גאומטריית קואורדינטות קרטזית היא שיטה מצוינת למיפוי מרחב תלת-ממדי במערכת נומרית פשוטה וקלה להבנה. במערכת הקרטזית למרחב תלת-ממדי, ישנם שלושה צירי קואורדינטות הניצבים זה לזה (צירים אורתוגונליים) ונפגשים בראשית.

שלושת הצירים מכונים בדרך כלל ציר x, ציר y וציר z. כל נקודה במרחב תלת-ממדי מיוצגת על ידי שלושה מספרים כ-(x, y, z). X מייצג את המרחק של הנקודה מהמקור לאורך ציר x, y הוא המרחק מהמקור לאורך ציר y, ו-z הוא המרחק מהמקור לאורך ציר z.

רובוטים קרטזיים (גנטריים)

רובוטים מכטרוניים המשתמשים בצירים ליניאריים לתנועה נקראים רובוטים קרטזיים, רובוטים ליניאריים או רובוטים גנטריים. רובוטים גנטריים נראים דומים לעגורני גנטרי ופועלים באופן דומה. אבל רובוטים גנטריים אינם מוגבלים לפונקציות הרמה והזזה. הם יכולים להיות בעלי פונקציונליות מותאמת אישית לפי הדרישה.

לרובוטים קרטזיים יש מבנה עילי השולט בתנועה במישור האופקי וזרוע רובוטית שמפעילה תנועה אנכית. ניתן לתכנן אותם לנוע בצירי XY או XYZ. הזרוע הרובוטית ממוקמת על הפיגומים וניתן להזיז אותה במישור האופקי. לזרוע הרובוטית יש אפקטור או כלי מכונה המחובר לקצה הזרוע, בהתאם לפונקציה בה היא משמשת.

למרות שרובוטים קרטזיים ורובוטים גנטרי משמשים לסירוגין, לרובוטים גנטרי יש בדרך כלל שני צירי x, בעוד שלרובוטים קרטזיים יהיה רק ​​ציר אחד מכל אחד משני/שלושת הצירים (בהתאם לתצורה).

 

כיצד הם מתפקדים?

רובוטים קרטזיים נעים רק בתנועה ליניארית, בדרך כלל באמצעות מנועי סרוו. המפעילים הליניאריים בהם נעשה שימוש יכולים להיות בצורות שונות בהתאם ליישום הספציפי. מערכת ההנעה יכולה להיות מונעת באמצעות רצועה, כבל, בורג, פנאומטית, מדף וגלגל שיניים, או מנוע ליניארי. חלק מהיצרנים מספקים רובוטים קרטזיים מוכנים מראש לחלוטין שניתן ליישם ללא כל שינוי. יצרנים אחרים מציעים רכיבים שונים כמודולים, המאפשרים למשתמש ליישם שילוב של מודולים אלה בהתאם למקרה השימוש הספציפי שלו.

הזרועות הרובוטיות עצמן יכולות להיות מצוידות ב"ראייה" או להיות "עיוורות" בפעולות. ניתן לחבר אותן לחיישני אור או מצלמות כדי לזהות את העצמים לפני ביצוע פעולה. לדוגמה, ניתן להשתמש ברובוטים קרטזיים במעבדות כדי לאסוף ולהזיז דגימות. ניתן להשתמש בראייה בעזרת מחשב כדי לזהות את המבחנה, פיפטות או שקופיות והזרוע יכולה לתפוס את העצם בהתאם לנתוני המיקום המועברים מהמצלמה.

היתרון של רובוטים קרטזיים על פני מערכות רובוטיות אחרות, כמו רובוטים בעלי שישה צירים, הוא שקל מאוד לתכנת אותם. בקר תנועה יחיד יכול לטפל בלוגיקת התנועה של רובוט קרטזי. לרובוטים יש תנועה ליניארית בלבד, מה שמאפשר שליטה קלה. אין צורך במערך מורכב של בקרים ומיקרו-שבבים לבקרת תנועה של רובוטים קרטזיים. אותה תכונה מסייעת להקל על תכנות תנועת הרובוט.

