Was sind die verschiedenen Arten von Industrierobotern?

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Die Ausführung industrieller Aufgaben hat im Laufe der Zeit Übergänge der Verbesserung durchlaufen. Die reine Handarbeit wurde durch einfache Werkzeuge verbessert, die zu Maschinen weiterentwickelt wurden. Dennoch führen immer mehr Innovationen zu neuen Alternativen wie Robotern.

Unimate war das allererster Roboter erfolgreich in der Fertigung eingesetzt werden. Es wurde Ende der 50er Jahre von George Devol erfunden und erstmals im Werk von General Motors installiert. Es wurde zum Druckguss verwendet und konnte sich in einem Radius von 12 Fuß bewegen. Als immer mehr Unternehmen die Vorteile erkannten, die sich daraus ergaben, versuchten sie, es zu erwerben.

Seitdem haben Experten weiterhin verschiedene Roboter entwickelt und neue Möglichkeiten erforscht, wie sie in der Fertigung eingesetzt werden können. Heutzutage gibt es viele anspruchsvolle Lieferanten wie EVS, die in der Lage sind, innovative und fortschrittliche Produkte anzubieten Industrieroboterarme zu verkaufen.
Nachfolgend finden Sie einen Blick auf die verschiedenen Robotertypen und ihre Funktionen.

Inhaltsverzeichnis

SCARA-Roboter

SCARA-Roboter sind, basierend auf den Bewegungsachsen der Roboter, moderner im Vergleich zu Pick-and-Place-Industrieroboter. Beide erfüllen möglicherweise die gleiche Funktion, aber SCARA-Roboter verdrängen die anderen deutlich.

Ein SCARA-Roboter besteht aus einer Basis, die parallelachsig mit dem Roboterarm verbunden ist. Die Drehgelenke sorgen für Nachgiebigkeit in der XY-Ebene. Mit anderen Worten: Der Arm eines SCARA-Roboters kann sich von links nach rechts sowie hin und her bewegen. Allerdings ist es in der Z-Achse starr, so dass es sich nur um die Theta-Achse drehen kann.
Das Design bietet 4 Freiheitsgrade. Darüber hinaus kann der Arm nach hinten gefaltet oder ausgestreckt werden. Diese Funktion ist praktisch, je nachdem, welche Länge für die jeweilige Aufgabe erforderlich ist.

Was Software betrifft, SCARA-Roboter dienen der Automatisierung von Aufgaben, unterliegen jedoch der Anweisung des Controllers. Die Controller-Schnittstelle ist einfach zu bedienen und sie reagieren in der Regel auf Befehle.
Da es sich um eine vorgefertigte Lösung handelt, ist kaum oder gar kein zusätzlicher Programmieraufwand erforderlich.

Vorteile

• Aufgrund der Flexibilität, die die Drehgelenke bieten, die den Arm an Ort und Stelle halten, sind SCARA-Roboter sehr schnell

• Während sie für die Ausführung ihrer Aufgaben nicht viel Platz beanspruchen, deckt der Arm bei der Arbeit einen großen Bereich ab. Sie können in einem beträchtlichen Radius auswählen und platzieren

• Sie sind sehr genau

• Kann eine hohe Nutzlast bewältigen

Nachteile

• Sie können nur funktionieren, wenn sie auf einer ebenen Fläche platziert oder daran befestigt werden, wodurch die Flexibilität bei der Platzierung eingeschränkt ist

• Erfordert einen dedizierten Controller

Industrielle Anwendungen

Die Pick-and-Drop-Fähigkeiten eines SCARA-Roboters machen ihn geeignet für:

• Palettieren

• Lademaschinen

• Montagefunktionen

• Lasergravur mit Hilfe eines geeigneten Endeffektors

• Lötung

Delta-Roboter

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Delta-Roboter wurden von Reymond Clavel und einem Team von Wissenschaftlern an einer Hochschule in Frankreich erfunden. Sie werden auch als Parallelroboter bezeichnet.

Das Design eines Delta-Roboters besteht aus einer oben montierten Basis mit drei Motoren, die die mit der Basis verbundenen Arme antreiben. Die Parallelarme haben sowohl Prismen- als auch Drehgelenke, was bei anderen Robotern nicht üblich ist. Dadurch kann er sich auf der X- und Y-Achse bewegen, obwohl die meisten Benutzer ihre Roboter so anpassen, dass sie zusätzliche Achsen hinzufügen. Sowohl eine Rotations- als auch eine Nickachse können durch Modifikation realisiert werden, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen.

