Systemkonfiguration, Kabelmanagement, Steuerungen.

Wenn Ihre Anwendung einen kartesischen Roboter erfordert, stehen Ihnen je nach gewünschtem Integrationsgrad vielfältige Optionen zur Verfügung. Obwohl vorgefertigte kartesische Roboter immer häufiger zum Einsatz kommen, da Hersteller ihre Produktpalette erweitern, um ein breiteres Spektrum an Leistungskriterien abzudecken, erfordern manche Anwendungen dennoch den Bau eines eigenen kartesischen Systems – beispielsweise um besonderen Umgebungsbedingungen gerecht zu werden oder hochspezialisierte Leistungsanforderungen zu erfüllen.

Aber „selbst bauen“ bedeutet nicht unbedingt „von Grund auf neu bauen“. Ein typisches Beispiel: Die Schlüsselkomponenten eines kartesischen Roboters – die Linearantriebe – sind in zahlreichen Konfigurationen erhältlich, sodass es selten notwendig ist, die Antriebe von Grund auf neu zu bauen. Viele Hersteller von Linearantrieben bieten außerdem Anschlusssätze und Montagehalterungen an, die den Zusammenbau eines eigenen kartesischen Systems aus katalogisierten Antrieben relativ einfach machen.

Die Festlegung des Grundlayouts und die Auswahl der geeigneten Linearantriebe sind jedoch nur der erste Schritt. Um ein kartesisches System zu vermeiden, das die Anwendungsanforderungen nicht erfüllt oder nicht in den vorgesehenen Platzbedarf passt, sollten Sie – insbesondere in der Entwurfsphase – die folgenden Überlegungen berücksichtigen.

Systemkonfiguration

Bei der Konstruktion eines kartesischen Roboters ist die Achsenkonfiguration zu Beginn zu spezifizieren. Dies gilt nicht nur für die erforderlichen Bewegungen, sondern auch für die ausreichende Steifigkeit des Systems, die sich auf Tragfähigkeit, Fahrgenauigkeit und Positioniergenauigkeit auswirken kann. Für einige Anwendungen, die Bewegungen in kartesischen Koordinaten erfordern, ist ein Portalroboter besser geeignet als ein kartesisches System, insbesondere wenn die Y-Achse einen langen Hub erfordert oder die kartesische Anordnung eine der Achsen mit einem hohen Moment belasten würde. In diesen Fällen können die dualen X- oder Y-Achsen eines Portalsystems erforderlich sein, um übermäßige Auslenkung oder Vibrationen zu vermeiden.

Wenn ein kartesisches System die beste Lösung ist, ist die nächste Konstruktionsoption typischerweise die Antriebseinheit für die Aktuatoren – am häufigsten kommen Riemen-, Spindel- oder pneumatische Antriebe zum Einsatz. Unabhängig vom Antriebssystem werden Linearaktuatoren typischerweise entweder mit einer oder zwei Linearführungen angeboten.

Die überwiegende Mehrheit der kartesischen Roboter nutzt die Doppelführungskonfiguration, da diese eine bessere Unterstützung für überhängende (Moment-)Lasten bietet. Achsen mit doppelten Linearführungen benötigen jedoch einen größeren Platzbedarf als Achsen mit einzelnen Linearführungen. Andererseits sind Doppelführungssysteme oft kürzer (in vertikaler Richtung), was Störungen mit anderen Maschinenteilen vermeiden kann. Der gewählte Achsentyp beeinflusst nicht nur die Leistung des kartesischen Systems, sondern auch den Gesamtplatzbedarf.

Kabelmanagement

Ein weiterer wichtiger Aspekt der kartesischen Roboterkonstruktion, der in frühen Phasen oft übersehen (oder auf spätere Phasen verschoben) wird, ist das Kabelmanagement. Jede Achse benötigt mehrere Kabel für Strom, Luft (bei pneumatischen Achsen), Encoder-Feedback (bei servogetriebenen kartesischen Achsen), Sensoren und andere elektrische Komponenten. Und wenn Systeme und Komponenten in das industrielle Internet der Dinge (IIoT) integriert werden, werden die Methoden und Werkzeuge für ihre Verbindung noch wichtiger. Alle diese Kabel, Leitungen und Anschlüsse müssen sorgfältig verlegt und verwaltet werden, um sicherzustellen, dass sie nicht durch übermäßige Biegung vorzeitig ermüden oder durch Interferenzen mit anderen Systemteilen beschädigt werden.

Bei kartesischen Robotern (sowie SCARA- und 6-Achsen-Robotern) wird diese Konnektivität noch anspruchsvoller, da sich die Achsen sowohl unabhängig voneinander als auch synchron zueinander bewegen können. Die Komplexität des Kabelmanagements lässt sich jedoch durch den Einsatz von Komponenten reduzieren, die die Anzahl der benötigten Kabel reduzieren – beispielsweise Motoren, die Strom und Feedback in einem einzigen Kabel vereinen, oder integrierte Motor-Antriebs-Kombinationen.

Auch die Art der Steuerung und das Netzwerkprotokoll können die Art und Menge der benötigten Kabel sowie die Komplexität des Kabelmanagements beeinflussen. Vergessen Sie nicht, dass das Kabelmanagementsystem – Kabelträger, Kabelkanäle oder Gehäuse – die Abmessungen des Gesamtsystems beeinflusst. Daher ist es wichtig, auf Interferenzen zwischen dem Kabelmanagementsystem und anderen Teilen des Roboters und der Maschine zu achten.

Bedienelemente

Kartesische Roboter sind die ideale Lösung für Punkt-zu-Punkt-Bewegungen, können aber auch komplexe interpolierte Bewegungen und Konturbewegungen ausführen. Die Art der benötigten Bewegung bestimmt, welches Steuerungssystem, welches Netzwerkprotokoll, welche HMI und welche anderen Bewegungskomponenten am besten für das System geeignet sind. Obwohl diese Komponenten größtenteils getrennt von den Achsen des kartesischen Roboters untergebracht sind, beeinflussen sie die benötigten Motoren, Kabel und anderen elektrischen Komponenten auf der Achse. Diese Komponenten auf der Achse spielen wiederum eine Rolle bei den ersten beiden Designüberlegungen: Konfiguration und Kabelmanagement.

Damit schließt sich der Kreis des Designprozesses und es wird erneut deutlich, wie wichtig es ist, einen kartesischen Roboter als integrierte elektromechanische Einheit zu konstruieren und nicht als eine Reihe mechanischer Komponenten, die einfach mit elektrischer Hardware und Software verbunden sind.