Sechs

Jun 20, 2023

Sechsachsige Roboter sind in der Automobilindustrie weit verbreitet. Foto mit freundlicher Genehmigung von ABB Robotics

Sechsachsroboter sind die Arbeitspferde der Automatisierungswelt. Tausende der Maschinen sind in Automobilwerken auf der ganzen Welt im Einsatz und schweißen und lackieren Auto- und LKW-Karosserien. Auch bei der Montage von Kettensägen und Schatullen bis hin zu Solarpaneelen und Waschmaschinen kommen Knickarmroboter zum Einsatz.

Die vielseitigen Geräte können aus jedem Winkel an ein Werkstück heranfahren und unterschiedlichste Fertigungsaufgaben bewältigen. Dadurch eignen sie sich ideal für Anwendungen, die komplexe Bewegungen erfordern, wie z. B. das Aufnehmen zufällig ausgerichteter Teile aus einem Behälter oder Förderband.

Sechsachsige Roboter können auf dem Boden, einem Tisch, einer Wand, einer Decke, einem Linearantrieb oder einem fahrerlosen Transportfahrzeug (FTS) montiert werden. Sie zeichnen sich durch eine hohe Nutzlastkapazität sowie eine große horizontale und vertikale Reichweite aus.

Sechsachsige Roboter bieten Herstellern ultimative Flexibilität mit hochbeweglichen Bewegungen.

Im Gegensatz zu kartesischen Robotern, die einen geradlinigen Arbeitsraum haben, oder SCARAs, die einen zylindrischen Arbeitsraum haben, haben sechsachsige Roboter einen sphärischen Arbeitsraum. Ein Knickarmroboter kann nach oben, unten, um ihn herum und hinter sich greifen. Sein Handgelenk kann ein Teil drehen oder in einem Winkel drehen.

Kartesische und SCARAs sind großartig, wenn alles perfekt horizontal oder vertikal ist, aber sechsachsige Roboter können aus einem Winkel auf ein Teil treffen. Die Maschinen können in die Tiefe reichen, ausfahren oder in die Höhe fahren.

Diese einzigartige Fähigkeit macht Sechs-Achsen-Roboter ideal für Anwendungen, die komplexe Bewegungen erfordern, wie z. B. Klebstoffauftrag, Maschinenbedienung, Verpackung, Lackierung, Pick-and-Place, Schrauben und Schweißen.

Knickarmroboter eignen sich ideal für Anwendungen, die komplexe Bewegungen erfordern, wie zum Beispiel die Entnahme zufällig ausgerichteter Teile aus einem Behälter. Foto mit freundlicher Genehmigung von Fanuc America Corp.

„Ihr Hauptvorteil liegt in ihrer Fähigkeit, die Bewegungen eines menschlichen Arms nachzuahmen, da sie über sechs Freiheitsgrade oder Bewegungsachsen verfügen“, sagt Ryan Guthrie, Executive Vice President von TM Robotics Inc., das die Produktlinie von Shibaura Machine vermarktet . „Diese Flexibilität ermöglicht es ihnen, komplexe und anspruchsvolle Aufgaben präzise auszuführen.

„Das bedeutet auch, dass sie verschiedene Positionen und Orientierungen im dreidimensionalen Raum erreichen können“, erklärt Guthrie. „Diese Vielseitigkeit macht sie für Anwendungen geeignet, die komplizierte Bewegungen erfordern.“

Sechsachsroboter haben wie SCARAs eine geringe Stellfläche. Sie können am Boden, Tisch, an der Wand oder an der Decke montiert werden. Ein Knickarmroboter kann sogar an einem Linearantrieb am Boden oder an der Decke montiert werden, um eine zusätzliche Bewegungsachse bereitzustellen. Eine solche Anordnung könnte es einem Roboter ermöglichen, mehrere Maschinen zu bedienen. Während eine Maschine ein Teil bearbeitet, kann der Roboter ein anderes be- und entladen.

Sechsachsroboter sind mit einer horizontalen Reichweite von 330 Millimetern bis knapp 5 Metern erhältlich, die Nutzlastkapazitäten variieren zwischen 0,5 Kilogramm und über 2 Tonnen.

Im Gegensatz zu anderen Robotertypen kann sich die Nutzlastkapazität einer sechsachsigen Maschine über ihren Bewegungsbereich ändern. Kartesische und SCARA-Roboter behalten ihre volle Nutzlastkapazität über ihren gesamten Bewegungsbereich.

