage présentera généralement une précision de déplacement supérieure à celle d'un système non fixé, et conservera mieux cette précision tout au long de sa durée de vie.

Dans tout système multiaxes, les liaisons entre les axes ne sont pas parfaitement rigides et de nombreuses variables influent sur le comportement de chaque axe. Il est donc difficile de calculer ou de modéliser mathématiquement la précision et la répétabilité des déplacements. Pour garantir qu'un système cartésien réponde aux exigences de précision et de répétabilité, il est préférable de choisir un système testé par le fabricant, avec des charges, des courses et des vitesses similaires. La plupart des fabricants de robots cartésiens reconnaissent l'importance de ce critère pour les utilisateurs et ont testé leurs systèmes afin de fournir des données concrètes sur leurs performances dans diverses applications.

Les robots cartésiens pré-conçus permettent de réaliser des économies considérables par rapport aux robots conçus et assemblés en interne. Le temps nécessaire pour dimensionner, sélectionner, commander, assembler, mettre en service et dépanner un système multi-axes peut atteindre des centaines d'heures, tandis que les systèmes pré-conçus réduisent ce temps à quelques heures seulement pour la sélection et la mise en service. De plus, la variété des configurations, des types de guidage et des technologies d'entraînement disponibles dans les offres standard des fabricants permet aux concepteurs et aux ingénieurs de ne pas avoir à faire de compromis sur les performances ni à payer pour des fonctionnalités superflues.