Quando você pensa em um robô industrial, o que vem à mente?

Robôs articulados como esses são amplamente reconhecidos, graças aos comerciais das montadoras e às sequências de dança dos robôs. Os robôs SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) também são bem reconhecidos devido à sua adoção e proliferação nas fábricas desde o início dos anos 1980. Ambos – robôs articulados e SCARA – combinam movimento linear e rotativo, resultando em capacidade de manobra para tarefas complexas. Os robôs articulados são análogos ao braço humano, com seis eixos de movimento – três translacionais (lineares) e três rotacionais (pense no ombro, cotovelo e pulso). Os robôs SCARA têm quatro eixos de movimento – X, Y, Z e theta (algo parecido com o seu braço, se o seu ombro estiver imobilizado).

Menos prevalentes na cultura popular, mas onipresentes em aplicações industriais que vão desde embalagens até a fabricação de semicondutores, são os robôs cartesianos. Como o próprio nome indica, estes robôs trabalham nos três eixos cartesianos – X, Y e Z – embora possam incluir um eixo teta para ferramentas de fim de braço. Embora menos “sexy” que os robôs articulados e SCARA, os robôs cartesianos são muito mais versáteis, com capacidades de carga maiores para seu tamanho e, em muitos casos, melhor precisão. Eles também são altamente adaptáveis, pois os eixos podem ser atualizados ou alterados com relativamente pouca reconfiguração para atender aos requisitos em evolução do produto ou da aplicação.

Os robôs cartesianos, no entanto, são limitados pelo seu design inerentemente em balanço, o que limita a sua capacidade de carga. Isto é especialmente verdadeiro quando o eixo mais externo (Y ou Z) tem um comprimento de curso longo, causando uma grande carga de momento nos eixos de suporte. Nos casos em que são necessários cursos longos e cargas elevadas, um robô de pórtico é a melhor solução.

Do cartesiano ao pórtico:

Um robô de pórtico é um estilo modificado de robô cartesiano, usando dois eixos X (ou de base) em vez do eixo de base único encontrado nos cartesianos. O eixo X adicional (e às vezes os eixos Y e Z adicionais) permite que o robô lide com cargas e forças maiores, tornando-os ideais para coleta e colocação de cargas pesadas ou carregamento e descarregamento de peças. Cada eixo é baseado em um atuador linear, seja um atuador “caseiro” montado pelo OEM ou integrador, ou um atuador pré-montado de uma empresa de movimento linear. Isso significa que existem opções quase ilimitadas para permitir qualquer combinação de altas velocidades, cursos longos, cargas pesadas e alta precisão de posicionamento. Requisitos especiais para ambientes agressivos ou de baixo ruído são facilmente incorporados, e se a aplicação exigir a realização de processos simultâneos, mas independentes, os eixos horizontais podem ser construídos com motores lineares utilizando múltiplos carros.

Os robôs de pórtico são normalmente montados sobre a área de trabalho (daí o termo comum “pórtico suspenso”), mas se a peça não for adequada para manuseio por cima, como é o caso das células e módulos solares, o pórtico pode ser configurado para funcionar abaixo da peça. E embora os robôs de pórtico sejam normalmente considerados sistemas muito grandes, eles também são adequados para máquinas menores, até mesmo do tamanho de uma mesa. Como um robô de pórtico tem dois eixos X, ou de base, a carga de momento apresentada pelos eixos Y e Z, bem como a carga útil de trabalho, são resolvidas como forças nos eixos X. Isto aumenta significativamente a rigidez do sistema e, na maioria dos casos, permite que os eixos tenham comprimentos de curso mais longos e velocidades mais altas do que um robô cartesiano semelhante.

Quando existem dois eixos em paralelo, é comum que apenas um deles seja acionado pelo motor, para evitar emperramento que poderia resultar de um movimento ligeiramente fora de sincronia entre os dois. Em vez de acionar ambos os eixos, um eixo de conexão ou tubo de torque é usado para transferir a potência do motor para o segundo eixo. E em alguns casos, o segundo eixo pode ser um “policial” ou seguidor, consistindo em uma guia linear para fornecer suporte à carga, mas sem mecanismo de acionamento. A decisão de se e como acionar o segundo eixo depende da distância entre os dois eixos, da taxa de aceleração e da rigidez da ligação entre eles. Acionar apenas um em um par de eixos também reduz o custo e a complexidade do sistema.

Dimensionar um robô cartesiano ou de pórtico é mais complicado do que dimensionar um robô SCARA ou articulado (que normalmente são especificados com três parâmetros: alcance, velocidade e precisão), mas os fabricantes tornaram o processo mais fácil nos últimos anos, introduzindo sistemas pré-configurados e ferramentas on-line, como o configurador EasySelect da Rexroth ou o 3D Linear Modules Builder da Adept. Essas ferramentas permitem ao usuário especificar a orientação e o tamanho dos eixos, bem como parâmetros básicos de curso, carga e velocidade. Os arquivos CAD para download também são uma oferta padrão dos fabricantes de robôs cartesianos e de pórtico, tornando-os fáceis de integrar em um projeto ou layout de fluxo de trabalho, assim como os robôs SCARA e articulados. Embora os robôs articulados e SCARA sejam facilmente reconhecidos e os robôs cartesianos sejam amplamente implantados, o design do pórtico supera suas limitações inerentes em carga, velocidade, alcance e repetibilidade, com um nível incomparável de personalização e flexibilidade. Em uma palavra, os robôs de pórtico oferecem a melhor combinação de carga útil e AVC.