Was ist Kartesische Roboter?
Ein orthogonaler Roboter ist ein Roboter, der sich entlang von zwei oder drei kartesischen Achsen bewegt.
Sie werden auch Portalroboter genannt. Aufgrund ihres einfachen Aufbaus werden Industrieroboter häufig als erster Schritt bei der Automatisierung von Aufgaben in vielen verschiedenen Branchen eingesetzt.
Da es höchstens drei kartesische Koordinaten gibt, können sie selbst gebaut und leicht verändert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Programm für die Ausführung der Arbeit leicht geändert werden kann.
Daher können Arbeiten, die keine komplexen Bewegungen erfordern und monoton sind, relativ leicht mit Kartesischen Robotern mechanisiert werden.
Einsatz von kartesischen Robotern
Kartesische Roboter werden hauptsächlich in der Fertigungsindustrie eingesetzt. Zu den einfachen Aufgaben in der Fertigung gehören der Zusammenbau und der Transport von Bauteilen. In diesem Bereich werden häufig kartesische Roboter eingesetzt, da lineare Bewegungen für die Ausführung ausreichen.
Zunächst wird die Linie bestimmt, entlang der die Teile fließen. Dann wird die Arbeit von der Montage bis zum Transport mit Hilfe einer Kamera oder anderen Mitteln zerlegt und durch kartesische Roboter ersetzt. Durch die Einführung des Systems kann die Produktivität stabilisiert werden.
Konkret werden kartesische Roboter für kleine Präzisionsmaschinenteile, Automobilteile und elektronische Teile für die Leiterplattenmontage sowie im medizinischen und pharmazeutischen Bereich eingesetzt. In der Lebensmittelbranche beispielsweise können speziell bearbeitete Arme beim Transport von empfindlichen Lebensmitteln, wie z.B. krümeligem und schwer zu handhabendem Tofu, präzise greifen und bewegen.
Der Aktionsradius kartesischer Roboter ist im Vergleich zu beispielsweise sechsachsig arbeitenden Robotern einfach und überschaubar, und der Preis ist günstig. Sie können auch unter rauen Bedingungen stabil eingesetzt werden, z.B. in Feuchträumen oder in Halbleiterfabriken, wo mit korrosiven Gasen gearbeitet wird.
Prinzipien kartesischer Koordinatenroboter
Die grundlegende Funktionsweise kartesischer Roboter besteht darin, den Arbeitsarm entlang einer linearen Führung zu verschieben, um Aufgaben wie Montage, Transport und Positionierung auszuführen.
Mehrere Einheiten, die sich auf einer einzigen Achse bewegen, werden kombiniert, um Aufgaben in einem kartesischen Koordinatensystem auszuführen. In diesem Fall kann jede Achse des Roboters gleichzeitig bewegt werden, so dass viele Vorgänge durch Überlagerung linearer Bewegungen effizient durchgeführt werden können.
Merkmale kartesischer Roboter
1. Hoher Freiheitsgrad der Kombination
Kartesische Roboter haben einen relativ engen Arbeitsbereich, verfügen aber über einen hohen Freiheitsgrad bei der Kombination und können leicht an die erforderlichen Spezifikationen angepasst werden. Da ihre Bewegungen einfacher sind als die anderer Roboter, lassen sie sich leichter steuern, und es können mehrere kartesische Roboter miteinander kombiniert werden.
Durch die Kombination und Verknüpfung mit anderen Robotern ist es möglich, zahlreiche Aufgaben auszuführen, wie z. B. Bewegungen mit einem bestimmten Komplexitätsgrad oder einen Materialschneideprozess.
2. Hohe Genauigkeit
Kartesische Roboter können zwar nur einfache lineare Bewegungen ausführen, dafür sind sie aber umso genauer. Insbesondere Linearführungen mit Kugelumlaufspindeln und Linearmessgeräten ermöglichen eine hochpräzise Positionierung.
3. Hohe Steifigkeit
Kartesische Roboter haben weniger Bauteile und sind daher steifer. Dies bedeutet weniger Lücken und Verformungen, weniger Bewegungsunschärfen und einen stabileren Betrieb. Darüber hinaus ermöglicht die einfache Struktur eine Reduzierung der Zykluszeit durch Erhöhung der Geschwindigkeit.
4. Niedrige Kosten
Kartesische Roboter, die mit einer einfachen Struktur und einer geringen Anzahl von Teilen hergestellt werden können, sind kostengünstiger als Gelenkroboter.
Weitere Informationen zu Kartesischen Robotern
1. Nachteile von kartesischen Robotern
Kartesische Roboter haben nicht nur Vorteile, sondern auch Nachteile.
Komplexe Aufgaben sind unmöglich
Komplexe Aufgaben, die keine Kombinationen von linearen Bewegungen sind, sind schwierig.
Großer Installationsbereich
Kartesische Roboter haben den Nachteil, dass ihr Aufstellungsbereich tendenziell groß ist, weil sie sich nur in geraden Linien bewegen können und weil sie aufgrund fehlender Gelenke nicht gefaltet werden können.
Schwierige Vergrößerung
Aus Kostengründen ist es schwierig, die Größe kartesischer Roboter zu erhöhen und gleichzeitig ihre Genauigkeit und Stärke beizubehalten.
2. Beispiele für kartesische Koordinatenroboter
Einsparung von Arbeitskräften bei Fördervorgängen
Der Transport von Wechselgeld nach dem Verpacken wurde mit einem Knickarmroboter automatisiert, aber es trat ein Problem mit der Haltbarkeit auf. Um dies zu verbessern, wurde ein Kartesischer Roboter eingesetzt, mit positiven Ergebnissen. Das Ausfallrisiko wurde verringert und die Arbeitsproduktivität um das 1,4-fache gesteigert.
Automatisierung des Produktionsprozesses für Nagelbürsten
Nagelbürsten wurden aufgrund der Komplexität des Produktionsprozesses meist von Hand gefertigt. Um die Überalterung der Arbeitskräfte und die Kosten zu verringern, wurden sechs Kartesische Roboter eingeführt, damit die Roboter Prozesse wie Schneiden, vorübergehendes Anbringen und Kleben durchführen können. Infolgedessen wurden sechs Arbeiter auf zwei reduziert, und die Arbeitsproduktivität ist 30 Mal höher als vor der Einführung der Roboter.
Verringerung der Belastung durch gefährliche Arbeiten und Verbesserung der Effizienz
Bei einem Plattenhersteller wurde ein Kartesischer Roboter eingesetzt, um schwere und potenziell gefährliche Aufgaben zu ersetzen, die von Menschen erledigt werden konnten. Das Ergebnis: Gefahren werden beseitigt, die Effizienz wird gesteigert und die Arbeitsproduktivität ist 1,4-mal höher als zuvor.