Operações de fabricação e embalagem que utilizam manuseio manual de materiais ou peças podem se beneficiar imediatamente da automação com robôs cartesianos de longo curso, com ferramentas personalizadas de ponta de braço (EoAT) e recursos avançados de detecção. Esses robôs podem auxiliar uma variedade de máquinas na execução de tarefas que normalmente seriam manuais, como alimentação de máquinas ou transferência de peças em processo.

Robôs cartesianos consistem em dois ou mais estágios de posicionamento linear coordenados... portanto, podem não ser a primeira coisa que vem à mente de um engenheiro de projeto iniciante em automação. Muitos equiparam os robôs à robótica de braço articulado de seis eixos, que a indústria aplica cada vez mais em fábricas. Mesmo engenheiros de automação experientes podem dar pouca importância aos robôs cartesianos... concentrando sua atenção em modelos de seis eixos. No entanto, ignorar os benefícios de um sistema cartesiano de longo curso pode ser um erro caro — especialmente em aplicações que exigem que o robô:

1. Cuide de várias máquinas

2. Alcance grandes distâncias

3. Execute operações simples e repetitivas.

O problema com robôs de seis eixos

Por um bom motivo, robôs de braço articulado são proeminentes em inúmeras instalações automatizadas de fabricação e embalagem... especialmente na montagem de eletrônicos e na indústria médica. Quando dimensionados corretamente, esses braços robóticos podem lidar com grandes cargas úteis com a flexibilidade de executar muitas tarefas automatizadas diferentes comandadas por programação (e complementadas por trocas de ferramentas na extremidade do braço). Mas robôs de seis eixos podem ser caros e exigir alta densidade de robôs. Este último é um termo que indica que uma instalação provavelmente precisará de um robô separado para cada uma ou duas máquinas de embalagem. É claro que existem robôs de seis eixos maiores e mais caros com alcance para atender a mais de algumas máquinas, mas mesmo estes são soluções abaixo do ideal porque forçam os engenheiros da planta a posicionar as máquinas ao redor de um robô muito grande. Robôs de braço articulado também exigem proteção de segurança; consomem espaço valioso no chão; e programação e manutenção por funcionários qualificados.

O caso dos sistemas lineares cartesianos de longo curso

Robôs cartesianos superam as opções robóticas de seis eixos em grande parte porque reduzem a densidade robótica necessária. Afinal, um robô de transferência cartesiano de longo curso pode alimentar várias máquinas sem a necessidade de reorganizá-las ao redor do robô.

Robôs de transferência instalados acima das máquinas tendem a não ocupar espaço no chão... o que, por sua vez, também reduz os requisitos de proteção. Além disso, robôs cartesianos exigem pouca programação e manutenção após a configuração inicial.

Uma ressalva é que as capacidades dos sistemas robóticos cartesianos variam bastante. De fato, se engenheiros pesquisarem robôs cartesianos online, encontrarão muitos sistemas menores otimizados para operações de coleta e colocação em máquinas de produção ou montagem. Trata-se essencialmente de estágios lineares incorporados em soluções cartesianas prontas para uso — muito diferentes dos robôs de transferência úteis em operações maiores e que precisam atender aos seguintes parâmetros.

Viagens longas:Qualquer robô adquirido para cuidar de várias máquinas grandes deve ter alcance de 15 metros ou mais.

Ferramentas de transporte múltiplo e de ponta de braço personalizadas:Robôs de transferência longos são extremamente eficazes quando equipados com múltiplos carrinhos de ação independente para percorrer o eixo principal... permitindo que um determinado robô cartesiano realize o trabalho de muitos. Ampliando essa produtividade, existem ferramentas especialmente desenvolvidas para manusear mercadorias com mais eficiência do que os EoATs prontos para uso, como garras a vácuo ou de dedo. Em muitos casos, o EoAT personalizado também pode simplificar os projetos de sistemas de movimentação de materiais que trabalham em conjunto com o robô cartesiano.

Arquitetura de controle simplificada:Alguns robôs cartesianos mais recentes abandonam as arquiteturas de controle tradicionais baseadas em motores, acionamentos e controladores separados, optando por servomotores integrados (com servoacionamentos) para eliminar a necessidade de um gabinete de controle. As aplicações mais complexas de robôs cartesianos ainda podem exigir uma arquitetura tradicional... mas servomotores integrados atendem habilmente aos requisitos de controle de movimento ponto a ponto da maioria dos robôs cartesianos. Quando um engenheiro de projeto pode usar servomotores integrados, estes podem ajudar a maximizar a vantagem de custo de uma automação baseada em algoritmos cartesianos.

