다른 유형의 로봇이나 다축 시스템과는 대조적으로.

먼저, 카르테시안 시스템은 직교하는 세 축(X, Y, Z)을 따라 카르테시안 좌표계로 움직이는 시스템입니다. (다만, 엔드 이펙터나 로봇 팔 끝단 툴링 형태의 회전축이 카르테시안 로봇의 가장 바깥쪽 축에 포함되는 경우도 있다는 점에 유의해야 합니다.)

카르테시안 로봇을 로봇으로 만드는 특징은 축들이 공통 모션 컨트롤러를 통해 조화로운 움직임을 수행한다는 점입니다.

카르테시안 로봇의 축은 선형 액추에이터의 한 형태로 구성됩니다. 이러한 액추에이터는 제조업체에서 조립된 시스템으로 구매하거나, OEM 또는 최종 사용자가 선형 가이드 및 구동 구성 요소를 사용하여 맞춤 제작할 수 있습니다.

간단하죠?

ISO 8373:2012 표준은 산업용 로봇을 다음과 같이 정의합니다.

자동 제어 및 재프로그래밍이 가능한 다목적 매니퓰레이터로, 3축 이상으로 프로그래밍할 수 있으며 산업 자동화 애플리케이션에 사용하기 위해 고정식 또는 이동식으로 사용할 수 있습니다.

하지만 XY축이나 XYZ축에서 작동하는 모든 선형 시스템이 직교 로봇은 아닙니다. 주목할 만한 예외 중 하나는 두 개의 기본(X)축을 병렬로 사용하는 로봇 유형입니다. 이러한 구성(예: 2X-Y 또는 2X-YZ)은 로봇을 직교 로봇 범주에서 벗어나 갠트리 로봇 범주로 분류합니다.

갠트리 로봇과 카르테시안 로봇의 가장 큰 차이점은 카르테시안 로봇은 각 축에 하나의 선형 액추에이터를 사용하는 반면, 갠트리 로봇은 항상 두 개의 기본(X) 축과 그 축들을 가로지르는 두 번째(Y) 축으로 구성된다는 점입니다. 이러한 구성은 두 번째 축이 캔틸레버 방식으로 돌출되는 것을 방지하고(자세한 내용은 아래 참조), 갠트리 로봇이 카르테시안 로봇보다 훨씬 긴 스트로크 길이와 더 큰 하중을 견딜 수 있도록 합니다.

카르테시안 로봇의 정의에 속하지 않는 두 번째 유형의 다축 선형 시스템은 XY 테이블입니다. 카르테시안 로봇과 XY 테이블의 차이점은 장착 및 하중 방식에 있습니다. 카르테시안 로봇에서 두 번째 또는 세 번째 축(Y 또는 Z축)은 캔틸레버 방식으로, 아래쪽 축에 의해 한쪽 끝만 지지됩니다. 또한, 바깥쪽 축에 가해지는 하중은 일반적으로 해당 축에서 캔틸레버 방식으로 지지됩니다.

이러한 구조는 가해진 하중으로 인해 외측 축에 모멘트 하중을 발생시킬 뿐만 아니라, 가해진 하중과 외측 축의 복합적인 영향으로 인해 지지 축에도 상당한 모멘트 하중을 발생시킵니다. 장착 및 하중 방식은 직교 로봇의 하중 지지 능력을 제한하며, 외측(캔틸레버) 축의 최대 스트로크 길이를 결정하는 주요 요인입니다.

반면, XY 테이블은 서로 위아래로 중심이 맞춰진 두 개의 축으로 구성되며, 일반적으로 스트로크 길이가 유사합니다. 또한, 하중은 보통 Y축 중앙에 집중됩니다. 이러한 축 구성과 하중 배치로 인해 각 축에 가해지는 캔틸레버 하중이 매우 적고 (Y축에는 캔틸레버 하중이 전혀 없는 경우가 많습니다).

카르테시안 로봇은 일부 기술 사양에서 SCARA 로봇 및 6축(관절형) 로봇과 겹치고 동일한 응용 분야에 적용될 수 있지만, SCARA 및 6축 로봇에 비해 여러 가지 장점이 있습니다. 첫째, 카르테시안 설계는 직사각형 작업 영역을 제공하여 로봇 본체 면적의 상당 부분을 활성 작업 영역으로 활용할 수 있습니다. 반면 SCARA 및 6축 로봇은 원형 또는 타원형 작업 영역을 가지므로, 특히 이동 거리나 도달 거리가 매우 길어야 할 경우 사용되지 않는 공간이 많이 발생합니다.

카르테시안 로봇은 벨트, 볼 스크류, 리드 스크류, 공압 액추에이터 또는 선형 모터와 같은 다양한 구동 메커니즘을 갖춘 거의 모든 유형의 선형 액추에이터로 제작할 수 있습니다. (랙 앤 피니언 구동 방식도 가능하지만, 일반적으로 스트로크가 매우 긴 갠트리 시스템에 더 많이 사용됩니다.) 따라서 카르테시안 로봇은 SCARA 및 6축 로봇보다 더 높은 위치 정확도와 반복성을 제공할 수 있으며, 실제로 그러한 경우가 많습니다. 또한 카르테시안 로봇은 운동학적 구조가 단순하기 때문에(다수의 회전축이 아닌 3개의 카르테시안 축) 프로그래밍 측면에서 사용이 간편하다는 장점이 있습니다.

최근까지만 해도 조립된 카르테시안 로봇은 드물었고, 대부분의 로봇은 OEM, 로봇 통합업체 또는 최종 사용자가 직접 맞춤 제작했습니다. 그러나 이제 많은 선형 액추에이터 제조업체들이 이동 거리, 하중, 속도 및 정밀도 요구 사항에 맞는 다양한 옵션을 제공하는 사전 구성 및 조립된 카르테시안 시스템을 제공하고 있습니다. 기존의 6축 및 SCARA 로봇 제조업체들도 이러한 추세에 동참하고 있는데, 이는 많은 산업 자동화 및 조립 애플리케이션에서 카르테시안 로봇이 SCARA 및 6축 로봇보다 하중 용량과 설치 공간 측면에서 더 나은 균형을 제공한다는 점을 인식했기 때문입니다.