Was fällt Ihnen ein, wenn Sie an einen Industrieroboter denken?

Gelenkroboter wie diese sind dank Werbespots von Autofirmen und Robotertanzsequenzen weithin bekannt. Auch SCARA-Roboter (Selective Compliance Articulated Robot Arm) sind aufgrund ihrer Einführung und Verbreitung in Fabriken seit den frühen 1980er Jahren bekannt. Beide – Gelenk- und SCARA-Roboter – kombinieren lineare und rotierende Bewegungen und sorgen so für Manövrierfähigkeit bei komplexen Aufgaben. Gelenkroboter ähneln dem menschlichen Arm und verfügen über sechs Bewegungsachsen – drei translatorische (lineare) und drei rotatorische (denken Sie an Schulter, Ellbogen und Handgelenk). SCARA-Roboter haben vier Bewegungsachsen – X, Y, Z und Theta (so ähnlich wie Ihr Arm, wenn Ihre Schulter immobil wäre).

In der Populärkultur weniger verbreitet, aber in industriellen Anwendungen von der Verpackung bis zur Halbleiterfertigung allgegenwärtig sind kartesische Roboter. Wie der Name schon sagt, arbeiten diese Roboter in den drei kartesischen Achsen – X, Y und Z –, obwohl sie eine Theta-Achse für End-of-Arm-Werkzeuge enthalten können. Obwohl weniger „sexy“ als Gelenk- und SCARA-Roboter, sind kartesische Roboter viel vielseitiger, mit höherer Tragfähigkeit für ihre Größe und in vielen Fällen besserer Präzision. Sie sind außerdem äußerst anpassungsfähig, da die Achsen mit relativ wenig Neukonfiguration aufgerüstet oder geändert werden können, um sich ändernden Produkt- oder Anwendungsanforderungen gerecht zu werden.

Kartesische Roboter sind jedoch durch ihre inhärent freitragende Konstruktion eingeschränkt, was ihre Tragfähigkeit begrenzt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die äußerste (Y- oder Z-)Achse eine große Hublänge hat, was zu einer großen Momentenbelastung auf die Stützachsen führt. Wenn lange Hübe und hohe Belastungen erforderlich sind, ist ein Portalroboter die beste Lösung.

Von kartesisch bis Gantry:

Ein Portalroboter ist eine modifizierte Art eines kartesischen Roboters, der zwei X-Achsen (oder Basisachsen) anstelle der einzelnen Basisachse der kartesischen Roboter verwendet. Durch die zusätzliche Jede Achse basiert auf einem Linearantrieb, unabhängig davon, ob es sich um einen vom OEM oder Integrator selbstgebauten Aktuator oder um einen vormontierten Aktuator eines Linearbewegungsunternehmens handelt. Dies bedeutet, dass es nahezu unbegrenzte Möglichkeiten gibt, jede Kombination aus hohen Geschwindigkeiten, langen Hüben, hohen Nutzlasten und hoher Positioniergenauigkeit zu ermöglichen. Spezielle Anforderungen an raue Umgebungen oder geringe Geräuschentwicklung lassen sich problemlos berücksichtigen. Wenn die Anwendung gleichzeitige, aber unabhängige Prozesse erfordert, können die horizontalen Achsen mit Linearmotoren und mehreren Schlitten aufgebaut werden.

Portalroboter werden typischerweise über dem Arbeitsbereich montiert (daher der gebräuchliche Begriff „Überkopfportal“). Wenn das Teil jedoch nicht für die Handhabung von oben geeignet ist, wie es bei Solarzellen und Modulen der Fall ist, kann das Portal für den Betrieb konfiguriert werden von unten das Teil. Und obwohl Portalroboter typischerweise als sehr große Systeme betrachtet werden, eignen sie sich auch für kleinere, sogar Desktop-große Maschinen. Da ein Portalroboter über zwei X- oder Basisachsen verfügt, ist die Momentenbelastung der Y- und Z-Achse sowie der Arbeitsnutzlast werden als Kräfte auf den X-Achsen aufgelöst. Dies erhöht die Steifigkeit des Systems erheblich und ermöglicht in den meisten Fällen längere Hublängen und höhere Geschwindigkeiten der Achsen als bei einem ähnlichen kartesischen Roboter.

Wenn es zwei parallele Achsen gibt, wird üblicherweise nur eine davon vom Motor angetrieben, um eine Blockierung zu verhindern, die durch eine leicht asynchrone Bewegung zwischen den beiden entstehen könnte. Anstatt beide Achsen anzutreiben, wird eine Verbindungswelle oder ein Torsionsrohr verwendet, um die Motorleistung auf die zweite Achse zu übertragen. Und in manchen Fällen kann die zweite Achse eine „Mitläufer“-Achse sein, die aus einer Linearführung zur Unterstützung der Last, aber ohne Antriebsmechanismus besteht. Die Entscheidung, ob und wie die zweite Achse angetrieben wird, hängt vom Abstand zwischen den beiden Achsen, der Beschleunigungsrate und der Steifigkeit der Verbindung zwischen ihnen ab. Der Antrieb nur einer Achse in einem Achsenpaar reduziert auch die Kosten und die Komplexität des Systems.

Die Dimensionierung eines kartesischen Roboters oder Portalroboters ist komplizierter als die Dimensionierung eines SCARA- oder Knickarmroboters (der typischerweise mit drei Parametern spezifiziert wird: Reichweite, Geschwindigkeit und Genauigkeit), aber die Hersteller haben den Prozess in den letzten Jahren durch die Einführung vorkonfigurierter Systeme vereinfacht Online-Tools wie der EasySelect-Konfigurator von Rexroth oder der 3D Linear Modules Builder von Adept. Mit diesen Werkzeugen kann der Benutzer die Ausrichtung und Größe der Achsen sowie grundlegende Hub-, Last- und Geschwindigkeitsparameter festlegen. Herunterladbare CAD-Dateien gehören ebenfalls zum Standardangebot von Herstellern von kartesischen Robotern und Portalrobotern und ermöglichen so eine einfache Integration in ein Design- oder Arbeitsablauflayout, ähnlich wie SCARA- und Gelenkroboter. Während Gelenk- und SCARA-Roboter leicht zu erkennen sind und kartesische Roboter weit verbreitet sind, Das Portaldesign überwindet ihre inhärenten Einschränkungen in Bezug auf Last, Geschwindigkeit, Reichweite und Wiederholbarkeit und bietet ein unübertroffenes Maß an Anpassung und Flexibilität. Kurz gesagt, Portalroboter bieten die beste Kombination aus Nutzlast und Schlaganfall.