Industrieroboter

Der Begriff Roboter – eine Einführung

Industrierobotik
Der Begriff Roboter hat seine Wurzeln in Science-Fiction-Erzählungen. Doch heute ist er aus der Industrie nicht mehr wegzudenken. Bild: Nataliya Hora/ Fotolia
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Der Begriff Roboter hat seine Wurzeln in Science-Fiction-Erzählungen. Erstmals taucht der Begriff Roboter 1921 im Theaterstück „Rossum’s Universal Robots“ (R.U.R) von Karel Capek auf. In dem satirischen Drama R.U.R. beschreibt Capek menschenähnliche Maschinen, die doppelt so viel arbeiten wie richtige Menschen. Diese Maschinen nannte er Roboter – nach dem slawischen Wort robota, das so viel wie Arbeit (Polnisch) oder Fronarbeit (Tschechisch) bedeutet.

Auch Isaak Asimov, einer der bekanntesten Science-Fiction-Schriftsteller, schrieb gleich mehrere Erzählungen über Roboter. Er formulierte die vielfach bekannten Gesetze für Roboter, deren oberstes Gesetz besagt, dass Menschen kein Schaden zugefügt werden darf. Die Robotergesetze (Three Laws of Robotics) beschrieb Isaac Asimov in seiner Kurzgeschichte Runaround (1942) erstmals. Die drei Gesetze bilden auch den Hintergrund der in Ich, der Robot (1950) gesammelten Science-Fiction-Erzählungen und prägen seither die Auffassung, was und wie ein Roboter sein sollte.

Definition Industrieroboter

Industrieroboter nach VDI 2860: Laut VDI-Richtlinie 2860 sind Industrieroboter universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolge und Wegen bzw. Winkel frei (d.h. ohne mechanischen Eingriff) programmierbar und zuweilen sensorgeführt sind. Industrieroboter sind mit Greifern, Werkzeugen oder anderen Fertigungsmitteln ausrüstbar und können Handhabungs- und/oder Fertigungsaufgaben ausführen.

Industrieroboter nach EN 775: Nach der europäischen Norm EN 775 ist ein Roboter ein automatisch gesteuertes, wiederprogrammierbares, vielfach einsetzbares Handhabungsgerät mit mehreren Freiheitsgraden, das entweder ortsfest oder beweglich in automatisierten Fertigungssystemen eingesetzt wird.

Arten und Teile von Industrierobotern

Industrieroboter sind für den Einsatz im industriellen Umfeld konzipiert (z. B. Automobilfertigung). Sie gehören in die Maschinenbau-Disziplin Automatisierungstechnik. Das System Industrieroboter besteht in erster Linie aus den folgenden Bestandteilen:

  • Manipulator (der eigentliche Roboterarm)
  • Effektor (Werkzeug, Greifer )
  • Steuerung
  • Programmierhandgerät
  • Sensoren (optional)

Einmal programmiert ist der Roboter dann in der Lage, einen Arbeitsablauf autonom durchzuführen oder die Ausführung der Aufgabe abhängig von Sensorinformationen in Grenzen zu variieren.

Kinematiken

Industrieroboter lassen sich nach ihren Kinematiken (Kinematik = Lehre der Bewegung von Körpern im Raum) in folgende Arten unterscheiden:

Serielle Kinematiken

Bei seriellen Kinematiken sin die Achsen seriell angeordnet. Dazu gehören

  • Knickarmroboter (in der Regel sechs Achsen, auch Gelenkarmroboter)
  • 7-Achs-Roboter: dem menschlichen Arm ähnliche Knickarmroboter-Roboter mit sieben Achsen
  • Dualarm-Robotermit 15 Achsen (haben neben zwei siebenachsigen Roboterarmen eine weitere Rotationsachse)
  • Scara-Roboter(vier Achsen; Selective Compliance Assembly Robot Arm). Dieser Robotertyp eignet sich wegen seiner schnellen und wiederholgenauen Bewegung speziell für Montage- und Fügeaufgaben sowie für Pick-and-Place-Anwendungen
  • Portalroboter (meist mit drei Achsen); man unterscheidet hier Linienportal, Auslegerportal und Flächenportal
  • Palettierroboter (meist Knickarm-Roboter mit vier Achsen oder auch Portalroboter)

Parallele Kinematiken

Hier sind die Achsen parallel angeordnet

  • Hexapod-Roboter mit sechs Linearachsen
  • Delta-Roboter (Parallelarmroboter mit Stabkinetik; neben der klassischen 4-Achs-Ausführung auch mit sechs Achsen erhältlich)

Kenngrößen

Eine wichtige Kenngröße von Industrierobotern ist die Traglast. Diese beschreibt die Masse, die am Ende des Manipulators maximal befestigt werden kann. Bei Knickarm-Robotern reicht die Spannbreite von 500 Gramm (etwa beim ABB Cobot Yumi) bis zum Fanuc Schwerlast Roboter M-2000iA/2300, der stolze 2300 Kilogramm wuchtet. Außerdem sind die Dynamik und die Genauigkeit entscheidende Größen.

