Roboter sind in verschiedenen Leistungsklassen und Preisklassen erhältlich und werden in allen Bereichen der industriellen Produktion immer häufiger eingesetzt. Um die beste Wahl für Ihr Unternehmen zu treffen, ist es entscheidend, die Fähigkeiten der einzelnen Robotertypen zu verstehen.

Seit einem halben Jahrhundert ist das Bild des großen, sechsachsigen Knickarmroboters, der Auto- und Lkw-Karosserien schweißt, fest in der öffentlichen Wahrnehmung verankert. Roboter werden in so unterschiedlichen Branchen wie dem Gesundheitswesen, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Stahlindustrie und der Lagerhaltung eingesetzt – überall dort, wo sich repetitive oder umwelt- bzw. ergonomisch anspruchsvolle Aufgaben schneller, zuverlässiger und/oder kostengünstiger erledigen lassen. Heute montieren Roboter sogar neue Roboter.

Roboter verfügen über ein bis sieben Achsen, wobei jede Achse einen Freiheitsgrad bietet. Ein zweiachsiger kartesischer Portalroboter arbeitet typischerweise auf der XY- oder YZ-Achse. Ein dreiachsiger Roboter besitzt drei Freiheitsgrade und führt seine Funktionen über die XYZ-Achse aus. Diese kleinen Roboter sind starr und können sich weder neigen noch drehen, obwohl sie mit Werkzeugen ausgestattet werden können, die schwenk- oder drehbar sind oder sich an die Form einer kleinen Nutzlast anpassen. Vier- und Fünfachsroboter bieten zusätzliche Flexibilität durch Dreh- und Neigebewegungen. Ein sechsachsiger Knickarmroboter verfügt über sechs Freiheitsgrade – die Flexibilität, Objekte in jede Richtung zu bewegen oder in jeder beliebigen Position zu drehen. Diese sechsachsigen Roboter werden im Allgemeinen dann eingesetzt, wenn eine Anwendung die komplexe Manipulation eines großen oder schweren Objekts erfordert. Siebenachsige Roboter können zusätzliche Positionen einnehmen, um Werkzeuge auch in beengten Bereichen zu manövrieren. Sie können näher am Werkstück arbeiten als andere Knickarmroboter, was potenziell Platz spart.

Gelenkroboter
Die Beliebtheit von sechs- und siebenachsigen Knickarmrobotern spiegelt die hohe Flexibilität wider, die sechs Freiheitsgrade ermöglichen. Sie sind einfach zu programmieren, verfügen über eine eigene Steuerung und Bewegungsabläufe sowie die Aktivierung von Ein- und Ausgängen lassen sich über ein benutzerfreundliches Programmiergerät steuern. Bestimmte Modelle erreichen eine Reichweite von über drei Metern. Dank dieser Größenvielfalt eignen sich Knickarmroboter für eine Vielzahl von Branchen und Anwendungen, die die Herstellung oder den Transport von Materialien oder Fertigprodukten betreffen.

Konstruktionsbedingt beansprucht der Gelenkroboter Platz, der nicht anderweitig genutzt werden kann. Er weist zudem Singularitäten auf, d. h. Bereiche und Ausrichtungen in seiner Umgebung, die er nicht erreichen kann. 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 Linear- und/oder Drehantrieben am Ende des Roboterarms für 3D-Anwendungen besteht. Diese Roboter sind sehr anpassungsfähig und einfach zu installieren und zu warten. Hub und Größe jeder Achse können an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Reichweite und Nutzlast sind voneinander unabhängig. Die Linearachse ist in verschiedenen Ausführungen erhältlich, wodurch sie optimal an die jeweilige Funktion angepasst werden kann.

Die größte Einschränkung kartesischer Roboter liegt in ihrer vergleichsweise geringen Flexibilität. Sie können zwar lineare Bewegungen in drei Achsen und Drehungen um eine vierte Achse problemlos ausführen, jedoch ist für Drehungen um mehr als eine Achse ein zusätzlicher Bewegungscontroller erforderlich. Kartesische Roboter werden selten in Reinigungsbereichen eingesetzt, da sie keinen ausreichenden Schutz vor eindringendem Wasser bieten. Zudem sind Präzision und Sorgfalt bei der Installation unerlässlich – jede Achse muss exakt ausgerichtet und die Oberfläche, insbesondere bei größeren Systemen, ausreichend eben sein.

SCARA-Roboter
SCARA-Roboter sind für leichte Anwendungen konzipiert. Sie stellen eine kompaktere Version von Knickarmrobotern dar und lassen sich dank ihrer Einfachheit und geringen Größe problemlos in Montagelinien integrieren. SCARA-Roboter erreichen beeindruckende Zykluszeiten bei hoher Genauigkeit. Sie eignen sich hervorragend für Aufgaben wie das Einsetzen von Bauteilen in Bereiche mit engen Toleranzen und behalten dabei ihre Stabilität bei. Dies macht sie zu einer kostengünstigen Lösung für viele Pick-and-Place-Anwendungen sowie für die Handhabung von Kleinteilen.