Bei einem Sechs-Achsen-Roboter kann es Positionen geben, in denen die Nutzlastkapazität unter dem Nennmaximum liegt, beispielsweise wenn der Arm maximal ausgefahren ist oder wenn der Roboter ein Teil über seinen Körper hebt.

Auch Geschwindigkeit und Genauigkeit von Sechs-Achsen-Robotern variieren je nach Größe. Bei einem Roboter mit einer maximalen Nutzlast von 880 Pfund kann die Gelenkgeschwindigkeit zwischen 95 Grad pro Sekunde für die Sockelachse und 160 Grad pro Sekunde für die q-Achse am Handgelenk liegen. Die Wiederholgenauigkeit beträgt typischerweise ±0,5 Millimeter.

Im Gegensatz dazu kann bei einem Roboter mit einer maximalen Nutzlast von 6 Pfund die Gelenkgeschwindigkeit zwischen 210 Grad pro Sekunde für die Sockelachse und 500 Grad pro Sekunde für die q-Achse am Handgelenk liegen. Die Wiederholgenauigkeit beträgt typischerweise ±0,02 Millimeter.

Obwohl sechsachsige Roboter über mehr Bewegungsachsen als kartesische oder SCARA-Roboter verfügen, sind sie nicht weniger langlebig. Andererseits sind sechsachsige Roboter nicht so schnell wie kartesische, Delta- oder SCARA-Roboter. Sie sind auch teurer. Bevor Ingenieure sich also für einen sechsachsigen Roboter entscheiden, müssen sie zunächst entscheiden, ob die Anwendung die Kompromisse rechtfertigt.

„Sechsachsige Maschinen bieten Roll- und Nickfunktionen am Ende des Roboterarms“, sagt Aaron Donlon, Produktmanager bei Epson Robots. „Sie sind ideal für Anwendungen, bei denen ein Werkzeug in eine andere Richtung rollen, auf einer nicht ebenen Oberfläche arbeiten oder einem 3D-Pfad folgen muss.

„Sie sind auch für größere Reichweiten und größere Arbeitsbereiche geeignet“, erklärt Donlon. „Vierachs- und SCARA-Roboter bieten tendenziell höhere Geschwindigkeiten, höhere Präzision und geringere Kosten, da sie über weniger Servomotoren verfügen.“

Wenn Sie nur Teile von Punkt A nach Punkt B bewegen möchten, können Sie dies problemlos mit einem dreiachsigen kartesischen Roboter tun. Und wenn Sie auch Teile drehen müssen, können Sie einfach einen pneumatischen Drehantrieb mit zwei Positionen an der Z-Achse des Kartesianers anbringen oder einen SCARA-Roboter verwenden.

Traditionell sind sechsachsige Roboter nicht so schnell und präzise wie kartesische oder SCARA-Roboter. Aus diesem Grund wurden sie oft in dunkle Ecken von Automobilwerken verbannt, wo sie hauptsächlich für Schweiß- und Lackieranwendungen verwendet wurden. In der Vergangenheit waren die Maschinen groß und einschüchternd, standen an einem Ort und arbeiteten hinter Sicherheitsvorhängen oder Zäunen.

Heutzutage tauchen jedoch dank neuer Technologien sechsachsige Roboter in einer Vielzahl von Branchen auf, beispielsweise in der Haushaltsgeräte-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Elektronikbranche. Und sie werden für vielfältige Montageaufgaben wie Kleben und Schrauben eingesetzt.

Die Maschinen sind jetzt günstiger und einfacher zu programmieren als je zuvor. Daher investieren auch kleine Hersteller in die Sechs-Achs-Technologie.

In einigen Fabriken beginnen die Maschinen, Förderbänder und Gabelstapler zu ersetzen. Sechsachsige Roboter werden huckepack auf AGVs und autonome mobile Roboter (AMRs) gesetzt, um ihre Reichweite zu erweitern. Die mobilen Plattformen können sich problemlos in der Fabrikhalle bewegen und Roboter dorthin bringen, wo sie gebraucht werden.

Die Nachfrage nach Sechs-Achs-Robotern steigt, laut der International Federation of Robotics, mit einer jährlichen Wachstumsrate von rund 30 Prozent in verschiedenen Branchen.

