Automatyzacja z wykorzystaniem robotów kartezjańskich – efektywność, precyzja, niezawodność

Automatyzacja procesów produkcyjnych i wdrażanie robotów przemysłowych do wykonywania zadań, które wcześniej realizował człowiek, nabierają obecnie coraz większego znaczenia. Duża konkurencja rynkowa wymusza zwiększanie efektywności. Pojawiają się też problemy z pozyskaniem wykwalifikowanych pracowników. Dlatego też coraz więcej producentów decyduje się na inwestycję w roboty przemysłowe. Nie każdego jednak stać na zakup tradycyjnego, dużego robota przemysłowego. Nie zawsze też taki robot jest niezbędny. Okazuje się, że w wielu przypadkach znaczne korzyści można uzyskać, inwestując np. w sporo mniejsze roboty kartezjańskie. Te pozornie proste urządzenia kryją w sobie potężny potencjał, który może zrewolucjonizować sposób funkcjonowania większości linii produkcyjnych.

Czym są roboty kartezjańskie i na jakiej zasadzie działają?

Roboty kartezjańskie, znane również jako roboty liniowe czy portalowe, to maszyny przemysłowe, które wykonują ruchy wyłącznie w układzie współrzędnych prostokątnych XYZ. W przeciwieństwie do robotów przegubowych, które przypominają ludzkie ramię z wieloma stawami, robot kartezjański porusza się wyłącznie w liniach prostych wzdłuż trzech prostopadłych osi. Analogicznie jak np. precyzyjna głowica drukarki 3D.

Sposób działania takiego robota jest intuicyjny. Urządzenie przemieszcza się w górę-dół (oś Z), w przód-tył (oś Y) i w lewo-prawo (oś X). Ta stosunkowo prosta konstrukcja przekłada się na niezwykłą precyzję. Robot kartezjański może osiągnąć dokładność pozycjonowania rzędu dziesiątych części milimetra, co czyni go idealnym narzędziem do zadań wymagających najwyższej dokładności.

Rodzaje robotów kartezjańskich

Wprawdzie roboty kartezjańskie są dosyć jednolitą grupą maszyn roboczych, to jednak również i one mogą się różnić budową, a w konsekwencji także sposobem działania. Przede wszystkim roboty te mogą mieć różną liczbę osi.

Systemy jednoosiowe – to najprostsza grupa robotów kartezjańskich, które poruszają się tylko wzdłuż jednej osi. Są one idealne do długich przemieszczeń, a także do transportu ciężkich ładunków. Charakteryzują się też wyjątkową sztywnością mechaniczną i niezawodnością.

Portale liniowe 2D – poruszają się w płaszczyźnie pionowej, łącząc poziomą oś główną z pionową osią pomocniczą. Doskonale sprawdzają się w aplikacjach, które wymagają precyzyjnego pozycjonowania w dwóch wymiarach.

Portale płaskie 2D – rozwiązanie przeznaczone do pracy tylko w płaszczyźnie poziomej. Umożliwia manipulację elementów na dużych powierzchniach roboczych. Jest szczególnie przydatne przy obsłudze długich linii produkcyjnych.

Portale przestrzenne 3D – najbardziej zaawansowane roboty kartezjańskie, które oferują pełną swobodę ruchu w przestrzeni trójwymiarowej. Nadają się do różnych zadań, które wymagają precyzyjnego pozycjonowania w trzech wymiarach.

Przeczytaj również: Coboty w nowoczesnych fabrykach. Bezpieczna automatyzacja produkcji

Odpowiadając na indywidualne potrzeby przedsiębiorstw produkcyjnych, firmy wytwarzające roboty kartezjańskie oferują możliwość dodania dodatkowych przegubów. Pozwala to np. na obrót wokół osi pionowej czy obrót trzymanego narzędzia. Dzięki takim modyfikacjom robot kartezjański zyskuje nowe możliwości ruchu, a tym samym może wykonywać bardziej skomplikowane operacje.

Roboty kartezjańskie vs roboty przegubowe – podstawowe różnice

Porównując roboty kartezjańskie z robotami przegubowymi, już na pierwszy rzut oka widać podstawowe różnice. To przede wszystkim całkowicie inna konstrukcja i zasada działania obu typów robotów. Jednak z punktu widzenia przedsiębiorcy dużo ważniejsze są ich parametry pracy, kwestie związane z ich obsługą czy koszty zakupu i późniejszej eksploatacji.

Roboty kartezjańskie zapewniają dużo wyższą precyzję działania dzięki braku błędów, które mogą kumulować się w złożonych łańcuchach kinematycznych. Dużo łatwiejsze jest również programowanie tych robotów. Planowanie ruchu liniowego jest bowiem znacznie prostsze niż obliczenia kinematyki odwrotnej dla robotów przegubowych.

