Anwendungsbereich / Branche:

Verpackung, Produktion, Palettierung, Kommissionierung, Automatisierung.

Die Herausforderung:

Die unregelmäßigen Arbeitsbereiche herkömmlicher Gelenkarmroboter erfordern unter Umständen eine Umgestaltung bestehender Arbeitsräume. SCARA- und Gelenkarmroboter sind zwar die bekanntesten Roboterarten auf dem heutigen Markt, doch für die Erledigung großer Aufgaben auf kleinstem Raum bieten sich Portalroboter an. Portalroboter, auch kartesische Roboter genannt, sind in der Automatisierungstechnik weit verbreitet, werden aber aus Gründen, die den Rahmen dieses Artikels sprengen würden, nicht ohne Weiteres als ernstzunehmende Roboter wahrgenommen. Dank ihres einfachen Aufbaus, der geringen Kosten, der Skalierbarkeit und der Vielzahl an Motor- und Steuerungssoftwarelösungen ändert sich dies jedoch.

Vorteile von Portalrobotern:

3+ Bewegungsachsen nahezu beliebiger Länge
Skalierbar
Getriebe und Motor können entsprechend Bewegungsbereich und Drehzahlen dimensioniert werden.
Geeignet für leichte bis schwere / hängende Lasten
Flexibel und effizient dank Skalierbarkeit der linearen Achsen
Preiswert

Nachteile von Portalrobotern:

Kann nicht in oder um Hindernisse herumgreifen.
Lineare Gleitschienen und Riemen lassen sich nicht ohne Weiteres gegen Umwelteinflüsse abdichten.
Nicht freistehend: Ständer, Rahmen oder andere Befestigungsmöglichkeit erforderlich

Vorteile des Portalsystems:

Portalroboter können 96 % ihres kubischen Arbeitsbereichs nutzen. Ein kartesischer Roboter besitzt drei Achsen. Wie ihre namensgebenden und bekannteren Verwandten, die Portalkrane, sind sie üblicherweise an einem X- oder X/Y-Achsenträger einer starren Struktur aufgehängt. Die Koordinaten in drei Achsen werden in der Regel als X, Y und Z definiert. Jede Achse ist rechtwinklig angeordnet, um drei Bewegungsfreiheitsgrade zu ermöglichen. Portalroboter zeichnen sich zudem durch eine Abstützung an beiden Enden oder durch ein zusätzliches Element aus. Im Gegensatz zu Robotern mit Armcharakteristik lassen sich Portalroboter in allen drei Achsen problemlos vergrößern. Portalroboter eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen die Anforderungen an die Ausrichtung gering sind oder die Teile vor der Aufnahme durch den Roboter positioniert werden können.

Sowohl kartesische als auch Portalroboter verfügen über einen rechteckigen oder kubischen Arbeitsbereich. Im Gegensatz dazu sind Gelenkroboter, ähnlich wie die Gelenke eines menschlichen Arms, in ihren Bewegungen begrenzt und haben einen spezifischen Bewegungsbogen. Ihre Spezifikationen werden als Bewegungsgrad mit großen, weitläufigen Bögen dargestellt, wobei die positiven und negativen Bewegungsgrade um den Mittelpunkt ihrer Basis und die Richtung jeder Achse abgebildet werden. Interessanterweise muss der Arbeitsbereich selbst oft an diese ungewöhnlichen Arbeitsbereiche angepasst werden, anstatt dass sich der Roboter an den Arbeitsbereich anpasst.

Dank ihrer robusten und leichten Bauweise arbeiten kartesische Portalroboter äußerst präzise und wiederholgenau. Durch ihren einfachen Aufbau sind Portalroboter intuitiv programmierbar und bei der Evaluierung neuer Automatisierungslösungen leicht zu visualisieren. Portalroboter sind zudem äußerst konfigurierbar. Von einer Vielzahl an Motoren und Getrieben bis hin zu Komponenten und Materialien – diese Roboter sind bestens gerüstet, um auch in feuchten, gefährlichen und verschmutzten Umgebungen zuverlässig zu arbeiten.

Der relativ einfache Aufbau und die unkomplizierte Bedienung des kartesischen Koordinatenroboters machen ihn in der Fertigung äußerst attraktiv. Da die einzelnen Achsen leicht ausgetauscht werden können, werden Ausfallzeiten reduziert und die Wartungskosten minimiert. Darüber hinaus lässt sich das gesamte System in seine Einzelteile zerlegen und für verschiedene Einachs-Anwendungen einsetzen. Vor allem aber sind kartesische Koordinatenroboter im Vergleich zu komplexeren Robotern kostengünstig.
Portalanwendungen:

Portalroboter haben alle Achsen oberhalb des Arbeitsbereichs angeordnet und eignen sich daher ideal für Arbeiten über Kopf. Sie können zum Halten und Positionieren verschiedenster Endeffektoren eingesetzt werden, beispielsweise für: Leiterplattenbestückung, Dosieren, Sprühen, Materialhandhabung, Palettierung, Pick-and-Place, Wasserstrahlschneiden, Plattenschweißen, Reibschweißen, Montage, Verpackung, Vereinheitlichung, Sortierung, Scannen, Be- und Entladen von Trays, Kamerapositionierung, Inspektion, Glasschneiden, Drucken und Plotten, Laserschneiden, fliegende Messer, Befestigen und Schrauben.

Es wird argumentiert, dass Portalroboter die eigentlichen Arbeitstiere der modernen Industrie sind. Man denke nur daran: Millionen von Portalrobotern wurden zu schlüsselfertigen Maschinen zusammengebaut und verkauft, beispielsweise für die Montage elektronischer Bauteile oder für robotergestützte Pick-and-Place-Systeme. Auch heute noch sind lineare XYZ-Portalroboter aufgrund ihrer Genauigkeit und Steifigkeit das Rückgrat der Werkzeugmaschinen-Koordinatenmesstechnik. Dieser Robotertyp eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen die Anforderungen an die Ausrichtung gering sind oder die Teile vor der Aufnahme durch den Roboter positioniert werden können.

Der Portalroboter wird oft übersehen, ist aber das Rückgrat der modernen Automatisierungsindustrie und sollte aufgrund seiner Flexibilität, Effizienz und einfachen Implementierung bei neuen Automatisierungsprojekten immer in Betracht gezogen werden.