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Delta-Roboter: flinke Flitzer für Verpackung und Pick&Place

Besonders leichte und schnelle Industrieroboter
Delta-Roboter: Wissenswertes über die flinken Verpackungs-Flitzer

Delta-Roboter sind die Industrieroboter-Spezialisten, wenn es um schnelles Verpacken und Pick&Place geht. Warum ist das so? Wie sind die Delta-Roboter aufgebaut? Was sind die Vorteile dieser Industrieroboter-Kinematik? Wo werden Delta-Roboter in der Industrie eingesetzt? Wer sind Hersteller von Delta-Robotern? Ein Überblick.


Inhaltsverzeichnis
1. Wie sind Delta-Roboter aufgebaut?
2. Was sind Vorteile?
3. Was sind Nachteile?
4. Wie viele Delta-Roboter sind weltweit im Einsatz?
5. Geschichte: Wer hat die Delta-Roboter erfunden?
6. Wer bietet Deltas an? Überblick über wichtige Hersteller
7. ABB: Pionier mit dem Flexpicker
8. Omron: Breites Portfolio
9. Fanuc: gelbe Deltas von 1 bis 12 kg
10. Yaskawa: für flexible Pick&Place-Linien
11. Kuka: ein Delta aus Edelstahl
12. Weiss: Robotik-Newcomer aus dem Odenwald

Delta-Roboter sind – im Gegensatz zu den seriellen Kinematiken der Knickarmroboter und der Scara-Roboter – sogenannte Parallel-Kinematiken: alle Achsen des Roboters sind hier also parallel angeordnet. Die Form der zusammenlaufenden Arme dieser spinnenähnlichen Industrieroboter erinnert an den griechischen Buchstaben „Delta“ – daher der Name. Delta-Roboter sind leicht und wegen der geringen bewegten Massen sehr schnell und werden daher häufig zum Verpacken, in der Montage und im High-Speed-Bereich eingesetzt.

Wie sind Delta-Roboter aufgebaut?

Die Achsen des Delta-Roboters bilden in ihrem Zusammenspiel eine geschlossene kinematische Kette. Die Basis des Delta-Roboters hängt in der Regel oben an der Decke, von dort gehen drei oder mehr Stäbe nach unten. Die Enden dieser Stab-Roboterarme sind wiederum mit einer Plattform verbunden, die von den Stäben in X-, Y- und Z-Richtung bewegt wird und beispielsweise einen Sauggreifer trägt.

Was sind Vorteile?

Der Vorteil des Delta-Roboter-Aufbaus ist – gerade im Vergleich zu den weit verbreiteten Knickarmrobotern – eine sehr hohe Zielgenauigkeit – denn die Ungenauigkeiten und Positionsfehler addieren sich beim Delta nicht (im Gegensatz zur seriellen Roboter-Kinematik).

Da sich die Motoren nicht in den Gelenken, sondern eben in der Roboterbasis an der Decke befindet, sind die Roboterarme der Deltas extrem leicht. Dadurch muss sehr wenig Masse bewegt werden, das sorgt für hohe Geschwindigkeiten und Dynamik. Delta-Roboter können Beschleunigungen bis zu 90 g erreichen.

Was sind Nachteile?

Nachteil ist ein relativ beschränkter Arbeitsbereich (typischerweise haben Delta-Roboter eine Reichweite von bis zu 1600 mm) und eine begrenzte Maximalbelastung (die meisten Delta-Roboter tragen 1, 3, 6, 8, 12 oder 15 kg).

Weiterer Nachteil der Parallelkinematik gegenüber den Sechsachs-Knickarmrobotern ist zudem die geringere Beweglichkeit und Flexibilität.

Wie viele Delta-Roboter sind weltweit im Einsatz?

2020 wurden weltweit rund 5500 Delta-Roboter verkauft. Damit ist dieser spezielle Industrierobotertyp weiter ein Nischen-Roboter. Seit 2015 haben die Delta-Roboter-Installationen zwar um durchschnittlich 7 % pro Jahr zugenommen, aber der Anteil an den gesamten Roboterinstallationen liegt immer noch bei nur 1 % – insgesamt wurden 384.000 Industrieroboter weltweit in 2020 ausgeliefert.

