Im Gegensatz zu einem anderen Robotertyp oder Mehrachsensystem.

Ein kartesisches System bewegt sich in drei orthogonalen Achsen – X, Y und Z – gemäß den kartesischen Koordinaten. (Es ist jedoch zu beachten, dass sich an der äußersten Achse eines kartesischen Roboters manchmal eine Drehachse befindet – in Form eines Endeffektors oder eines End-of-Arm-Tools.)

Was einen kartesischen Roboter zu einem Roboter macht, ist die Tatsache, dass die Achsen über einen gemeinsamen Bewegungscontroller koordinierte Bewegungen ausführen.

Die Achsen eines kartesischen Roboters bestehen aus einer Art Linearantrieb – entweder als vormontiertes System von einem Hersteller gekauft oder vom OEM oder Endbenutzer individuell aus linearen Führungs- und Antriebskomponenten gebaut.

Einfach, oder?

Die Norm ISO 8373:2012 definiert einen Industrieroboter als:

Ein automatisch gesteuerter, umprogrammierbarer Mehrzweckmanipulator mit drei oder mehr Achsen, der entweder stationär oder mobil für den Einsatz in industriellen Automatisierungsanwendungen eingesetzt werden kann.

Doch nicht jedes lineare System, das in den XY- oder XYZ-Achsen arbeitet, ist ein kartesischer Roboter. Eine bemerkenswerte Ausnahme ist ein Robotertyp, der zwei parallele Basisachsen (X) verwendet. Diese Konfiguration – beispielsweise 2X-Y oder 2X-YZ – hebt den Roboter aus der kartesischen Kategorie heraus und fällt in die Kategorie der Portalroboter.

Der Hauptunterschied zwischen Portalrobotern und kartesischen Robotern besteht darin, dass kartesische Roboter jeweils einen Linearantrieb pro Achse verwenden, während Portalroboter immer mit zwei Basisachsen (X) konstruiert sind, die von der zweiten Achse (Y) überspannt werden. Diese Konfiguration verhindert, dass die zweite Achse freitragend ist (mehr dazu weiter unten) und ermöglicht Portalrobotern deutlich größere Hublängen – und in vielen Fällen auch höhere Nutzlasten – als kartesische Roboter.

Der zweite Typ eines mehrachsigen Linearsystems, der nicht unter die Definition eines kartesischen Roboters fällt, ist der XY-Tisch. Der Unterschied zwischen kartesischen Robotern und XY-Tischen liegt in der Montage- und Belastungsanordnung. Bei einem kartesischen Roboter ist die zweite oder dritte (Y- oder Z-)Achse freitragend und wird nur an einem Ende von der darunterliegenden Achse getragen. Darüber hinaus ist die Last auf der äußeren Achse in der Regel freitragend von dieser Achse.

Diese Anordnung erzeugt nicht nur aufgrund der aufgebrachten Last eine Momentbelastung auf der Außenachse, sondern aufgrund der kombinierten Wirkung der aufgebrachten Last zusammen mit der Außenachse auch eine erhebliche Momentbelastung auf der Stützachse. Die Montage- und Belastungsanordnung begrenzt die Tragfähigkeit kartesischer Roboter und ist ein Hauptfaktor bei der Bestimmung der maximalen Hublänge der äußeren (freitragenden) Achse.

Im Gegensatz dazu bestehen XY-Tische aus zwei übereinander zentrierten Achsen, oft mit ähnlichen Hublängen. Darüber hinaus ist die Last in der Regel auf der Y-Achse zentriert. Diese Achsenkonfiguration und Lastpositionierung führt zu einer sehr geringen freitragenden Belastung auf beiden Achsen (und oft gar keiner freitragenden Belastung auf der Y-Achse).

Kartesische Roboter haben in einigen technischen Spezifikationen Ähnlichkeiten mit SCARA- und 6-Achsen-Robotern (Gelenkrobotern) und können in einigen der gleichen Anwendungen eingesetzt werden. Kartesische Roboter bieten gegenüber SCARA- und 6-Achsen-Robotern jedoch mehrere Vorteile. Erstens bieten kartesische Designs einen rechteckigen Arbeitsbereich, in dem ein erheblicher Prozentsatz der Robotergrundfläche als aktiver Arbeitsbereich genutzt wird. SCARA- und 6-Achsen-Roboter hingegen haben kreisförmige oder ovale Arbeitsbereiche, die oft viel ungenutzten Raum hinterlassen, insbesondere wenn der erforderliche Verfahrweg bzw. die Reichweite sehr groß ist.

Kartesische Roboter können aus nahezu jedem Linearantriebstyp mit unterschiedlichsten Antriebsmechanismen konstruiert werden – Riemen, Kugelumlaufspindel, pneumatischer Antrieb oder Linearmotor. (Zahnstangenantriebe sind ebenfalls möglich, werden aber häufiger in Portalsystemen mit sehr langen Hüben eingesetzt.) Dadurch erreichen sie eine höhere Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit als SCARA- und 6-Achsen-Roboter. Kartesische Roboter bieten zudem einen Vorteil bei der Programmierung, da ihre Kinematik einfacher ist (drei kartesische Achsen statt mehrerer Rotationsachsen).

In der jüngeren Vergangenheit waren vormontierte kartesische Roboter selten; die meisten Einheiten wurden von OEMs, Roboterintegratoren oder sogar dem Endnutzer individuell angefertigt. Mittlerweile bieten viele Hersteller von Linearantrieben auch vorkonfigurierte, vormontierte kartesische Systeme mit unzähligen Optionen an, um gängige Anforderungen an Verfahrweg, Traglast, Geschwindigkeit und Präzision zu erfüllen. Auch Hersteller von herkömmlichen 6-Achsen- und SCARA-Robotern mischen auf dem Markt mit, da sie erkannt haben, dass kartesische Roboter für viele industrielle Automatisierungs- und Montageanwendungen ein besseres Verhältnis zwischen Tragfähigkeit und Stellfläche bieten als SCARA- und 6-Achsen-Konstruktionen.