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Roboter: Grundlagen, Fakten, Märkte und Hersteller von Industrierobotern

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Roboter: Grundlagen, Fakten, Märkte und Hersteller von Industrierobotern

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

Woher kommt der Begriff Roboter?

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.


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Auf 7 folgt 8: Um die Ecke mit der „8ten Achse“ für Roboter


Auch Isaac Asimov, einer der bekanntesten Science-Fiction-Schriftsteller, schrieb gleich mehrere Roboter-Erzählungen. Er formulierte die vielfach bekannten Gesetze für Roboter, deren oberstes Gesetz besagt, dass Menschen kein Schaden zugefügt werden darf. Die Robotikesetze (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: Was ist ein 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.

Aus was besteht ein Robotersystem?

Industrieroboter sind spezielle Roboter, die für den Einsatz im industriellen Umfeld konzipiert sind (z. B. Automobilfertigung). Sie gehören in die Maschinenbau-Disziplin Automatisierungstechnik. Ein industrielles Robotiksystem besteht in erster Linie aus den folgenden Bestandteilen:

  • Manipulator (also der eigentliche Roboter bzw. Roboterarm)
  • Endeffektor (also ein Greifer oder ein Werkzeug) 
  • Robotersteuerung mit Programmierhandgerät
  • Sensoren wie Kameras (optional) 
  • Peripherie wie Schutzzäune, Zuführungen

Einmal programmiert ist das Robotersystem dann in der Lage, einen Arbeitsablauf autonom durchzuführen oder die Ausführung der Aufgabe abhängig von Sensorinformationen zu variieren  – zumindest in bestimmten Grenzen .

Kinematiken: Welche Arten von Industrierobotern gibt es?

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

Serielle Kinematiken

Bei seriellen Kinematiken sind die Achsen des Roboters seriell angeordnet. Dazu gehören

  • Knickarmroboter (haben in der Regel sechs Achsen und werden auch Gelenkarmroboter genannt). Weltweit größte Hersteller von Knickarmrobotern sind Fanuc, Yaskawa, ABB und Kuka sowie weitere japanische Hersteller wie Nachi und Kawasaki. Kleine und mittlere Knickarmroboter bieten etwa Stäubli, Denso oder Epson. Knickarm-Roboter werden aufgrund ihrer Beweglichkeit und Flexibilität in vielen Anwendungen eingesetzt
  • 7-Achs-Roboter: dem menschlichen Arm ähnliche Knickarmroboter-Roboter mit sieben Achsen, die quasi um die Ecke greifen können. 7-Achs-Roboter bieten unter anderem Yaskawa und Nachi an.
  • Dualarm-Roboter besitzen sogar 15 Achsen (Dualarm-Knimeatiken haben meist neben zwei siebenachsigen Roboterarmen eine weitere Rotationsachse). Ein Beispiel ist Yaskawas SDA-Serie.
  • Scara-Roboter(vier Achsen; Scara steht für „Selective Compliance Assembly Robot Arm“). Dieser Robotertyp eignet sich wegen seiner schnellen und wiederholgenauen Bewegung speziell für Montage- und Fügeaufgaben sowie für Pick&Place-Anwendungen. Scara-Spezialisten sind Epson, Stäubli, Omron oder Yamaha.
  • Portalroboter (meist mit drei Achsen); man unterscheidet hier Linienportal, Auslegerportal und Flächenportal. Gegignet zum Palettieren, aber auch zur Maschinen-Beladung (von oben)
  • Palettierroboter (in der Regel Knickarm-Roboter mit vier Achsen). Große Hersteller wie Fanuc, Yaskawa, ABB, Kuka und Kawasaki bieten meist auch Palettierroboter-Modelle an.
  • Spezialroboter (meistens Knickarm-Roboter) für bestimmte Anwendungen wie Schweißen (u.a. Cloos oder OTC Daihen) oder Lackieren (Dürr)