Delta-Roboter
Der Delta-Roboter ist für seine hohe Geschwindigkeit bekannt und erreicht Aufnahmeraten von bis zu 300 Teilen pro Minute. Durch seine Montageart befindet er sich oberhalb des Arbeitsbereichs, wodurch der Platzbedarf minimiert wird. Er wird häufig mit einem Bildverarbeitungssystem kombiniert, um in komplexen Sortier- und Verpackungsanwendungen Teile mit zufälliger Anordnung aufzunehmen. Wie Knickarm- und SCARA-Roboter verfügt er in der Regel über ein Programmiergerät zur einfachen Programmierung. Delta-Roboter werden häufig in der Lebensmittelproduktion eingesetzt, benötigen aber – ähnlich wie kartesische Roboter – unter Umständen eine zusätzliche Abschirmung oder Trennung von der Umgebung.

Kollaborative Roboter
Kollaborative Roboter, sogenannte Cobots, sind eine relativ neue Entwicklung mit vielversprechendem Potenzial für die sichere Mensch-Maschine-Interaktion. Durch die direkte Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter erweitern sie unser Verständnis davon, wie Automatisierung in die Industrie integriert werden kann. Cobots können Gelenk-, kartesische, SCARA- oder Delta-Roboter sein. Die meisten werden derzeit jedoch als Gelenkroboter kategorisiert. Ihre Tragfähigkeit liegt zwischen 4 und 35 kg, wobei Größe und Reichweite (und damit auch der Preis) entsprechend skalieren. Es gibt Modelle mit bis zu sieben Achsen; diese können besonders ergonomisch anspruchsvolle Aufgaben bewältigen. Cobots werden sogar als eigenständige Produktionslinienroboter eingesetzt.

Sie treffen Ihre Wahl
Bei einer Investition in Robotik sollten vor der endgültigen Entscheidung alle Aspekte der jeweiligen Anwendung sorgfältig geprüft werden. Hier einige der wichtigsten Faktoren:

Reichweite und Nutzlast.

Sie sollten die ersten Kriterien bei der Roboterauswahl sein, da diese Faktoren die Liste geeigneter Optionen sofort einschränken können. Beispielsweise würde eine große, schwere Last den Einsatz von leichten Handhabungstechnologien ausschließen. Ist die Reichweite hingegen groß, das Nutzlastgewicht aber gering, könnte ein kostengünstigerer kartesischer Roboter ausreichen.

Flexibilität.

Bei Anwendungen, die fünf oder sechs Freiheitsgrade erfordern, ist ein Knickarmroboter möglicherweise die einzig praktikable Lösung. In diesem Fall könnten für preisbewusste Unternehmen, die nur ein oder zwei Roboter benötigen, umgerüstete (gebrauchte) Geräte eine Option sein. Doch warum sollte man für einfachere Anwendungen wie das Positionieren und Laden von Kleinteilen, das Einsetzen von Elektronikbauteilen oder das Beladen von Gehäusen und Werkzeugmaschinen – also überall dort, wo zwei oder drei Achsen ausreichen – mehr Achsen bezahlen als benötigt?

Geschwindigkeit.

Benötigt die Anwendung eine hohe Greifrate, wie sie beispielsweise ein Delta-Roboter aufweist, oder würde eine geringere Greifrate eines kartesischen Portal- oder SCARA-Roboters ausreichen?

Platz und Grundfläche.

Die Stellfläche von Maschinen und Produktionslinien rückt immer mehr in den Fokus der Planung. Produktionsfläche ist teuer, und Unternehmen möchten ihre Fertigungshallen optimal gestalten. Kartesische und Delta-Roboter bieten gegenüber anderen Technologien einen klaren Vorteil, da lediglich vertikaler Raum verloren geht, was in der Regel weniger kritisch ist.

Ingenieurwesen und Projektentwicklung.

Die Kosten und der Zeitaufwand für Konstruktion, Montage, Installation und Inbetriebnahme sollten bei der Kostenvergleichung unbedingt berücksichtigt werden, insbesondere bei der Integration eines Roboters in eine größere Maschine oder ein System. Verzögerungen bei der Lieferung und Montage des Roboters könnten das gesamte Projekt zum Erliegen bringen.

Wartbarkeit, Reparierbarkeit und Verfügbarkeit.

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

Standardisierung.

Innerhalb eines Unternehmens oder einer Branche kann die Wahl eines Roboters aus betriebswirtschaftlichen Gründen durchaus sinnvoll sein, selbst wenn dieser nicht optimal geeignet oder gar der günstigste ist, sondern lediglich die Aufgabe erfüllen kann. Manchmal erweist sich der ausgetretene Pfad als der mit dem geringsten Widerstand (und Risiko).

Die zunehmende Verbreitung von Robotertechnologien ermöglicht es Unternehmen jeder Größe, von den Vorteilen der Automatisierung zu profitieren. Der optimale Roboter für Ihre Anwendung ist in der Regel derjenige, der am besten zu Ihnen passt – nicht nur im Hinblick auf die angestrebten Produktivitätssteigerungen und die Erfüllung der technischen Anforderungen, sondern auch unter Berücksichtigung damit verbundener Aspekte wie Anlagensicherheit, Platznutzung und natürlich der Anschaffungskosten sowie des Kundendienstes.