Um einen Roboter auszuwählen, müssen zunächst die Anforderungen der Anwendung bewertet werden. Dies beginnt mit der Profilierung der Belastung, Ausrichtung, Geschwindigkeit, Verfahrweg, Präzision, Umgebung und des Arbeitszyklus des Auftrags (auch als LOSTPED-Parameter bezeichnet).

1. Laden.

Die vom Hersteller angegebene Tragfähigkeit eines Roboters muss das Gesamtgewicht der Nutzlast inklusive aller Werkzeuge am Ende des Roboterarms übersteigen. Die Einschränkung von SCARA- und Sechs-Achs-Robotern liegt darin, dass sie Lasten auf ihren ausgestreckten Armen tragen. Stellen Sie sich ein Bearbeitungszentrum vor, das Lagerbaugruppen von 100 kg oder mehr herstellt. Diese Traglast übersteigt die Leistungsfähigkeit aller außer den größten SCARA- oder Sechs-Achs-Robotern. Im Gegensatz dazu kann ein typischer kartesischer Roboter solche Lasten problemlos aufnehmen und platzieren, da sein Tragrahmen und seine Lager den gesamten Bewegungsbereich durchgängig unterstützen.
Selbst wenn ein Roboter schwere Lasten bewältigen kann, kann dies die Genauigkeit beeinträchtigen. Das Aufnehmen und Ablegen von 50 kg schweren Gegenständen liegt beispielsweise im Traglastbereich sowohl von SCARA- als auch von kartesischen Robotern. 50 kg liegen jedoch am oberen Ende der Leistungsfähigkeit eines typischen SCARA-Roboters, sodass teurere Steuerungen und Komponenten erforderlich sind, um das Drehmoment zu bewältigen. Hinzu kommt, dass typische SCARA-Roboter schwere Lasten auf 0,1 mm genau platzieren können, da das Gewicht den Arm auslenkt und die Fähigkeit des Roboters, die Last konstant präzise zu positionieren, beeinträchtigt. Kartesische Roboter mit Kugelumlaufspindeln und gut verteilten Stützlagern können jedoch wiederholt 50 kg und schwerere Lasten auf 10 µm genau platzieren.

2. Orientierung

Es hängt davon ab, wie der Roboter montiert ist und wie er die zu bewegenden Teile oder Produkte positioniert. Ziel ist es, die Stellfläche des Roboters an den Arbeitsbereich anzupassen. Wenn der Boden oder der linienmontierte Sockel eines SCARA- oder Sechs-Achsen-Roboters ein Hindernis darstellt, sind solche Roboter möglicherweise nicht die beste Option. Wenn die Anwendung nur Bewegungen in wenigen Achsen erfordert, können kartesische Roboter mit kleinem Rahmen über Kopf und platzsparend montiert werden. Für die Handhabung komplexer Teile oder Arbeiten, die vier oder mehr Bewegungsachsen erfordern, kann der Rahmen eines kartesischen Roboters jedoch zu viele Hindernisse darstellen. Dann ist ein kleiner SCARA-Roboter, der manchmal nur 200 mm² Platz und vier Schrauben auf einem Sockel benötigt, möglicherweise besser geeignet.
Ein weiterer Faktor ist die Teileausrichtung. SCARA- und Sechs-Achsen-Roboter können Teile drehen, was für die Handhabung von Teilen oder Werkzeugen in verschiedenen Winkeln und Positionen von Vorteil ist. Um eine ähnliche Flexibilität zu erreichen, verfügen einige kartesische Roboter über Unterkomponenten, sogenannte Vorschubmodule, die leichte Nutzlasten entlang der Z-Achse bewegen. Typischerweise verwenden Vorschubmodule eine Kugelumlaufspindel, um Teile oder Werkzeuge bei Handhabungs-, Pick-and-Place- und Zuführanwendungen entlang der Z-Achse zu bewegen. Kartesische Roboter können auch Drehantriebe integrieren, um zusätzliche Ausrichtungsmöglichkeiten zu bieten.

3. Geschwindigkeit und Reise.

Neben den Tragzahlen sind in den Katalogen der Roboterhersteller auch die Geschwindigkeitswerte aufgeführt. Ein wichtiger Aspekt bei der Auswahl von Robotern für Pick-and-Place-Anwendungen sind die Beschleunigungszeiten über größere Distanzen. Kartesische Roboter können mit 5 m/s oder mehr beschleunigen und erreichen damit die Leistung von SCARA- und Sechs-Achsen-Robotern.
Kartesische Roboter sind auch bei Anwendungen mit großen Spannweiten sinnvoll. Denn Konstrukteure können kartesische Roboter bei Bedarf schnell modifizieren und mit Modulen auf bis zu 20 m Länge erweitern. Geschwindigkeit und Reichweite lassen sich durch die Wahl von Riemen-, Linearmotor- oder Kugelumlaufspindelantrieben zusätzlich anpassen. Im Gegensatz dazu sind Gelenkarme in der Regel für eine bestimmte Reichweite, beispielsweise 500 mm, vorkonzipiert.

