O que é um robô cartesiano? | Sistema Cartesiano de Robôs
Definição de robô cartesiano
Um robô cartesiano ou um robô de coordenadas cartesianas (também conhecido como robô linear) é um robô industrial com três eixos de controle primários que são todos lineares (o que significa que eles viajam ao longo de uma linha reta em vez de girar) e mutuamente perpendiculares entre si. As 3 articulações deslizantes permitem que você mova o pulso para cima e para baixo, para dentro e para fora e para trás. No espaço 3D, é incrivelmente confiável e preciso. Também é útil para movimento horizontal e empilhamento de caixas como um sistema de coordenadas do robô.
Projeto Cartesiano de Robôs | Robô de Coordenadas Cartesianas
Configurações do robô cartesiano
Para entender o mecanismo de projeto de um Robô Cartesiano, uma das primeiras coisas que precisam ser compreendidas é o conceito de Topologia de Junta. Um alvo em movimento está ligado a uma base de manipuladores em série por uma cadeia contínua de elos e juntas. O alvo móvel é conectado ao fundo de manipuladores paralelos por várias correntes (membros). A maioria das coordenadas cartesianas robôs usam uma mistura de serial e paralela ligações relacionadas. Qualquer robô de coordenadas cartesianas, por outro lado, é totalmente conectado em paralelo.
Em seguida, entra em cena o grau de liberdade. Os robôs de coordenadas cartesianas comumente manipulam estruturas com apenas T graus de liberdade de translação linear, já que as juntas P prismáticas de trabalho linear as operam. Por outro lado, poucos robôs de coordenadas cartesianas também têm graus de liberdade rotacionais R.
O layout dos eixos é uma das primeiras coisas a determinar ao construir um robô cartesiano, não apenas para realizar os movimentos necessários, mas também para garantir que o dispositivo tenha rigidez adequada, o que pode afetar a capacidade de carga, precisão de deslocamento e precisão de posicionamento .
Algumas aplicações que precisam de movimento de coordenadas cartesianas são bem assistidas por um robô gantry do que por um método cartesiano, principalmente se o eixo Y envolve um curso longo ou se o procedimento cartesiano colocará momentos substanciais nos eixos. Um dispositivo gantry com eixos Dual-X ou dual-Y pode ser necessário para evitar deflexão ou vibração desnecessária nessas situações.
Um nível linear, consistindo em um atuador linear geometricamente paralelo com rolamentos lineares, é geralmente usado para cada eixo de um robô de coordenadas cartesianas e o atuador linear é geralmente montado entre 2 rolamentos lineares que são separados para carga de momento posterior. Uma mesa XY é composta de dois estágios lineares perpendiculares empilhados um em cima do outro.
Robôs Industriais Cartesianos | Escolha e posicione o robô cartesiano | Robô cartesiano de pórtico
Escolha e coloque aplicações, como uso em laboratório, se beneficiam da construção em balanço porque os componentes são facilmente acessíveis. Robôs de pórtico são robôs de coordenadas cartesianas com membros horizontais apoiados em ambas as extremidades; fisicamente, eles são semelhantes a guindastes de pórtico, que não são necessariamente robôs. Os robôs de pórtico costumam ser gigantescos e capazes de carregar cargas pesadas.
Diferença entre Robôs Gantry e Cartesianos
Um robô cartesiano tem um atuador linear em cada eixo, enquanto um robô pórtico tem duas bases (X) eixos e um segundo eixo (Y) que os abrange. Este projeto para o 2nd eixo de ser em balanço (mais sobre isso mais tarde) e contribui para comprimentos de curso ainda mais longos em pórticos e maior carga útil em comparação com o robô cartesiano.
O mais comum dos robôs cartesianos usa o projeto com guia dupla porque fornece proteção mais excelente para cargas radiais (momentâneas); no entanto, os eixos com guias lineares duplas têm uma pegada maior do que os eixos com guias simples, em comparação aos sistemas de guia dupla geralmente curtos (na direção vertical) e podem eliminar a interação com outras áreas da máquina. O argumento é que o tipo de eixo que você escolheu tem impacto não apenas na eficiência do sistema cartesiano, mas também na pegada geral.
Atuadores de robôs cartesianos
Se um mecanismo cartesiano for a melhor escolha, o seguinte fator de design geralmente é a unidade de controle do atuador, que pode ser um parafuso, parafuso ou sistema de acionamento pneumático. Os atuadores lineares geralmente estão disponíveis com guia linear simples ou dupla, dependendo do sistema de acionamento.
