Ograniczenia robotów kartezjańskich

Roboty kartezjańskie

Tytułowe roboty, których nazwa nawiązuje do układu współrzędnych, mają trzy ortogonalne osie ruchu skoordynowane przez jeden kontroler. Stanowią je siłowniki liniowe, z zamocowanym na karetce, na najbardziej zewnętrznej osi, narzędziem. Są projektowane do poruszania się w osiach XY, XZ albo XYZ.

Podkategorią robotów kartezjańskich są roboty bramowe (suwnicowe, portalowe, gantry), od tych w wersji podstawowej różniące się konstrukcją i będącymi jej konsekwencją cechami użytkowymi. Występują one w konfiguracji 2XY lub 2XYZ, czyli z dwoma równoległymi osiami bazowymi (X). Zasadnicza różnica pomiędzy robotami kartezjańskimi a gantry polega zatem na tym, że pierwsze wykorzystują jeden siłownik liniowy na każdej osi, natomiast drugie dwa w osi X, które łączy oś Y. Taki układ zapewnia robotom gantry dłuższy skok i większy udźwig.

Obszarem roboczym robotów kartezjańskich jest płaszczyzna dwuwymiarowa albo trójwymiarowe pudełko. Dzięki temu ich wpasowanie w dostępną przestrzeń zwykle nie stwarza problemu, inaczej niż w przypadku robotów o sferycznej albo cylindrycznej obwiedni roboczej, która wystaje poza obrys pudełka lub jest w nim otoczona przez dużo nieużywanego miejsca.

Roboty w przemyśle - popularne aplikacje

Pick and place

Popularnym zastosowaniem robotów przemysłowych jest zadanie pick and place, na przykład na liniach pakowania. Obejmuje następującą sekwencję czynności: podniesienie obiektu, jego przeniesienie, a potem odłożenie go w miejscu docelowym, często z zachowaniem konkretnej orientacji. Takiego podejścia wymagają produkty, które należy, ze względu na ich specyfikę, podnosić i odkładać pojedynczo. Przykłady to drobne artykuły spożywcze o delikatnej strukturze, jak ciastka i czekoladki, które przez roboty na stanowiskach pakowania są przekładane z taśmociągu linii produkcyjnej do pudełek. Wspólnymi cechami typowych aplikacji pick and place są: bardzo duża szybkość operowania przekładanymi obiektami i stosunkowo krótkie odległości, na jakie są one przenoszone.

Chociaż zadanie pick and place w teorii wydaje się nieskomplikowane, w praktyce jednak zorganizowanie takiego stanowiska pakowania z robotem przemysłowym może się okazać wyzwaniem. Przede wszystkim, żeby móc w pełni wykorzystać szybkości osiągane przez roboty przemysłowe, należy zsynchronizować stanowisko pick and place z innymi liniami, stanowiskami i systemami, z którymi współpracuje. Przykładem są przenośniki taśmowe – skoordynowanie robota z taśmociągiem pozwala na pobieranie i odkładanie produktów bez konieczności zatrzymywania przenośnika. To znacznie przyspiesza pakowanie.

Roboty zwykle są sterowane wizyjnie. W ten sposób nakierowuje się je na obiekt i informuje, czy i jeśli tak, to jak powinny zmienić jego orientację. Ponadto w oparciu o sygnał z kamery można połączyć pakowanie z kontrolą jakości, dzięki czemu robot będzie podnosił tylko produkty spełniające zadane kryteria, pozostawiając na taśmociągu te wybrakowane albo z sortowaniem produktów, jeżeli na taśmie wspólnie są transportowane wyroby różnego typu, na przykład różniące się kolorem, które należy zapakować oddzielnie.

Roboty są wykorzystywane również w paletyzacji. W tym zastosowaniu wyróżnia je większa elastyczność w zakresie zmiany typu obsługiwanych palet i wzorca układania paczek oraz szybkość w porównaniu do automatów paletyzujących. W paletyzacji wykorzystuje się głównie roboty trzech typów: kartezjańskie, SCARA, przegubowe. Ważny w tym zastosowaniu jest dobór odpowiedniego chwytaka.

Ograniczenia robotów kartezjańskich

Obszar roboczy robotów kartezjańskich jest także łatwy do określenia i wizualizacji. To upraszcza projekt i montaż osłony bezpieczeństwa. To, że końcówka robocza porusza się prostoliniowo wzdłuż wzajemnie prostopadłych osi, ułatwia programowanie robota, gdyż nie trzeba wykonywać skomplikowanych obliczeń w celu wyznaczenie jej kolejnych położeń.

Roboty kartezjańskie mogą mieć bardzo dużą przestrzeń roboczą w porównaniu do przegubowych i SCARA. Są bardziej skalowalne, a dzięki modułowości znacznie wszechstronniejsze i mają dłuższą żywotność w środowisku przemysłowym. Charakteryzuje je także duża precyzja przemieszczenia, z tolerancjami rzędu mikrometrów. Pod względem szybkości ustępują jednak robotom SCARA, jak i przegubowym. Trzeba się też liczyć z kompromisem między prędkością a rozdzielczością robotów kartezjańskich – im większa jest ta druga, tym mniejsza szybkość. Oprócz tego liczba ich stopni swobody jest ograniczona do trzech plus ewentualnie oś obrotu narzędzia i wymagają precyzyjnego wyrównania oraz płaskiej powierzchni montażowej.

Wojciech Trojniar

ASTOR

Jakie są popularne zastosowania robotów przemysłowych i cobotów? Jakie korzyści zapewnia stosowanie takich maszyn oraz jakie są rynkowe perspektywy ich rozwoju?

Najczęstsze zastosowania robotów współpracujących w Polsce obejmują obszary takie jak montaż, pakowanie, obsługa maszyn oraz kontrola jakości. Coboty zmieniają procesy produkcyjne w małych i średnich przedsiębiorstwach, umożliwiając wprowadzenie automatyzacji bez konieczności dużych inwestycji w infrastrukturę oraz szkolenie pracowników. Pracownicy zwykle pozytywnie odbierają wprowadzenie cobotów, ponieważ pomagają one w wykonywaniu monotonnych zadań oraz zwiększają efektywność produkcji. Perspektywy dla rynku robotów współpracujących w Polsce są obiecujące, ze względu na rosnące zainteresowanie automatyzacją wśród małych i średnich przedsiębiorstw oraz dynamiczny rozwój technologii w tym obszarze. W najbliższym czasie można się spodziewać dalszego wzrostu popytu oraz rosnącej konkurencji między dostawcami robotów.

Roboty przemysłowe charakteryzują się znacznie większymi udźwigami oraz wydajnością związaną z prędkością pracy robota. Najpopularniejsze zastosowania robotów przemysłowych to linie produkcyjne w przemyśle motoryzacyjnym, elektronicznym, spożywczym, chemicznym, meblarstwie oraz farmacji. Roboty te często wypierają specjalistyczne maszyny jak np. paletyzery ze względu na ich większą wszechstronność i elastyczność. W ostatnich latach na polskim rynku robotów przemysłowych obserwowano wzrost popytu, zwłaszcza w sektorze małych i średnich przedsiębiorstw. W przyszłości można się spodziewać dalszego rozwoju rynku oraz wzrostu innowacyjnych rozwiązań wizyjnych bazujących na sztucznej inteligencji.