Systemkonfiguration, Kabelmanagement, Steuerungen.

Wenn Ihre Anwendung einen kartesischen Roboter erfordert, stehen Ihnen je nach gewünschtem Integrationsgrad zahlreiche 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 einige Anwendungen dennoch den Bau eines eigenen kartesischen Systems – beispielsweise um besonderen Umgebungsbedingungen gerecht zu werden oder hochspezialisierte Leistungsanforderungen zu erfüllen.

Doch „selbst bauen“ bedeutet nicht zwangsläufig „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 Verbindungssätze und Montagehalterungen an, mit denen sich Ihr eigenes kartesisches System aus katalogspezifischen Antrieben relativ einfach zusammenbauen lässt.

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

Systemkonfiguration

Eines der ersten Dinge, die bei der Konstruktion eines kartesischen Roboters festgelegt werden müssen, ist die Konfiguration der Achsen. Dies dient nicht nur der Erzielung der erforderlichen Bewegungen, sondern auch der Gewährleistung einer ausreichenden Steifigkeit des Systems, die sich auf Tragfähigkeit, Verfahrgenauigkeit und Positioniergenauigkeit auswirken kann. Tatsächlich sind einige Anwendungen, die Bewegungen in kartesischen Koordinaten erfordern, mit einem Portalroboter besser bedient als mit einem kartesischen 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 Auslenkungen oder Vibrationen zu vermeiden.

Wenn ein kartesisches System die beste Lösung ist, ist die nächste Designoption typischerweise die Antriebseinheit für die Aktuatoren – wobei gängige Systeme mit Riemen-, Spindel- oder pneumatischem Antrieb sind. Unabhängig vom Antriebssystem werden Linearaktuatoren typischerweise entweder mit einer einzelnen Linearführung oder mit zwei Linearführungen angeboten.

Die überwiegende Mehrheit der kartesischen Roboter nutzt die Doppelführungskonfiguration, da sie überhängende (Moment-)Lasten besser unterstützt. Achsen mit Doppellinearführungen benötigen jedoch einen größeren Platzbedarf als Achsen mit Einzellinearführungen. 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 einfach auf spätere Phasen der Konstruktion 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 übermäßiges Biegen vorzeitig ermüden oder durch Interferenzen mit anderen Systemteilen beschädigt werden.

Bei kartesischen Robotern (sowie SCARA- und 6-Achsen-Robotern) ist 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 den anderen Teilen des Roboters und der Maschine zu achten.

Steuerungen

Kartesische Roboter sind die ideale Lösung für Punkt-zu-Punkt-Bewegungen, können aber auch komplexe interpolierte Bewegungen und Konturbewegungen ausführen. Die Art der erforderlichen Bewegung bestimmt, welches Steuerungssystem, Netzwerkprotokoll, HMI und andere Bewegungskomponenten für das System am besten 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.