Aplicações de pegar e posicionar, como em laboratórios, se beneficiam da construção em balanço, pois os componentes ficam facilmente acessíveis. Robôs pórticos são robôs com coordenadas cartesianas e membros horizontais apoiados em ambas as extremidades; fisicamente, são semelhantes a pontes rolantes, que não são necessariamente robôs. Robôs pórticos costumam ser gigantescos e capazes de transportar cargas pesadas.

Diferença entre robôs pórticos e robôs cartesianos

Um robô cartesiano possui um atuador linear em cada eixo, enquanto um robô pórtico possui dois eixos de base (X) e um segundo eixo (Y) que os conecta. Esse design impede que o segundo eixo seja em balanço (falaremos mais sobre isso adiante) e permite cursos ainda maiores em robôs pórticos, além de uma capacidade de carga superior em comparação com robôs cartesianos.

Os robôs cartesianos mais comuns utilizam o design de guia dupla porque oferece melhor proteção contra cargas em balanço (momentos); no entanto, eixos com guias lineares duplas ocupam mais espaço do que eixos com guia única. Em comparação, sistemas de guia dupla geralmente são mais curtos (na direção vertical) e podem eliminar a interação com outras áreas da máquina. O argumento é que o tipo de eixo escolhido impacta não apenas a eficiência do sistema cartesiano, mas também a área total ocupada.

Atuadores de robôs cartesianos

Se um mecanismo cartesiano for a melhor opção, o próximo fator de projeto geralmente é a unidade de controle do atuador, que pode ser um sistema acionado por parafuso, por percussor ou pneumático. Os atuadores lineares geralmente estão disponíveis com uma ou duas guias lineares, dependendo do sistema de acionamento.

Controle e gerenciamento de cabos

O controle por cabos é outra característica essencial deste projeto de robô que muitas vezes é ignorada nos estágios iniciais (ou simplesmente adiada para estágios posteriores do planejamento). Para controle, ar (para eixos pneumáticos), entrada de encoder (para eixos cartesianos servoacionados), sensores e outros componentes elétricos, cada eixo envolve diversos cabos.

Quando sistemas e componentes são conectados por meio da Internet Industrial das Coisas (IIoT), os métodos e ferramentas usados ​​para interligá-los tornam-se muito mais críticos, e tanto os tubos, fios e conectores devem ser roteados adequadamente e mantidos para evitar fadiga prematura por flexão excessiva ou interrupção por interferência com outros componentes do dispositivo.

O tipo e a quantidade de cabos necessários, bem como a sofisticação do gerenciamento de cabos, são determinados pelo tipo de controle e protocolo de rede. Observe que o sistema de gerenciamento de cabos, como bandejas ou caixas de passagem, afetará as dimensões totais do sistema; portanto, certifique-se de que não haja conflito entre o sistema de cabeamento e os demais componentes do robô.

Controles cartesianos de robôs

Os robôs cartesianos são o método preferido para realizar movimentos ponto a ponto, mas também podem executar movimentos interpolados e contornados complexos. O tipo de movimento necessário determinará o melhor dispositivo de controle, protocolo de rede, interface homem-máquina (IHM) e outros componentes de movimento para o sistema.

Embora esses componentes estejam localizados independentemente dos eixos do robô, em sua maior parte, eles terão impacto nos motores, fios e outros componentes elétricos necessários no eixo. Esses elementos no eixo influenciarão as duas primeiras considerações de projeto: posicionamento e controle de cabos.

Como resultado, o processo de design completa um ciclo, enfatizando a importância de construir um robô cartesiano como um dispositivo eletromecânico interconectado, em vez de um conjunto de peças mecânicas conectadas a hardware e software elétricos.

Envelope de trabalho do robô cartesiano

Diferentes configurações de robôs produzem formatos distintos de área de trabalho. Essa área de trabalho é crucial na escolha de um robô para uma aplicação específica, pois define a área de trabalho do manipulador e do efetor final. Para uma infinidade de finalidades, deve-se ter cautela ao estudar a área de trabalho de um robô:

1. A área de trabalho é a quantidade de trabalho que pode ser aproximada por um ponto na extremidade do braço robótico, que normalmente é o centro da estrutura de montagem do efetor final. Essa área não inclui nenhum instrumento ou peça de trabalho pertencente ao efetor final.

2. Por vezes, existem locais dentro da área de operação onde o braço do robô não consegue entrar. Zonas mortas são os nomes dados a regiões específicas.
A capacidade máxima de carga útil citada só é alcançável com esses comprimentos de braço, que podem ou não atingir o alcance máximo.

3. O envelope operacional da configuração cartesiana é um prisma retangular. Dentro do envelope de trabalho, não existem zonas mortas, e o robô pode manipular toda a carga útil em todo o volume de trabalho.