SCARA- und Gelenkarmroboter sind heute vielleicht die bekanntesten Robotertypen auf dem Markt, aber Portalroboter erledigen große Aufgaben auf kleinstem Raum.

Portalroboter, auch kartesische Roboter genannt, sind in der Automatisierung nahezu allgegenwärtig, werden aber noch nicht als ernstzunehmende Roboter angesehen. Aufgrund ihres einfachen Designs, der geringen Kosten und der Skalierbarkeit sowie der Vielzahl an Motor- und Steuerungssoftwarelösungen ändert sich dies jedoch.

Vorteile des kartesischen Portalroboters:

• 3+ Bewegungsachsen nahezu beliebiger Länge
• Skalierbar
• Getriebe und Motor können je nach Bewegungsbereich und Geschwindigkeiten dimensioniert werden
• Geeignet für leichte bis schwere/hängende Lasten
• Flexibel und effizient durch Skalierbarkeit der Linearachsen
• Preiswert

Fakt: Roboter mit kartesischem Design erzielen normalerweise die höchste Genauigkeit.

Nachteile kartesischer Portalroboter:

• Die Reichweite in oder um Hindernisse kann nicht variiert werden
• Linearführungen, Riemen und Schienen lassen sich nicht leicht gegen die Umgebung abdichten
• Nicht freistehend: Ständer oder Rahmen oder andere Befestigung erforderlich

Vorteile des Portalsystems:

Portalroboter können einen gesamten kubischen Arbeitsbereich von 96 % ihres Raums und ihrer Größe nutzen. Ein kartesischer Roboter hat drei Achsen. Wie ihre namensgebenden und bekannteren riesigen Cousins, die Portalkräne, sind sie üblicherweise an einem X- oder X/Y-Achsenträger an einer starren Struktur aufgehängt. Koordinaten in drei Achsen werden üblicherweise als X, Y und Z definiert. Jede Achse ist rechtwinklig angeordnet, um drei Bewegungsgrade zu ermöglichen. Portale zeichnen sich außerdem durch eine Unterstützung an beiden Enden oder durch das Hinzufügen eines zweiten Elements aus. Anders als Armroboter können Portale in allen drei Achsen leicht auf größere Proportionen skaliert werden. Portalroboter eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen zusätzliche Ausrichtungsanforderungen minimal sind oder bei denen die Teile bereitgestellt werden können, bevor der Roboter sie aufnimmt.

Sowohl kartesische als auch Portalroboter verfügen über einen rechteckigen oder kubischen Arbeitsbereich. Im Gegensatz dazu verfügen Gelenkroboter, die wie die Gelenke eines menschlichen Arms Bewegungsgrenzen und einen bestimmten Bewegungsbereich haben. Ihre Spezifikationen werden als Bewegungsgrad mit großen, geschwungenen Bögen mit Diagrammen positiver und negativer Bewegungsgrade dargestellt, die sich um den Mittelpunkt ihrer Basis und die Lagerung jeder Achse drehen. Interessanterweise muss der Arbeitsbereich selbst oft an diese ungewöhnlichen Arbeitsbereiche angepasst werden, anstatt dass sich der Roboter an den Arbeitsbereich anpasst.

Aufgrund ihrer starren Leichtbauweise sind kartesische Portalroboter sehr präzise und wiederholgenau. Dank ihrer einfachen Struktur sind Portalroboter intuitiv zu programmieren und bei der Evaluierung neuer Automatisierungslösungen leicht zu visualisieren. Portalroboter sind vor allem konfigurierbar. Dank einer Vielzahl an Motor- und Getriebeoptionen sowie Komponenten und Materialien sind diese Roboter für die Herausforderungen feuchter, gefährlicher und schmutziger Umgebungen gerüstet.

Der relativ einfache Aufbau und die unkomplizierte Bedienung des kartesischen Koordinatenroboters machen ihn in der Fertigung äußerst beliebt. Da die einzelnen Achsen leicht austauschbar sind, reduzieren sich Ausfallzeiten und Wartungskosten auf ein Minimum. Darüber hinaus lässt sich das gesamte System für den Einsatz in mehreren Einzelachsanwendungen in seine Einzelteile zerlegen. Vor allem sind diese Systeme im Vergleich zu anderen, komplexeren Robotern kostengünstig.

Anwendungen für Portalsysteme:

Bei Portalrobotern befinden sich alle Achsen oberhalb des Arbeitsbereichs und eignen sich daher ideal für Überkopf-Arbeitsprozesse. Portalroboter können zum Halten und Positionieren verschiedener Endeffektoren eingesetzt werden, beispielsweise in:

• Montage
• Dosieren & Befüllen
• Befestigen und Schrauben
• Fliegende Messer
• Kamerapositionierung und -scannen
• Schneiden – Laser & Wasserstrahl
• Allgemeine Automatisierung
• Indizierung und Sortierung
• Inspektion
• Be- und Entladen
• Materialhandhabung
• Verpacken, Palettieren und Unitisieren
• Pick & Place-Systeme
• Drucken & Plotten
• Produktaufzüge, Speiseaufzüge und Aufzüge
• Sprühen
• Theaterautomatisierung
• Videoproduktion
• Schweißen

Es wird behauptet, dass Portalroboter das eigentliche Arbeitspferd der modernen Industrie sind. Millionen von Portalrobotern wurden bereits zu schlüsselfertigen Maschinen, beispielsweise für die Montage elektronischer Bauteile und für Pick-and-Place-Robotersysteme, verbaut. Auch heute noch sind lineare XYZ-Portale aufgrund ihrer Genauigkeit und Stabilität das Rückgrat der Koordinatenmesstechnik in Werkzeugmaschinen. Dieser Robotertyp eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen zusätzliche Orientierungsanforderungen minimal sind oder die Teile vor der Aufnahme durch den Roboter bereitgestellt werden können.

Der oft übersehene kartesische Portalroboter ist ein integraler Bestandteil der modernen Automatisierungsbranche und sollte aufgrund seiner Flexibilität, Effizienz und einfachen Implementierung immer für neue Automatisierungsprojekte in Betracht gezogen werden.