Kartesinen koordinaatistogeometria on erinomainen menetelmä kolmiulotteisen avaruuden kuvaamiseen yksinkertaisessa ja helposti ymmärrettävässä numeerisessa järjestelmässä. Kolmiulotteisen avaruuden karteesisessa järjestelmässä on kolme koordinaatistoakselia, jotka ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden (ortogonaaliset akselit) ja kohtaavat origossa.

Kolmea akselia kutsutaan yleensä x-akseliksi, y-akseliksi ja z-akseliksi. Mikä tahansa piste kolmiulotteisessa avaruudessa ilmaistaan ​​kolmella luvulla (x, y, z). X edustaa pisteen etäisyyttä origosta x-akselin suunnassa, y on etäisyys origosta y-akselin suunnassa ja z on etäisyys origosta z-akselin suunnassa.

Kartesiaaniset (portaalirobotit)

Lineaarisia akseleita käyttäviä mekatronisia robotteja kutsutaan karteesisiksi roboteiksi, lineaariroboteiksi tai portaaliroboteiksi. Portaalirobotit näyttävät samankaltaisilta kuin portaalinosturit ja toimivat samalla tavalla. Portaalirobotit eivät kuitenkaan rajoitu nosto- ja siirtotoimintoihin. Niillä voi olla mukautettuja toimintoja vaatimusten mukaisesti.

Kartesialaisilla roboteilla on yläpuolinen rakenne, joka ohjaa liikettä vaakatasossa, ja robottikäsivarsi, joka käynnistää liikkeen pystysuunnassa. Ne voidaan suunnitella liikkumaan xy- tai xyz-akseleilla. Robottikäsivarsi asetetaan telineelle ja sitä voidaan liikuttaa vaakatasossa. Robottikäsivarren päähän on kiinnitetty efektori tai työstökone käyttötarkoituksesta riippuen.

Vaikka karteesisia robotteja ja portaalirobotteja käytetään keskenään vaihdellen, portaaliroboteissa on yleensä kaksi x-akselia, kun taas karteesisissa roboteissa on vain yksi kussakin kahdesta/kolmesta akselista (kokoonpanosta riippuen).

 

Miten ne toimivat?

Kartesilaiset robotit liikkuvat ainoastaan ​​lineaarisella liikkeellä, yleensä servomoottorikäyttöjen avulla. Käytetyt lineaaritoimilaitteet voivat olla eri muodoissa käyttökohteesta riippuen. Käyttöjärjestelmä voi olla hihnakäyttöinen, vaijerikäyttöinen, ruuvikäyttöinen, pneumaattinen, hammastankokäyttöinen tai lineaarimoottorikäyttöinen. Jotkut valmistajat tarjoavat täysin valmiita karteesisia robotteja, jotka voidaan toteuttaa ilman muutoksia. Toiset valmistajat tarjoavat erilaisia ​​komponentteja moduuleina, jolloin käyttäjä voi toteuttaa näiden moduulien yhdistelmän käyttötarkoituksensa mukaan.

Robottikäsivarret voivat olla joko "näöllisiä" tai toimia "sokeasti". Ne voidaan kiinnittää valoantureihin tai kameroihin esineiden tunnistamiseksi ennen toiminnon suorittamista. Esimerkiksi karteesisia robotteja voidaan käyttää laboratorioissa näytteiden poimimiseen ja siirtämiseen. Tietokoneavusteista näköä voidaan käyttää koeputken, pipettien tai lasilevyjen tunnistamiseen, ja käsivarsi voi tarttua esineeseen kameran välittämien sijaintitietojen perusteella.

Karteesisten robottien etu muihin robottijärjestelmiin, kuten kuusiakselisiin robotteihin, verrattuna on niiden helppo ohjelmointi. Yksi liikeohjain pystyy käsittelemään karteesisen robotin liikelogiikkaa. Roboteilla on vain lineaarinen liike, mikä mahdollistaa helpon ohjauksen. Karteesisten robottien liikkeenohjaukseen ei tarvita monimutkaista PLC- ja mikropiirijärjestelmää. Sama ominaisuus helpottaa robotin liikkeen ohjelmointia.