Die Hauptanwendungen für Delta-Roboter sind Verpacken, Kommissionieren und Pick&Place sowie Materialumschlag. Die Lebensmittelindustrie ist der Hauptabnehmer dieser Art von Industrierobotern: Auf die Lebensmittelindustrie entfallen rund 40 % der Nachfrage nach Delta-Robotern. Jeweils 10 % der Delta-Roboter gehen in die Pharmaindustrie und in die Elektronikindustrie. Der größte Anteil von Delta-Roboter ist in der Textilindustrie zu finden, wo zwei Fünftel aller eingesetzten Industrieroboter Delta-Roboter sind.

Geschichte: Wer hat die Delta-Roboter erfunden?

Als Erfinder des Delta-Roboter-Prinzips gilt Professor Reymond Clavel von der EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) in der Schweiz. Auslöser war ein Besuch in einer Schokoladenfabrik und die Idee, einen Hochgeschwindigkeitsroboter zu entwickeln, der die Schokoladenpralinen automatisch in die Verpackungen legen kann. Da die Pralinen nur etwa 10 g pro Stück wiegen, dachte Professor Reymond Clavel an einem Roboter mit ultraleichten Armen. Nach der Arbeit tüftelte er zu Hause mit den Stricknadeln seiner Frau, um eine funktionierende Struktur zu finden.

Schließlich kam er auf die Lösung: Der Roboter sollte aus drei Gelenkarmen bestehen, die den fahrenden Greifer in drei Freiheitsgraden bewegen können. Die schwereren Motorkomponenten sollten nicht am beweglichen Teil des Roboters, sondern an seinem Sockel angebracht werden. Dank dieser Konstruktionsmerkmale war der Delta-Roboter leicht und schnell. Diese Eigenschaften machten den Delta-Roboter zu einem perfekten Werkzeug für die industrielle Verpackungsindustrie. 1985 meldete Professor Reymond Clavel die revolutionäre Idee als Patent an.

Wer bietet Deltas an? Überblick über wichtige Hersteller

1998 entwickelt ABB auf Basis von Reymond Clavels Patent den Flexpicker, damals der schnellste Kommissionierroboter der Welt. Der ABB Flexpicker IRB 360 war in der Lage, 120 Objekte pro Minute aufzunehmen oder mit einer Geschwindigkeit von 10 Metern pro Sekunde aufzunehmen und abzulegen.

Da die angemeldeten Patente inzwischen ausgelaufen sind, haben eine Menge weitere Hersteller, darunter auch Industrieroboter-Größen wie Fanuc, Yaskawa und Kuka mittlerweile Delta-Roboter auf den Markt gebracht. Denn auch wenn die Verkaufszahlen der Deltas nicht ansatzweise an die der Knickarm-und Scara-Installationen reichen, ist das Marktpotenzial von Delta-Robotern weiter hoch.

ABB: Pionier mit dem Flexpicker

Seit mehr als 20 Jahren sind ABBs Roboter IRB 360 Flexpicker als Delta-Roboter für Hochgeschwindigkeits-Pick-&-Place-Aufgaben im Einsatz. Die komplette IRB-360-Produktfamilie umfasst heute Varianten mit Traglasten von 1 kg, 3 kg, 6 kg und 8 kg und Arbeitsbereichen mit einem Durchmesser von 1,13 m und 1,6 m.

Zudem bietet ABB den IRB 390 als Flexpacker an, der neue Möglichkeiten für das Picken und Packen in Hochgeschwindigkeit bietet. Der Delta-Roboter IRB 390 Flexpacker wurde für schnelle Umrüstzeiten entwickelt. Der Flexpacker bietet eine hohe Traglast (15 kg) bei hoher Pick-&-Place-Geschwindigkeit. Laut ABB ist der Flexpacker 35 % schneller und hat eine 45 % größeren Arbeitsbereich als der IRB 360–8/1130 Flexpicker. Der Flexpacker läuft mit lebensmittelverträglichen Schmiermitteln der NSF-Klasse H1 und ist aus FDA-konformen Materialien gefertigt

Omron: Breites Portfolio

Der US-Hersteller Adept, der seit 2015 zum japanischen Automationskonzern Omron gehört, zählt ebenfalls zu den Delta-Roboter-Pionieren. Das Delta-Roboter-Portfolio bei Omron besteht heute aus verschiedenen Modellen: iX3 (8 kg Traglast), iX4 (15 kg), Hornet (8 kg), Quattro (15 kg), X-Delta 2+1 (3 kg bis 35 kg), X-Delta 3+1 (1 kg bis 8 kg) und der robuste X-Delta 5 (1 kg).