Roboty przegubowe oferują jednak większą elastyczność w kształcie przestrzeni roboczej, podczas gdy kartezjańskie zapewniają regularną, prostokątną przestrzeń pracy.

Dużo niższy jest natomiast koszt nabycia robotów kartezjańskich, które do tego są tańsze w utrzymaniu i oferują lepszy stosunek ceny do wydajności.

Zastosowania robotów kartezjańskich w przemyśle

Dosyć duża wszechstronność robotów kartezjańskich sprawia, że są one wykorzystywane w różnych branżach i do różnorodnych zastosowań. Najczęściej można je spotkać w zautomatyzowanych aplikacjach związanych z zadaniami typu pick & place, pakujących, dozujących czy etykietujących. Jednak spektrum zastosowań robotów kartezjańskich może być dużo większe.

Patrząc przez pryzmat branż i typowych zadań, roboty kartezjańskie świetnie nadają się do prac montażowych. Odgrywają szczególną rolę np. w branży elektronicznej przy montażu małych i delikatnych komponentów, gdzie każdy mikron ma duże znaczenie dla jakości końcowego produktu.

Roboty kartezjańskie z powodzeniem realizują również zadania związane z procesem pakowania. Automatycznie sortują gotowe produkty, pakują je do opakowań, etykietują je, a następnie paletyzują. Wszystko z zachowaniem wysokiej precyzji i wydajności.

Zalety i wady robotów kartezjańskich

Roboty kartezjańskie charakteryzują się wieloma zaletami, które sprawiają, że przedsiębiorcy chętnie po nie sięgają. Wyróżniają się przede wszystkim wysoką precyzją z tolerancją nawet rzędu mikrometrów. Prosta konstrukcji tych urządzeń przekłada się na mniejszą liczbę elementów podatnych na awarie, a także na łatwość programowania. Intuicyjny system osi liniowych sprawia, że sterowanie robotem jest stosunkowo proste nawet dla użytkowników bez specjalistycznej wiedzy. Kolejnym atutem jest szybkość działania, zwłaszcza w połączeniu z zachowaniem wysokiej dokładności. Modułowa budowa pozwala na łatwe dostosowanie robota do specyficznych potrzeb użytkownika, a efektywność energetyczna sprawia, że w porównaniu do robotów przegubowych zużywają mniej energii. Powyższe cechy, wraz z przystępną ceną, czynią roboty kartezjańskie atrakcyjnym rozwiązaniem z korzystnym stosunkiem jakości do ceny.

Przeczytaj również: Roboty SCARA – budowa, zalety i zastosowania w przemyśle

Trzeba jednak pamiętać, że roboty kartezjańskie mają również swoje ograniczenia. Przestrzeń robocza tych urządzeń jest prostokątna, przez co nie nadają się do pracy w bardziej złożonych obszarach. Elastyczność ruchowa jest również ograniczona – brakuje im możliwości wykonywania skomplikowanych ruchów obrotowych, co zmniejsza zakres zadań, które mogą realizować. Ich wymagania przestrzenne powodują, że do instalacji potrzeba więcej miejsca w porównaniu do niektórych robotów, co w części zakładów produkcyjnych może być problematyczne.

Jak dobrać robot kartezjański do konkretnego zadania?

Wybór odpowiedniego robota kartezjańskiego wymaga analizy co najmniej kilku kluczowych czynników:

• analiza obciążenia – określenie maksymalnej masy manipulowanych obiektów (z zachowaniem zapasu bezpieczeństwa),
• wymagania precyzyjne – ustalenie niezbędnej dokładności pozycjonowania dla danego procesu,
• przestrzeń robocza – zmierzenie dostępnego miejsca i wymaganego zasięgu pracy,
• prędkość operacji – określenie wymaganej wydajności linii produkcyjnej,
• środowisko pracy – uwzględnienie warunków środowiskowych, takich jak temperatura, wilgotność czy obecność pyłów,
• integracja z innymi urządzeniami – ocena kompatybilności np. z istniejącymi systemami sterowania.

Przyszłość robotów kartezjańskich

Roboty kartezjańskie cały czas ewoluują wraz z postępem technologicznym. Integracja z systemami z obszaru Przemysłu 4.0, wykorzystanie sztucznej inteligencji do optymalizacji trajektorii i rozwój nowych materiałów konstrukcyjnych będą sprawiać, że te proste z założenia maszyny stają się coraz bardziej inteligentne i wydajne.

Roboty kartezjańskie to sprawdzone rozwiązanie dla przedsiębiorstw, które potrzebują niezawodnej automatyzacji o wysokiej precyzji i korzystnym stosunku ceny do jakości. Ich prostota nie oznacza ograniczeń – przeciwnie, otwiera drzwi do efektywnej automatyzacji procesów przemysłowych w każdej skali działalności.

Zobacz: 10 najnowocześniejszych fabryk na świecie

Źródło: Automatyzacja produkcji z robotami kartezjańskimi