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, equipados com ferramentas de fim de braço (EoAT) personalizadas e recursos avançados de sensoriamento. Esses robôs podem auxiliar diversas máquinas na execução de tarefas que, de outra forma, seriam manuais, como alimentação de máquinas ou transferência de peças em processo.

Os 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 associam robôs à robótica de braço articulado de seis eixos que a indústria aplica cada vez mais em linhas de produção. Mesmo engenheiros de automação experientes podem negligenciar os robôs cartesianos… concentrando-se nos modelos de seis eixos. No entanto, ignorar os benefícios de um sistema cartesiano de longo curso pode ser um erro custoso — especialmente em aplicações que exigem que o robô:

1. Operar várias máquinas

2. Alcançar grandes comprimentos

3. Executar operações simples e repetitivas.

O problema com robôs de seis eixos

Por um bom motivo, os robôs de braço articulado são comuns em inúmeras instalações automatizadas de manufatura 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 necessária para executar diversas tarefas automatizadas comandadas por programação (e complementadas por trocas de ferramentas na extremidade do braço). Mas robôs de seis eixos podem ser caros e exigem alta densidade de robôs. Este último termo 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 mais de duas máquinas, mas mesmo essas são soluções subótimas, pois obrigam os engenheiros da fábrica a posicionar as máquinas ao redor de um robô muito grande. Robôs de braço articulado também exigem proteções de segurança; ocupam espaço valioso no chão de fábrica; e programação e manutenção por funcionários qualificados.

A importância dos sistemas lineares cartesianos de longo curso

Os robôs cartesianos superam as opções robóticas de seis eixos em grande parte porque reduzem a densidade de robôs necessária. Afinal, um único robô de transferência cartesiano de longo curso pode operar várias máquinas sem a necessidade de reorganizar as máquinas ao redor do robô.

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

Uma ressalva importante é que as capacidades dos sistemas de robótica cartesiana variam bastante. De fato, se engenheiros pesquisarem robôs cartesianos online, encontrarão muitos sistemas menores otimizados para operações de pegar e colocar em máquinas de produção ou montagem. Esses sistemas são essencialmente estágios lineares integrados a 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 operar várias máquinas grandes deve ter um alcance de 15 metros ou mais.

Ferramentas de montagem múltipla e personalizadas para a extremidade do braço:Robôs de transferência longos atingem sua máxima eficiência quando equipados com múltiplos carros independentes que se deslocam ao longo do eixo principal, permitindo que um único robô cartesiano execute o trabalho de vários. A produtividade é ainda maior graças a ferramentas especialmente projetadas para manipular materiais com mais eficiência do que as soluções prontas para uso, como garras a vácuo ou garras de dedos. Em muitos casos, ferramentas personalizadas também podem simplificar o projeto de sistemas de movimentação de materiais que operam em conjunto com o robô cartesiano.

Arquitetura de controle simplificada:Alguns robôs cartesianos mais recentes dispensam as arquiteturas de controle tradicionais baseadas em motores, acionamentos e controladores separados, optando por servomotores integrados (com servomotores inclusos) para eliminar a necessidade de um painel de controle. As aplicações mais complexas de robôs cartesianos ainda podem exigir uma arquitetura tradicional, mas os servomotores integrados lidam com maestria com os requisitos de controle de movimento ponto a ponto da maioria dos robôs cartesianos. Quando um engenheiro de projeto pode utilizar servomotores integrados, isso pode ajudar a maximizar a vantagem de custo de uma automação baseada em robôs cartesianos.

Uso seletivo:Como os robôs cartesianos são montados acima ou atrás das máquinas que operam, eles também permitem que os usuários controlem as máquinas manualmente quando necessário — por exemplo, para uma produção curta 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 (50 pés), mesmo atingindo velocidades de até 4 m/s. Os carros padrão podem incluir uma tecnologia de transmissão por correia dupla; outros carros contêm uma correia de transmissão superior que forma um laço contínuo. Esta última evita a flacidez da correia em configurações invertidas ou em balanço e permite que vários carros independentes operem simultaneamente em um mesmo eixo.

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

Em contraste, os estágios lineares com motor móvel mantêm as correias curtas e compactas, alojadas dentro do carro, de forma que possam responder aos controles baseados em encoders. A precisão é mantida independentemente do comprimento do sistema de transferência cartesiano, seja ele de 4 m ou 40 m.

Exemplo de aplicação na indústria de embalagens

As unidades de transferência de robôs cartesianos de longo curso atuam em aplicações de alimentação, encaixotamento e formação de bandejas, podendo também 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 opera até quatro máquinas simultaneamente, abastecendo-as com folhas empilhadas de papelão ondulado. Os robôs pórticos de três eixos são baseados em estágios robustos de servomotores lineares acionados por correia, permitindo comprimentos de deslocamento ilimitados, carros com movimento independente e a capacidade de montar o estágio em qualquer orientação. O eixo mais longo de um desses robôs percorre a fileira de formadoras de bandejas com um curso superior a 15 metros.

Para fornecer folhas de papelão ondulado às quatro máquinas formadoras de bandejas, um robô primeiro retira uma carga de papelão de um compartimento especialmente projetado para armazenar paletes de folhas de papelão ondulado. Em seguida, o robô entrega uma carga de papelão a cada formadora de bandejas. Graças à sua velocidade (até 4 m/s), o robô consegue controlar facilmente o fluxo de trabalho das quatro formadoras de bandejas — mesmo com uma produção de até 35 bandejas por minuto.

O sistema de proteção de segurança utiliza portões deslizantes suspensos e sensores que se elevam das máquinas operadas para cercar o robô conforme necessário, sendo uma solução menos dispendiosa do que a de robôs de seis eixos montados no chão.

Este sistema também inclui todos os controles e ferramentas de fim de braço (EoAT) personalizadas, capazes de trabalhar com pilhas de folhas de papelão ondulado que variam imprevisivelmente em altura e peso. As ferramentas suportam cargas de até 50 kg sem problemas. A solução libera os operadores que antes precisavam levantar fardos de papelão de paletes e se inclinar para colocá-los nas máquinas de formação. A automatização dessas tarefas permitiu que a equipe se concentrasse em trabalhos menos árduos. Robôs de transferência de grande porte são apenas um exemplo do que é possível com sistemas de robôs 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 fim de braço para uma automação de embalagem máxima e eficiente.