„Sechsachsroboter eignen sich gut für ein breites Anwendungsspektrum und sind daher eine beliebte Wahl für die Automatisierung“, sagt Guthrie. „Die Entwicklung fortschrittlicher Sensoren, Steuerungssysteme und Programmierfunktionen hat die Integration und Programmierung von Sechs-Achsen-Robotern in bestehende Fertigungsumgebungen erleichtert. Dadurch wurden die Eintrittsbarrieren verringert und diese Roboter für ein breiteres Spektrum von Branchen zugänglicher gemacht.

„Ein weiterer Faktor ist die Kosteneffizienz“, betont Guthrie. „Sechsachsroboter sind im Laufe der Zeit erschwinglicher geworden, was sie zu einer praktikablen Option für kleinere Hersteller macht.“ Da die Preise weiter sinken, können jetzt mehr Unternehmen über den Einsatz dieser Roboter nachdenken, um ihre Abläufe zu verbessern.“

Sechsachsroboter können aus jedem Winkel an ein Werkstück heranfahren und vielfältige Fertigungsaufgaben bewältigen. Foto mit freundlicher Genehmigung von Kuka Robotics Corp.

Die heutigen Sechs-Achsen-Roboter sind ganz anders als die, die es vor 15 oder 20 Jahren gab. Die Maschinen sind kostengünstiger und einfacher zu bedienen, und es stehen mehr Optionen zur Verfügung als je zuvor. Sie sind auch kompakter.

Die Preise sind im letzten Jahrzehnt oder so dramatisch gesunken. Roboter sind heute mindestens 25 Prozent günstiger als vor einem Jahrzehnt. Gleichzeitig ist die Programmierbarkeit deutlich einfacher geworden. Beispielsweise sind Teach-Pendants jetzt viel intuitiver.

„Herkömmliche Sechs-Achsen-Roboter werden in einer Vielzahl von Anwendungen und Branchen eingesetzt“, sagt er

Jessica Juhasz, Managerin für Anwendungstechnik im allgemeinen Industriesegment bei Fanuc America Corp. „Aufstrebende Märkte und Branchen wie Lebensmittel, Recycling und Lagerhaltung verzeichnen eine wachsende Nachfrage nach Automatisierung aus demselben Hauptgrund – Arbeitskräftemangel – aber auch höherer Nachfrage und Durchsatzanforderungen. Sechsachsige Roboter werden in diesen Märkten mittlerweile in nicht-traditionellen Anwendungen eingesetzt.

„[Darüber hinaus sehen wir mehr] Hersteller, die nach Lösungen suchen, die den Umgang mit erheblichen Produktschwankungen erfordern, wie z. B. gemischte Palettierung oder Depalettierung“, erklärt Juhasz. „Viele Unternehmen haben maschinelles Sehen mit KI und maschinellem Lernen entwickelt, um einige dieser Probleme zu lösen.“

„Roboter sind jetzt schneller, genauer, kleiner und kostengünstiger und zudem zuverlässiger“, fügt Nigel Smith, CEO von TM Robotics, hinzu. „Im Vergleich zu früher gelten die Maschinen heute eher als Gebrauchsgegenstand und nicht als Luxus.“

Laut Smith lassen sich viele Hersteller tatsächlich nicht mehr von Sechs-Achsen-Robotern einschüchtern.

„Heute wollen sie robuste, hochpräzise Roboter, die für Hochgeschwindigkeitsmontage- und Materialtransportanwendungen geeignet sind“, betont er. „Sie suchen auch nach sechsachsigen Robotern für mehr Geschicklichkeit.

„Hersteller versuchen, immer mehr Funktionalität in einer einzigen Zelle unterzubringen. Je flexibler der Roboter also ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass er dazu beitragen kann, diese Anforderungen zu erfüllen“, sagt Smith. „Sechsachsroboter verfügen über mehr Fingerfertigkeit als herkömmliche Portalmaschinen.

„Da immer mehr Kunden Automatisierung installieren möchten, lösen die Geschicklichkeit und Flexibilität von Sechs-Achsen-Robotern viele Probleme und ermöglichen eine viel höhere Effizienz in einer Vielzahl von Branchen, von der Automobilindustrie bis zur Medizinbranche“, erklärt Smith.

