Was ist ein Industrieroboter?

Robotik

26. Feb 2024

Industrieroboter sind von zentraler Bedeutung für die Entwicklung der modernen Fertigung und spielen eine entscheidende Rolle bei der Steigerung von Effizienz, Präzision und Sicherheit. Sie übernehmen Aufgaben, die zuvor von Mitarbeitern ausgeführt wurden und entlasten sie von mühsamen, teils gefährlichen oder ungesunden Tätigkeiten.

In diesem Artikel wird das Konzept der Industrieroboter ausführlich beleuchtet: Wir werden die technologischen Innovationen, die in diesem Bereich der Robotik zum Einsatz kommen, erklären und die unverzichtbaren Anwendungen erforschen.

Automatisierung der industriellen Fertigung

Was versteht man unter industrieller Robotik?

Industrierobotik umfasst die Anwendung autonomer Maschinen zur Ausführung verschiedenster Aufgaben in einer Fertigungsumgebung. Sie läuten eine neue Ära der automatisierten Effizienz ein. Diese spezialisierten Roboter, die für industrielle Umgebungen entwickelt wurden, weisen die Fähigkeit auf, eine Reihe komplexer Vorgänge mit Präzision und hoher Geschwindigkeit auszuführen.

Die International Federation of Robotics (kurz IFR) bezieht sich auf die Definition der Internationalen Organisation Standardisierung und beschreibt den Industrieroboter wie folgt: „Ein Industrieroboter ist ein automatisch gesteuerter, reprogrammierbarer Mehrzweckmanipulator. Dieser ist in drei oder mehr Achsen programmierbar und entweder an Ort und Stelle oder auf einer mobilen Plattform befestigt. Er ist für den Einsatz in Automatisierungsanwendungen in einer industriellen Umgebung vorgesehen.“

Als Erfinder des modernen Industrieroboters gilt George Devol, der 1954 in den USA ein Patent für einen „programmierbaren Manipulator“ anmeldete.

Im Gegensatz zu anderen Arten von Robotik, wie sie beispielsweise im Dienstleistungs- oder Haushaltssektor eingesetzt werden, sind Industrieroboter darauf ausgelegt, anspruchsvolle, sich wiederholende Aufgaben in einer strukturierten Umgebung zu bewältigen. Oft sind sie mit schweren Maschinen und präzisionsgesteuerten Prozessen verbunden. Ein Industrieroboter (auch: Industrieller Manipulator) ist eine universelle, programmierbare Maschine zur Handhabung, Montage oder Bearbeitung von Werkstücken.

Ein bemerkenswerter Trend in der Industrierobotik ist der Übergang zu kollaborativen Robotern (Cobots). Im Gegensatz zu traditionellen Industrierobotern, die in speziellen Bereichen isoliert arbeiten, sind Cobots so konzipiert, dass sie sicher neben Menschen arbeiten können. Cobots sind flexibler und anpassungsfähiger.

In diesem Beitrag möchten wir jedoch ein spezifisches Augenmerk auf Industrieroboter legen.

Industrieroboter gehören in die Maschinenbau-Disziplin Automatisierungstechnik und werden dort oft auch als Handhabungssysteme bezeichnet.

Sie sind das Rückgrat vieler moderner Fertigungsanlagen und werden gerade in Zeiten von Industrie 4.0 immer unersetzlicher.

Mit einer durchschnittlichen Roboterdichte von 85 Einheiten pro 10.000 Mitarbeitern hat der weltweite Durchschnitt 2017 ein neues Höchstniveau markiert.

Daher werden auch die Hersteller immer zahlreicher. Die Riege der Roboter-Hersteller wird von japanischen und europäischen Unternehmen angeführt.

Hier ein kurzer Überblick über wichtige Vertreter:

Die 1933 gegründete OMRON Corporation mit Sitz in Kyoto, Japan, ist auf Automationslösungen spezialisiert.
FANUC: im Jahr 1974 entwickelte und installierte das japanische Unternehmen Fanuc den ersten Industrieroboter in Japan. Heute ist FANUC der weltweit größte Industrieroboter-Hersteller.
„Keller und Knappich Augsburg“ wurde zu KUKA. KUKA beansprucht heute bezüglich seiner Industrieroboter die Marktführerschaft in Europa. Das Unternehmen baute 1973 den ersten Industrieroboter mit sechs elektromechanisch angetriebenen Achsen, den Famulus.
1974 stellte die schwedische ASEA (heute ABB) den ebenfalls vollständig elektrisch angetriebenen Roboter IRB 6 vor.
Im Jahr 2022 ist MITSUBISHI ELECTRIC mit einem Umsatz von über 10,8 Milliarden Euro der wichtigste Hersteller von Industrierobotern weltweit.
OMRON bietet vor allem Scara-Roboter, Delta-Roboter und kleine Knickarm-Roboter sowie autonome Mobilroboter
In Japan ist der japanische Schwerindustrie-Konzern KAWASAKI, der auch für seine Motorräder bekannt ist, in Sachen Robotik eine große Nummer. Weltweit zählt sich KAWASAKI zu den Top-5 Roboterherstellern.
Der japanischen EPSON-Konzern, bekannt u.a. für seine Drucker, bietet schnelle, kleine Roboter für Prüf- und Montagearbeiten.
Zu den weltweit größten Herstellern von Knickarmrobotern zählen unter anderen YASKAWA, ABB und KUKA sowie weitere japanische Hersteller wie NACHI und KAWASAKI.
Eigene Schweißroboter stellt die Firma Carl CLOOS Schweißtechnik her, die inzwischen zu ESTUN (einem chinesischen Unternehmen) gehört.
Das Unternehmen MOTOMAN stellt seit 1977 Industrieroboter her. Die Roboter von MOTOMAN werden hauptsächlich zum Montieren, Handhaben, Verpacken, Palettetieren, Lackieren, Fügen, Kleben, und Schweißen eingesetzt.
UNIVERSAL ROBOTS ist ein erfolgreiches dänisches Unternehmen, das allerdings mehr auf die Herstellung von kollaborativen Robotern spezialisiert ist

Industrieroboter – wie funktioniert er nun genau?

Der Betrieb eines Industrieroboters erfordert ein präzises Zusammenspiel von Mechanik, Elektronik und hochmoderner Software. Im Allgemeinen folgen solche Robotersysteme programmierten Anweisungen, um Aufgaben mit einer Genauigkeit und Geschwindigkeit auszuführen, die von menschlichen Kollegen oft unerreicht bleiben.

Der Prozess beginnt mit sensorischen Informationen von verschiedenen Detektoren, wie Kameras und Sensoren, die Echtzeitdaten über die Umgebung des Roboters liefern. Diese Eingaben werden dann von der Steuerung des Roboters verarbeitet. Sie interpretiert die Daten und generiert entsprechende Befehle für die Roboterarme und Werkzeuge. Die antriebstechnischen Baueinheiten (Aktuatoren) des Roboters, die von elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Systemen angetrieben werden, übersetzen diese Befehle dann in präzise Bewegungen, so dass der Roboter Aufgaben mit der erforderlichen Geschicklichkeit ausführen kann.

Typische Komponenten von Industrierobotern

In der Robotertechnik unterscheidet man grundlegend zwischen den Hauptklassen der seriellen und parallelen Kinematiken. Während die serielle Kinematik aus einer Aneinanderreihung von Armteilen besteht, wirken bei einem Parallelroboter mehrere Schubgelenke direkt auf den bewegten Werkzeugträger. Roboter mit serieller Kinematik können wesentlich höhere Lasten heben.

Wie bereits erwähnt, bestehen Industrieroboter aus einer Vielzahl verschiedener Komponenten – besonders typische sind:

Arme des Roboters
Die Roboterarme sind die grundlegenden Gliedmaßen des Roboters und verfügen über mehrere Gelenke, die für Flexibilität sorgen. Sie sind für unterschiedliche Traglasten ausgerichtet und ermöglichen eine breite Palette an Bewegungen und Ausrichtungen, mit denen der Roboter seine Umgebung navigieren und manipulieren kann. Die Traglast beschreibt jene Masse, die am Ende des Manipulators maximal befestigt werden kann. Bei Gelenkarmrobotern liegt die Bandbreite dabei zurzeit zwischen 0,5 und 2300 Kilogramm.

Endeffektoren
Endeffektoren sind spezialisierte Werkzeuge oder Anbaugeräte, die am Ende der Roboterarme positioniert sind und für bestimmte Aufgaben entwickelt wurden. Beispiele hierfür sind Greifer für das Materialhandling, Schweißer für Verbindungsverfahren oder Sensoren, die auf die Anwendung des Roboters zugeschnitten sind und seine Vielseitigkeit erhöhen.

Sensoren
Industrieroboter sind mit einer Reihe von Sensoren ausgestattet, die Echtzeitdaten über ihre Umgebung liefern. Zu diesen Sensoren gehören Kameras für Bildverarbeitungssysteme, taktile Sensoren für Touch-Feedback und Näherungssensoren für die Navigation. Dieser sensorische Input gewährleistet die Anpassungsfähigkeit an verschiedene Umgebungen und verbessert das Situationsbewusstsein des Roboters. Dadurch werden Bewegungsabläufe punktgenau möglich.

