La geometria delle coordinate cartesiane è un metodo eccellente per mappare lo spazio tridimensionale in un sistema numerico semplice e di facile comprensione. Nel sistema cartesiano per lo spazio tridimensionale, ci sono tre assi di coordinate perpendicolari tra loro (assi ortogonali) e che si incontrano nell'origine.

I tre assi sono generalmente indicati come asse x, asse y e asse z. Qualsiasi punto nello spazio tridimensionale è rappresentato da tre numeri come (x, y, z). X rappresenta la distanza del punto dall'origine lungo l'asse x, y è la distanza dall'origine lungo l'asse y e z è la distanza dall'origine lungo l'asse z.

Robot cartesiani (a portale).

I robot meccatronici che utilizzano assi lineari per il movimento sono chiamati robot cartesiani, robot lineari o robot a portale. I robot a portale sembrano simili alle gru a portale e funzionano in modo simile. Ma i robot a portale non si limitano alle funzioni di sollevamento e spostamento. Possono avere funzionalità personalizzate secondo i requisiti.

I robot cartesiani hanno una struttura aerea che controlla il movimento sul piano orizzontale e un braccio robotico che attua il movimento verticalmente. Possono essere progettati per muoversi lungo gli assi xy o xyz. Il braccio robotico è posizionato sull'impalcatura e può essere spostato sul piano orizzontale. Il braccio robotico ha un effettore o una macchina utensile fissata all'estremità del braccio a seconda della funzione in cui viene utilizzato.

Sebbene i robot cartesiani e i robot a portale siano usati in modo intercambiabile, i robot a portale hanno generalmente due assi x mentre i robot cartesiani avranno solo uno ciascuno dei due/tre assi (a seconda della configurazione).

 

Come funzionano?

I robot cartesiani si muovono solo con movimento lineare, generalmente tramite azionamenti di servomotori. Gli attuatori lineari utilizzati possono avere varie forme a seconda della specifica applicazione. Il sistema di azionamento può essere a cinghia, a cavo, a vite, pneumatico, a pignone e cremagliera o a motore lineare. Alcuni produttori forniscono robot cartesiani completamente prefabbricati che possono essere implementati senza alcuna modifica. Altri produttori offrono diversi componenti come moduli, consentendo all'utente di implementare una combinazione di questi moduli in base al caso d'uso specifico.

Gli stessi bracci robotici possono essere dotati di “visione” o essere “ciechi” durante le operazioni. Possono essere collegati a sensori di luce o telecamere per identificare gli oggetti prima di eseguire un'azione. Ad esempio, i robot cartesiani possono essere utilizzati nei laboratori per prelevare e spostare campioni. La visione assistita da computer può essere utilizzata per riconoscere la provetta, le pipette o i vetrini e il braccio può afferrare l'oggetto in base ai dati di posizione trasmessi dalla telecamera.

Il vantaggio dei robot cartesiani rispetto ad altri sistemi robotici, come i robot a sei assi, è che sono molto facili da programmare. Un singolo controller di movimento può gestire la logica di movimento di un robot cartesiano. I robot hanno solo movimenti lineari, consentendo un facile controllo. Non è necessaria una complessa serie di PLC e microchip per il controllo del movimento dei robot cartesiani. Lo stesso attributo aiuta a rendere più semplice la programmazione del movimento del robot.

 

Caratteristiche e vantaggi

I robot cartesiani hanno una capacità di carico utile maggiore rispetto ai robot equivalenti a sei assi. Ciò, combinato con il costo inferiore e la facilità di programmazione dei robot lineari, li rende adatti a un’ampia varietà di applicazioni industriali. I robot a portale, che sono essenzialmente robot cartesiani con impalcature di supporto, possono trasportare carichi utili ancora più elevati. La gamma di movimento dei robot lineari può essere estesa aggiungendo moduli compatibili al meccanismo esistente. Questa modularità dei robot cartesiani li rende molto più versatili e hanno una vita più lunga in un ambiente industriale.

I robot cartesiani mostrano anche un elevato livello di accuratezza e precisione rispetto alle loro controparti rotanti. Ciò è dovuto al fatto che hanno solo movimento lineare e non necessitano di accogliere il movimento rotatorio. I robot cartesiani possono avere tolleranze nell'ordine dei micrometri (μm), mentre i robot a sei assi generalmente hanno tolleranze nell'intervallo dei millimetri (mm).

 

Applicazioni per robot cartesiani

La versatilità, i costi inferiori e la facilità di programmazione rendono i robot cartesiani utilizzabili per molte applicazioni in ambienti industriali. Diamo uno sguardo ad alcuni di essi.

• Scegli e posiziona:Il braccio robotico è dotato di alcune varianti del dispositivo di visione per identificare diversi componenti da una giostra o da un nastro trasportatore. Il braccio può raccogliere questi oggetti e ordinarli in contenitori diversi. La raccolta e la suddivisione possono essere eseguite da un singolo braccio robotico.
• Trasferimento da processo a processo:In una linea di produzione ci saranno casi in cui le merci nel processo dovranno essere trasferite da un luogo all'altro. Può essere fatto utilizzando robot lineari a doppia unità. Possono essere utilizzati con sistemi di visione o con sincronizzazione temporale a seconda del resto del processo.
• Sistema di assemblaggio:Quando è necessario ripetere più e più volte gli stessi passaggi per assemblare le parti di un prodotto, è possibile utilizzare robot lineari per automatizzare le attività.
• Applicazione di adesivi e sigillanti:Molti processi produttivi prevedono l'applicazione di adesivi o sigillanti tra le parti. Viene utilizzato nella produzione automobilistica di grandi dimensioni e nella produzione di piccoli gadget elettronici. Adesivi e sigillanti devono essere applicati in quantità molto precise e nella posizione corretta. Il braccio robotico del robot lineare può essere collegato a un distributore di fluidi ad alta precisione ed è possibile applicare adesivi e sigillanti con elevata precisione.
• Palettizzazione e depalettizzazione:L'imballaggio utilizza i pallet per trasportare facilmente le merci. I robot cartesiani possono essere utilizzati per automatizzare sia il posizionamento dei prodotti sui pallet sia il loro prelievo dai pallet.
• Macchine utensili CNC:Le macchine basate su controlli numerici computerizzati vengono utilizzate per creare prodotti secondo progetti realizzati in software di progettazione ingegneristica. Le macchine CNC utilizzano ampiamente robot lineari con diversi strumenti collegati ai bracci robotici.
• Saldatura a punti di precisione:In alcuni processi di produzione sono necessarie saldature specializzate. I robot lineari con bracci di saldatura possono ottenere saldature accurate in punti precisi sulla superficie di lavoro. L'elevato livello di tolleranza nell'ordine dei micrometri (μm) è utile in tali applicazioni.

Esistono molte altre applicazioni industriali per i robot lineari. Questi includono agenti di erogazione, macchine base per assemblatori e tester, unità di inserimento, dispositivi di impilamento, automazione della sigillatura, movimentazione dei materiali, stoccaggio e recupero, taglio, incisione e smistamento.