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  • Beladung kartesischer Roboter

    Die kartesische Koordinatengeometrie ist eine hervorragende Methode, um den dreidimensionalen Raum in einem einfachen, leicht verständlichen numerischen System abzubilden. Im kartesischen System für den dreidimensionalen Raum gibt es drei Koordinatenachsen, die senkrecht aufeinander stehen (orthogonale Achsen) und sich im Ursprung treffen.

    Die drei Achsen werden allgemein als x-Achse, y-Achse und z-Achse bezeichnet. Jeder Punkt im dreidimensionalen Raum wird durch drei Zahlen als (x, y, z) dargestellt. X repräsentiert den Abstand des Punktes vom Ursprung entlang der x-Achse, y ist der Abstand vom Ursprung entlang der y-Achse und z ist der Abstand vom Ursprung entlang der z-Achse.

    Kartesische (Gantry) Roboter

    Mechatronische Roboter, die Linearachsen zur Bewegung verwenden, werden als kartesische Roboter, Linearroboter oder Portalroboter bezeichnet. Portalroboter sehen Portalkranen ähnlich und funktionieren ähnlich. Portalroboter sind jedoch nicht auf Hebe- und Bewegungsfunktionen beschränkt. Sie können je nach Anforderung benutzerdefinierte Funktionen haben.

    Kartesische Roboter haben eine Überkopfstruktur, die die Bewegung in der horizontalen Ebene steuert, und einen Roboterarm, der die Bewegung vertikal auslöst. Sie können so konstruiert sein, dass sie sich in xy-Achsen oder xyz-Achsen bewegen. Der Roboterarm wird auf dem Gerüst platziert und kann in der horizontalen Ebene bewegt werden. Am Ende des Roboterarms ist je nach Funktion, in der er verwendet wird, ein Effektor oder eine Werkzeugmaschine angebracht.

    Obwohl kartesische Roboter und Portalroboter austauschbar verwendet werden, haben Portalroboter im Allgemeinen zwei x-Achsen, während kartesische Roboter jeweils nur eine der zwei/drei Achsen haben (je nach Konfiguration).

     

    Wie funktionieren sie?

    Kartesische Roboter bewegen sich nur durch Linearbewegungen, in der Regel durch servomotorische Antriebe. Die verwendeten Linearaktuatoren können je nach Anwendungsfall in verschiedenen Formen vorliegen. Das Antriebssystem kann riemen-, seil-, schrauben-, pneumatisch-, zahnstangen- oder linearmotorgetrieben sein. Einige Hersteller bieten komplett vorgefertigte kartesische Roboter an, die ohne Modifikationen implementiert werden können. Andere Hersteller bieten unterschiedliche Komponenten als Module an, so dass der Anwender je nach Anwendungsfall eine Kombination dieser Module realisieren kann.

    Die Roboterarme selbst können mit „Vision“ ausgestattet oder im Betrieb „blind“ sein. Sie können an Lichtsensoren oder Kameras angebracht werden, um die Objekte zu identifizieren, bevor eine Aktion ausgeführt wird. Kartesische Roboter können beispielsweise in Labors zum Aufnehmen und Bewegen von Proben eingesetzt werden. Mit computergestütztem Sehen können Reagenzgläser, Pipetten oder Objektträger erkannt werden und der Arm kann das Objekt entsprechend den von der Kamera übermittelten Positionsdaten greifen.

    Der Vorteil von kartesischen Robotern gegenüber anderen Robotersystemen, wie beispielsweise Sechs-Achs-Robotern, besteht darin, dass sie sehr einfach zu programmieren sind. Eine einzelne Bewegungssteuerung kann die Bewegungslogik für einen kartesischen Roboter handhaben. Die Roboter haben nur eine lineare Bewegung, was eine einfache Steuerung ermöglicht. Für die Bewegungssteuerung kartesischer Roboter ist keine komplexe Anordnung von SPS und Mikrochips erforderlich. Das gleiche Attribut erleichtert die Programmierung der Roboterbewegung.

