Roboter sind in verschiedenen Leistungsklassen und Preisklassen erhältlich und werden in der industriellen Produktion immer häufiger eingesetzt. Um die optimale Wahl für Ihr Unternehmen zu treffen, ist es wichtig, die Fähigkeiten der einzelnen Robotertypen zu kennen.

Seit einem halben Jahrhundert prägt das Bild des großen, sechsachsigen Gelenkroboters, der Karosserien für Autos und Lastwagen schweißt, die Vorstellungswelt. Roboter werden in so unterschiedlichen Branchen wie dem Gesundheitswesen, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Stahlerzeugung und der Lagerhaltung eingesetzt – überall dort, wo sich wiederholende oder ökologisch oder ergonomisch anspruchsvolle Aufgaben schneller, zuverlässiger und/oder kostengünstiger erledigen lassen. Heute werden Roboter sogar bei der Montage neuer Roboter eingesetzt.

Roboter haben ein bis sieben Achsen, wobei jede Achse einen Freiheitsgrad bietet. Ein zweiachsiger kartesischer Portalroboter arbeitet typischerweise auf den XY- oder YZ-Achsen. Ein dreiachsiger Roboter hat drei Freiheitsgrade und führt seine Funktionen über die XYZ-Achsen aus. Diese kleinen Roboter sind starr und können sich nicht neigen oder drehen. Sie können jedoch mit Werkzeugen ausgestattet sein, die schwenken oder drehen können oder sich an die Form einer kleinen Nutzlast anpassen. Vier- und fünfachsige Roboter bieten zusätzliche Dreh- und Neigeflexibilität. Ein sechsachsiger Knickarmroboter hat sechs Freiheitsgrade – die Flexibilität, Objekte in jede Richtung zu bewegen oder sie in jede beliebige Ausrichtung zu drehen. Diese sechsachsigen Roboter werden im Allgemeinen gewählt, wenn eine Anwendung die komplexe Handhabung eines großen oder schweren Objekts erfordert. Siebenachsige Roboter können zusätzliche Ausrichtungen annehmen, um Werkzeuge in engen Räumen zu manövrieren. Sie können näher am Werkstück arbeiten als andere Knickarmroboter und so potenziell Platz sparen.

Gelenkroboter
Die Beliebtheit von sechs- und siebenachsigen Knickarmrobotern spiegelt die große Flexibilität wider, die sechs Freiheitsgrade ermöglichen. Sie sind einfach zu programmieren, verfügen über eine eigene Steuerung und Bewegungsabläufe sowie die E/A-Aktivierung können über ein benutzerfreundliches Programmiergerät programmiert werden. Ihre Reichweite kann bei bestimmten Modellen über drei Meter betragen. Dank dieser Größenvielfalt eignen sich Knickarmroboter für eine Vielzahl von Branchen und Anwendungen, bei denen es um die Herstellung oder den Transport von Materialien oder Fertigwaren geht.

Der Knickarmroboter beansprucht konstruktionsbedingt Platz und Stellfläche, die nicht anderweitig genutzt werden können. Zudem weist er Singularitäten auf, d. h. Positionen und Ausrichtungen im umgebenden Raum, auf die er keinen Zugriff hat. Diese räumlichen Einschränkungen erfordern komplexere Sicherheitsvorkehrungen, da der Roboter häufig in Bereichen eingesetzt wird, in denen sich Arbeiter aufhalten.

Kartesische Roboter
Ein kartesischer oder linearer Roboter ist typischerweise ein kostengünstiger Roboter, der aus einer Anordnung von Linearantrieben und/oder einem Drehantrieb am Ende des Arms für 3D-Anwendungen besteht. Diese Roboter sind sehr anpassungsfähig und einfach zu installieren und zu warten. Die Hübe und Größen jeder Achse können an die Anwendung angepasst werden. Reichweite und Nutzlast sind unabhängig voneinander und nicht miteinander verknüpft. Die Linearachse ist in verschiedenen Ausführungen erhältlich, die sie optimal an ihre Funktion anpassen.

Die Haupteinschränkung des kartesischen Roboters liegt in seiner relativen Inflexibilität. Er kann problemlos lineare Bewegungen in drei Achsen und Rotationen um eine vierte Achse ausführen. Für Rotationen um mehr als eine Achse ist jedoch ein zusätzlicher Motion Controller erforderlich. Kartesische Roboter werden selten in Nassbereichen eingesetzt, da sie keinen ausreichenden Schutz gegen eindringendes Wasser bieten. Auch bei der Installation sind Präzision und Sorgfalt erforderlich – jede Achse muss sorgfältig ausgerichtet sein, und die Oberfläche muss, insbesondere bei größeren Systemen, ausreichend eben sein.

SCARA-Roboter
SCARA-Roboter sind für leichte Anwendungen konzipiert. Sie sind eine optimierte Version von Knickarmrobotern und lassen sich aufgrund ihrer Einfachheit und geringen Größe problemlos in Montagelinien integrieren. SCARA-Roboter erreichen beeindruckende Zykluszeiten bei hoher Genauigkeit. Sie eignen sich hervorragend für Funktionen wie das Einsetzen von Komponenten in Bereiche mit engen Toleranzen und behalten dabei ihre Steifigkeit bei solchen Bewegungen bei. Dies macht sie zu einer kostengünstigen Wahl für viele Pick-and-Place-Anwendungen sowie die Handhabung von Kleinteilen.