Parallele Kinematiken

Hier sind die Achsen des Roboters parallel angeordnet

  • Delta-Roboter (Parallelarmroboter mit Stabkinetik; neben der klassischen 4-Achs-Ausführung sind Deltas auch mit sechs oder sieben Achsen erhältlich). Delta-Roboter bieten unter anderem ABB (Flexpicker) sowie Fanuc, Yaskawa oder Omron an. Typisches Anwendungsgebiet sind Verpackungsvorgänge, etwa in der Lebensmittelindustrie („Pralinen-Picker“)
  • Hexapod-Roboter mit sechs Linearachsen. Ein Hexapod ist eine spezielle Form einer Parallelkinematikmaschine, die über sechs Arme/Beine veränderlicher Länge verfügt. Die typische Konstruktion des Hexapods ermöglicht eine Beweglichkeit in allen sechs Freiheitsgraden (drei translatorische sowie drei rotatorische). Viele Hexapod Roboter sind Spezialanfertigungen, nur wenige wie Fanucs F-200er werden in Serie gebaut.

Cobot/kollaborativer Roboter/Leichtbaurroboter

  • Ein besonderer Roboter-Typ ist der Kollaborative Roboter /Cobot, der ohne trennende Schutzeinrichtung mit Menschen zusammenarbeiten kann. Unter dem Begriff „kollaborative Roboter“ gibt es neben speziellen Leichtbaurobotern/Cobots  (etwa von Spezialisten wie Universal Robot, Doosan und Techman oder deutschen Start-ups wie Franka Emika, Yuanda Robotics oder Neura Robotics) auch speziell angepasste Industrieroboter mit Sensorik oder Schutzhüllen. Siehe hierzu auch die Cobot-Themenseite der Automationspraxis sowie unsere Marktübersicht mit den wichtigsten Cobot-Herstellern.

Was sind Kenngrößen von Industrierobotern?

Eine wichtige Kenngröße in der Industrierobotik 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 Reichweite, die Dynamik und die Genauigkeit entscheidende Größen bei der Auswahl des passenden Industrieroboters.

 

Wo können Roboter in der Industrie eingesetzt werden?

Die Einsatzmöglichkeiten von Robotern in der Industrie sind sehr vielfältig. Industrieroboter werden in den unterschiedlichen Branchen und Applikationen eingesetzt. Typische Anwendungsbereiche sind: 

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

Wer sind die Hersteller von Industrierobotern?

Industrierobotik: Das sind die wichtigsten Roboter-Hersteller weltweit

Deutsche Roboterhersteller

Zu den bekanntesten deutschen Herstellern von Industrierobotern zählen Kuka (seit 2016 mit chinesischer Muttergesellschaft Midea), Dürr (Lackierroboter), Roteg (Palettierroboter), Ro-ber (Portalroboter) und früher Reis Robotics (nun Kuka Industries) sowie Start-ups wie Franka Emika, Yuanda Robotics und Neura Robotics . Eigene Schweißroboter stellt die Firma Carl Cloos Schweißtechnik her, die inzwischen zu Estun (China) gehört. Ein deutscher Newcomer ist Fruitcore Robotics aus Konstanz, der kostengünstige und einfach bedienbare Industrieroboter anbietet. Auf kostengünstige Robotik setzt auch der Kunststoffspezialist Igus mit seinem Low-Cost-Automation-Programm.

Europäische Roboterhersteller

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

Japanische Roboterhersteller

Weltweit zählen die japanischen Hersteller Fanuc und Yaskawa (mit der Roboter-Marke Motoman) sowie Denso, Epson, Hirata, Kawasaki, Mitsubishi Electric, Omron (hat Adept aus den USA zugekauft), Nachi, OTC Daihen, Panasonic und Yamaha 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 Roboterangebots geliefert.

Chinesische Roboterhersteller

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

Zahlen und Märkte: Wieviele Roboter gibt es weltweit?

Laut World Robotics Report der International Federation of Robotics (IFR) arbeiten inzwischen über 3 Millionen Roboter in Fabriken rund um den Globus. Weltweit wurden 2020 384.000 neue Roboter ausgeliefert – leicht mehr als im Vorjahr. 2020 war damit nach 2018 und 2017 das dritterfolgreichste Jahr in der Geschichte der Robotikbranche.

