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

1. Laden.

Die vom Hersteller festgelegte 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 fertigt. Diese Nutzlast 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. Beispielsweise liegt das Aufnehmen und Platzieren von 50 kg schweren Gegenständen 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 beeinträchtigt, die Last konstant präzise zu positionieren. Kartesische Roboter mit Kugelumlaufspindeln und gut verteilten Stützlagern können jedoch 50 kg und schwerere Lasten wiederholt 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-Achs-Roboters ein Hindernis darstellt, sind solche Roboter möglicherweise nicht die beste Option. Wenn die Anwendung nur Bewegungen in wenigen Achsen erfordert, können kleine kartesische Roboter über Kopf und platzsparend montiert werden. Für die Handhabung komplexer Teile oder Arbeiten, die vier oder mehr Bewegungsachsen erfordern, kann das Gerüst eines kartesischen Roboters jedoch zu viele Hindernisse darstellen. In diesem Fall 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 Sechsachsenroboter 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 sogenannte Vorschubmodule, die leichte Lasten entlang der Z-Achse bewegen. Typischerweise verwenden Vorschubmodule eine Kugelumlaufspindel, um Teile oder Werkzeuge entlang der Z-Achse zu bewegen, beispielsweise bei Handhabungs-, Pick-and-Place- und Zuführanwendungen. Kartesische Roboter können zudem 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 Sechsachsenrobotern.
Kartesische Roboter sind auch bei Anwendungen mit großen Spannweiten sinnvoll. Denn Konstrukteure können kartesische Roboter bei Bedarf schnell modifizieren und mit Modulen bis zu 20 m Länge erweitern. Geschwindigkeit und Reichweite lassen sich durch die Wahl von Riemenantrieb, Linearmotor oder Kugelumlaufspindel zusätzlich anpassen. Im Gegensatz dazu sind Gelenkarme typischerweise für eine bestimmte Reichweite, beispielsweise 500 mm, vorkonzipiert.

4. Positionsgenauigkeit.

SCARA- und Sechsachsenroboter verfügen über vordefinierte Genauigkeitswerte, die die Bestimmung der Bewegungswiederholgenauigkeit erleichtern. Allerdings sind die Konstrukteure dieser Roboter beim Kauf auf eine bestimmte Genauigkeitsstufe festgelegt. Endnutzer 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 Endnutzer einen pneumatischen oder Riemenantrieb und einen anderen Antrieb für eine Genauigkeit von 0,1 mm einsetzen.
Präzision ist entscheidend für High-End-Anwendungen wie den Werkzeugmaschinenbau. Diese kartesischen Roboter benötigen bessere mechanische Komponenten wie präzisionsgefertigte Kugelumlaufspindeln und Kugelumlaufspindeln. Für Anwendungen, bei denen SCARA- und Sechs-Achs-Roboterarme aufgrund von Armauslenkung ihre Genauigkeit nicht einhalten 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 Sechsachsenroboter begünstigen, sind die Komplexität und die höheren Kosten dieser Roboter manchmal unnötig. Ein Beispiel für die bessere Leistung kartesischer Roboter ist die Großserienfertigung medizinischer Pipetten. Hier entnimmt ein Roboter Pipetten aus einer Form und legt sie in ein Gestell ein, das von einer sekundären Automatisierungsmaschine transportiert wird. SCARA- und Sechsachsenroboter sind praktikabel, da eine Genauigkeit von 0,1 mm für diese Anwendung ausreicht. Bei der Handhabung kleinerer 3-mm-Pipetten ist jedoch die Ablenkung problematisch. Zudem spricht der Platzmangel für einen Unterbau 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, spielt im Allgemeinen keine Rolle, 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 Roboterrahmen 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, doch die Kosten sind gerechtfertigt, wenn die Anwendung ohne komplexe Bewegungsabläufe nicht ausgeführt werden kann.
Umweltfaktoren wie Staub und Schmutz beeinflussen ebenfalls 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 die Einhausung der Linearaktuatoren in einer IP65-Struktur, 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 ihr Lebensende früher als solche, die nur acht Stunden am Tag, fünf Tage die Woche im Einsatz sind. Klären Sie diese Fragen im Voraus und wählen Sie Roboter mit langen Schmierintervallen und geringem Wartungsaufwand, um spätere Probleme zu vermeiden.