La géométrie cartésienne est une excellente méthode pour représenter l'espace tridimensionnel dans un système numérique simple et compréhensible. Dans le système cartésien, trois axes de coordonnées sont perpendiculaires entre eux (axes orthogonaux) et se rencontrent à l'origine.

Les trois axes sont généralement appelés axes x, y et z. Tout point dans l'espace tridimensionnel est représenté par trois nombres : x, y, z. X représente la distance du point à l'origine sur l'axe x, y la distance à l'origine sur l'axe y et z la distance à l'origine sur l'axe z.

Robots cartésiens (à portique)

Les robots mécatroniques utilisant des axes linéaires pour se déplacer sont appelés robots cartésiens, robots linéaires ou robots portiques. Ces robots ressemblent aux grues à portique et fonctionnent de la même manière. Cependant, ils ne se limitent pas aux fonctions de levage et de déplacement. Ils peuvent être personnalisés selon les besoins.

Les robots cartésiens sont dotés d'une structure suspendue qui contrôle le mouvement horizontal et d'un bras robotisé qui actionne le mouvement vertical. Ils peuvent être conçus pour se déplacer selon les axes XY ou XYZ. Le bras robotisé est placé sur un échafaudage et peut se déplacer horizontalement. Un effecteur ou une machine-outil est fixé à son extrémité, selon la fonction à laquelle il est utilisé.

Bien que les robots cartésiens et les robots portiques soient utilisés de manière interchangeable, les robots portiques ont généralement deux axes x tandis que les robots cartésiens n'en auront qu'un seul sur chacun des deux/trois axes (selon la configuration).

 

Comment fonctionnent-ils ?

Les robots cartésiens se déplacent uniquement par mouvement linéaire, généralement grâce à des servomoteurs. Les actionneurs linéaires utilisés peuvent prendre différentes formes selon l'application. Le système d'entraînement peut être à courroie, à câble, à vis, pneumatique, à pignon et crémaillère ou à moteur linéaire. Certains fabricants proposent des robots cartésiens entièrement préfabriqués, réalisables sans aucune modification. D'autres proposent différents composants sous forme de modules, permettant à l'utilisateur d'implémenter une combinaison de ces modules selon son cas d'utilisation spécifique.

Les bras robotisés peuvent être équipés d'un système de vision ou être aveugles lors de leurs opérations. Ils peuvent être équipés de capteurs de lumière ou de caméras pour identifier les objets avant d'exécuter une action. Par exemple, les robots cartésiens peuvent être utilisés en laboratoire pour prélever et déplacer des échantillons. La vision assistée par ordinateur permet de reconnaître les tubes à essai, les pipettes ou les lames, et le bras peut saisir l'objet en fonction des données de position transmises par la caméra.

L'avantage des robots cartésiens par rapport aux autres systèmes robotiques, comme les robots six axes, réside dans leur grande simplicité de programmation. Un seul contrôleur de mouvement peut gérer la logique de mouvement d'un robot cartésien. Les robots ont un mouvement exclusivement linéaire, ce qui facilite leur contrôle. Le contrôle des mouvements des robots cartésiens se passe d'un ensemble complexe d'automates programmables et de microprocesseurs. Cette même caractéristique facilite la programmation des mouvements du robot.

 

Caractéristiques et avantages

Les robots cartésiens offrent une capacité de charge utile supérieure à celle de leurs équivalents à six axes. Ceci, combiné au coût réduit et à la simplicité de programmation des robots linéaires, les rend adaptés à une grande variété d'applications industrielles. Les robots portiques, qui sont essentiellement des robots cartésiens sur échafaudage, peuvent transporter des charges utiles encore plus importantes. L'amplitude de mouvement des robots linéaires peut être étendue en ajoutant des modules compatibles au mécanisme existant. Cette modularité des robots cartésiens les rend beaucoup plus polyvalents et leur confère une durée de vie plus longue en milieu industriel.

Les robots cartésiens présentent également un niveau élevé d'exactitude et de précision par rapport à leurs homologues rotatifs. Cela s'explique par leur mouvement linéaire et leur absence de rotation. Les robots cartésiens peuvent avoir des tolérances de l'ordre du micromètre (μm), tandis que les robots six axes ont généralement des tolérances de l'ordre du millimètre (mm).

 

Applications pour les robots cartésiens

La polyvalence, le faible coût et la simplicité de programmation des robots cartésiens les rendent adaptés à de nombreuses applications industrielles. Examinons-en quelques-unes.

• Choisir et placer :Le bras robotisé est équipé d'un dispositif de vision permettant d'identifier les différents composants d'un carrousel ou d'un tapis roulant. Il peut prélever ces objets et les trier dans différents bacs. La collecte et le tri peuvent être effectués par un seul bras robotisé.
• Transfert de processus à processus :Sur une ligne de production, il peut arriver que des marchandises doivent être transférées d'un emplacement à un autre. Cela peut être réalisé à l'aide de robots linéaires à double entraînement. Ils peuvent être associés à des systèmes de vision ou de synchronisation temporelle, selon le reste du processus.
• Système d'assemblage :Lorsque les mêmes étapes doivent être répétées encore et encore pour assembler les pièces d’un produit, des robots linéaires peuvent être utilisés pour automatiser les tâches.
• Application de colles et de mastics :De nombreux processus de production impliquent l'application d'adhésifs ou de produits d'étanchéité entre les pièces. Cette technique est utilisée dans la fabrication automobile de grande envergure et la production de petits appareils électroniques. Les adhésifs et les produits d'étanchéité doivent être appliqués en quantités très précises et au bon endroit. Le bras robotisé du robot linéaire peut être connecté à un distributeur de fluides de haute précision, permettant ainsi une application précise.
• Palettisation et dépalettisation :L'emballage utilise des palettes pour transporter facilement les marchandises. Les robots cartésiens permettent d'automatiser le placement et le retrait des produits sur les palettes.
• Machines-outils CNC :Les machines à commande numérique par ordinateur permettent de créer des produits selon des plans élaborés par des logiciels de conception technique. Les machines à commande numérique par ordinateur (CNC) utilisent généralement des robots linéaires équipés de différents outils fixés aux bras robotisés.
• Soudage par points de précision :Certains procédés de fabrication requièrent des soudures spécialisées. Les robots linéaires équipés de bras de soudage permettent de réaliser des soudures précises à des emplacements précis sur la surface de travail. Leur tolérance élevée, de l'ordre du micromètre (μm), est particulièrement utile dans ces applications.

Les robots linéaires offrent de nombreuses autres applications industrielles, notamment la distribution d'agents, l'assemblage et le test de machines de base, les unités d'insertion, les dispositifs d'empilage, l'automatisation du scellage, la manutention, le stockage et la récupération, la découpe, le traçage et le tri.