Le applicazioni pick-and-place, come l'uso in laboratorio, traggono vantaggio dalla struttura 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 Gantry 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 attraversa. Questa configurazione impedisce che il secondo asse sia a sbalzo (ne parleremo più avanti) e consente corse ancora maggiori nei portali e un carico utile maggiore rispetto ai robot cartesiani.

I robot cartesiani più comuni utilizzano il design a doppia guida perché offre una protezione più efficace contro i carichi a sbalzo (momento); tuttavia, gli assi con doppia guida lineare hanno un ingombro maggiore rispetto agli assi con una sola guida, mentre i sistemi a doppia guida sono generalmente più corti (in direzione verticale) e possono eliminare l'interazione con altre aree della macchina. Il punto è che il tipo di assi scelto ha un impatto non solo sull'efficienza del sistema cartesiano, ma anche sull'ingombro complessivo.

Attuatori per robot cartesiani

Se un meccanismo cartesiano è la scelta migliore, il fattore di progettazione successivo è solitamente l'unità di controllo dell'attuatore, che può essere un sistema a bullone, a vite o 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 di questo progetto di robot, spesso ignorata nelle fasi iniziali (o semplicemente rimandata a fasi successive del progetto). Per il controllo, l'aria (per gli assi pneumatici), l'ingresso dell'encoder (per i servocomandi cartesiani), i sensori e altri apparati elettrici, ogni asse richiede diversi cavi.

Quando sistemi e componenti vengono connessi tramite l'Internet industriale delle cose (IIoT), i metodi e gli strumenti utilizzati per collegarli diventano molto più critici e sia i tubi, sia i fili e i connettori devono essere instradati in modo appropriato e sottoposti a manutenzione per evitare un affaticamento prematuro dovuto a flessioni eccessive o interruzioni dovute a interferenze con altri componenti del dispositivo.

Il tipo e la quantità di cavi necessari, nonché la complessità della gestione dei cavi, sono determinati dal tipo di controllo e dal protocollo di rete. Si noti che il portacavi, le canaline o gli alloggiamenti del sistema di gestione dei cavi influiranno sulle misure del sistema complessivo, quindi assicurarsi che non vi siano conflitti tra il sistema di cablaggio e il resto dei componenti robotici.

Controlli robot cartesiani

I robot cartesiani sono il metodo preferito per eseguire movimenti punto-punto, ma possono anche eseguire movimenti complessi interpolati e contornati. Il tipo di movimento richiesto specificherà il dispositivo di controllo più adatto, il protocollo di rete, l'interfaccia utente (HMI) e gli altri componenti di movimento per il sistema.

Sebbene questi componenti siano posizionati in modo indipendente dagli assi del robot, per la maggior parte avranno un impatto sui motori, sui cavi e sugli altri componenti elettrici necessari in asse. Questi elementi in asse influenzerebbero le prime due considerazioni progettuali: posizionamento e controllo dei cavi.

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

Busta di lavoro del robot cartesiano

Diverse configurazioni del robot producono forme distinte dell'area di lavoro. Questa area di lavoro è fondamentale nella scelta di un robot per un'applicazione specifica, poiché definisce l'area di lavoro del manipolatore e dell'effettore finale. Per una molteplicità 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 gestita da un punto all'estremità del braccio robotico, che in genere si trova al centro della configurazione di montaggio dell'end-effector. Non sono presenti strumenti o pezzi in lavorazione di proprietà dell'end-effector.

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

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