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

Les trois axes sont généralement appelés axe x, axe y et axe z. Tout point de 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 qui utilisent des axes linéaires pour leurs déplacements sont appelés robots cartésiens, robots linéaires ou robots portiques. Les robots portiques ressemblent aux ponts roulants et fonctionnent de manière similaire. Cependant, leurs fonctionnalités ne se limitent pas au levage et au déplacement ; ils peuvent être personnalisés selon les besoins.

Les robots cartésiens possèdent une structure supérieure qui contrôle leurs mouvements horizontaux et un bras robotisé qui assure leurs mouvements verticaux. Ils peuvent être conçus pour se déplacer selon les axes xy ou xyz. Le bras robotisé est placé sur l'échafaudage et peut se déplacer horizontalement. À son extrémité, il est muni d'un effecteur ou d'une machine-outil, selon la fonction pour laquelle il est utilisé.

Bien que les termes « robots cartésiens » et « robots portiques » soient utilisés de manière interchangeable, les robots portiques possèdent généralement deux axes x tandis que les robots cartésiens n'en possèdent qu'un seul sur chacun des deux ou 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 être de différentes formes selon l'application. Le système d'entraînement peut être à courroie, à câble, à vis, pneumatique, à crémaillère ou à moteur linéaire. Certains fabricants proposent des robots cartésiens entièrement pré-assemblés, prêts à l'emploi. D'autres offrent différents composants sous forme de modules, permettant à l'utilisateur de les combiner en fonction de son cas d'utilisation spécifique.

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

L'avantage des robots cartésiens par rapport à d'autres systèmes robotiques, comme les robots à six axes, réside dans leur grande facilité de programmation. Un seul contrôleur de mouvement suffit à gérer la logique de déplacement d'un robot cartésien. Ces robots n'effectuent que des mouvements linéaires, ce qui simplifie leur pilotage. Le contrôle de leurs mouvements ne nécessite pas un ensemble complexe d'automates programmables et de microprocesseurs. Cette même caractéristique facilite la programmation de leurs mouvements.

 

Caractéristiques et avantages

Les robots cartésiens présentent une capacité de charge utile supérieure à celle des robots à six axes équivalents. Ce facteur, combiné à leur coût réduit et à leur facilité de programmation, les rend adaptés à une grande variété d'applications industrielles. Les robots portiques, qui sont essentiellement des robots cartésiens équipés d'une structure de support, peuvent transporter des charges utiles encore plus importantes. L'amplitude de mouvement des robots linéaires peut être étendue par l'ajout de modules compatibles au mécanisme existant. Cette modularité confère aux robots cartésiens une plus grande polyvalence et une durée de vie accrue en milieu industriel.

Les robots cartésiens présentent également un haut niveau d'exactitude et de précision par rapport à leurs homologues rotatifs. Ceci s'explique par le fait qu'ils n'effectuent qu'un mouvement linéaire et n'ont pas besoin de gérer un mouvement de rotation. Les robots cartésiens peuvent atteindre des tolérances de l'ordre du micromètre (μm), tandis que les robots à six axes ont généralement des tolérances de l'ordre du millimètre (mm).

 

Applications pour les robots cartésiens

La polyvalence, le coût réduit et la facilité 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 système de vision permettant d'identifier les différents composants d'un carrousel ou d'un convoyeur. Il peut ensuite saisir ces objets et les trier dans différents bacs. Un seul bras robotisé peut effectuer ces opérations de prélèvement et de tri.
• Transfert de processus à processus :Sur une chaîne de production, il arrive que des produits en cours de fabrication doivent être transférés d'un emplacement à un autre. Cette opération peut être réalisée à l'aide de robots linéaires à double entraînement. Ces robots peuvent être associés à des systèmes de vision ou à une synchronisation temporelle, selon le déroulement du processus.
• Système d'assemblage :Lorsque les mêmes étapes doivent être répétées sans cesse pour assembler les pièces d'un produit, des robots linéaires peuvent être utilisés pour automatiser les tâches.
• Application des adhésifs et des mastics :De nombreux procédés de production impliquent l'application d'adhésifs ou de mastics entre des pièces. Cette technique est utilisée aussi bien dans la fabrication de grandes automobiles que dans la production de petits appareils électroniques. Les adhésifs et les mastics doivent être appliqués en quantités très précises et à l'endroit exact. Le bras robotisé du robot linéaire peut être équipé d'un distributeur de fluide de haute précision, permettant ainsi une application très précise des adhésifs et des mastics.
• Palettisation et dépalettisation :L'emballage utilise des palettes pour faciliter le transport des marchandises. Des robots cartésiens peuvent être utilisés pour automatiser le chargement et le déchargement des produits sur les palettes.
• Outillage de machines CNC :Les machines à commande numérique par ordinateur (CNC) servent à fabriquer des produits selon des plans réalisés à l'aide de logiciels de conception technique. Ces machines utilisent couramment des robots linéaires équipés de bras robotisés munis de différents outils.
• Soudage par points de précision :Certains procédés de fabrication requièrent un soudage spécialisé. Les robots linéaires équipés de bras de soudage permettent de réaliser des soudures précises à des emplacements exacts sur la surface de travail. La haute précision de l'ordre du micromètre (μm) est un atout précieux pour ces applications.

Les applications industrielles des robots linéaires sont nombreuses et variées. Elles comprennent notamment les systèmes de dosage, les machines de base pour l'assemblage et le test, les unités d'insertion, les dispositifs d'empilage, l'automatisation du scellage, la manutention, le stockage et la récupération de matériaux, la découpe, le traçage et le tri.