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

Robôs articulados como esses são amplamente reconhecidos, graças a comerciais de montadoras de automóveis e sequências de dança com robôs. Robôs SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) também são bem conhecidos devido à sua adoção e proliferação em fábricas desde o início da década de 1980. Ambos – robôs articulados e SCARA – combinam movimentos lineares e rotativos, resultando em manobrabilidade para tarefas complexas. Robôs articulados são análogos ao braço humano, com seis eixos de movimento – três translacionais (lineares) e três rotacionais (pense no seu ombro, cotovelo e pulso). Robôs SCARA têm quatro eixos de movimento – X, Y, Z e theta (de certa forma como o seu braço, se o seu ombro estivesse imobilizado).

Menos comuns 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, esses robôs operam nos três eixos cartesianos – X, Y e Z – embora possam incluir um eixo theta para ferramentas de extremidade de braço. Apesar de serem menos "atraentes" do que os robôs articulados e SCARA, os robôs cartesianos são muito mais versáteis, com maior capacidade de carga para o seu tamanho e, em muitos casos, melhor precisão. Eles também são altamente adaptáveis, já que os eixos podem ser atualizados ou alterados com relativamente pouca reconfiguração para atender às necessidades em constante evolução do produto ou da aplicação.

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

Do sistema cartesiano ao pórtico:

Um robô pórtico é um modelo modificado de robô cartesiano, que utiliza dois eixos X (ou de base) em vez do único eixo de base encontrado nos robôs cartesianos. O eixo X adicional (e, às vezes, eixos Y e Z adicionais) permite que o robô lide com cargas e forças maiores, tornando-o ideal para operações de pegar e posicionar cargas pesadas ou para carga e descarga de peças. Cada eixo é baseado em um atuador linear, seja ele um atuador "feito em casa" montado pelo fabricante original ou integrador, ou um atuador pré-montado de uma empresa especializada em movimento linear. Isso significa que existem opções praticamente ilimitadas para permitir qualquer combinação de altas velocidades, longos cursos, cargas pesadas e alta precisão de posicionamento. Requisitos especiais para ambientes agressivos ou baixo ruído são facilmente incorporados e, se a aplicação exigir processos simultâneos, porém independentes, os eixos horizontais podem ser construídos com motores lineares utilizando múltiplos carros.

Os robôs pórticos são normalmente montados acima da área de trabalho (daí o termo comum "pórtico suspenso"), mas se a peça não for adequada para manuseio por cima, como é o caso de células e módulos solares, o pórtico pode ser configurado para trabalhar por baixo da peça. E embora os robôs pórticos sejam geralmente considerados sistemas muito grandes, eles também são adequados para máquinas menores, até mesmo do tamanho de uma mesa. Como um robô pórtico possui dois eixos X, ou de base, o momento de carga apresentado pelos eixos Y e Z, bem como a carga útil de trabalho, são resolvidos como forças no eixo X. Isso aumenta significativamente a rigidez do sistema e, na maioria dos casos, permite que os eixos tenham cursos mais longos e velocidades mais altas do que um robô cartesiano similar.

Quando há dois eixos em paralelo, é comum que apenas um deles seja acionado pelo motor, para evitar travamentos que poderiam resultar de um movimento ligeiramente dessincronizado entre os dois. Em vez de acionar ambos os eixos, utiliza-se um eixo de conexão ou um tubo de torque para transferir a potência do motor para o segundo eixo. Em alguns casos, o segundo eixo pode ser um "eixo auxiliar" ou seguidor, consistindo em uma guia linear para fornecer suporte à carga, mas sem mecanismo de acionamento. A decisão de acionar ou não o segundo eixo e como fazê-lo depende da distância entre os dois eixos, da taxa de aceleração e da rigidez da conexão entre eles. Acionar apenas um dos eixos em um par também reduz o custo e a complexidade do sistema.

Dimensionar um robô cartesiano ou pórtico é mais complexo do que dimensionar um robô SCARA ou articulado (que normalmente são especificados com três parâmetros: alcance, velocidade e precisão), mas os fabricantes facilitaram o processo nos últimos anos com a introdução de sistemas pré-configurados e ferramentas online, como o configurador EasySelect da Rexroth ou o Construtor de Módulos Lineares 3D da Adept. Essas ferramentas permitem ao usuário especificar a orientação e o tamanho dos eixos, bem como parâmetros básicos de curso, carga e velocidade. Arquivos CAD para download também são oferecidos como padrão pelos fabricantes de robôs cartesianos e pórticos, facilitando sua integração em um projeto ou fluxo de trabalho, assim como ocorre com os robôs SCARA e articulados. Embora os robôs articulados e SCARA sejam facilmente reconhecidos e os robôs cartesianos sejam amplamente utilizados, o design de pórtico supera suas limitações inerentes em carga, velocidade, alcance e repetibilidade, com um nível incomparável de personalização e flexibilidade. Em resumo, os robôs pórticos oferecem a melhor combinação de carga útil e curso.