Robôs Cartesianos: Simples e Custo

O kit Smart Function Kit for Handling foi projetado para ser fácil de especificar, comissionar e programar, permitindo que os engenheiros criem e instalem rapidamente sistemas de manuseio cartesiano personalizados com um, dois ou três eixos de movimento. Foto cedida pela Bosch Rexroth Corp.

Dos vários robôs utilizados para montagem automatizada, o robô cartesiano é o menos complexo. Também conhecido como robô retilíneo, retangular ou de pórtico, um robô cartesiano só pode mover seu efetor final em linhas retas ao longo dos eixos X, Y e Z. Alguns cartesianos têm um eixo de movimento adicional, no qual o efetor final gira em torno do eixo Z ou paralelo a ele.

Os cartesianos podem não ser tão “sexy” quanto um SCARA de alta velocidade ou um robô de seis eixos, mas essa também é a sua principal vantagem. “Em muitas aplicações, um SCARA ou um robô de seis eixos seria um exagero”, diz Brad Klippstein, gerente de produto Smart Mechatronix da Bosch Rexroth. “Você não precisa de cinco ou seis eixos de movimento para uma simples operação de pegar e colocar. E programar um robô de seis eixos é difícil.

“Em contraste, você pode programar um robô cartesiano em 5 minutos e é fácil fazer alterações no sistema.”

Com um robô cartesiano, cada eixo é um atuador linear separado, que pode ser acionado por um fuso de esferas ou correia. Os robôs cartesianos podem ser construídos em projetos em balanço e em pórtico. Qual escolher depende dos requisitos de comprimento, velocidade, carga útil e precisão.

O design em balanço limitará o alcance e a carga útil do robô, devido ao torque nos rolamentos de suporte do eixo base. Quanto maior a carga útil na extremidade do braço, maior será o torque aplicado ao eixo base.

O design do pórtico supera esta limitação. Os robôs pórticos movem os atuadores individuais ao longo de eixos mutuamente ortogonais. Dois rolamentos lineares paralelos suportam o eixo inferior e assim eliminam o problema de torque excessivo no eixo base. A carga útil e os limites de alcance podem ser facilmente estendidos sem a necessidade de usar atuadores lineares superdimensionados. A desvantagem do design do pórtico é que a área aberta de trabalho do robô agora é menos acessível.

Como um robô cartesiano distribui cargas uniformemente através de uma estrutura rígida, ele pode posicionar grandes cargas com precisão e repetição em altas velocidades. Os cartesianos podem assumir uma posição gritando e parar rapidamente.

Com sua construção modular, os robôs cartesianos são facilmente dimensionados para atender a diversas necessidades de deslocamento e carga útil. Eixos individuais podem ser rapidamente reparados ou substituídos, e todo o sistema pode ser desmontado para uso em outras aplicações de controle de movimento.

O alcance máximo de um robô SCARA é normalmente de 1.000 milímetros. Os cartesianos estão disponíveis com comprimentos de percurso de 3.000 milímetros ou mais.

Os robôs cartesianos trocam velocidade por resolução. Quanto melhor a resolução, mais lenta será a velocidade resultante. A repetibilidade varia dependendo do design. Os atuadores lineares acionados por fuso de esferas normalmente têm melhor repetibilidade do que os atuadores acionados por correia. Entre os robôs acionados por fuso de esferas, os parafusos retificados com porcas esféricas antifolga são geralmente mais precisos e repetíveis do que os fusos esféricos laminados com porcas esféricas padrão.

O benefício da modularidade e da personalização não vem sem contrapartidas. Os robôs cartesianos são mais difíceis de mover do que outros robôs, e alguns engenheiros podem não querer montar, alinhar e coordenar os diferentes eixos. Gerenciar os cabos de controle de cada eixo pode ser complicado, embora as novas tecnologias de comunicação de alta velocidade estejam minimizando esse problema. Finalmente, os engenheiros devem ter cuidado ao tirar conclusões sobre a carga útil, precisão ou repetibilidade do robô com base nas especificações de um componente.

No passado, escolher entre robôs cartesianos e SCARA era uma questão de compromisso. Os cartesianos eram mais precisos e menos caros que os SCARA. Os SCARAs eram mais rápidos e ocupavam menos espaço que os cartesianos. Hoje, os avanços tecnológicos tornaram as duas tecnologias comparáveis ​​em preço e desempenho. Como resultado, as distinções entre os dois são muito mais sutis.