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Mar 17, 2023

Kartesische Roboter sind einfacher und niedriger

Von den verschiedenen Robotern, die für die automatisierte Montage eingesetzt werden, ist der kartesische Roboter der beste

Von den verschiedenen Robotern, die für die automatisierte Montage eingesetzt werden, ist der kartesische Roboter der am wenigsten komplexe. Ein kartesischer Roboter, auch Linear- oder Portalroboter genannt, kann seinen Endeffektor nur in geraden Linien entlang der X-, Y- und Z-Achse bewegen. Einige Kartesianer verfügen über eine zusätzliche Bewegungsachse, bei der sich der Endeffektor um die Z-Achse oder parallel dazu dreht.

Jede Achse ist ein separater Linearantrieb, der über eine Kugelumlaufspindel oder einen Riemen angetrieben werden kann. Je nach Länge, Geschwindigkeit, Nutzlast und Genauigkeitsanforderungen kann eine Linearführung zur Unterstützung einer der Achsen erforderlich sein. Da ein kartesischer Roboter die Lasten gleichmäßig auf einem starren Rahmen verteilt, kann er große Nutzlasten bei hohen Geschwindigkeiten präzise und wiederholbar positionieren.

Aufgrund ihres modularen Aufbaus lassen sich kartesische Roboter leicht skalieren, um unterschiedliche Fahr- und Nutzlastanforderungen zu erfüllen. Einzelne Achsen können schnell repariert oder ausgetauscht werden, und das gesamte System kann für den Einsatz in anderen Bewegungssteuerungsanwendungen zerlegt werden.

Die maximale Reichweite eines SCARA-Roboters beträgt typischerweise 1.000 Millimeter. Kartesische Antriebe sind mit Verfahrlängen von 5.000 Millimetern oder mehr erhältlich.

In der Vergangenheit war die Wahl zwischen kartesischen und SCARA-Robotern eine Frage von Kompromissen. Kartesische Systeme waren genauer und kostengünstiger als SCARAs. SCARAs waren schneller und nahmen weniger Platz ein als kartesische. Dank des technologischen Fortschritts sind die beiden Technologien heute sowohl im Preis als auch in der Leistung vergleichbar. Infolgedessen sind die Unterschiede zwischen den beiden viel subtiler.

Ein zu berücksichtigender Punkt ist der Arbeitsbereich des Roboters, insbesondere dort, wo der Arbeitsraum teuer ist, beispielsweise in Reinräumen. Der Arbeitsbereich eines SCARA-Roboters ist rotierend, während der eines kartesischen Roboters rechteckig ist. Wenn Sie einen rotierenden Arbeitsraum in einen quadratischen Arbeitsbereich stellen, können Sie nicht den gesamten verfügbaren Platz nutzen.

Wenn alles in eine geradlinige Hülle passt, ist ein kartesischer Wert gut. Wenn Sie jedoch Teile in der Drei-Uhr-Position aufnehmen und in die 12-Uhr-Position bringen müssen, ist ein SCARA besser.

Kartesische Roboter sind schwieriger zu bewegen als andere Roboter, und einige Ingenieure möchten möglicherweise nicht die verschiedenen Achsen zusammenbauen, ausrichten und koordinieren. Die Verwaltung der Steuerkabel für jede Achse kann schwierig sein, obwohl neue Hochgeschwindigkeitskommunikationstechnologien dieses Problem minimieren. Schließlich sollten sich Ingenieure davor hüten, aus den Spezifikationen einer Komponente Rückschlüsse auf die Nutzlast, Genauigkeit oder Wiederholbarkeit des Roboters zu ziehen. Das gesamte System muss berücksichtigt werden.

Kartesische Roboter können mit einer Vielzahl von Endeffektoren ausgestattet werden, darunter Schraubendreher, Oberfräsen, Dosierventile, Lötköpfe und Greifer.

Bei der Spezifizierung eines Kartesianers sollten Ingenieure das Gewicht der Nutzlast – des Endeffektors und aller Teile oder Materialien, die er transportieren wird – sowie die Entfernung und Geschwindigkeit der Nutzlast angeben. Dadurch werden Länge und Breite des Rahmens sowie die Größe der Motoren bestimmt. Und wie bei jedem Bewegungssteuerungssystem sind die Anforderungen an Genauigkeit und Wiederholbarkeit von entscheidender Bedeutung.

Ingenieure sollten auch festlegen, wie und wo der Roboter eingesetzt wird. Wenn die Stellantriebe an einem Ort aufgestellt werden, an dem die Wartung schwierig ist, können sie mit dauergeschmierten Lagern ausgestattet werden. Wenn der Roboter häufig aus- und wieder eingeschaltet wird, können die Aktuatoren mit Absolutwertgebern ausgestattet werden, sodass der Roboter vor der Wiederaufnahme des Betriebs nicht in seine Ausgangsposition zurückkehren muss.

