Gantry systeem op maat of een standaard industriële robot?

Als voorloper van de klassieke 6-assige robot spelen XYZ-gantry systemen nog steeds een belangrijke rol in automatiseringsprojecten. Naast hun modulariteit en toegankelijkheid, zijn er nog verschillende argumenten die in hun voordeel spelen. Een overzicht.

De eff-the-shelf 6-assige industriële robot duikt vaak op in de maakindustrie. En dan vooral in las-, verf- en assemblagelijnen. Het is deels hun verdienste dat we ons een auto kunnen veroorloven.

Ook voor zeer snelle pick-and-place toepassingen, zoals in de farmaceutische, voedings- of verpakkingsindustrie, worden deze industriële robots vaak ingezet. Het lijkt wel alsof deze standaard robotsystemen voor zowat alles de nummer één oplossing zijn.

Het toepassingsgebied van deze industriële robots wordt bepaald door

• positie,
• het bereik van de armen,
• en de ergonomie eromheen.

Maar een 6-assige robot heeft geen toegang tot de specifieke coördinaten die overeenkomen met zijn eigen positie. Daarnaast kan het handlen van zeer grote objecten of zeer zware ladingen problematisch zijn.

In deze situaties zijn gantries vaak een betere oplossing.

XYZ-gantries in een notendop

Een klassieke use case van een gantry is de onvermijdelijke bovenloopkraan. En ook een recenter fenomeen: 3D-printen.

Elk gantry systeem is gebaseerd op een lineaire robottopologie die naar geprogrammeerde posities kan bewegen met behulp van 3 (XYZ) of 2 (XZ) bewegingsassen. Anders dan standaardrobots, is zo’n systeem makkelijker af te stemmen op de echte toepassingsbehoeften. Net omdat een custom gantry maatwerk is.

Klassieke toepassingen voor gantries

Naast het standaard gebruik voor cartesiaanse gepositioneerde manipulaties – zoals bij CNC-bewerking, PCB-productie, assemblage van medische apparaten… – worden gantries ook ingezet voor het (ont)stapelen van grote en/of zware producten.

U vindt ze ook terug in plasma- en lasersnijtoepassingen en andere geautomatiseerde pick-and-placeprojecten. Net omdat deze toepassingen bewegingen in een of meer cartesiaanse vlakken vereisen, zonder dat er extra rotaties nodig zijn.

Gantry vs 6-assige industriële robot: de voordelen

1. Flexibel en schaalbaar

XYZ-systemen hebben een oneindig aantal schaalmogelijkheden: van een kleine set-up tot een gigantische installatie die een complete productiehal overspant. In sommige gevallen wordt alleen voor XZ gekozen, net omdat het aantal assen vrij te bepalen is.

Dit is niet het geval voor off-the-shelf robots. Elke leverancier werkt met een vaste lijst. Met per robot een specifieke reikwijdte, payload, aantal assen… Er is enkel een standaardaanbod.

2. Voetafdruk, bereik en laadvermogen

Een traditionele robot staat op een sokkel. Vanuit deze positie kan hij 360° manoeuvreren.

Een gantry daarentegen, hangt boven de applicatie. Het kan elke afzonderlijke coördinaat in dat gebied bereiken, zonder zichzelf in de weg te zitten. Dat laatste is soms een probleem voor standaardrobots.

Een ander aspect is de verhouding tussen reikwijdte en laadvermogen. Doorgaans betekent een hoger bereik een hoger laadvermogen. Voor lichte maar volumineuze producten, veroorzaakt dat een overkill voor payload, waardoor een kant-en-klare oplossing financieel minder interessant is dan een gantry systeem.

Aan de andere kant heeft de 6-assige robot meer bewegingsvrijheid, omdat hij zes configureerbare assen heeft. Dit is te counteren bij een gantry door een extra roterende beweging op de grijper te voorzien. Maar dit brengt natuurlijk een meerkost met zich mee.

3. Onderhoud

Gemiddeld genomen heeft een industriële robot niet veel onderhoud nodig. Toch niet als u die robot correct inzet. Robots zijn net ontworpen om lang mee te gaan.

Het nadeel is dat zo’n robot een gesloten systeem is. Reparaties zijn voer voor gespecialiseerde technici, meestal werkgevers van de robotleverancier zelf of partners. Servicecontracten zijn dan ook standaard.

Custom gantries daarentegen zijn open systemen: de technologie zoals motoren, aandrijvingen en andere onderdelen worden geselecteerd volgens de voorkeuren van de eindgebruiker. Reparaties en onderhoud kan u dan toevertrouwen aan uw eigen techniekers.

Case: gantry voor het (ont)stapelen van vinyltegels

We ontwierpen en bouwden een custom gantry voor een vloerfabrikant. Het systeem (ont)stapelt vinyltegels

Er zijn standaardoplossingen op de markt, maar voor deze toepassing wilden we anticiperen op defecten, reparaties en complexe uitlijningen achteraf uitsluiten.

Voor de constructie van de lineaire geleidingen ontwierpen we een robuuste metalen structuur.

Geen gedoe meer met uitlijnen

We kozen voor rubber beklede wielen die over een massief stalen metalen frame rijden. Een rubberen riem verbonden met een servomotor met encoder staat in voor de beweging.

De wielen zijn aan beide zijden geklemd. Er is geen slip door het gecoate rubberen wieloppervlak. De nauwkeurigheid van de positie is altijd gegarandeerd. Dit principe pasten we toe voor zowel de X- als de Z-as.

In het worst case scenario hoeft alleen een wiel te worden vervangen, niet de volledige lineaire geleiding. Er is dus ook geen downtime als gevolg van de uitlijning achteraf – een heel gedoe om weer goed te krijgen.

De ontworpen en goedgekeurde cyclustijd is 8 seconden per paneel, inclusief het vacuümgrijpen.

Deze installatie is een uitstekende oplossing voor veeleisende, stoffige productie-omgevingen. En een mooi voorbeeld van hoe deze systemen ingezet kunnen worden als een efficiënte, onderhouds- en budgetvriendelijke oplossing ten opzichte van een standaard industriële robot.

Conclusie?

De applicatie bepaalt wat de beste oplossing is. We evalueren elke business case grondig en selecteren de beste oplossing voor de uitdaging. En niet andersom.