 

Ominaisuudet ja edut

Kartesiaanisilla roboteilla on suurempi hyötykuorman kantokyky verrattuna vastaaviin kuusiakselisiin robotteihin. Tämä yhdistettynä lineaarirobottien alhaisempiin kustannuksiin ja helppoon ohjelmointiin tekee niistä sopivia monenlaisiin teollisiin sovelluksiin. Gantry-robotit, jotka ovat pohjimmiltaan karteesisia robotteja, joissa on tukitelineet, voivat kantaa vielä suurempia hyötykuormia. Lineaarirobottien liikerataa voidaan laajentaa lisäämällä yhteensopivia moduuleja olemassa olevaan mekanismiin. Tämä karteesisten robottien modulaarisuus tekee niistä paljon monipuolisempia ja pidemmän käyttöiän teollisessa ympäristössä.

Karteesisilla roboteilla on myös korkea tarkkuus ja täsmällisyys verrattuna pyöriviin vastineisiinsa. Tämä johtuu siitä, että niillä on vain lineaarinen liike eikä niiden tarvitse mukautua pyörivään liikkeeseen. Karteesisilla roboteilla voi olla mikrometrien (μm) toleranssit, kun taas kuusiakselisilla roboteilla toleranssit ovat yleensä millimetrien (mm) luokkaa.

 

Sovellukset karteesisille roboteille

Monipuolisuus, alhaiset kustannukset ja helppo ohjelmointi tekevät karteesisista roboteista käyttökelpoisia monissa teollisissa sovelluksissa. Katsotaanpa joitakin niistä.

• Valitse ja sijoita:Robottikäsivarsi on varustettu jonkinlaisella näkölaitteella, jolla voidaan tunnistaa erilaisia ​​komponentteja karusellilta tai kuljetinhihnalta. Käsivarsi voi poimia nämä esineet ja lajitella ne eri laatikoihin. Poiminnan ja lajittelun voi tehdä yksi robottikäsivarsi.
• Prosessien välinen siirto:Tuotantolinjalla on tilanteita, joissa prosessin aikana olevia tavaroita on siirrettävä paikasta toiseen. Tämä voidaan tehdä käyttämällä kaksoisvetoisia lineaarirobotteja. Niitä voidaan käyttää konenäköjärjestelmien tai aikasynkronoinnin kanssa prosessin muusta vaiheesta riippuen.
• Kokoonpanojärjestelmä:Kun samoja vaiheita on toistettava yhä uudelleen tuotteen osien kokoamiseksi, lineaarirobotteja voidaan käyttää tehtävien automatisointiin.
• Liimojen ja tiivisteiden levitys:Monissa tuotantoprosesseissa käytetään liimoja tai tiivisteitä osien väliin. Sitä käytetään niin suurten autojen kuin pienten elektronisten laitteiden valmistuksessakin. Liimoja ja tiivisteitä on levitettävä erittäin tarkoin määrin ja oikeaan paikkaan. Lineaarirobotin robottivarsi voidaan liittää erittäin tarkkaan nesteannostelijaan, ja liimoja ja tiivisteitä voidaan levittää suurella tarkkuudella.
• Lavaaminen ja lavalta purkaminen:Pakkauksessa käytetään kuormalavoja tavaroiden helppoon kuljettamiseen. Kartesisia robotteja voidaan käyttää sekä tuotteiden asettamisen kuormalavoille että niiden ottamisen kuormalavoilta automatisointiin.
• CNC-työstökoneet:Tietokoneohjaukseen perustuvia koneita käytetään tuotteiden luomiseen suunnitteluohjelmistoissa tehtyjen suunnitelmien mukaisesti. CNC-koneissa käytetään laajalti lineaarirobotteja, joissa on erilaisia ​​työkaluja kiinnitettynä robottikäsivarsiin.
• Tarkkuuspistehitsaus:Tietyissä valmistusprosesseissa vaaditaan erikoishitsausta. Lineaarirobotit, joissa on hitsausvarret, voivat saavuttaa tarkkoja hitsauksia työpinnan tarkoissa kohdissa. Korkea toleranssi mikrometrien (μm) alueella on hyödyllinen tällaisissa sovelluksissa.

Lineaariroboteilla on monia muitakin teollisia sovelluksia. Näitä ovat annosteluaineet, kokoonpano- ja testauskoneet, syöttöyksiköt, pinoamislaitteet, tiivistysautomaatio, materiaalinkäsittely, varastointi ja haku, leikkaus, piirto ja lajittelu.