„Ein wichtiger Trend ist die Integration fortschrittlicher Bildverarbeitungssysteme, die es Robotern ermöglichen, Aufgaben auszuführen, die Objekterkennung, -verfolgung und Qualitätsprüfung erfordern“, bemerkt Guthrie. „Visionsgesteuerte Roboter können sich an variable Bedingungen anpassen und Objekte präziser handhaben.“

„Die jüngsten Fortschritte bei Sechs-Achsen-Robotern bieten Endbenutzern mehr Modelloptionen zur Auswahl, die ihren spezifischen Anforderungen entsprechen, einen größeren Arbeitsbereich und eine höhere Genauigkeit“, fügt John Bubnikovich, Präsident der US-Robotiksparte von ABB, hinzu. „Auch die nachhaltige Produktion hat einen hohen Stellenwert.

„Viele Fortschritte der Robotik für die Automobilindustrie zielen auf OEMs und Zulieferer ab, die ihre Abläufe auf die Produktion von Elektrofahrzeugen und Komponenten wie Batterien und Motoren umstellen“, erklärt Bubnikovich.

Laut Bubnikovich ist Automatisierung der Schlüssel dazu, die Produktion widerstandsfähiger, effizienter und schneller zu machen, um ehrgeizige Ziele zu erreichen. Deshalb besteht eine wachsende Nachfrage nach Robotern, die auf die Montage von Elektroantriebssträngen spezialisiert sind. Automobilhersteller und Zulieferer benötigen Roboter, um die Bauzeiten zu verkürzen, die Flexibilität zu verbessern, die Produktionsprozesse zu vereinfachen und die Herstellungskosten zu senken.

„Die größere Auswahl an Roboteroptionen trägt dazu bei, dass Endbenutzer die richtige Variante haben, um Batterien unterschiedlicher Größe zu handhaben, von einzelnen Zellen und Modulen bis hin zu kompletten Paketen“, sagt Bubnikovich. „Sie können auch Aufgaben wie die hochpräzise Karosseriemontage und Punktschweißen ausführen und in eingeschränkte Bereiche innerhalb eines Fahrzeugs eindringen, um Sitze oder Armaturenbretter einzubauen.“

ABB hat kürzlich seine große Roboterfamilie um neue Modelle und 22 Varianten erweitert. Zu den Modellen der nächsten Generation gehören der IRB 6710, IRB 6720, IRB 6730 und IRB 6740, die für Nutzlasten von 150 bis 31 Kilogramm und Reichweiten von 2,5 bis 3,2 Metern geeignet sind.

„Sie bieten unseren Kunden eine größere Auswahl sowie deutliche Leistungssteigerungen und Energieeffizienzsteigerungen von bis zu 20 Prozent“, behauptet Bubnikovich. „Die verbesserte Energieeffizienz wird durch [unseren] OmniCore-Controller und ein leichteres Roboterdesign vorangetrieben.

„Mit der TrueMove- und QuickMove-Bewegungssteuerungstechnologie können die Roboter eine erstklassige Wiederholgenauigkeit mit einer Abweichung von mindestens 0,03 Millimetern erreichen“, bemerkt Bubnikovich. „Diese Fähigkeiten machen die neue Roboterserie ideal für komplexe Aufgaben wie Punktschweißen, Laserschweißen, Schrauben und Nieten und ermöglichen Automobilherstellern eine qualitativ hochwertige Montage.“

TM Robotics hat kürzlich die neueste Reihe sechsachsiger Roboter von Shibaura Machine auf den Markt gebracht, die als TVM-Reihe bekannt ist. Sie umfassen drei Modelle, jedes mit einer längeren Armlänge im Vergleich zu früheren Serien. Das größte Modell, TVM1500, bietet eine maximale Reichweite von 1.715 Millimetern und sorgt so für mehr Flexibilität beim Erreichen von Werkstücken.

„Trotz ihrer Leichtbauweise können die TVM-Roboter beeindruckende Nutzlasten bewältigen“, behauptet Guthrie. „Das Modell TVM900 hat eine Nutzlastkapazität von bis zu 20 Kilogramm, während die Modelle TVM1200 und TVM1500 jeweils 15 bis 10 Kilogramm bewältigen können. Die Roboter sind vollständig kompatibel mit anderen Geräten von Shibaura Machine, einschließlich des TSVision3D-Roboter-Vision-Erkennungspakets.“

Um Leistungs- und Produktivitätsziele zu erreichen, suchen immer mehr Hersteller nach einfach zu installierenden Robotern mit kurzen Zykluszeiten, die auf engstem Raum eingesetzt werden können, aber auch mit Arbeitern in der Nähe sicher zu bedienen sind. Dank neuer Materialien und neuer Technologien können nun dichte Roboterzellen so konzipiert werden, dass teure Stellfläche eingespart wird.

