As operações de fabricação e embalagem que utilizam operações manuais de manuseio de materiais ou peças podem obter benefícios imediatos da automação com robôs cartesianos de longo curso, com ferramentas de fim de braço personalizadas (EoAT) e recursos avançados de detecção. Esses robôs podem suportar uma variedade de máquinas para realizar tarefas manuais, como manutenção de máquinas ou transferência de peças em processo.

Os robôs cartesianos consistem em dois ou mais estágios de posicionamento linear coordenados… portanto, pode não ser a primeira coisa que vem à mente se um engenheiro de projeto for novo na automação. Muitos equiparam os robôs à robótica de braço articulado de seis eixos que a indústria aplica cada vez mais no chão de fábrica. Mesmo engenheiros de automação experientes podem dar pouca atenção aos robôs cartesianos... concentrando a 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 longos comprimentos

3. Execute operações simples e repetitivas.

O problema com robôs de seis eixos

Por uma boa razão, os 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 adequadamente, esses braços robóticos podem lidar com grandes cargas com flexibilidade para executar muitas tarefas automatizadas diferentes comandadas por programação (e complementadas por mudanças de ferramentas no final do braço). Mas os 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 mais do que algumas máquinas, mas mesmo essas são soluções abaixo do ideal porque forçam os engenheiros da fábrica a posicionar as máquinas em torno de um robô muito grande. Os robôs de braço articulado também necessitam de proteção de segurança; consumir espaço valioso; e programação e manutenção por funcionários qualificados.

O caso dos sistemas lineares cartesianos de longo curso

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

Os robôs de transferência instalados acima das máquinas geralmente não ocupam espaço... o que, por sua vez, também reduz os requisitos de proteção de segurança. Além disso, os robôs cartesianos requerem pouca programação e manutenção após a configuração inicial.

Uma ressalva é que as capacidades dos sistemas robóticos cartesianos variam amplamente. Na verdade, se os engenheiros pesquisarem robôs cartesianos online, encontrarão muitos sistemas menores otimizados para operações de coleta e colocação em máquinas de produção ou montagem. Estes são essencialmente estágios lineares incorporados em soluções cartesianas prontas para uso – muito diferentes dos robôs de transferência úteis em operações maiores e que precisam satisfazer os seguintes parâmetros.

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

Vários carros e ferramentas personalizadas de fim de braço:Robôs de transferência longa são extremamente eficazes quando equipados com múltiplos carrinhos de ação independente para percorrer o eixo principal... permitindo a um determinado robô cartesiano a capacidade de realizar o trabalho de muitos. Para ampliar essa produtividade, há ferramentas desenvolvidas especificamente para manusear mercadorias de maneira mais eficaz do que o EoAT pronto para uso, como aspiradores ou pinças de dedo. Em muitos casos, o EoAT personalizado também pode simplificar os projetos de sistemas de manuseio de materiais que trabalham em conjunto com o robô cartesiano.

Arquitetura de controle simplificada:Alguns robôs cartesianos mais recentes evitam arquiteturas de controle tradicionais baseadas em motores, drives e controladores separados para servomotores integrados (completos com servodrives) para eliminar a necessidade de um gabinete de controle. As aplicações mais complexas de robôs cartesianos ainda podem exigir uma arquitetura tradicional... mas os servomotores integrados lidam habilmente com os requisitos de controle de movimento ponto a ponto da maioria dos robôs cartesianos. Quando um engenheiro de projeto pode usar servomotores integrados, estes últimos podem ajudar a maximizar a vantagem de custo de uma automação baseada em cartesiano.

Uso seletivo:Como os robôs cartesianos são montados acima ou atrás das máquinas que gerenciam, eles também permitem que os usuários operem as máquinas manualmente quando necessário – por exemplo, para uma curta tiragem de tamanho especial. Este 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 movimentos superiores a 50 pés, mesmo entregando velocidades de até 4 m/s. Os carros padrão podem incluir uma tecnologia de acionamento por correia dupla; alguns outros carrinhos contêm uma correia de transmissão superior que gira continuamente dentro dela. Este último evita a curvatura da correia em arranjos invertidos ou em balanço e permite que vários carros independentes operem simultaneamente em um eixo.

Correias longas complicam o projeto do robô cartesiano, pois degradam a rigidez da transmissão (que, por sua vez, degrada o desempenho). Isso ocorre porque manter um determinado valor de tensão em correias longas é um desafio... e (para piorar a situação) a tensão da correia é assimétrica e variável. O problema torna as correias recirculantes longas uma escolha de baixo desempenho, exigente e cara para um posicionamento preciso.

Em contraste, os estágios lineares do motor móvel mantêm os comprimentos da correia curtos e apertados e alojados dentro do carro para que possam responder aos controles informados pelo codificador. 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

As unidades de transferência robóticas cartesianas de longo curso funcionam em aplicações de alimentação, encartuchamento e formação de bandejas e podem lidar com operações de paletização e despaletização.

Considere a embalagem dos produtos. Num pedido 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 existente de formador de bandejas IPAK. Cada robô atende até quatro máquinas por vez, enchendo-as com folhas empilhadas de papelão ondulado. Os robôs de pórtico de três eixos são baseados em estágios servomotores lineares acionados por correia para serviços pesados, para 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 passa sobre o banco de formadores de bandeja com um curso superior a 15 metros.

Para entregar folhas de papelão ondulado nas 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. O robô então entrega uma carga de papelão para cada formador de bandeja. Graças à sua velocidade (até 4 m/s), o robô pode facilmente movimentar quatro formadores de bandejas - mesmo com uma produção de 35 bandejas por minuto.

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

Também estão incluídos neste sistema todos os controles e EoAT customizados capazes de trabalhar com pilhas de chapas onduladas que variam de forma imprevisível em altura e peso. O ferramental pode lidar com cargas úteis de até 50 kg sem problemas. A solução alivia os operadores que antes tinham que levantar pacotes de papelão dos paletes e inclinar-se para colocá-los nas máquinas formadoras. A automação dessas tarefas liberou o pessoal para se concentrar em trabalhos menos cansativos. 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 embalagens máxima eficaz e eficiente.