Steuerungen
Die Steuerung ist das Gehirn des Roboters und beherbergt das Steuersystem, das für die Interpretation und Ausführung der programmierten Anweisungen verantwortlich ist. Diese entscheidende Komponente bestimmt die Bewegungsabfolge, koordiniert das Gesamtsystem und stellt sicher, dass der Roboter Aufgaben mit der notwendigen Präzision und Genauigkeit ausführt.

Aktuatoren
Aktuatoren sind Geräte, die für die Umsetzung von Steuersignalen in körperliche Bewegungen verantwortlich sind. Industrieroboter verwenden verschiedene Arten von Aktuatoren. So gibt es elektrische, hydraulische oder pneumatische Systeme. Diese Aktuatoren ermöglichen es dem Roboter, präzise und dynamische Aktionen auszuführen, was zu seiner Vielseitigkeit in verschiedenen Anwendungen beiträgt.

Stromversorgung
Industrieroboter werden in der Regel elektrisch betrieben und verwenden Energiequellen, die speziell auf ihre individuellen Anforderungen zugeschnitten sind. Eine zuverlässige Stromversorgung ist für einen kontinuierlichen und unterbrechungsfreien Betrieb unerlässlich und muss den spezifischen Anwendungen des Roboters entsprechen – so ist es zum Beispiel wichtig zu beachten, ob der Roboter mobil ist oder einen fixen Standpunkt hat.

Teaching Pendant
Das Teaching Pendant ist ein tragbares Steuergerät, mit dem Bediener den Roboter programmieren, bedienen und überwachen können. Diese Handgerät-Schnittstelle erleichtert die Programmierung, manuelle Führung und Robotersteuerung und ermöglicht es dem Bediener, benutzerfreundlich mit dem Roboter zu interagieren.

medical device assembly micro factory example

Anwendungen von Industrierobotern

Industrieroboter finden vielseitige Anwendungen in unterschiedlichen Branchen und revolutionieren Fertigungsprozesse.

Im Automobilbau führen Roboter Präzisionsschweiß-, Montage- und Lackieraufgaben durch. In der Elektronik wickeln sie inzwischen komplizierte Montageprozesse ab. Die Logistik hingegen profitiert von Robotern im Materialtransport und in der Verpackung.

Industrieroboter können in gefährlichen Arbeitsumgebungen wie Nuklearanlagen oder Katastrophengebieten helfen. Lebensmittelbranche und Pharmabereich setzen Roboter für sanitäre und besonders empfindliche Aufgaben ein.

So übernehmen Industrieroboter Aufgaben wie pick-and-place, lackieren, palettieren, fräsen oder punktschweißen.

Es wird somit deutlich, dass es viele Arten von Industrierobotern gibt von Lackierrobotern über Portalroboter, autonome mobile Roboter, fahrerlose Transportsysteme und Gelenkroboter – um nur ein paar Beispiele zu nennen.

Ein Blick in die Zukunft: Roboter sollen mit künstlicher Intelligenz ausgestattet werden, damit sie Aufgaben lösen können, ohne dass Menschen diese kontrollieren müssen.

Roboterlösungen für die Pharmaindustrie – entwickelt von ESSERT Robotics – mit Sitz in Deutschland

In der pharmazeutischen Industrie sind Automatisierungslösungen zu einem Dreh- und Angelpunkt für Präzision und Effizienz geworden. Der Anspruch an gleichbleibende Qualität, die strikte Einhaltung von Vorschriften und die Notwendigkeit eines fehlerfreien Betriebs machen die Industrierobotik unverzichtbar – sei es beim Dispensieren, bei der Montage von pharmazeutischen Produkten oder bei Verpackungsaufgaben.

In diesen Bereichen erweist sich das deutsche Unternehmen ESSERT Robotics als wegweisend: Seine ADVANCED Robotic Workstation wurde entwickelt, um den höchsten Anforderungen an Funktionalität, Skalierbarkeit und Benutzerfreundlichkeit gerecht zu werden. Mit einer Vielzahl von Modulen für Roboterarbeitsstationen deckt sie diverse Anwendungen ab und gewährleistet Flexibilität und Präzision in der pharmazeutischen Fertigung. Darüber hinaus können Umrüstzeiten kurz gehalten werden, da softwarebasierte Anpassungen innerhalb von Minuten vorgenommen werden können.

Die ESSERT MicroFactory hingegen ist die Basis für eine ganze, hochflexible Produktionslinie in High Mix / Low Volume Umgebungen. Sie basiert auf einer modularen Architektur und ermöglicht eine hohe Anpassungsfähigkeit, indem sie die individuelle Integration verschiedener Komponenten ermöglicht. Dieser innovative Ansatz definiert die Herangehensweise von Pharmaunternehmen an die Produktion neu und bietet Effizienz und Anpassung, ohne die Skalierbarkeit oder Qualität zu beeinträchtigen.

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