Sechsachsroboter haben sich erheblich weiterentwickelt und sind heute in der Lage, mehr Aufgaben zu erledigen als in der Vergangenheit.

Dies erforderte von Roboterlieferanten eine Leistungssteigerung, das Experimentieren mit neuen Materialien und eine Änderung der Maschinengröße. Heutzutage findet man neben den großen Robotern, die in Fabriken eingesetzt werden, nicht selten auch kompakte, kleine Sechs-Achsen-Maschinen aus leichten Materialien.

Durch den Einsatz von Aluminiumarmen konnten Roboterhersteller beispielsweise die Masse reduzieren, um die Beschleunigung und Geschwindigkeit der Roboter zu verbessern und gleichzeitig die Nutzlastkapazität beizubehalten. Durch die Optimierung des Armdesigns konnte der Platzbedarf von Robotern um bis zu 40 Prozent verringert werden.

„Sechsachsroboter sind heute kompakt gebaut, schneller und präziser“, sagt Phil Baratti, Anwendungstechnikmanager bei Epson Robots. „Außerdem nutzen sie neue Antriebstechnologien, um höhere Nutzlasten bei gleichbleibender Steifigkeit zu bewältigen.

„Zu den Merkmalen, die wir in alle unsere Produkte integriert haben, gehören ein schlankes Design und zusätzliche Rotationsmöglichkeiten der Nickachse“, betont Baratti. „Wir haben das Material der Roboter so reduziert, dass ein zusätzlicher Drehbereich an den Gelenken zwei, drei und fünf möglich ist, während die Integrität der Armstruktur erhalten bleibt.

„Dadurch können Kunden von einer Vergrößerung des Gesamtarbeitsraums profitieren, indem sie den Totraum nahe der Basis des Roboters reduzieren und es dem Arm ermöglichen, näher zwischen den Gelenken zwei und drei sowie zwischen Gelenk fünf und vier zu ziehen“, erklärt Baratti . „Jeder zusätzliche Grad an Bewegung hilft bei Anwendungen auf engstem Raum.“

Der Flexion N2 verfügt über einen kompakten Arm, der sich in sich selbst zusammenklappen lässt. Er benötigt 40 Prozent weniger Arbeitsfläche als herkömmliche Sechs-Achsen-Roboter. Foto mit freundlicher Genehmigung von Epson Robots

Die Ingenieure von Epson haben dies bei der Entwicklung des Flexion N2-Roboters berücksichtigt. Sein kompakter Arm hat die einzigartige Fähigkeit, sich durch sich selbst zu falten, anstatt sich um sich selbst zu bewegen. Dies reduziert die Anzahl der Zwischenpunkte und verkürzt die Zykluszeiten. Dadurch benötigt die Maschine 40 Prozent weniger Arbeitsfläche als herkömmliche Sechs-Achs-Roboter. Es verfügt über eine Reichweite von 450 Millimetern und eine Nutzlastkapazität von 3 Kilogramm.

„Diese patentierte Klapparmtechnologie gab es in der Automatisierungsbranche noch nie“, behauptet Baratti. „Im Gegensatz zu allen anderen Sechs-Achsen-Robotern auf dem Markt verfügt der Flexion N2 über eine einzigartige Bewegungsfunktion auf engstem Raum, die Arme aus dem Weg hält und so die Bewegungseffizienz für schnellere Zykluszeiten maximiert.

„Anwendungen, die bisher aus Platzgründen nicht möglich waren, sind jetzt möglich“, betont Baratti. „Verschiedene Anwendungen, insbesondere in der Medizin- und Elektronikindustrie, erfordern äußerste Präzision und Fingerfertigkeit bei der Handhabung kleiner Teile in einer sehr engen Umgebung.“

Epson hat außerdem kürzlich einen Sechs-Achsen-Roboter vorgestellt, der für eine Vielzahl einfacher Teiletransferanwendungen wie das Be- und Entladen von Maschinen, Pick-and-Place und Klebeverbindungen konzipiert ist. Der integrierte Controller des VT6L spart wertvollen Platz in der Fabrik, während sein schlankes Design einen kompakten Handgelenkabstand aufweist, der den Zugang zu schwer zugänglichen Bereichen auf engstem Raum ermöglicht. Darüber hinaus verfügt der Roboter über eine Reichweite von bis zu 900 Millimetern, eine Nutzlast von bis zu 6 Kilogramm und ein hohles Armende für eine vereinfachte Verkabelung und vielseitige Werkzeuge.

