Sistema de manejo cartesiano: movimiento 2D y movimiento 3D

Personalización y versatilidad

Los sistemas de manipulación cartesianos como la cinemática en serie tienen ejes principales para el movimiento en línea recta y ejes auxiliares para la rotación. El sistema actúa simultáneamente como guía, soporte y accionamiento y debe integrarse en el sistema completo de la aplicación, independientemente de la estructura del sistema de manipulación.

Posiciones de montaje estándar

Todos los sistemas de manipulación cartesianos se pueden instalar en cualquier posición del espacio. Esto permite que el sistema mecánico se adapte idealmente a las condiciones de la aplicación. Aquí está una mirada a algunos de los diseños más comunes.

Bidimensionales - Estos sistemas de manipulación cartesianos se dividen en las categorías de voladizos y pórticos lineales con su movimiento en el plano vertical, y pórticos de superficie plana con su movimiento en el plano horizontal.

Una viga en voladizo 2D consiste en un eje horizontal (Y) con un accionamiento vertical (Z) montado en la parte delantera del mismo.

Un pórtico lineal es un eje horizontal (Y) fijado en ambos extremos, izquierdo y derecho. Un eje vertical (Z) se monta en un carro entre los dos puntos finales del eje. Los pórticos lineales suelen ser delgados, con un espacio de trabajo vertical rectangular.

Un pórtico de superficie plana está formado por dos ejes paralelos (X) unidos por un eje (Y) perpendicular a la dirección del movimiento. Los pórticos de superficie plana pueden cubrir un espacio de trabajo significativamente mayor que los sistemas de robot con cinemática delta o SCARA con sus espacios de trabajo circulares o en forma de riñón.

Además de la configuración convencional con ejes individuales, los pórticos lineales y los pórticos de superficie plana también adoptan la forma de sistemas completos con una combinación mecánica fija con una correa dentada giratoria como componente de accionamiento. La baja carga útil las hace adecuadas para altas capacidades (picos/min) con la correspondiente respuesta dinámica.

Tridimensionales - Estos sistemas de manipulación cartesianos se dividen en las categorías de voladizos y pórticos 3D con movimientos en ambos planos.

Los voladizos 3D son dos ejes (X) montados en paralelo más un eje en voladizo (Y) perpendicular a la dirección del movimiento, con un eje vertical (Z) montado en la parte frontal del mismo.

Los pórticos 3D están formados por dos ejes paralelos (X) unidos por un eje (Y) perpendicular a la dirección del movimiento. Sobre este eje perpendicular se monta un eje vertical (Z).

Nota: En los pórticos de superficie plana, lineales y 3D, la fuerza se aplica entre los dos puntos de apoyo de los ejes horizontales. El eje horizontal del voladizo actúa como palanca debido a la carga suspendida en su extremo.

Se requiere una programación más sencilla

El grado de programación requerido depende de la función: Si el sistema sólo necesita desplazarse a puntos individuales, basta con una programación rápida y sencilla del PLC.

Si es necesario el movimiento de la trayectoria, como al aplicar adhesivo, el control PLC ya no es suficiente. En estos casos, la programación de robots convencionales también es necesaria para los sistemas de manipulación cartesianos. Sin embargo, el entorno de control para los sistemas de manipulación cartesianos ofrece una amplia gama de posibles alternativas en comparación con los robots convencionales. Mientras que los robots convencionales siempre requieren el uso del sistema de control específico del fabricante, cualquier PLC puede utilizarse para sistemas de manipulación cartesianos, en la versión con la mejor gama de funciones para los requisitos y la complejidad de la aplicación. Esto significa que se pueden cumplir las especificaciones del cliente y se puede implementar una plataforma de control uniforme, incluyendo un lenguaje de programación y una estructura de programa uniformes.

Con los robots convencionales, a menudo se requiere una programación compleja. Por lo tanto, se necesita mucho trabajo para utilizar sistemas de 4 a 6 ejes para tareas mecánicas. Por ejemplo, los 6 ejes deben moverse siempre al mismo tiempo para el desplazamiento en línea recta. También es difícil y requiere mucho tiempo programar "brazo derecho a brazo izquierdo" en aplicaciones robóticas convencionales. Los sistemas de manipulación cartesianos ofrecen aquí excelentes alternativas.

La eficiencia energética es alta

Las bases para un manejo eficiente de la energía se establecen incluso al seleccionar el sistema. Si la aplicación requiere largos tiempos de permanencia en determinadas posiciones, todos los ejes de los robots convencionales están sujetos a un control de bucle cerrado y deben compensar continuamente la fuerza del peso.

Con los sistemas de manipulación cartesianos, normalmente es sólo el eje Z vertical el que necesita aplicar la fuerza continuamente. Esta fuerza es necesaria para mantener la carga útil en la posición deseada contra la fuerza gravitacional. Esto se puede conseguir de forma muy eficiente mediante accionamientos neumáticos, ya que éstos no consumen energía en sus fases de mantenimiento. Otra ventaja de los ejes neumáticos Z es su bajo peso propio, lo que significa que se pueden utilizar tamaños más pequeños para los componentes mecánicos de los ejes X e Y y su motor eléctrico. La reducción de la carga útil conduce a una reducción del consumo de energía.

Las fuerzas típicas de los ejes eléctricos se destacan especialmente en el caso de caminos largos y altas velocidades de ciclo. Por lo tanto, a menudo son una alternativa muy eficaz para los ejes X e Y.

Conclusión

En muchos casos es más eficiente y económico utilizar sistemas de manipulación cartesianos que los sistemas robóticos convencionales. Para una amplia gama de aplicaciones, es posible diseñar un sistema de manipulación cartesiano ideal porque:

- Los sistemas están configurados para los requisitos de la aplicación en términos de trayectos óptimos y respuesta dinámica, y se adaptan a la carga.

- Su estructura mecánica hace que sean fáciles de programar: por ejemplo, sólo es necesario activar un eje para los movimientos verticales.

- Su óptima adaptación mecánica las hace energéticamente eficientes, por ejemplo, desconectando el suministro de energía cuando están en reposo.

- Los sistemas de manipulación cartesianos están optimizados en cuanto a espacio para la aplicación.

- Los componentes estándar producidos en serie permiten que los sistemas de manipulación cartesianos sean una alternativa de precio atractivo a los robots industriales convencionales.

Y por último, pero no menos importante: Con los sistemas de manipulación cartesianos, la cinemática se define por la aplicación y sus periféricos, y no al revés.