Da Deltaroboter häufig für die Pick-and-Place-Automatisierung auf Fördersystemen eingesetzt werden, ist ihre Effektivität von der Programmierung abhängig. Sie sind außerdem mit Kameras ausgestattet, die in Verbindung mit spezieller Software ihr Bildverarbeitungssystem bilden. Der Zweck des Bildverarbeitungssystems besteht darin, beim Kommissionieren und Sortieren zwischen guten und schlechten Produkten zu unterscheiden.

An den Armen sind meist geeignete Endeffektoren angebracht, diese erfordern jedoch spezielle Konstruktionsschemata. Jedes zusätzliche Gewicht an den Armen verringert die Leistung der Hochgeschwindigkeitsroboterarme, für die sie bevorzugt werden. Besonders beliebt sind dabei Saugnäpfe.

Vorteile

• Sie sind die schnellsten und übertreffen sogar SCARA beim Torpfostentest

• Kann auf einem großen Arbeitsbereich arbeiten

• Fortschrittliche Software macht sie sehr genau und effizient

Nachteile

• Kann nur sehr geringe Nutzlasten bewältigen

• Sich wiederholende Hochgeschwindigkeitsbewegungen führen zum Verschleiß von Teilen

• Die sind teuer

Industrielle Anwendungen

• Flugsimulatoren – hierbei handelt es sich um eine erweiterte Version, die 6 zusätzliche Linearantriebe und eine bewegliche Basis verwendet

• Pharmazeutische Industrie

• Sortieren von Produkteinheiten
  

• Lebensmittelverpackung

• Montageaufgaben mit geringem Kraftaufwand

Polarroboter

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Die Struktur eines Polarroboters besteht aus einer Basis, an der ein Arm befestigt ist. Die Befestigung des Arms erfolgt über ein Drehgelenk. Aufgrund der Form des ihnen zugeordneten Arbeitsbereichs werden sie auch als Kugelroboter bezeichnet. Sie haben viel mit Unimate gemeinsam, das ebenfalls sphärisch war.

Der Arm eines Polarroboters kann verlängert werden, allerdings nur begrenzt auf den Radius um die Maschine herum. Es hat drei Achsen, die das sogenannte Polarkoordinatensystem bilden. Das bedeutet, dass die Punkte in Reichweite des Roboterarms durch die Entfernung bestimmt werden, die er in einem bestimmten Winkel von der Roboterbasis ausstrecken kann.

Vorteile

• Der Arm kann unter oder über Hindernisse greifen

• Sie haben eine 360-Grad-Abdeckungsspanne

• Sie arbeiten auf einem großen Arbeitsbereich

Nachteile

• Sie erfordern viel Aufsicht und Kontrolle

• Schlechte Genauigkeit

• Aufgrund ihrer Bewegung wären sie nicht ideal für sich wiederholende Aufgaben

Industrielle Anwendungen

• Druckguss

• Schweiß-

• Spritzgießen

• Umgang mit Glasprodukten

Zylinderroboter

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Ein zylindrischer Roboter besteht aus zwei Hauptteilen: einem Dreh- und einem Linearantrieb, die an der zylindrischen Basis befestigt sind. Sie sind für die vertikalen und horizontalen Bewegungen verantwortlich, die der Roboterarm ausführen kann. Eine schwenkbare Welle erleichtert das Arbeiten des Roboters in einem zylindrischen Arbeitsbereich.

Darüber hinaus ist der Arm in der Lage, sich zu verlängern und wieder in die richtige Position zu falten. Sein stromlinienförmiges Design ermöglicht das Arbeiten auf engstem Raum, in den sperrigere Arme möglicherweise nicht hineinpassen. Andererseits ist eine Drehung nur entlang der vertikalen Achse möglich.

Zylindrische Roboter werden bereits zusammengebaut geliefert, sodass keine Probleme bei der Installation zu erwarten sind, es sei denn, eine individuelle Anpassung wird als notwendig erachtet.

Vorteile

• Kann schwere Nutzlasten bewältigen

• Lassen Sie 360 ​​Grad um sich herum reichen

• Sie nehmen im Vergleich zu ihrem Arbeitsbereichsradius nicht viel Platz ein

Nachteile

• Begrenzte Drehbewegung

• Geringe Genauigkeit

• Sie sind nicht so vielseitig wie andere verfügbare Optionen.