 

מאפיינים ויתרונות

לרובוטים קרטזיים יש כושר נשיאה גבוה יותר בהשוואה לרובוטים מקבילים בעלי שישה צירים. שילוב זה עם העלות הנמוכה יותר וקלות התכנות עבור רובוטים ליניאריים, הופך אותם למתאימים למגוון רחב של יישומים תעשייתיים. רובוטים גנטריים, שהם למעשה רובוטים קרטזיים עם פיגומים תומכים, יכולים לשאת מטענים גבוהים אף יותר. ניתן להרחיב את טווח התנועה של רובוטים ליניאריים על ידי הוספת מודולים תואמים למנגנון הקיים. מודולריות זו ברובוטים קרטזיים הופכת אותם למגוונים הרבה יותר ובעלי אורך חיים ארוך יותר בסביבה תעשייתית.

רובוטים קרטזיים מציגים גם רמת דיוק גבוהה בהשוואה לעמיתיהם הסיבוביים. זאת בשל העובדה שיש להם תנועה ליניארית בלבד ואין צורך להתאים תנועה סיבובית. לרובוטים קרטזיים יכולות להיות סבילות בטווח של מיקרומטרים (μm), בעוד שלרובוטים בעלי שישה צירים יש בדרך כלל סבילות בטווח של מילימטרים (mm).

 

יישומים לרובוטים קרטזיים

הרבגוניות, העלות הנמוכה וקלות התכנות הופכים רובוטים קרטזיים למתאימים ליישומים רבים בסביבות תעשייתיות. הבה נבחן כמה מהם.

• בחר והנח:הזרוע הרובוטית מצוידת במגוון רחב של מכשירי ראייה לזיהוי רכיבים שונים מקרוסלה או מסוע. הזרוע יכולה לאסוף את החפצים הללו ולמיין אותם לפחים שונים. איסוף ומיון יכולים להתבצע על ידי זרוע רובוטית אחת.
• העברה מתהליך לתהליך:בקו ייצור יהיו מקרים בהם יש צורך להעביר סחורות בתהליך ממיקום אחד למשנהו. ניתן לעשות זאת באמצעות רובוטים ליניאריים בעלי הנעה כפולה. ניתן להשתמש בהם עם מערכות ראייה או סנכרון זמן בהתאם לשאר התהליך.
• מערכת הרכבה:כאשר יש לחזור על אותם שלבים שוב ושוב כדי להרכיב את חלקי המוצר, ניתן להשתמש ברובוטים ליניאריים כדי להפוך את המשימות לאוטומטיות.
• יישום דבקים וחומרי איטום:תהליכי ייצור רבים כוללים מריחת דבקים או חומרי איטום בין חלקים. הם משמשים בייצור רכבים גדולים ועד לייצור גאדג'טים אלקטרוניים קטנים. יש למרוח דבקים וחומרי איטום בכמויות מדויקות מאוד ובמיקום הנכון. ניתן לחבר את הזרוע הרובוטית של הרובוט הליניארי למתקן נוזלים מדויק ביותר וניתן למרוח דבקים וחומרי איטום בדיוק רב.
• משטחים ודחיפת משטחים:אריזה משתמשת במשטחים כדי להעביר סחורות בקלות. רובוטים קרטזיים יכולים לשמש לאוטומציה הן של הנחת מוצרים על משטחים והן של הוצאתם מהמשטחים.
• עיבוד שבבי של מכונות CNC:מכונות מבוססות בקרה מספרית ממוחשבת משמשות ליצירת מוצרים בהתאם לעיצובים שנעשו בתוכנות תכנון הנדסי. מכונות CNC משתמשות באופן נרחב ברובוטים ליניאריים עם כלים שונים המחוברים לזרועות הרובוטיות.
• ריתוך נקודתי מדויק:ריתוך מיוחד נדרש בתהליכי ייצור מסוימים. רובוטים ליניאריים עם זרועות ריתוך יכולים להשיג ריתוכים מדויקים במקומות מדויקים על משטח העבודה. רמת הסבילות הגבוהה בטווח המיקרומטרים (מיקרומטר) מועילה ביישומים כאלה.

ישנם יישומים תעשייתיים רבים נוספים לרובוטים ליניאריים. אלה כוללים חומרי דיוור, מכונות בסיס להרכבה ובחינה, יחידות הכנסה, התקני ערימה, אוטומציה של איטום, טיפול בחומרים, אחסון ושליפה, חיתוך, חריטה ומיון.