4. Positionsgenauigkeit.

SCARA- und Sechs-Achsen-Roboter verfügen über vordefinierte Genauigkeitswerte, die die Bestimmung der Bewegungswiederholgenauigkeit erleichtern. Allerdings sind die Konstrukteure dieser Roboter beim Kauf auf eine bestimmte Genauigkeitsstufe festgelegt. Endanwender können kartesische oder Portalroboter durch den Austausch des Antriebs mit einer Kugelumlaufspindel auf unzählige Genauigkeitsstufen aufrüsten, sogar auf 10 µm. Für eine geringere Genauigkeit und zur Kostensenkung können Endanwender einen pneumatischen oder Riemenantrieb und einen anderen Antrieb für eine Genauigkeit von 0,1 mm einsetzen.
Präzision ist in High-End-Anwendungen wie dem Werkzeugmaschinenbau entscheidend. Diese kartesischen Roboter benötigen bessere mechanische Komponenten wie präzisionsgefertigte Kugelumlaufführungen und Kugelumlaufspindeln. Für Anwendungen, bei denen SCARA- und Sechs-Achsen-Roboterarme aufgrund von Armauslenkung ihre Genauigkeit nicht halten können, empfiehlt sich ein kartesischer Roboter mit hochpräzisen Linearlagern. Der Lagerabstand minimiert die Auslenkung, sodass der Endeffektor präziser positioniert werden kann.
Obwohl kleine Arbeitsräume SCARA- oder Sechs-Achsen-Roboter bevorzugen, sind die Komplexität und die höheren Kosten dieser Roboter manchmal unnötig. Ein Beispiel, bei dem kartesische Roboter besser funktionieren, ist die Massenproduktion medizinischer Pipetten. Hier entnimmt ein Roboter Pipetten aus einer Form und legt sie in ein Gestell, das von einer sekundären Automatisierungsmaschine transportiert wird. SCARA- und Sechs-Achsen-Roboter sind praktikabel, da eine Genauigkeit von 0,1 mm für diese Anwendung ausreicht. Bei der Handhabung kleinerer 3-mm-Pipetten ist jedoch eine Ablenkung problematisch. Zudem spricht der Platzmangel für einen Sockel in der Zelle für Portalroboter.

5. Umwelt.

Zwei Faktoren, die den besten Roboter bestimmen, sind die Umgebungsbedingungen des Arbeitsbereichs und die Gefahren im Raum selbst. Eine dritte Überlegung, ob ein Roboter in einem Reinraum eingesetzt wird, ist im Allgemeinen kein Thema, da alle Robotertypen in Reinraumversionen hergestellt werden.
Die Sockel von SCARA- und Sechsachsenrobotern sind in der Regel kompakt, was bei begrenztem Platzangebot praktisch ist. Dies kann jedoch irrelevant sein, wenn Monteure den Stützrahmen des Roboters über Kopf oder an einer Wand montieren können. Für Anwendungen mit mechanischen Eingriffen, beispielsweise wenn ein Roboter in Kisten greifen muss, um Teile zu entnehmen, eignen sich Sechsachsenarme hingegen meist am besten. Sechsachsenroboter kosten in der Regel mehr als kartesische Roboter, aber die Kosten sind gerechtfertigt, wenn die Anwendung ohne komplexe Bewegungsabläufe nicht ausgeführt werden kann.
Auch Umweltfaktoren wie Staub und Schmutz beeinflussen die Roboterauswahl. Faltenbälge können die Gelenke von SCARA- und Sechs-Achsen-Robotern abdecken, und verschiedene Dichtungsarten schützen die Z-Achsen-Aktuatoren. Für Reinräume mit Luftspülung ermöglichen kartesische Roboter den Konstrukteuren, die Linearaktuatoren in eine IP65-Struktur einzuschließen, die das Eindringen von Wasser und Staub minimiert. Darüber hinaus können Hochleistungsdichtungen viele Strukturkomponenten der Achsen umschließen.

6. Arbeitszyklus.

Dies ist die Zeit, die für einen Betriebszyklus benötigt wird. Roboter, die rund um die Uhr im Dauerbetrieb sind (wie im Hochdurchsatz-Screening und in der Arzneimittelproduktion), erreichen das Ende ihrer Lebensdauer schneller als solche, die nur 8 Stunden am Tag, fünf Tage die Woche im Einsatz sind. Klären Sie diese Fragen im Voraus und beschaffen Sie sich Roboter mit langen Schmierintervallen und geringem Wartungsaufwand, um spätere Probleme zu vermeiden.