Industrielle Anwendungen

• Gießerei- und Schmiedearbeiten

• Auftragen der Beschichtung

• Druckguss

• Be- und Entladen von Maschinen

• Für Anwendungen im Labor und in der Biomedizin sind sie aufgrund der Größe und der Positionierung des Arms von Vorteil.

Kartesische Roboter

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Die drei Achsen eines kartesischen Roboters stehen alle senkrecht zueinander. Bewegungen werden erleichtert durch:

• 3 prismatische Gelenke, die in Gleitbewegungen entlang der XYZ-Achsen arbeiten.

• Linearaktuatoren

• Motoren zur Stromversorgung

• Eine Handgelenkbefestigung, bei der eine Drehung erforderlich ist

Sie werden in der Regel in Einzelteilen geliefert und müssen von den Maschinenexperten einer Fabrik zusammengebaut werden. Obwohl ihre Montage komplex sein kann, bietet sie die Möglichkeit, individuelle Anpassungen vorzunehmen. Tatsächlich ist dies einer der Gründe, warum es beliebt ist. Präzision, Geschwindigkeit und Hublänge können je nach Branche oder Anwendung angepasst werden.

Kartesische Roboter werden auch als Gantry- oder geradlinige Roboter bezeichnet. Von der Arbeitsfläche her nehmen sie die Form einer Kabine ein. Ein bemerkenswertes Merkmal ist jedoch, dass sie bei Bedarf auf unterschiedliche Weise montiert werden können. Sie eignen sich für die Überkopfmontage sowie für vertikale und horizontale Positionen.

Vorteile

• Sie können eine große Nutzlast aufnehmen

• Operativ sind sie recht vielseitig

• Kostengünstig

• Programmierbar im Online-Modus

• Sie verfügen über ein gutes Maß an Genauigkeit

Nachteile

• Es kann immer nur eine Achsenbewegung gleichzeitig erfolgen

• Sie nehmen viel Platz ein

• Der Installationsprozess ist im Allgemeinen komplex

Industrielle Anwendungen

• Handling für Kunststoffformprozesse

• Dichtungsaufgaben

• 3D Druck

• Beladen und entladen

• Palettierungsaufgaben
  

Gelenkroboter/ 6-Achsen

Die Drehgelenke von Gelenkrobotern ermöglichen ihnen einen Bewegungsbereich, der dem des menschlichen Arms ähnelt. Sie sind in der X-, Y- und Z-Achse flexibel, können aber auch rollen, neigen und gieren.
Der Grundaufbau besteht aus einer Basis und einem Arm, die über ein Drehgelenk verbunden sind. Die Anzahl der Drehgelenke kann auf bis zu 10 erhöht werden und kann entweder parallel oder orthogonal sein.

Aufgrund ihrer 6-Achsen-Bewegungsfähigkeiten können diese Roboter Aufgaben ausführen, die die meisten anderen Roboter nicht bewältigen können. Der Arm reagiert sehr schnell und dehnt sich recht schnell auf seine volle Länge aus. In Bezug auf die Steuerung benötigen sie gut konfigurierte Software, um optimal funktionieren zu können. Aufgrund ihres großen Bewegungsbereichs kann der Programmiervorgang komplex sein. Einige Hersteller bieten jedoch benutzerdefinierte voreingestellte Steuerungspakete an.

Vorteile

• Sie können Bereiche erreichen und manövrieren, die andere Roboter nicht erreichen können

• Sie decken einen großen Arbeitsradius ab

• Hochgeschwindigkeits-Roboterarm

• Erledige einzigartige Controller-Aufgaben wie Malen gut

• Hohe Nutzlasten können toleriert werden

Nachteile

• Das Kinematische Operationen kann kompliziert sein

• Sie erfordern einen dedizierten Controller

• Teuer

Industrielle Anwendungen

• Lichtbogenschweißen
  

• Automobilmontage

• Lebensmittelverpackung

• Gießerei- und Schmiedearbeiten

• Stahlschneiden

• Umgang mit Glas

• Metallguss

Cobots

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Cobots werden auch als kollaborative Roboter bezeichnet, da sie für die Zusammenarbeit mit Menschen konzipiert sind. Herkömmliche Roboter stellten Herausforderungen wie Kollisionen mit Arbeitern in Fabrikräumen dar. Um solche Unfälle zu verhindern, wurden Cobots als sicherere Alternative entwickelt.
Es gibt drei Haupttypen von Cobots:

Handgeführte Cobots

Sie werden von Technikern mithilfe eines handbetätigten Geräts programmiert, um den Roboterarmen die gewünschten Bewegungen beizubringen.