Neben leichteren Armen und kleinerem Platzbedarf ist Mobilität ein weiterer Trend bei sechsachsigen Robotern. Einige Zulieferer kombinieren die Robotertechnologie, indem sie einen Gelenkroboter an der Rückseite eines AGV oder AMR anbringen, wodurch die Maschine unabhängig von der Anbindung und problemlos in der Fabrik bewegt werden kann.

Dadurch können Ingenieure eine Umgebung schaffen, in der der Roboter mehrere Maschinen bedienen, an mehreren Standorten kommissionieren oder mehrere Montagevorgänge an mehreren Arbeitsstationen durchführen kann. Die praktikable Alternative zu einer herkömmlichen festen Roboterstation hilft dabei, Bodenfläche freizugeben, die normalerweise durch Förderbänder blockiert werden könnte.

Kollaborative Roboter sind der heißeste Trend in der Automatisierungsbranche. Maschinen der nächsten Generation, ausgestattet mit modernster Sensorik, ermöglichen es Robotern, in der Nähe von Menschen am Fließband zu agieren.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Sechs-Achsen-Robotern sind kollaborative Maschinen leicht, flexibel und können leicht bewegt und neu programmiert werden, um neue Aufgaben zu lösen. Sie benötigen kaum oder gar keine Sicherheitsbarrieren, die wertvolle Arbeitsfläche und Bodenfläche beanspruchen, den Zugang zur Ausrüstung behindern und die Produktivität verringern.

Cobots ermöglichen Herstellern eine deutlich größere Flexibilität, da Roboter eng mit menschlichen Monteuren interagieren können. Die leichten Maschinen werden immer häufiger in Bereichen eingesetzt, in denen Roboter traditionell hinter Sicherheitszäunen arbeiteten.

Herkömmlicherweise benötigen sechsachsige Roboter Sicherheitskäfige und andere Arten von Barrieren. Foto mit freundlicher Genehmigung von ABB Robotics

Dank vielfältiger Einsatzmöglichkeiten eröffnen Cobots neue Potenziale im Bereich der klassischen Automatisierung und geben Ingenieuren mehr Spielraum für Verbesserungen.

In der Vergangenheit wurden Gelenkroboter nur für einfache, schmutzige und gefährliche Aufgaben eingesetzt und ersparten den Menschen die mühsame Durchführung dieser Art von Operationen. Aus diesem Grund nutzen Automobilhersteller die Maschinen vor allem für Schweiß- und Lackieranwendungen. Endmontagelinien galten als zu komplex und zu unsicher für eine Automatisierung. Dieses Szenario beginnt sich jedoch zu ändern.

Automobilingenieure übernehmen die Technologie jetzt in nicht-traditionellen Produktionsprozessen, beispielsweise bei Ausstattungslinien. Darüber hinaus führen die COVID-19-Pandemie, ergonomische Probleme und Elektrifizierungsbemühungen zu neuen Roboteranwendungen für die Dosierung von Kleb- und Dichtstoffen, die Kommissionierung in Behältern, das Eindrehen von Muttern, das Einsetzen von Teilen, das Schrauben sowie für Tests und Inspektionen.

„Der traditionelle Automatisierungsansatz war alles oder nichts, mit großen Robotern und großen Sicherheitseinrichtungen“, sagt Joe Campbell, ein Veteran der Robotikbranche, der kürzlich als Senior Manager für strategisches Marketing und Anwendungsentwicklung bei Universal Robots USA Inc. in den Ruhestand ging. „Das stimmt seit Jahrzehnten ein ständiger Kampf. Mit Ausnahme der letzten 10 Prozent könnten Ingenieure die meisten ihrer Montageaufgaben automatisieren.

„Wir beginnen, sechsachsige Cobots einzusetzen, um ergonomische Probleme bei Endmontageanwendungen zu lösen“, erklärt Campbell. „Da Cobots in unmittelbarer Nähe von Menschen arbeiten können, müssen Arbeitsplätze nicht wie früher eingezäunt und vollständig bewacht werden. Bediener können Seite an Seite mit Cobots arbeiten. Menschen können sich auf Aufgaben konzentrieren, die leicht zugänglich sind, während Maschinen sich auf Dinge konzentrieren, die schwieriger zu erreichen sind.“

Die Endmontage umfasst einige der anspruchsvollsten Prozesse und den höchsten Bedienereinsatz in der Automobilindustrie. Dabei handelt es sich um komplexe Ausstattungslinien, bei denen Bediener eine Vielzahl von Komponenten wie Teppiche, Türen, Instrumententafeln, Innenbeleuchtungs- und Infotainmentsysteme, Sitze und andere Unterbaugruppen manuell installieren.