Robotermakt Asien

Asien ist laut IFR nach wie vor der stärkste Markt für Industrieroboter – angeführt von China als weltweit größten Robotermarkt. Stolze 44 Prozent, nämlich über 168.000 der neuen Roboter, wurden in China installiert. Der Roboterabsatz in China stieg mit 168.400 ausgelieferten Robotern um 20 %. Dies ist der höchste jemals für ein einzelnes Land verzeichnete Wert. Der operative Roboter-Bestand in China erreichte 943.223 Roboter. Die 1-Million-Marke wird voraussichtlich im Jahr 2021 geknackt.

Japan: Japan bleibt nach China der zweitgrößte Markt für Industrieroboter, obwohl die japanische Wirtschaft von der Covid-19-Pandemie schwer getroffen wurde: Mit 38.653 installierten Einheiten ging der Absatz im Jahr 2020 um 23 % zurück. Dies war das zweite Jahr des Rückgangs nach einem Spitzenwert von 55.240 Einheiten im Jahr 2018. Im Gegensatz zu China war die Nachfrage aus der Elektronikindustrie und der Automobilindustrie in Japan schwach.

Die Republik Korea ist nach Japan, China und den USA der viertgrößte Robotermarkt. Im Jahr 2020 gingen die Installationen um 7 % auf 30.506 Einheiten zurück. Der operative Bestand stieg um 6 % auf 342.983 Einheiten.

Robotermarkt in Europa

In Europa gingen die Installationen von Industrierobotern 2020 um 8 % auf 67.700 Einheiten zurück. Damit war der europäische Robotikmarkt das zweite Jahr in Folge rückläufig, nach einem Höchststand von 75.560 Einheiten im Jahr 2018. Die Nachfrage aus der Automobilindustrie sank um weitere 20 %, während die Installationen in der allgemeinen Industrie um 14 % stiegen.

Deutschland zählt zu den fünf größten Robotermärkten weltweit (nach China, Japan, USA und Korea) und verzeichnete 2020 einen Anteil von 33 % an den Gesamtinstallationen in Europa. Jeder dritte Industrieroboter in der EU wird also in Deutschland installiert. Deutschland ist daher in der EU mit rund 230.000 Industrierobotern die am stärksten automatisierte Volkswirtschaft. Damit sind in den deutschen Fabriken rund dreimal so viele Industrieroboter im Einsatz wie in Italien (78.200 Einheiten), rund fünfmal so viele wie in Frankreich (44.800 Einheiten) und rund zehnmal so viele wie in Großbritannien (23.000 Einheiten).

Robotermarkt Amerika

Die USA sind mit einem Anteil von 79 % an den Gesamtinstallationen der größte Nutzer von Industrierobotern auf dem amerikanischen Kontinent. Es folgen Mexiko mit 9 % und Kanada mit 7 %. Im Jahr 2020 gingen die Neuinstallationen in den Vereinigten Staaten um 8 % zurück.

Branchen: Wer setzt die meisten Roboter ein?

Die Automobilindustrie ist weltweit der größte Anwender von Robotern. Auf Platz 2 liegt die Elektro- und Elektronikindustrie. In Sachen neu verkaufte Roboter hat 2020 allerdings die Elektronikindustrie die Automobilindustrie abgelöst: 109.000 neue Roboter gingen 2020 weltweit in die Elektronikindustrie und nur 80.000 in die Automobilindustrie (ein Minus von 22 Prozent). Die Metallindustrie und der Maschinenbau gelten als drittgrößte Robotik-Kundenindustrie, gefolgt von der Kunststoffindustrie und der Lebensmittelindustrie.

Was ist die Roboterdichte?

Die Roboterdichte (Anzahl der Roboter pro 10.000 Mitarbeiter) ist ein beliebtes Mittel, um den Automatisierungsgrad von Industriezweigen oder Volkswirtschaften zu beschreiben. 113 Robotereinheiten pro 10.000 Mitarbeiter sind 2019 der Durchschnitt der globalen Roboterdichte in der Fertigungsindustrie. Süd-Korea und Singapur haben mit 932 und 605 Robotern pro 10.000 Mitarbeiter die mit Abstand größte Roboterdichte, gefolgt von Japan (390) und Deutschland (371) und sowie Schweden (289).


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