     

    Eigenschaften und Vorteile

    Kartesische Roboter haben eine höhere Nutzlasttragfähigkeit als vergleichbare Sechs-Achs-Roboter. Dies, kombiniert mit den geringeren Kosten und der einfachen Programmierbarkeit von Linearrobotern, macht sie für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen geeignet. Gantry-Roboter, die im Wesentlichen kartesische Roboter mit Stützgerüst sind, können noch höhere Nutzlasten tragen. Der Bewegungsbereich von Linearrobotern kann durch Hinzufügen von kompatiblen Modulen zur bestehenden Mechanik erweitert werden. Diese Modularität in kartesischen Robotern macht sie viel vielseitiger und hat eine längere Lebensdauer in einer industriellen Umgebung.

    Kartesische Roboter weisen im Vergleich zu ihren rotierenden Gegenstücken zudem eine hohe Genauigkeit und Präzision auf. Dies liegt daran, dass sie nur eine lineare Bewegung haben und keine Drehbewegung aufnehmen müssen. Kartesische Roboter können Toleranzen im Mikrometerbereich (μm) aufweisen, während Sechsachsroboter generell Toleranzen im Millimeterbereich (mm) aufweisen.

     

    Anwendungen für kartesische Roboter

    Die Vielseitigkeit, die geringeren Kosten und die einfache Programmierung machen kartesische Roboter für viele Anwendungen in industriellen Umgebungen geeignet. Schauen wir uns einige davon an.

    • Pick and Place:  Der Roboterarm ist mit einer Reihe von Vision-Geräten ausgestattet, um verschiedene Komponenten von einem Karussell oder Förderband zu identifizieren. Der Arm kann diese Objekte aufnehmen und in verschiedene Behälter einsortieren. Das Aufnehmen und Sortieren kann von einem einzigen Roboterarm durchgeführt werden.
    • Prozess-zu-Prozess-Transfer:  In einer Produktionslinie gibt es Fälle, in denen Waren im Prozess von einem Standort zu einem anderen transferiert werden müssen. Dies kann mit Linearrobotern mit Doppelantrieb erfolgen. Sie können je nach Rest des Prozesses mit Vision-Systemen oder Zeitsynchronisation verwendet werden.
    • Assembling system:Wenn für die Montage der Teile eines Produkts die gleichen Schritte immer wieder wiederholt werden müssen, können Linearroboter eingesetzt werden, um die Aufgaben zu automatisieren.
    • Auftragen von Kleb- und Dichtstoffen: In  vielen Produktionsprozessen werden Kleb- oder Dichtstoffe zwischen den Teilen aufgetragen. Es wird in der großen Automobilherstellung bis hin zur Produktion kleiner elektronischer Geräte verwendet. Kleb- und Dichtstoffe sind in sehr genauen Mengen und an der richtigen Stelle aufzutragen. Der Roboterarm des Linearroboters kann mit einem hochpräzisen Fluiddispenser verbunden und Kleb- und Dichtstoffe mit hoher Genauigkeit aufgetragen werden.
    • Palettieren und Depalettieren: Beim zu transportieren. Mit kartesischen Robotern kann sowohl das Auflegen von Produkten auf Paletten als auch das Abnehmen von Paletten automatisiert werden.
    • CNC-Werkzeugmaschinen:  Maschinen auf der Grundlage von computergestützten numerischen Steuerungen werden verwendet, um Produkte nach Entwürfen zu erstellen, die in Engineering-Design-Software erstellt wurden. CNC-Maschinen verwenden häufig Linearroboter mit unterschiedlichen Werkzeugen, die an den Roboterarmen befestigt sind.
    • Präzisionspunktschweißen:  Bei bestimmten Herstellungsverfahren ist spezielles Schweißen erforderlich. Linearroboter mit Schweißarmen können präzise Schweißnähte an präzisen Stellen auf der Arbeitsfläche erzielen. Hilfreich bei solchen Anwendungen ist die hohe Toleranz im Mikrometer (μm)-Bereich.

    Es gibt noch viele weitere industrielle Anwendungen für Linearroboter. Dazu gehören Dosiermittel, Assembler- und Tester-Basismaschinen, Einlegeeinheiten, Stapelgeräte, Siegelautomatisierung, Materialhandling, Ein- und Auslagern, Schneiden, Ritzen und Sortieren.


    Postzeit: 27.12.2021
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