Robots cartésiens : simples et coûteux

Le kit de fonctions intelligentes pour kit de manutention est conçu pour être facile à spécifier, mettre en service et programmer, permettant aux ingénieurs de créer et d'installer rapidement des systèmes de manutention cartésiens personnalisés avec un, deux ou trois axes de mouvement. Photo fournie par Bosch Rexroth Corp.

Parmi les différents robots utilisés pour l'assemblage automatisé, le robot cartésien est le moins complexe. Également appelé robot rectiligne, rectangulaire ou portique, un robot cartésien ne peut déplacer son effecteur final qu'en lignes droites le long des axes X, Y et Z. Certains cartésiens ont un axe de mouvement supplémentaire, dans lequel l'effecteur final tourne autour de l'axe Z ou parallèlement à celui-ci.

Les cartésiens ne sont peut-être pas aussi « sexy » qu'un SCARA à grande vitesse ou un robot à six axes, mais c'est aussi leur principal avantage. « Dans de nombreuses applications, un SCARA ou un robot à six axes serait excessif », déclare Brad Klippstein, chef de produit Smart Mechatronix chez Bosch Rexroth. « Vous n'avez pas besoin de cinq ou six axes de mouvement pour une simple opération de prélèvement et de placement. Et programmer un robot à six axes est difficile.

"En revanche, on peut programmer un robot cartésien en 5 minutes et il est facile d'apporter des modifications au système."

Avec un robot cartésien, chaque axe est un actionneur linéaire distinct, qui peut être entraîné par une vis à billes ou une courroie. Les robots cartésiens peuvent être construits dans des conceptions en porte-à-faux ou à portique. Le choix dépend des exigences de longueur, de vitesse, de charge utile et de précision.

La conception en porte-à-faux limitera la portée et la charge utile du robot, en raison du couple exercé sur les roulements de support de l'axe de base. Plus la charge utile à l’extrémité du bras est élevée, plus le couple appliqué à l’axe de base est important.

La conception du portique surmonte cette limitation. Les robots à portique déplacent les actionneurs individuels le long d'axes mutuellement orthogonaux. Deux roulements linéaires parallèles soutiennent l'axe inférieur et éliminent ainsi le problème de couple excessif sur l'axe de base. Les limites de charge utile et de portée du peuvent facilement être étendues sans avoir à utiliser des actionneurs linéaires surdimensionnés. Le compromis concernant la conception du portique est que la zone de travail ouverte du robot est désormais moins accessible.

Parce qu'un robot cartésien répartit les charges uniformément sur un châssis rigide, il peut positionner de manière précise et reproductible de grosses charges utiles à des vitesses élevées. Les cartésiens peuvent se présenter en criant et s'arrêter en un rien de temps.

Grâce à leur construction modulaire, les robots cartésiens sont facilement adaptables pour répondre à divers besoins de déplacement et de charge utile. Les axes individuels peuvent être rapidement réparés ou remplacés, et l'ensemble du système peut être démonté pour être utilisé dans d'autres applications de contrôle de mouvement.

La portée maximale d'un robot SCARA est généralement de 1 000 millimètres. Les cartésiens sont disponibles avec des longueurs de course de 3 000 millimètres ou plus.

Les robots cartésiens font un compromis entre vitesse et résolution. Plus la résolution est fine, plus la vitesse résultante est lente. La répétabilité varie en fonction de la conception. Les actionneurs linéaires à vis à billes ont généralement une meilleure répétabilité que les actionneurs à courroie. Parmi les robots entraînés par vis à billes, les vis rectifiées avec écrous à billes anti-jeu sont généralement plus précises et reproductibles que les vis à billes roulées avec écrous à billes standard.

L’avantage de la modularité et de la personnalisation ne va pas sans compromis. Les robots cartésiens sont plus difficiles à déplacer que les autres robots, et certains ingénieurs peuvent ne pas vouloir assembler, aligner et coordonner les différents axes. La gestion des câbles de commande pour chaque axe peut s'avérer délicate, même si les nouvelles technologies de communication à haut débit minimisent ce problème. Enfin, les ingénieurs doivent éviter de tirer des conclusions sur la charge utile, la précision ou la répétabilité du robot sur la base des spécifications d'un composant.

Dans le passé, choisir entre les robots cartésiens et SCARA était une question de compromis. Les cartésiens étaient plus précis et moins chers que les SCARA. Les SCARA étaient plus rapides et prenaient moins de place que les cartésiens. Aujourd’hui, les progrès technologiques ont rendu les deux technologies comparables en termes de prix et de performances. Les distinctions entre les deux sont donc beaucoup plus subtiles.