La geometria cartesiana è un metodo eccellente per rappresentare 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 indicati come asse x, asse y e asse z. Ogni 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 analogo. 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 sono dotati di una struttura superiore che controlla il movimento sul piano orizzontale e di un braccio robotico che aziona il movimento verticale. Possono essere progettati per muoversi lungo gli assi xy o xyz. Il braccio robotico è posizionato su un'impalcatura e può essere spostato sul piano orizzontale. A seconda della funzione per cui viene utilizzato, il braccio robotico è dotato di un effettore o di una macchina utensile fissata alla sua estremità.

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

 

Come funzionano?

I robot cartesiani si muovono esclusivamente tramite movimento lineare, generalmente attraverso azionamenti a servomotore. Gli attuatori lineari utilizzati possono essere di vario tipo 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 preassemblati che possono essere implementati senza alcuna modifica. Altri produttori offrono diversi componenti come moduli, consentendo all'utente di realizzare una combinazione di questi moduli in base al proprio caso d'uso specifico.

I bracci robotici possono essere dotati di "visione" o operare "alla cieca". 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 artificiale può essere impiegata 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 controllore di movimento è sufficiente a gestire la logica di movimento di un robot cartesiano. I robot hanno solo movimenti lineari, il che ne semplifica il controllo. Non è necessario un complesso sistema di PLC e microchip per il controllo del movimento dei robot cartesiani. Questa caratteristica contribuisce a rendere più semplice la programmazione del movimento del robot.

 

Caratteristiche e vantaggi

I robot cartesiani hanno una maggiore capacità di carico utile rispetto ai loro equivalenti robot a sei assi. Questa caratteristica, unita al costo inferiore e alla 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 una struttura di supporto, possono trasportare carichi utili ancora maggiori. Il raggio di movimento dei robot lineari può essere esteso aggiungendo moduli compatibili al meccanismo esistente. Questa modularità rende i robot cartesiani molto più versatili e ne aumenta la durata 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 movimento lineare e non necessitano di adattarsi al movimento rotatorio. 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. Vediamone alcune.

• Seleziona e posiziona:Il braccio robotico è dotato di un dispositivo di visione di vario tipo per identificare i diversi componenti presenti su una giostra o un nastro trasportatore. Il braccio può prelevare questi oggetti e smistarli in diversi contenitori. Le operazioni di prelievo e smistamento possono essere eseguite da un singolo braccio robotico.
• Trasferimento da processo a processo:In una linea di produzione, si verificano situazioni in cui i prodotti in lavorazione devono essere trasferiti da una posizione all'altra. Ciò può essere realizzato utilizzando robot lineari a doppio azionamento. A seconda del resto del processo, questi robot possono essere impiegati con sistemi di visione o di sincronizzazione temporale.
• Sistema di assemblaggio:Quando è necessario ripetere gli stessi passaggi più e più volte per assemblare le parti di un prodotto, i robot lineari possono essere utilizzati per automatizzare le operazioni.
• Applicazione di adesivi e sigillanti:Molti processi produttivi prevedono l'applicazione di adesivi o sigillanti tra i componenti. Questa tecnica trova impiego nella produzione di automobili su larga scala e di piccoli dispositivi 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 dosatore di fluidi ad alta precisione, consentendo un'applicazione accurata di adesivi e sigillanti.
• Pallettizzazione e depallettizzazione:Nell'imballaggio, i pallet vengono utilizzati per trasportare le merci con facilità. I ​​robot cartesiani possono essere impiegati per automatizzare sia il posizionamento dei prodotti sui pallet che il loro prelievo.
• Utensili per macchine CNC:Le macchine a controllo numerico computerizzato (CNC) vengono utilizzate per creare prodotti secondo i progetti realizzati con software di progettazione ingegneristica. Le macchine CNC utilizzano ampiamente robot lineari con diversi utensili fissati ai bracci robotici.
• Saldatura a punti di precisione:In alcuni processi produttivi è necessaria una saldatura specializzata. I robot lineari con bracci di saldatura possono realizzare saldature precise in punti esatti della superficie di lavoro. L'elevato livello di tolleranza, nell'ordine dei micrometri (μm), risulta particolarmente utile in tali applicazioni.

Esistono molte altre applicazioni industriali per i robot lineari. Tra queste figurano l'erogazione di agenti, le macchine base per l'assemblaggio e il collaudo, 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 la selezione.