Geschwindigkeits- und Automatisierungs-Cobots

Im Grunde handelt es sich dabei um traditionelle Industrieroboter mit Bildverarbeitungssystemen. Sie verfügen über eine Warn- und eine Stoppzone. Wenn ein Arbeiter die Warnzone betritt, verlangsamt er automatisch seinen Betrieb. Wenn sie sich der Stoppzone nähern, stellt der Cobot seine Funktion vollständig ein. Sie nehmen den Betrieb wieder auf, wenn beide Zonen frei von Hindernissen sind.

Macht- und Familienkraft begrenzende Cobots

Sie sind in der Lage, mit Menschen zusammenzuarbeiten, sind jedoch nicht mit Bildverarbeitungssystemen, Scannern oder Sicherheitsbarrieren ausgestattet. Stattdessen sind sie ohne freiliegende Motoren oder scharfe Ecken konstruiert. Darüber hinaus verfügen sie über Kollisionsmotoren, die sie stoppen, wenn sich Hindernisse um sie herum befinden.

Sicherheitsüberwachte Stopp-Cobots

Im Vergleich zu anderen Robotern sind sie am wenigsten „menschenfreundlich“. Sie verfügen jedoch über Sicherheitssensoren, die den Betrieb stoppen und wieder einschalten, wenn sie ein menschliches Hindernis erkennen.

Faktoren, die Roboter unterscheiden

Industrieroboter weisen in der Regel gemeinsame Merkmale wie Roboterarme auf. Sie unterscheiden sich jedoch grundlegend in gestalterischen Aspekten wie:

Achse

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Wie in einem mathematischen Diagramm beziehen sich die Achsen eines Roboters auf die Richtungen, in die sich ein Roboterarm bewegen kann. Es gibt X-, Y- und Z-Achsen. Sie stehen jeweils für Vorwärts/Vorwärts, Links/Rechts und Oben/Unten.

Freiheitsgrad

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Der Freiheitsgrad eines Roboters ist eine Beschreibung des Bewegungsbereichs, den er in einem 3D-Raum hat. Zur Freiheit gehören neben den drei Achsen auch Aspekte wie Rotation, Gier und Nick.
Die Anzahl der Achsen eines Roboters bestimmt seinen Freiheitsgrad.

Google Workspace

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Stellen Sie sich zum Beispiel vor, dass ein Roboter eingesetzt wird, um Orangen von einem Wagen zum anderen zu pflücken. Die Distanz, die es zwischen den beiden Wagen zurücklegt, wird als sein Arbeitsbereich bezeichnet. Einige Roboter können aufgrund ihrer Struktur größere Distanzen zurücklegen als andere. Darüber hinaus verleihen Faktoren wie Freiheit und Armlänge einem Roboter einen größeren Arbeitsbereich.

Endeffektor

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Vom Design her ist der Roboterarm tatsächlich eine Imitation des menschlichen Arms. Ihre Geschicklichkeit und ihr Können können unterschiedlich sein, das zugrunde liegende Konzept ist jedoch das gleiche.
Ein Endeffektor ist im Grunde die „Hand“, die am Ende eines Fabrikroboterarms befestigt ist. Es gibt viele Arten von Endeffektoren, sie variieren je nach Aufgabe. Einige Beispiele sind Greifer, Schweißwerkzeuge und Saugnäpfe.

Gelenke

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Durch die Verwendung von Gelenken bleibt der Roboterarm an der Struktur befestigt und erleichtert gleichzeitig seine Bewegungen. Die Art der Gelenke eines Roboters spielt eine große Rolle für seine Flexibilität und Bewegungsfreiheit. Sie beinhalten:
Parallelgelenke – sie liegen, wie der Name schon sagt, nebeneinander und werden meist für lineare Bewegungen bevorzugt.
Prismengelenke – sie werden auch als Schieber bezeichnet, da sie eine lineare Gleitbewegung zwischen zwei Teilen eines Roboters ermöglichen.
Drehgelenke: Sie sind ideal, wenn Flexibilität wie eine mehrdimensionale Drehung gewünscht ist.
Drehgelenke – für jeden Drehgrad sind ein oder mehrere dieser Gelenke erforderlich. Allerdings ist ihre Reichweite im Vergleich zum Revolutionsgelenk begrenzter.