Delta-Roboter
Der Delta-Roboter ist für seine Geschwindigkeit bekannt und erreicht Greifraten von bis zu 300 Stück pro Minute. Durch seine Montageart befindet er sich oberhalb des Arbeitsbereichs, wodurch der Platzbedarf begrenzt wird. Er wird häufig mit einem Bildverarbeitungssystem kombiniert, um bei komplexen Sortier- und Verpackungsanwendungen zufällig platzierte Teile zu greifen. Wie Knickarm- und SCARA-Roboter wird er in der Regel mit einem Programmierhandgerät für eine einfache Programmierung ausgestattet. Delta-Roboter werden häufig in der Lebensmittelproduktion eingesetzt, benötigen aber wie kartesische Roboter möglicherweise eine zusätzliche Abschirmung oder Trennung von der Umgebung.

Kollaborative Roboter
Kollaborative Roboter, kurz Cobots, sind eine relativ neue Entwicklung mit vielversprechenden Zukunftsaussichten, da sie eine sichere Mensch-Maschine-Interaktion ermöglichen. Indem sie eine direkte Zusammenarbeit zwischen Arbeiter und Roboter ermöglichen, erweitern sie unser Verständnis der Integration von Automatisierung in die Industrie um eine neue Dimension. Ein Cobot kann ein Knickarm-, kartesischer, SCARA- oder Delta-Roboter sein. Die meisten werden jedoch bisher als Knickarmroboter eingestuft. Sie verfügen über eine Tragfähigkeit von 4 bis 35 kg und variieren entsprechend in Größe und Reichweite (und Preis). Es gibt Modelle mit bis zu sieben Achsen; letztere können ergonomisch besonders anspruchsvolle Aufgaben erfüllen. Cobots werden sogar als eigenständige Roboter in Produktionslinien eingesetzt.

Treffen Sie Ihre Wahl
Bei einer Investition in Robotik sollten alle Aspekte der Anwendung berücksichtigt werden, bevor eine endgültige Auswahl getroffen wird. Hier sind einige der wichtigsten Faktoren:

Reichweite und Nutzlast.

Sie sollten bei der Roboterauswahl als erstes berücksichtigt werden, da diese Faktoren die Auswahl an geeigneten Optionen deutlich einschränken können. So kommen beispielsweise leichte Handhabungstechnologien bei großen, schweren Lasten nicht in Frage. Ist die Reichweite hingegen groß, das Nutzlastgewicht jedoch gering, reicht möglicherweise ein kostengünstigerer kartesischer Roboter aus.

Flexibilität.

Für Anwendungen, die fünf oder sechs Freiheitsgrade erfordern, ist ein Knickarmroboter möglicherweise die einzig praktikable Lösung. In diesem Fall könnten für preisbewusste Unternehmen, die ein oder zwei Roboter benötigen, umfunktionierte (gebrauchte) Einheiten eine Option sein. Doch warum sollte man für einfachere Anwendungen wie das Positionieren und Beladen von Kleinteilen, das Einlegen elektronischer Bauteile oder das Beladen von Kartons und Werkzeugmaschinen – also für alle Anwendungen, bei denen zwei oder drei Achsen ausreichen – mehr Achsen bezahlen, als für die Anwendung erforderlich sind?

Geschwindigkeit.

Erfordert die Anwendung eine hohe Pickrate, wie die eines Delta-Roboters, oder würde eine geringere Pickrate eines kartesischen Portal- oder SCARA-Roboters ausreichen?

Platz und Stellfläche.

Der Platzbedarf von Maschinen und Produktionslinien wird zunehmend zu einem zentralen Planungsaspekt. Stellfläche ist teuer, und Unternehmen möchten ihre Fertigungsflächen optimieren. Kartesische Roboter und Delta-Roboter bieten gegenüber anderen Technologien einen klaren Vorteil, da lediglich vertikaler Raum verloren geht, der in der Regel weniger kritisch ist.

Engineering und Projektentwicklung.

Der Zeit- und Kostenaufwand für Design, Montage, Installation und Inbetriebnahme sollte bei der Kostenkalkulation berücksichtigt werden, insbesondere bei der Integration eines Roboters in eine größere Maschine oder Anlage. Verzögerungen bei der Lieferung und Montage des Roboters können das gesamte Projekt verzögern.

Wartbarkeit, Reparaturfähigkeit und Verfügbarkeit.

Ungeplante Ausfallzeiten sind der Albtraum eines jeden Produktionsleiters. Roboter sollten relativ einfach zu warten und zu reparieren sein.

Standardisierung.

Innerhalb eines Unternehmens oder einer Branche kann dies aus geschäftlichen Gründen eine sinnvolle Überlegung sein, selbst wenn der ausgewählte Roboter nicht der optimal angepasste oder sogar der billigste ist, aber die Aufgabe erfüllen kann. Manchmal erweist sich der bewährte Weg als der des geringsten Widerstands (und Risikos).

Die zunehmende Verbreitung von Robotertechnologien ermöglicht es Unternehmen jeder Größe, die Vorteile der Automatisierung zu nutzen. Der beste Roboter für Sie ist in der Regel derjenige, der am besten zu Ihrer Anwendung passt – nicht nur im Hinblick auf die Produktivitätssteigerungen der Investition und die Erfüllung der technischen Anforderungen der Anwendung, sondern auch im Hinblick auf damit verbundene Aspekte wie Anlagensicherheit, Raumnutzung und natürlich die Anschaffungskosten sowie den Kundendienst.