Controle e gerenciamento de cabos
O controle do cabo é outra característica essencial deste projeto de robô que é freqüentemente ignorado nos estágios iniciais (ou apenas adiado para os estágios posteriores do plano). Para controle, ar (para eixos pneumáticos), entrada do codificador (para servo-cartesiano), sensor e outros aparelhos elétricos, cada eixo envolve vários cabos.
Quando os sistemas e componentes são conectados através da Internet das Coisas Industrial (IIoT), os métodos e ferramentas usados para ligá-los tornam-se muito mais críticos e esses tubos, fios e conectores devem ser roteados de forma adequada e mantidos para evitar fadiga prematura indevida flexão ou interrupção da interferência com outros componentes do dispositivo.
O tipo e a quantidade de cabos necessários, bem como a sofisticação do gerenciamento de cabos, são todos determinados pelo tipo de controle e protocolo de rede. Observe que o suporte de cabos, bandejas ou invólucros do sistema de gerenciamento de cabos afetarão as medições totais do sistema, portanto, certifique-se de que não haja conflito com o sistema de cabeamento e o restante dos componentes robóticos.
Controles cartesianos de robôs
Os robôs cartesianos são o método preferido para fazer movimentos ponto a ponto, mas também podem fazer movimentos complexos interpolados e contornados. O tipo de movimento necessário especificará o melhor dispositivo de controle, protocolo de rede, IHM e outros componentes de movimento para o sistema.
Embora esses componentes estejam localizados independentemente dos eixos do robô, na maioria das vezes, eles terão um impacto nos motores, fios e outros componentes elétricos do eixo necessários. Esses elementos no eixo influenciam as duas primeiras considerações de projeto, posicionamento e controle de cabo.
Como resultado, o processo de design fecha o círculo, enfatizando a importância de construir um robô cartesiano como um dispositivo eletromecânico interconectado, em vez de um conjunto de peças mecânicas conectadas a hardware e software elétricos.
Envelope de trabalho do robô cartesiano
Várias configurações de robô produzem formas de envelope de trabalho distintas. Este envelope de trabalho é crucial ao escolher um robô para uma aplicação específica, pois especifica a área de trabalho do manipulador e do efetor final. Para uma infinidade de propósitos, deve-se ter cuidado ao estudar o envelope de trabalho de um robô:
- O envelope de trabalho é a quantidade de trabalho que pode ser aproximada por um ponto no final do braço robótico, que normalmente é o meio dos arranjos de montagem dos efetores finais. Ele não possui nenhum instrumento ou peça de trabalho de propriedade do executor final.
- Às vezes, há locais dentro do envelope operacional em que o braço do robô não pode entrar. Zonas mortas são o nome dado a regiões específicas.
- A capacidade de carga útil máxima citada só é alcançável em tais comprimentos de braço, que podem ou não atingir o alcance máximo.
O envelope operacional da configuração cartesiana é um prisma retangular. Dentro do envelope de trabalho, não há zonas mortas e o robô pode manipular a carga útil total sobre todo o volume de trabalho.
Exemplos de robôs cartesianos
Um plotter de calculadora
Robô cartesiano de 3 eixos para dispensar alimentos para mosca-das-frutas
Cinemática do Robô Cartesiano
O robô cartesiano é essencialmente uma junta tripla prismática ou um robô PPP. Ela segue a regra geral de determinar a cinemática direta e inversa de um manipulador de robô de link serial, que pode ser encontrada SUA PARTICIPAÇÃO FAZ A DIFERENÇA.
Para que é usado um robô cartesiano? | Aplicações de robôs cartesianos
Máquinas de controle numérico computadorizado (máquinas CNC) e impressão 3D são duas aplicações típicas para robôs de coordenadas cartesianas. As fresadoras e plotadoras usam a aplicação mais direta, na qual uma ferramenta, como uma fresadora ou caneta se move ao redor de um plano XY e é levantada e abaixada sobre uma superfície para produzir um padrão específico.
A robótica de coordenadas cartesianas também pode ser usada em máquinas pick-and-place. Robôs cartesianos de pórtico suspenso, por exemplo, são utilizados para carregar e descarregar componentes usados na linha de torno CNC, trabalhando em três eixos (X, Y, Z), pegando e posicionando a operação de cargas pesadas em alta velocidade e com alta precisão.
Vantagens do robô cartesiano
- Eles podem mover cargas úteis pesadas devido à sua construção compacta e deslocamento em linha reta.