Darüber hinaus beinhaltet die Endmontage eine Vielzahl von Just-in-Time- und Just-in-Sequence-Prozessen, die genau choreografiert werden müssen. Da die meisten Fahrzeuge über vier oder fünf Ausstattungsvarianten verfügen, sind Genauigkeit, Fehlersicherheit und Prozesskontrolle von entscheidender Bedeutung.

Die „Killer-App“ für die Robotik in der Automobilindustrie war schon immer das Schweißen. Der Return on Investment für diese Anwendung dreht sich um Ergonomie und Sicherheit, Arbeitskosteneinsparungen, erhöhten Durchsatz und verbesserte Qualität.

Traditionell war die Endmontage aufgrund von Flexibilitätsproblemen und Herausforderungen schwer zu automatisieren. Deshalb gilt die Endmontage, die derzeit zu weniger als 5 Prozent automatisiert ist, als „letzte Grenze“ der Automatisierung in der Automobilindustrie. Ingenieure hoffen, künstliche Intelligenz irgendwann auf die Robotik anwenden zu können, um Variationen und Modellmischungen zu bewältigen.

Ein Grund dafür, dass Endmontagelinien nur zu 5 Prozent automatisiert sind, liegt darin, dass dieser Problembereich schwieriger zu lösen ist als Lackier- oder Schweißanwendungen. Es gibt zum Beispiel viel mehr Abwechslung. Konstruktionsänderungen treten bei der Endmontage an Stellen auf, die im Karosseriebau nicht sichtbar sind.

Auch in der Endmontage kommt es zu Toleranzüberlagerungen, da mehr Komponenten in ein Fahrzeug eingebaut werden. Darüber hinaus erfordern viele Montagearbeiten ein hohes Maß an Fingerfertigkeit.

Zwar sind in Endmontagelinien einige Roboter im Einsatz, doch der Hauptgrund für die Automatisierung ist, dass sie von vielen Systemintegratoren als zu riskant und als schwierig zu lösendes Problem angesehen wird. Um dieses Problem anzugehen, entwickeln einige Unternehmer Softwareprogramme, die die Herausforderungen angehen.

Auch Sechs-Achs-Roboter werden immer größer und kleiner. Im einen Extremfall gibt es riesige Maschinen, die besonders schwere Nutzlasten heben können. Am anderen Ende des Spektrums können winzige Tischgeräte viele der gleichen Funktionen wie ihre großen Geschwister ausführen.

Mega-Materialhandhabungsroboter eignen sich ideal zum Bewegen von Auto-, Traktor- und LKW-Rahmen, Motorblöcken, Bootsrümpfen und schweren Luft- und Raumfahrtstrukturen. Sie machen Brückenkräne und Hebezeuge überflüssig.

Große sechsachsige Roboter machen Brückenkräne und Hebezeuge überflüssig. Foto mit freundlicher Genehmigung von General Motors

ABB, Fanuc, Kawasaki und Kuka liefern sich einen harten Kampf um den Titel des größten und stärksten Roboters der Welt.

Der IRB 8700 von ABB hat eine Reichweite von 3,5 Metern und kann Nutzlasten von bis zu 800 Kilogramm bewältigen. Der M-2000iA/1700L von Fanuc kann Objekte mit einem Gewicht von bis zu 2.300 Kilogramm und einer Reichweite von 4,6 Metern heben. Mittlerweile kann der MG15HL von Kawasaki Nutzlasten von bis zu 1.500 Kilogramm aufnehmen. Es verfügt über eine horizontale und vertikale Reichweite von 4 Metern. Auch der Roboter KR 1000 Titan von Kuka ist ein echter Hingucker. Es kann bis zu 1.300 Kilogramm heben und hat eine Reichweite von mehr als 2 Metern.

Die riesigen Maschinen haben die Besucher der letzten Messen begeistert. Einige Hersteller investieren jedoch in riesige sechsachsige Roboter, um Aufgaben zu übernehmen, die bisher von Gabelstaplern, Hebezeugen, Hebehilfsgeräten, Laufkränen und anderen Arten von Materialtransportgeräten ausgeführt wurden.

