La geometria cartesiana 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 cartesiani perpendicolari tra loro (assi ortogonali) che si incontrano nell'origine.

I tre assi sono generalmente chiamati asse x, asse y e asse z. Qualsiasi punto nello spazio tridimensionale è rappresentato da tre numeri (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 sono simili alle gru a portale e funzionano in modo simile. Tuttavia, i robot a portale non si limitano alle funzioni di sollevamento e movimentazione. Possono avere funzionalità personalizzate in base alle esigenze.

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

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

 

Come funzionano?

I robot cartesiani si muovono esclusivamente con moto lineare, generalmente tramite servomotori. Gli attuatori lineari utilizzati possono essere di varie forme a seconda dell'applicazione specifica. Il sistema di azionamento può essere a cinghia, a cavo, a vite, pneumatico, a cremagliera o a motore lineare. Alcuni produttori forniscono robot cartesiani completamente preassemblati 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 proprio caso d'uso specifico.

I bracci robotici stessi possono essere dotati di "visione" o di un sistema "cieco" 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 in laboratorio per prelevare e spostare campioni. La visione assistita da computer può essere utilizzata per riconoscere provette, pipette o 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 la loro estrema facilità di programmazione. Un singolo controller di movimento può gestire la logica di movimento di un robot cartesiano. I robot hanno solo movimento lineare, il che ne semplifica il controllo. Non è necessario un complesso insieme di PLC e microchip per il controllo del movimento dei robot cartesiani. Questa stessa caratteristica contribuisce a semplificare la programmazione del movimento del robot.

 

Caratteristiche e vantaggi

I robot cartesiani hanno una capacità di carico maggiore rispetto ai loro equivalenti robot a sei assi. Questo, 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 ancora maggiori. L'intervallo di movimento dei robot lineari può essere esteso aggiungendo moduli compatibili al meccanismo esistente. Questa modularità dei robot cartesiani li rende molto più versatili e hanno una vita utile più lunga in ambito industriale.

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

 

Applicazioni per robot cartesiani

La versatilità, il costo contenuto e la facilità di programmazione rendono i robot cartesiani adatti a numerose applicazioni in ambito industriale. Diamo un'occhiata ad alcuni di essi.

• Scegli e posiziona:Il braccio robotico è dotato di un dispositivo di visione variabile per identificare i diversi componenti da un carosello o da un nastro trasportatore. Il braccio può prelevare questi oggetti e smistarli in diversi contenitori. Il prelievo e lo smistamento possono essere eseguiti da un singolo braccio robotico.
• Trasferimento da processo a processo:In una linea di produzione, ci saranno casi in cui le merci in lavorazione dovranno essere trasferite da una posizione all'altra. Questo può essere fatto utilizzando robot lineari a doppia azionamento. Possono essere utilizzati con sistemi di visione o di 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 i componenti. Questa tecnica viene utilizzata dalla grande produzione automobilistica alla produzione di piccoli dispositivi elettronici. Adesivi e sigillanti devono essere applicati in quantità estremamente precise e nella posizione corretta. Il braccio robotico del robot lineare può essere collegato a un erogatore di fluidi ad alta precisione, consentendo l'applicazione di adesivi e sigillanti con elevata precisione.
• Pallettizzazione e depallettizzazione:L'imballaggio utilizza i pallet per trasportare le merci con facilità. I ​​robot cartesiani possono essere utilizzati per automatizzare sia il posizionamento dei prodotti sui pallet che il loro prelievo dai pallet.
• Utensili per macchine CNC:Le macchine a controllo numerico computerizzato vengono utilizzate per creare prodotti basati su progetti elaborati tramite software di progettazione. Le macchine CNC utilizzano ampiamente robot lineari con diversi utensili montati sui bracci robotici.
• Saldatura a punti di precisione:In alcuni processi produttivi è richiesta una saldatura specializzata. I robot lineari con bracci di saldatura possono realizzare saldature precise in punti precisi della superficie di lavoro. L'elevata tolleranza nell'ordine dei micrometri (μm) è utile in tali applicazioni.

Esistono molte altre applicazioni industriali per i robot lineari. Tra queste, l'erogazione di agenti, le macchine di base per assemblatori e tester, le unità di inserimento, i dispositivi di impilamento, l'automazione della sigillatura, la movimentazione dei materiali, lo stoccaggio e il prelievo, il taglio, la tracciatura e lo smistamento.