Le applicazioni di prelievo e posizionamento, come quelle di laboratorio, traggono vantaggio dalla costruzione a sbalzo perché i componenti sono facilmente accessibili. I robot a portale sono robot a coordinate cartesiane con elementi orizzontali supportati a entrambe le estremità; fisicamente, sono simili alle gru a portale, che non sono necessariamente robot. I robot a portale sono spesso giganteschi e in grado di trasportare carichi pesanti.

Differenza tra robot a portale e robot cartesiani

Un robot cartesiano ha un attuatore lineare su ciascun asse, mentre un robot a portale ha due assi di base (X) e un secondo asse (Y) che li collega. Questa configurazione impedisce al secondo asse di essere a sbalzo (ne parleremo più avanti) e consente corse più lunghe nei robot a portale e una maggiore capacità di carico rispetto ai robot cartesiani.

I robot cartesiani più comuni utilizzano un design a doppia guida perché offre una protezione migliore contro i carichi a sbalzo (momento flettente); tuttavia, gli assi con doppia guida lineare occupano più spazio rispetto agli assi con guida singola, in quanto i sistemi a doppia guida sono generalmente più corti (in direzione verticale) e possono impedire l'interazione con altre aree della macchina. Si può quindi affermare che il tipo di assi scelto influisce non solo sull'efficienza del sistema cartesiano, ma anche sull'ingombro complessivo.

Attuatori robotici cartesiani

Se un meccanismo cartesiano rappresenta la scelta migliore, il fattore di progettazione successivo è solitamente l'unità di controllo dell'attuatore, che può essere un bullone, una vite o un sistema pneumatico. Gli attuatori lineari sono generalmente disponibili con una o due guide lineari a seconda del sistema di azionamento.

Controllo e gestione dei cavi

Il controllo tramite cavi è un altro aspetto essenziale di questo progetto robotico, spesso trascurato nelle fasi iniziali (o semplicemente rimandato alle fasi successive della progettazione). Per il controllo, l'aria (per gli assi pneumatici), l'input dell'encoder (per gli assi cartesiani servoassistiti), i sensori e altri dispositivi elettrici, ogni asse richiede diversi cavi.

Quando sistemi e componenti vengono connessi tramite l'Internet delle cose industriale (IIoT), i metodi e gli strumenti utilizzati per collegarli diventano molto più critici e sia i tubi, i fili che i connettori devono essere instradati e mantenuti in modo appropriato per evitare l'usura precoce dovuta a flessioni eccessive o interruzioni causate da interferenze con altri componenti del dispositivo.

Il tipo e la quantità di cavi necessari, così come la complessità della gestione dei cavi, sono determinati dal tipo di controllo e dal protocollo di rete. Si noti che i supporti, i canaline o gli alloggiamenti del sistema di gestione dei cavi influiranno sulle dimensioni complessive del sistema, quindi assicurarsi che non vi siano interferenze tra il sistema di cablaggio e gli altri componenti robotici.

Controlli cartesiani per robot

I robot cartesiani sono il metodo preferito per eseguire movimenti punto a punto, ma possono anche effettuare movimenti complessi interpolati e sagomati. Il tipo di movimento richiesto determinerà il dispositivo di controllo, il protocollo di rete, l'interfaccia uomo-macchina (HMI) e gli altri componenti di movimento più adatti al sistema.

Sebbene questi componenti siano posizionati indipendentemente dagli assi del robot, nella maggior parte dei casi avranno un impatto sui motori, sui cavi e sugli altri componenti elettrici necessari lungo gli assi. Questi elementi lungo gli assi influenzeranno le prime due considerazioni di progettazione: il posizionamento e il controllo dei cavi.

Di conseguenza, il processo di progettazione si chiude in un cerchio, sottolineando l'importanza di costruire un robot cartesiano come un dispositivo elettromeccanico interconnesso piuttosto che come un insieme di parti meccaniche collegate ad hardware e software elettrici.

Spazio di lavoro del robot cartesiano

Le diverse configurazioni dei robot producono forme di inviluppo di lavoro distinte. Questo inviluppo di lavoro è fondamentale nella scelta di un robot per una specifica applicazione, poiché definisce l'area di lavoro del manipolatore e dell'effettore finale. Per molteplici scopi, è necessario prestare attenzione quando si studia l'inviluppo di lavoro di un robot:

1. L'area di lavoro è la quantità di lavoro che può essere raggiunta da un punto all'estremità del braccio robotico, che in genere corrisponde al punto medio del sistema di montaggio dell'effettore finale. Non comprende strumenti o pezzi di proprietà dell'effettore finale.

2. A volte, all'interno dell'area operativa, esistono zone in cui il braccio robotico non può entrare. Queste regioni specifiche sono chiamate zone morte.
La capacità di carico utile massima citata è raggiungibile solo con tali lunghezze del braccio, che potrebbero non raggiungere la massima estensione.

3. L'inviluppo operativo della configurazione cartesiana è un prisma rettangolare. All'interno dell'inviluppo di lavoro non ci sono zone morte e il robot può manipolare l'intero carico utile su tutto il volume di lavoro.