Besonders beliebt sind die superschweren Nutzlastmaschinen bei Herstellern von Guss- und Schmiedeteilen aus Metall. Sie sind auch für Unternehmen attraktiv, die Fahrzeugbodenbleche, Autokarosserien, Hinterachsbaugruppen, große Haushaltsgeräte, Traktoren oder andere sperrige Objekte wie Teile von Flugzeugen, Eisenbahnwaggons und Schiffen bewegen müssen. Darüber hinaus sind große Sechs-Achs-Roboter für Hersteller von Batterien und Elektrofahrzeugen attraktiv.

Vor mehr als einem Jahrzehnt setzte das Michigan-Montagewerk der Ford Motor Co. eine sechsachsige Hochleistungsmaschine von Fanuc ein, die die Mitarbeiter liebevoll „Godzilla“ nannten. Der große Roboter dient als Fahrzeugtransfersystem im Karosseriebau. Es nimmt Karosserien präzise von Paletten auf und legt sie auf Kufen ab, die sie durch die Lackiererei transportieren.

Der Roboter ersetzte die Notwendigkeit herkömmlicher Hebe- und Transfersysteme, die mechanische Werkzeuge verwenden. Dadurch reduzierte sich die Grundfläche im Montagewerk des Jahres 2012 um mehr als 40 Prozent. Außerdem verringerte sich die Systemkomplexität durch den Wegfall umfangreicher Hard-Tools. In der Vergangenheit erforderte der Transfervorgang den Einsatz von Gabelstaplern und anderen unflexiblen Materialtransportgeräten.

Laut Bubnikovich von ABB sind große sechsachsige Maschinen wie die IRB 8700 für Palettieranwendungen und den Transport von Autokarosserien in Automobilwerken vorgesehen. Der Roboter passt seine Geschwindigkeit automatisch an schwere und breite Teile an.

Er verfügt nur über einen Motor und ein Getriebe pro Achse, während die meisten anderen Roboter dieser Größenklasse über zwei Motoren und Getriebe verfügen. Durch weniger Bauteile und kürzere Zykluszeiten ist die Maschine 25 Prozent schneller als vergleichbare Roboter in ihrem Traglastbereich.

Dieser sechsachsige Roboter wiegt weniger als 5 Kilogramm und hat eine Traglastkapazität von 0,5 Kilogramm. Foto mit freundlicher Genehmigung von Mecademic Inc.

Das andere Extrem ist der Meca 500 von Mecademic Inc., der nach Angaben des kanadischen Unternehmens der kleinste Sechs-Achsen-Roboter der Welt ist. Es wiegt weniger als 5 Kilogramm, hat eine Nutzlastkapazität von 0,5 Kilogramm, eine Wiederholgenauigkeit von 0,005 Millimetern und eine maximale Reichweite von 330 Millimetern.

Das Tischgerät ist 12 Zoll hoch und hat eine Basis von der Größe einer Handfläche. Im Sockel der Maschine ist eine kompakte Steuerung integriert. Mögliche Montageanwendungen umfassen Elektronik, medizinische Geräte und die Uhrmacherei.

„Er ist nicht nur doppelt so klein wie jeder andere kleine Industrieroboterarm, sondern hat auch kein sperriges Steuerungsgehäuse und kein dickes Kabelgewirr“, sagt Ilian Bonev, Ph.D., Direktor des Kontroll- und Robotiklabors an der Ecole de Technologie Superieure (ETS) in Montreal und Mitbegründer von Mecademic. „Der Controller ist vollständig in die handtellergroße Basis integriert.

„Im Gegensatz zu praktisch allen anderen Industrierobotern haben wir unsere [Maschine] als Komponente und nicht als komplexes eigenständiges System konzipiert“, bemerkt Bonev. „Wir haben außerdem ein sehr einfaches Kommunikationsprotokoll mit weniger als 50 proprietären Befehlen entwickelt.

„Wir erfüllen die wachsende Nachfrage nach präziser und schonender Handhabung kleiner Teile auf engstem Raum“, erklärt Bonev. „Produkte werden immer kleiner und müssen enge Toleranzen einhalten. In Fabriken mangelt es an Platz und sie müssen energieeffizienter sein.

„Wir ermöglichen so eine völlig neue Palette von Anwendungen, Produkten und Entdeckungen, die vorher nahezu unmöglich waren“, sagt Bonev. „Die meisten unserer Kunden konnten ihre Aufgabe früher aus Platzgründen einfach nicht erfüllen.“