Uso seletivo:Como os robôs cartesianos são montados acima ou atrás das máquinas que controlam, eles também permitem que os usuários operem as máquinas manualmente quando necessário — por exemplo, para uma pequena tiragem de um tamanho específico. Esse uso seletivo é difícil com robôs de seis eixos montados no chão, que podem bloquear o acesso às máquinas.

Exemplo específico de robô cartesiano

Alguns robôs cartesianos oferecem cursos superiores a 15 metros, mesmo com velocidades de até 4 m/s. Carros padrão podem incluir uma tecnologia de acionamento por correia dupla; outros carros contêm uma correia de acionamento superior que se enrola continuamente. Esta última evita a flacidez da correia em arranjos invertidos ou em balanço e permite que vários carros independentes operem simultaneamente em um eixo.

Correias longas complicam o projeto de robôs cartesianos, pois degradam a rigidez da transmissão (o que, por sua vez, prejudica o desempenho). Isso ocorre porque manter um determinado valor de tensão em correias longas é desafiador... e (para piorar a situação) a tensão da correia é assimétrica e variável. O problema torna as correias longas recirculantes uma opção de baixo desempenho, complexa e cara para um posicionamento preciso.

Em contraste, os estágios lineares com motor móvel mantêm as correias curtas e justas, alojadas dentro do carro para que possam responder aos controles informados pelo encoder. A precisão é mantida independentemente do comprimento do sistema de transferência cartesiano... seja 4 m ou 40 m.

Exemplo de aplicação na indústria de embalagens

Unidades de transferência de robôs cartesianos de longo curso trabalham em aplicações de alimentação, encadernação e formação de bandejas e podem lidar com operações de paletização e despaletização.

Considere a embalagem de produtos agrícolas. Em uma aplicação recente para uma empresa de embalagens agrícolas no Vale Central da Califórnia, um fabricante forneceu robôs de transferência de longo curso para integração perfeita com o sistema formador de bandejas IPAK existente. Cada robô atende até quatro máquinas simultaneamente, enchendo-as com folhas empilhadas de papelão ondulado. Os robôs de pórtico de três eixos são baseados em estágios de servomotor linear acionados por correia de alta resistência, proporcionando distâncias de deslocamento ilimitadas, carrinhos móveis independentes e a capacidade de montar o estágio em qualquer orientação. O eixo mais longo de um desses robôs percorre o banco de formadores de bandejas com um curso superior a 15 metros.

Para entregar folhas de papelão ondulado às quatro máquinas formadoras de bandejas, um robô primeiro coleta uma carga de papelão de uma doca personalizada que contém paletes de folhas de papelão ondulado. Em seguida, o robô entrega uma carga de papelão a cada formadora de bandejas. Graças à sua velocidade (de até 4 m/s), o robô pode facilmente movimentar quatro formadoras de bandejas — mesmo com uma produção de até 35 bandejas por minuto.

A proteção de segurança usa portões deslizantes suspensos e sensores que sobem das máquinas atendidas para cercar o robô conforme necessário, para uma solução menos custosa do que a dos robôs de seis eixos montados no chão.

Este sistema também inclui todos os controles e um EoAT personalizado, capaz de trabalhar com pilhas de chapas de papelão ondulado que variam imprevisivelmente em altura e peso. O ferramental pode lidar com cargas úteis de até 50 kg sem problemas. A solução alivia os operadores que antes precisavam levantar fardos de papelão de paletes e se inclinar para colocá-los nas máquinas de conformação. A automatização dessas tarefas liberou a equipe para se concentrar em trabalhos menos extenuantes. Grandes robôs de transferência são apenas um exemplo do que é possível com sistemas robóticos cartesianos em ambientes de embalagem. Alguns fornecedores também desenvolveram sistemas de paletização e despaletização baseados em abordagens cartesianas semelhantes. Todos esses robôs empregam três estágios lineares equipados com sensores, controles e ferramentas de ponta de braço para automação de embalagem com máxima eficácia e eficiência.