- Um único controlador pode controlar vários robôs, eliminando a necessidade de soluções de PLC ou IO entre vários controladores.
- Eles podem carregar cargas pesadas em longas distâncias porque têm cursos longos de cerca de 2 metros.
- Suas ações e funções são exatas e repetíveis.
- Os tempos de ciclo são reduzidos devido à sua rápida velocidade de movimento e aceleração.
- A opção de definir 2 unidades no eixo Z e minimizar o espaço de montagem.
- Ele pode ser construído com praticamente qualquer atuador linear e vários mecanismos de acionamento (junto com correia, parafuso de avanço, atuador ou motor linear).
- Esta estrutura mecânica simplificou a solução do braço de controle do Robô, entre outras coisas e se estiver trabalhando no espaço 3D, é altamente confiável e preciso.
Desvantagens do robô cartesiano
- Por outro lado, os robôs cartesianos têm desvantagens, como exigir muito espaço para funcionar e não conseguir trabalhar embaixo d'água.
- Ao operar em um ambiente perigoso, esses robôs também precisam de proteção especial. Outra desvantagem desse tipo de robô é que geralmente é mais lento do que os outros.
- Quando o ar está sujo, geralmente é difícil manter a sujeira fora dos componentes deslizantes.
- O uso de uma ponte rolante ou outro equipamento de manuseio de materiais para acessar o envelope de trabalho pode ser proibido e o reparo pode ser complicado.
Diferenças entre robôs cartesianos, seis eixos e SCARA
Carga do Robô Cartesiano
A capacidade de carga de um robô (conforme especificado pelo fabricante) deve ser maior que o peso total da carga útil na extremidade do braço robótico com peças de ferramentas. Os robôs SCARA e de seis eixos são limitados porque carregam cargas em componentes estendidos.
Por exemplo, um centro de usinagem que fabrica conjuntos de rolamentos com peso de 100 kg ou mais. Exceto para os maiores SCARA ou robôs de seis eixos, a carga útil excede suas capacidades. Um robô cartesiano tradicional, por outro lado, pode pegar e posicionar facilmente essas cargas porque sua estrutura de suporte e rolamentos suportam toda a amplitude de movimento.
Orientação do Robô Cartesiano
A direção do robô é determinada por como ele está posicionado e como ele posiciona as peças ou itens que estão sendo empurrados. Se o piso ou pedestal montado em linha de um SCARA ou robô de seis eixos causar um obstáculo, esses robôs podem não ser a escolha certa. Robôs cartesianos de pequeno porte podem ser colocados acima da cabeça e fora do caminho se o aplicativo envolver apenas a rotação de alguns eixos.
No entanto, para manipulação de componentes complexos ou funções envolvendo quatro ou mais eixos de movimento, a estrutura de um robô cartesiano pode ser muito obstrutiva, e um robô SCARA compacto, que pode ser tão pequeno quanto 200 mm2 e quatro parafusos em um pedestal, talvez um ajuste melhor .
Velocidade do robô cartesiano
Os catálogos de fabricantes de robôs também têm classificações de velocidade além das classificações de carga. Tempos de aceleração em longas distâncias são essenciais para lembrar ao selecionar robôs para aplicações pick-and-place. Os robôs cartesianos podem atingir velocidades de cinco m / s ou mais, rivalizando com o SCARA e os robôs de seis eixos.
Ciclo de trabalho do robô cartesiano
Este é o tempo que leva para completar um único loop operacional. Robôs que funcionam constantemente 24 horas por dia, sete dias por semana (como em varredura de alto rendimento e fabricação de produtos farmacêuticos) atingem o fim de sua vida útil mais rápido do que aqueles que funcionam por oito horas cinco dias por semana. Para evitar possíveis agravos, conserte esses problemas com antecedência e compre robôs com longos períodos de lubrificação e baixos requisitos de manutenção.
Leia também:
- Aplicações de design de robôs com rodas Mecanum
- Aplicações críticas de amortecimento
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Tenho formação em Engenharia Aeroespacial, atualmente trabalhando na aplicação da Robótica na Indústria de Defesa e na Ciência Espacial. Sou um aprendiz contínuo e minha paixão pelas artes criativas me mantém inclinado a projetar novos conceitos de engenharia.
Com os robôs substituindo quase todas as ações humanas no futuro, gosto de trazer aos meus leitores os aspectos fundamentais do assunto de uma forma fácil, mas informativa. Também gosto de me manter atualizado com os avanços da indústria aeroespacial simultaneamente.