Robot cartesiani: semplici e economici

Jun 01, 2023

Il kit Smart Function Kit for Handling è progettato per essere facile da specificare, mettere in servizio e programmare, consentendo agli ingegneri di creare e installare rapidamente sistemi di movimentazione cartesiani personalizzati con uno, due o tre assi di movimento. Foto per gentile concessione di Bosch Rexroth Corp.

Tra i vari robot utilizzati per l'assemblaggio automatizzato, il robot cartesiano è il meno complesso. Conosciuto anche come robot rettilineo, rettangolare o a portale, un robot cartesiano può muovere il suo effettore finale solo in linea retta lungo gli assi X, Y e Z. Alcuni cartesiani hanno un asse di movimento aggiuntivo, in cui l'effettore finale ruota attorno all'asse Z o parallelamente ad esso.

I cartesiani potrebbero non essere “sexy” come uno SCARA ad alta velocità o un robot a sei assi, ma questo è anche il loro principale vantaggio. "In molte applicazioni, un robot SCARA o un robot a sei assi sarebbe eccessivo", afferma Brad Klippstein, product manager Smart Mechatronix presso Bosch Rexroth. “Non sono necessari cinque o sei assi di movimento per una semplice operazione di prelievo e posizionamento. Inoltre, programmare un robot a sei assi è difficile.

"Al contrario, puoi programmare un robot cartesiano in 5 minuti ed è facile apportare modifiche al sistema."

Con un robot cartesiano, ciascun asse è un attuatore lineare separato, che può essere azionato da una vite a ricircolo di sfere o da una cinghia. I robot cartesiani possono essere costruiti con design a sbalzo e a portale. Quale scegliere dipende dai requisiti di lunghezza, velocità, carico utile e precisione.

Il design a sbalzo limiterà la portata e il carico utile del robot, a causa della coppia sui cuscinetti di supporto dell'asse di base. Maggiore è il carico utile all'estremità del braccio, maggiore è la coppia applicata all'asse di base.

Il design del portale supera questa limitazione. I robot Gantry muovono i singoli attuatori lungo assi reciprocamente ortogonali. Due cuscinetti lineari paralleli supportano l'asse inferiore ed eliminano così il problema di una coppia eccessiva sull'asse di base. Il carico utile e i limiti di portata possono essere facilmente estesi senza dover utilizzare attuatori lineari sovradimensionati. Il compromesso per la progettazione del portale è che l’area di lavoro aperta del robot è ora meno accessibile.

Poiché un robot cartesiano distribuisce i carichi in modo uniforme su un telaio rigido, può posizionare in modo accurato e ripetibile carichi utili di grandi dimensioni ad alte velocità. I cartesiani possono entrare urlando in una posizione e fermarsi in un attimo.

Grazie alla loro costruzione modulare, i robot cartesiani sono facilmente adattabili per soddisfare diverse esigenze di viaggio e di carico utile. I singoli assi possono essere riparati o sostituiti rapidamente e l'intero sistema può essere smontato per essere utilizzato in altre applicazioni di controllo del movimento.

La portata massima di un robot SCARA è in genere di 1.000 millimetri. I cartesiani sono disponibili con corse di 3.000 millimetri o più.

I robot cartesiani barattano la velocità con la risoluzione. Quanto più fine è la risoluzione, tanto più lenta sarà la velocità risultante. La ripetibilità varia a seconda del design. Gli attuatori lineari con azionamento a vite a ricircolo di sfere hanno in genere una ripetibilità migliore rispetto agli attuatori con azionamento a cinghia. Tra i robot azionati da viti a ricircolo di sfere, le viti rettificate con dadi a ricircolo di sfere anti-gioco sono generalmente più precise e ripetibili rispetto alle viti a ricircolo di sfere rullate con dadi a ricircolo di sfere standard.

Il vantaggio della modularità e della personalizzazione non arriva senza un compromesso. I robot cartesiani sono più difficili da spostare rispetto ad altri robot e alcuni ingegneri potrebbero non voler assemblare, allineare e coordinare i diversi assi. Gestire i cavi di controllo per ciascun asse può essere complicato, sebbene le nuove tecnologie di comunicazione ad alta velocità stiano riducendo al minimo questo problema. Infine, gli ingegneri dovrebbero fare attenzione a trarre conclusioni sul carico utile, sulla precisione o sulla ripetibilità del robot basandosi sulle specifiche di un componente.

In passato, la scelta tra robot cartesiani e SCARA era una questione di compromessi. I cartesiani erano più precisi e meno costosi degli SCARA. Gli SCARA erano più veloci e occupavano meno spazio dei cartesiani. Oggi, i progressi tecnologici hanno reso le due tecnologie comparabili sia nel prezzo che nelle prestazioni. Di conseguenza, le distinzioni tra i due sono molto più sottili.