Das EasyHandling-System von Bosch Rexroth ist eine komplette Plattform für die Konstruktion, den Bau und die Inbetriebnahme kartesischer Roboter. Ingenieure können offene, benutzerfreundliche Programmierumgebungen sowie präzise und zuverlässige lineare Komponenten nutzen, um zugängliche, benutzerfreundliche kartesische Roboter zu erstellen. Mit einem breiten Spektrum an Last- und Geschwindigkeitsfähigkeiten ist das System für den Einsatz in kleinen Labors bis hin zu großen Flugzeugmontagebetrieben skalierbar. Ausgestattet mit Rexroth-Antrieben und -Steuerungen ist es programmierbar unter IEC61131-3, aber auch über das Open Core Interface von Rexroth für die Programmierung in einfachen Plattformen wie Excel bis hin zu Hochsprachen wie C++.

Die Standard-Linearmodule von Bosch sind in Längen bis zu 12 Metern erhältlich. Ausgestattet mit integrierten spielfreien Kugelschienensystemen oder Kurvenrollenführungen können sie über Riemenantriebe oder Kugelumlaufspindelantriebe angetrieben werden. Ein kompakter Aluminiumrahmen sorgt für eine hohe Eigensteifigkeit.

Das Modell MKK Standardmodul ist in fünf Größen bis zu einer Länge von 5.400 Millimetern erhältlich und verfügt über ein Kugelschienensystem und eine Präzisions-Kugelumlaufspindel, die durch einen Dichtungsstreifen geschützt ist. Die Positionswiederholgenauigkeit beträgt ±0,005 Millimeter.

Das in fünf Größen bis zu einer Länge von 12.000 Millimetern erhältliche Standardmodul Modell MKR verfügt über ein Kugelschienensystem und einen Zahnriemenantrieb. Durch das spielfreie System können große Massen mit hohen Geschwindigkeiten bewegt werden. Die Positionswiederholgenauigkeit beträgt ±0,05 Millimeter. Eine Variante, das Modell MKR-145, verfügt über zwei Kugelschienensysteme und einen geschlossenen Aluminium-Profilrahmen mit besonders hoher Eigensteifigkeit für hohe Drehmomentbelastbarkeit und hohe Geschwindigkeiten. Eine weitere Variante, das Modell MKR – Lebensmittel und Verpackung, wurde für eine einfache Reinigung entwickelt.

Das Modell MLR Standardmodul ist in zwei Größen bis zu einer Länge von 10.000 Millimetern erhältlich und verfügt über eine Kurvenrollenführung und einen Zahnriemenantrieb. Die spielfreie Kurvenrollenführung eignet sich besonders für sehr hohe Geschwindigkeiten – bis zu 10 Meter pro Sekunde.

Die Kompaktmodule Typ CKK und CKR zeichnen sich durch ihre hohe Leistungsdichte und kompakte Abmessungen aus. Ihr Verhältnis von Breite zu Höhe beträgt etwa 2 zu 1. Sie sind als Komplettsysteme inklusive Motor, Controller und Steuerung erhältlich. Sie sind in fünf Größen erhältlich und basieren auf einem kompakten Präzisions-Aluminiumprofil mit zwei integrierten vorgespannten Kugelschienensystemen.

Präzisionsmodule verfügen über einen äußerst kompakten und steifen Präzisionsstahlrahmen mit Anschlagkante und integrierten Führungsschienen. Sie werden von einer spielfreien Präzisionskugelumlaufspindel angetrieben und verfügen über eine fest gelagerte Traverse aus Aluminium mit vorgespannten Kugellagern und Schraubenzapfen.

Die in drei Größen und mit Längen bis zu 5.500 Millimetern erhältlichen Omega-Module des Modells OBB eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen der Rahmen bis in den Arbeitsbereich reicht. Sie sind mit äußerst kompakten, präzisen Aluminiumprofilen und Kugelschienensystemen ausgestattet. Am Schlitten und an den Endplatten sind Mittellöcher vorhanden. Der Antrieb erfolgt über einen Zahnriemen für hohe Dynamik und hohe Verfahrgeschwindigkeiten (bis zu 5 Meter pro Sekunde).

Vorschubmodule vom Typ VKK sind mit einem spielfreien Kugelumlaufspindelantrieb (Toleranzklasse 7) und einem kompakten Aluminiumrahmen mit zwei spielfreien Kugelschienen ausgestattet. Sie eignen sich ideal für den Einsatz als Z-Achse in einem kartesischen Robotersystem.

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