Le applicazioni pick-and-place, come l'uso in 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 su 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 Gantry e robot cartesiani

Un robot cartesiano ha un attuatore lineare su ciascun asse, mentre un robot a portale ha due assi base (X) e un secondo asse (Y) che li attraversa. Questo design impedisce al 2° asse di essere a sbalzo (ne parleremo più avanti) e garantisce lunghezze di corsa ancora più lunghe nei portali e un carico utile maggiore rispetto al robot cartesiano.

I robot cartesiani più comuni utilizzano il design a doppia guida perché fornisce una protezione più eccellente per i carichi sospesi (momenti); tuttavia, gli assi con doppie guide lineari hanno un ingombro maggiore rispetto agli assi con una sola guida, in confronto i sistemi a doppia guida generalmente corti (nella direzione verticale) e possono eliminare l'interazione con altre aree della macchina. La tesi è che il tipo di assi scelti ha un impatto non solo sull'efficienza del sistema cartesiano ma anche sull'impronta complessiva.

Attuatori cartesiani per robot

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

Controllo e gestione dei cavi

Il controllo via cavo è un'altra caratteristica essenziale della progettazione di questo robot che spesso viene ignorata nelle fasi iniziali (o semplicemente rinviata alle fasi successive del piano). Per il controllo, l'aria (per assi pneumatici), l'ingresso encoder (per cartesiani servoazionati), il sensore e altri apparecchi elettrici, ciascun asse coinvolge diversi cavi.

Quando sistemi e componenti sono collegati tramite l'Internet delle cose industriale (IIoT), i metodi e gli strumenti utilizzati per collegarli diventano molto più critici ed entrambi questi tubi, cavi e connettori devono essere instradati e sottoposti a manutenzione in modo appropriato per evitare un affaticamento prematuro dovuto a indebite flessione o interruzione dovuta all'interferenza con altri componenti del dispositivo.

Il tipo e la quantità di cavi richiesti, nonché la sofisticatezza della gestione dei cavi, sono tutti determinati dal tipo di controllo e protocollo di rete. Tieni presente che il portacavi, i vassoi o gli alloggiamenti del sistema di gestione dei cavi influenzeranno le misurazioni totali del sistema, quindi assicurati che non vi siano conflitti con il sistema di cablaggio e il resto dei componenti robotici.

Controlli cartesiani del robot

I robot cartesiani sono il metodo preferito per eseguire movimenti punto a punto, ma possono anche eseguire movimenti interpolati e contornati complessi. Il tipo di movimento necessario specificherà il miglior dispositivo di controllo, protocollo di rete, HMI e altri componenti di movimento per il 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 sull'asse. Questi elementi in asse influenzerebbero le prime due considerazioni di progettazione, posizionamento e controllo del cavo.

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

Busta di lavoro del robot cartesiano

Varie configurazioni del robot producono forme distinte dell'involucro di lavoro. Questo involucro di lavoro è fondamentale quando si sceglie un robot per un'applicazione specifica perché specifica l'area di lavoro del manipolatore e dell'effettore finale. Per una moltitudine di scopi, è necessario prestare attenzione quando si studia l'area di lavoro di un robot:

1. L'area di lavoro è la quantità di lavoro che può essere avvicinata da un punto all'estremità del braccio robotico, che in genere è il centro delle disposizioni di montaggio degli effettori finali. Non ha strumenti o pezzi in lavorazione di proprietà dell'effettore finale.

2. Talvolta vi sono punti all'interno dell'area operativa in cui il braccio del robot non può entrare. Le zone morte sono il nome dato a regioni specifiche.
La capacità di carico utile massima citata è ottenibile solo a tali lunghezze di braccio, che possono o meno raggiungere la portata massima.

3. L'involucro operativo della configurazione cartesiana è un prisma rettangolare. All'interno dell'area di lavoro non sono presenti zone morte e il robot può manipolare l'intero carico utile sull'intero volume di lavoro.