Um den passenden Roboter auszuwählen, sollten Sie zunächst die Anforderungen der Anwendung analysieren. Dies beginnt mit der Erstellung eines Profils der Arbeitslast, Ausrichtung, Geschwindigkeit, Fahrstrecke, Präzision, Umgebungsbedingungen und des Arbeitszyklus, die auch als LOSTPED-Parameter bezeichnet werden.

1. Laden.

Die vom Hersteller definierte Tragfähigkeit eines Roboters muss das Gesamtgewicht der Nutzlast, einschließlich aller Werkzeuge, am Ende des Roboterarms übersteigen. SCARA- und Sechs-Achs-Roboter sind in ihrer Tragfähigkeit eingeschränkt, da sie Lasten an ausgefahrenen Armen tragen müssen. Stellen Sie sich ein Bearbeitungszentrum vor, das Lagerbaugruppen von 100 kg oder mehr fertigt. Diese Nutzlast übersteigt die Kapazität fast aller SCARA- und Sechs-Achs-Roboter. Ein typischer kartesischer Roboter hingegen kann solche Lasten problemlos aufnehmen und platzieren, da sein Stützrahmen und seine Lager den gesamten Bewegungsbereich zuverlässig abfangen.
Selbst wenn eine schwere Last innerhalb der Tragfähigkeit eines Roboters liegt, kann sie die Genauigkeit beeinträchtigen. Beispielsweise liegt das Aufnehmen und Platzieren von 50 kg schweren Gegenständen im Nutzlastbereich sowohl von SCARA- als auch von kartesischen Robotern. 50 kg stellen jedoch die Obergrenze der typischen SCARA-Leistung dar, weshalb zur Bewältigung des Drehmoments aufwändigere Steuerungen und Komponenten erforderlich sind. Darüber hinaus können typische SCARA-Roboter schwere Lasten nur auf 0,1 mm genau platzieren, da das Gewicht den Roboterarm durchbiegt und die Fähigkeit des Roboters beeinträchtigt, die Last präzise und konsistent zu positionieren. Kartesische Roboter hingegen, ausgestattet mit Kugelgewindetrieben und optimal angeordneten Stützlagern, können Lasten von 50 kg und mehr wiederholt mit einer Genauigkeit von 10 µm platzieren.

2. Orientierung

Es kommt darauf an, 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 schienenmontierte Sockel eines SCARA- oder Sechs-Achs-Roboters ein Hindernis darstellt, sind solche Roboter möglicherweise nicht die beste Wahl. Benötigt die Anwendung nur Bewegungen in wenigen Achsen, können kleine kartesische Roboter über Kopf montiert werden und sind somit nicht im Weg. Bei komplexer Teilehandhabung oder Arbeiten mit vier oder mehr Bewegungsachsen kann das Gestell eines kartesischen Roboters jedoch zu viele Hindernisse darstellen. In diesem Fall ist ein kleiner SCARA-Roboter, der mitunter nur 200 mm² Platz und vier Schrauben an einem Sockel benötigt, möglicherweise besser geeignet.
Ein weiterer Faktor ist die Werkstückausrichtung. SCARA- und Sechs-Achs-Roboter können Werkstücke drehen, was für die Handhabung von Werkstücken 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 in der Z-Achse bewegen. Typischerweise nutzen Vorschubmodule eine Kugelgewindespindel, um Werkstücke oder Werkzeuge in Handhabungs-, Pick-and-Place- und Vorschubanwendungen entlang der Z-Achse zu bewegen. Kartesische Roboter können zudem mit Drehantrieben ausgestattet werden, um zusätzliche Ausrichtungsmöglichkeiten zu bieten.

3. Geschwindigkeit und Reise.

Neben den Traglastangaben führen Roboterhersteller in ihren Katalogen auch die Geschwindigkeiten auf. Ein entscheidender Faktor bei der Auswahl von Robotern für Pick-and-Place-Anwendungen sind die Beschleunigungszeiten über größere Distanzen. Kartesische Roboter erreichen Beschleunigungen von 5 m/s und mehr und sind damit vergleichbar mit der Leistung von SCARA- und Sechsachsrobotern.
Kartesische Roboter sind besonders sinnvoll bei Anwendungen mit großen Spannweiten. Denn sie lassen sich mithilfe von Modulen bis zu 20 m Länge schnell modifizieren und erweitern. Geschwindigkeit und Reichweite sind durch die Wahl von Riemen-, Linearmotor- oder Kugelgewindetrieben individuell anpassbar. Im Gegensatz dazu sind Gelenkarme typischerweise für eine bestimmte Reichweite, beispielsweise 500 mm, vorkonfiguriert.