Motoren

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Damit sich die Roboterarme bewegen und Befehle ausführen können, benötigen sie eine Stromquelle. Motoren wandeln elektrische Energie um, um sie anzutreiben Roboterarme.

Programmierung

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Dabei wird Software eingesetzt, um die Funktionsweise eines Roboters zu steuern. Leistungsparameter wie Geschwindigkeit, Wiederholgenauigkeit und die Hublänge der Armbewegungen können per Programmierung verwaltet werden.
Jeder Roboter hat seine eigene Art und sein eigenes Programmierniveau, wobei einige fortgeschrittener sind als andere. Darüber hinaus sind Roboter in einigen Fällen vorprogrammiert, während andere anpassbar sind. Es gibt auch physische Controller-Schnittstellen, über die den Robotern Anweisungen gegeben werden.

Auswirkungen von Robotern auf die Fertigung

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Zweifellos wäre die Fertigungsindustrie auf der ganzen Welt ohne Roboter nicht das, was sie ist. Sie hatten eine große Wirkung auf:

Produktionsmaßstäbe

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Roboter haben es Fabriken ermöglicht, die Produktion zu steigern und dennoch kürzere Durchlaufzeiten zu erreichen. Arbeitsgeschwindigkeiten wie die des Delta-Roboters ermöglichen die Verarbeitung größerer Produkteinheiten.

Produktionskosten

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Da Roboter ein hohes Arbeitspensum übernehmen, reduzieren sie die Zahl der einzustellenden Mitarbeiter. Darüber hinaus sind sie aufgrund ihres automatisierten mechanischen Charakters effizienter im Betrieb als manuelle Methoden. Es genügt zu sagen, dass sie die Verschwendung reduzieren.

Sicherheit des Personals

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Seit den Anfängen von Unimate werden Roboter zur Übernahme schwieriger und gefährlicher Aufgaben eingesetzt. Druckguss, Schweißen und das Heben schwerer Lasten in riskanten Räumen sind nur einige Beispiele für risikoreiche Herstellungsprozesse. Der Einsatz von Robotern wie z Roboterschweißen von Aluminium schützt Arbeitnehmer vor den damit verbundenen Gefahren.
Auf der anderen Seite stellen Roboter jedoch auch eine Gefahr für die Arbeiter in ihrer Umgebung dar. Wenn ihre Geschwindigkeit beispielsweise zu hoch eingestellt ist, kann es zu Fehlfunktionen der Endeffektoren oder Arme kommen und die Last willkürlich fallen gelassen werden.

Human Resources

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Eines der Hauptargumente gegen Roboter und Automatisierung im Allgemeinen ist die Angst davor menschliche Arbeit ersetzen. Tatsächlich haben einige Menschen ihren Arbeitsplatz verloren, nachdem sie durch diese Technologie entlassen wurden. Doch selbst mit künstlicher Intelligenz ist es unwahrscheinlich, dass Roboter jemals so intuitiv und kreativ werden wie der Mensch.

Während Roboter die vorhersehbaren, sich wiederholenden Aufgaben übernehmen, könnten sich die Arbeiter möglicherweise an die Störung anpassen, indem sie andere komplexe Aufgaben übernehmen. Kreativität und Design erfordern beispielsweise immer die Nuancen menschlicher Emotionen und Gedanken.

Fazit

Es gibt sicherlich kein Zurück zur manuellen Produktionsweise, die Automatisierung wird bleiben. Da immer mehr Innovationen bestehende Robotertypen verändern und verbessern, müssen die Hersteller Schritt halten. Denn bessere Maschinen führen zu effizienteren Produktionslinien und qualitativ hochwertigeren Produkten.

Wenn Sie Ihr Unternehmen automatisieren möchten, verfügen Sie jetzt über alle Fakten zu allen Arten von Robotern und ihren Funktionen. Stellen Sie sicher, dass Sie mit seriösen Unternehmen zusammenarbeiten Branchenexperten um herauszufinden, welche Produktoptionen auf dem Markt verfügbar sind. Was auch immer Sie wählen, Sie treffen eine gut informierte Entscheidung.