Ein besonderer Typ des Industrieroboters ist der Kollaborative Roboter / Cobot, der so gestaltet ist, dass er ohne trennende Schutzeinrichtung mit Menschen in einem Raum zusammenarbeiten kann. Unter den Cobots gibt es spezielle Leichtbauroboter ebenso wie speziell angepasste Industrieroboter. Siehe hierzu auch die Cobot-Themenseite der Automationspraxis.

Einsatzmöglichkeiten

Die Einsatzmöglichkeiten von Industrierobotern sind sehr vielfältig. Er wird in den unterschiedlichste Industrien und Branchen eingesetzt. Typische Anwendungsbereiche sind:

  • Handhabung, Palettieren, Maschinenbestückung, Verpacken
  • Schweißen (Bahnschweißen, Punktschweißen)
  • Lackieren
  • Montieren, Fügen, Kleben, Verbinden
  • Prüfen, Messen
  • Reinigen, Kennzeichnen, Beschriften
  • Entgraten, Schleifen, Oberflächenbehandlung, Fräsen, Bohren, Schneiden

Hersteller von Industrierobotern

Zu den bekanntesten deutschen Herstellern von Industrierobotern zählen Kuka (wenn gleich seit 2016 mit chinesischer Muttergesellschaft Midea), Dürr (Lackierroboter), roTeg (Palettierroboter), Ro-ber (Portalroboter), Franka Emika und Pilz (beide Leichtbauroboter) sowie früher Reis Robotics (nun Kuka Industries).

In Europa gehören ABB, Stäubli, Universal Robots (Cobots), Comau, Igm (Schweißroboter) sowie Güdel (Portal- und Transferroboter) zu den bekannten Herstellern von Industrierobotern.

Weltweit zählen Fanuc, Yaskawa (mit der Roboter-Marke Motoman), Denso, Epson, Kawasaki, Hirata, Mitsubishi Electric, Nachi, OTC Daihen und Panasonic (alle aus Japan) sowie Adept aus den USA (gehört nun zu Omron, Japan) zu den bekanntesten Herstellern von Industrierobotern. Japan ist laut Weltroboterverband IFR der weltweit führende Hersteller von Industrierobotern. Die japanischen Hersteller haben im Jahr 2017 56 Prozent des weltweiten Angebots geliefert.

Auch in China haben sich inzwischen einige große einheimische Roboterhersteller etabliert, die in erster Linie den großen riesigen chinesischen Markt bedienen. Zu den größten chinesischen Herstellern von Industrierobotern zählen Siasun, Efort, GSK, Estun, STS und Greatoo.

Zahlen und Märkte

Laut dem World Robotics Report der International Federation of Robotics (IFR) hat der weltweite Absatz von Industrierobotern 2017 einen Rekord von 381.000 ausgelieferten Einheiten erreicht – plus 30 Prozent im Vergleich zum Vorjahr. Damit stieg der Jahresabsatz von Industrierobotern von 2013 bis 2017 um 114 Prozent.

Die fünf wichtigsten Märkte weltweit sind China, Japan, Südkorea, USA und Deutschland. Auf diese fünf Länder entfallen 73 Prozent des Gesamtumsatzes der Industrieroboter. China ist inzwischen der größte Robotermarkt, Tendenz weiter steigend. Deutschland ist der fünftgrößte Robotermarkt der Welt und die Nummer eins in Europa. Im Jahr 2017 stieg die Anzahl der verkauften Roboter um sieben Prozent auf 21.404 Einheiten – ein neuer Rekordwert – im Vergleich zu 2016 (20.074 Einheiten).

Aufgeschlüsselt nach Branchen führt die Automobilindustrie die weltweite Nachfrage nach Industrierobotern mit dem größten Volumen weiterhin an: 2017 wurden in diesem Segment rund 125.200 Einheiten verkauft – ein Wachstum von 21 Prozent. Stärkste Wachstumsbranchen sind 2017 die Metallindustrie (+54 Prozent), die Elektro- und Elektronikindustrie (+27 Prozent) sowie die Nahrungsmittelindustrie (+19 Prozent).

Automatisierungsgrad durch Roboterdichte

85 Robotereinheiten pro 10.000 Mitarbeiter sind 2017 der Durchschnitt der globalen Roboterdichte in der Fertigungsindustrie (2016: 74 Einheiten). Nach Regionen beträgt die durchschnittliche Roboterdichte in Europa 106, in Amerika 91 und in Asien 75.

Korea und Singapur haben mit 710 und 658 Robotern pro 10.000 Mitarbeiter die mit Abstand größte Roboterdichte, gefolgt von Deutschland (322) und Japan (308) sowie Schweden (240) und Dänemark (230).

IFR-Roboterdichte von 2009 bis 2021
Quelle: IFR

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