4. Positionsgenauigkeit.

SCARA- und Sechs-Achs-Roboter verfügen über vordefinierte Genauigkeitsklassen, die die Bestimmung ihrer Bewegungswiederholgenauigkeit erleichtern. Allerdings schränken diese Roboter Konstrukteure beim Kauf auf eine bestimmte Genauigkeitsstufe ein. Anwender können kartesische oder Portalroboter durch den Austausch des Aktuators auf vielfältige Genauigkeitsstufen aufrüsten, sogar bis zu 10 µm mit einer Kugelumlaufspindel. Für geringere Genauigkeit und zur Kostenreduzierung können Anwender einen pneumatischen oder Riemenantrieb und einen anderen Aktuator für eine Genauigkeit von 0,1 mm verwenden.
Präzision ist in anspruchsvollen Anwendungen wie dem Werkzeugmaschinenbau entscheidend. Kartesische Roboter benötigen daher hochwertige mechanische Komponenten wie präzisionsgefertigte Kugelumlaufführungen und Kugelgewindetriebe. Für Anwendungen, bei denen SCARA- und Sechs-Achs-Roboterarme aufgrund von Armdurchbiegungen die erforderliche Genauigkeit nicht erreichen, empfiehlt sich der Einsatz eines kartesischen Roboters mit hochpräzisen Linearführungen. Der Lagerabstand minimiert die Durchbiegung und ermöglicht so eine genauere Positionierung des Endeffektors.
Obwohl kleine Arbeitsbereiche SCARA- oder Sechs-Achs-Roboter begünstigen, sind deren Komplexität und höhere Kosten manchmal unnötig. Ein Beispiel, bei dem kartesische Roboter besser geeignet sind, ist die Massenproduktion von medizinischen Pipetten. Hier entnimmt ein Roboter Pipetten aus einer Form und setzt sie in ein Gestell ein, das von einer nachfolgenden Automatisierungsanlage transportiert wird. SCARA- und Sechs-Achs-Roboter sind in dieser Anwendung geeignet, da eine Genauigkeit von 0,1 mm ausreicht. Allerdings stellt die Durchbiegung ein Problem dar, wenn der Roboter kleinere 3-mm-Pipetten handhabt. Zudem spricht der Platzmangel für einen Sockel innerhalb der Fertigungszelle für Portalroboter.

5. Umwelt.

Zwei Faktoren, die den besten Roboter bestimmen, sind die Umgebungsbedingungen im Arbeitsbereich und die dort vorhandenen Gefahren. Ein dritter Aspekt, ob ein Roboter in einem Reinraum eingesetzt werden soll, ist in der Regel irrelevant, da alle Robotertypen auch in Reinraumversionen gefertigt werden.
Die Sockel von SCARA- und Sechs-Achs-Robotern sind in der Regel kompakt, was bei begrenztem Platzangebot von Vorteil ist. Dies kann jedoch irrelevant sein, wenn die Roboterhalterung über Kopf oder an der Wand montiert werden kann. Für Anwendungen mit mechanischen Hindernissen, beispielsweise wenn ein Roboter in Kisten greifen muss, um Teile zu entnehmen, sind Sechs-Achs-Roboter meist die beste Wahl. Sechs-Achs-Roboter sind zwar in der Regel teurer als kartesische Roboter, die Kosten rechtfertigen sich jedoch, wenn die Anwendung ohne komplexe Bewegungsabläufe nicht realisierbar ist.
Umweltfaktoren wie Staub und Schmutz beeinflussen die Roboterauswahl. Faltenbälge können die Gelenke von SCARA- und Sechs-Achs-Robotern abdecken, und verschiedene Dichtungstypen schützen die Aktuatoren der Z-Achse. In Reinräumen mit Luftspülung ermöglichen kartesische Roboter die Integration der Linearaktuatoren in eine IP65-Schutzart, die das Eindringen von Wasser und Staub minimiert. Zudem können Hochleistungsdichtungen viele der Achsenkomponenten umschließen.

6. Einschaltdauer.

Dies ist die Zeit, die für einen vollständigen Arbeitszyklus benötigt wird. Roboter, die rund um die Uhr laufen (wie im Hochdurchsatz-Screening und in der pharmazeutischen Produktion), erreichen das Ende ihrer Lebensdauer früher als solche, die nur 8 Stunden am Tag, fünf Tage die Woche im Einsatz sind. Klären Sie diese Punkte im Vorfeld und beschaffen Sie Roboter mit langen Schmierintervallen und geringem Wartungsaufwand, um spätere Probleme zu vermeiden.