Omrons Delta-Roboter eignen sich für den Einsatz in der Lebensmittel-, Getränke- und Pharmaindustrie und bieten Picking-Geschwindigkeiten bis zu 200 Zyklen pro Minute sowie zusätzliche Software-Funktionen wie eine schnelle Nachverfolgung von Förderbändern, Vision-Führung, Multi-Picking-Anwendungen, Steuerung von bis zu 8 Robotern mit einem Controller oder eine tiefe Integration mit Omrons Sysmac-Steuerungsplattform

Fanuc: gelbe Deltas von 1 bis 12 kg

Der größte Industrieroboter-Hersteller der Welt Fanuc adressiert mit seinen Delta-Robotern die Hochgeschwindigkeits-Handhabung von Kleinteilen in Branchen wie Lebensmittel-, Pharma- und Elektronikindustrie.

Fanucs Delta-Roboter im Überblick:

  • M-1-Serie (Traglast von 1 kg, Reichweite: 420 mm) als kompakter Spezialist für kleinere Nutzlasten.
  • M-2-Serie (bis 6 kg, Reichweite: 1130 mm) als platzsparende, flexible Hochgeschwindigkeits-Roboter für schnelles Greifen, Packen und Beschicken in diversen Anwendungen.
  • die M-3-Serie (bis 12 kg, Reichweite: 1350 mm) ist mit drei, vier oder sechs Achsen verfügbar und bietet eine hohe Einsatzflexibilität in einem großen Arbeitsraum.
  • die DR-3iB-Serie (bis 8 kg, Reichweite: 1600 mm) setzt laut Fanuc neue Standards für die Aufnahme schwerer Lasten. Der DR-3iB/8L bietet eine höhere Nutzlast, eine größere Trägheit und die größte Reichweite aller Fanuc-Delta-Roboter.

Durch die Schutzart IP69K eignen sich Fanucs Delta-Roboter für Umgebungen mit hohen Hygienestandards. Zudem ist ein zusätzliches Lebensmittelpaket erhältlich mit glatten und leicht zu reinigenden Oberflächen, lebensmittelverträglichen Schmierstoffen und einer weißen Epoxidbeschichtung.

Yaskawa: für flexible Pick&Place-Linien

Yaskawa ist 2011 mit dem MPP3 in den Delta-Roboter-Markt eingestiegen. Die 4-achsigen Delta-Roboter der Motoman MPP-Serie sind Pick&Place-Roboter für hohe Taktzeitanforderungen beim Kommissionieren, vor allem in der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie.

In Verbindung mit Technologiepaketen wie Motosight, Motopick und Conveyor Tracking (Förderbandüberwachung) lassen sind flexible Pick&Place-Linien mit mehreren Robotern einfach aufbauen. Zur MPP-Serie gehören der MPP3H (Traglast 3 kg, Arbeitsbereich 1300 mm) und der MPP3S (Traglast 3 kg, Arbeitsbereich 800 mm)

Kuka: ein Delta aus Edelstahl

Der Augsburger Knickarm-Roboter-Pionier Kuka fertigt seit kurzem auch Delta-Roboter. Mit dem KR Delta Highspeed-Roboter in einer Hygienic-Machine-Ausführung adressiert Kuka das Handhaben und Kommissionieren von Kleinteilen in Branchen wie Lebensmittel, Pharma und Elektronik. Der KR Delta ist dank seines korrosionsbeständigen Edelstahlkörpers geeignet für hygienisch sensible Bereiche, etwa beim direkten Kontakt mit Lebensmitteln, Medikamenten oder elektronischen Komponenten.

Kukas Delta-Roboter (Traglast 3 kg, Reichweite 1200 mm) ist nach IP 67 Schutzklasse gegen Staub und Feuchtigkeit geschützt und kann daher auch unter Hochdruck und mit alkalischen oder sauren Reinigungsmitteln gereinigt werden.

Weiss: Robotik-Newcomer aus dem Odenwald

Ein Neueinsteiger im Robotiksegment ist der Automationsspezialist Weiss aus Buchen im Odenwald, der vor allem für seine Rundtische bekannt ist. Inzwischen baut Weiss auch ein Robotik-Portfolio auf. Die Delta-Roboter der DR-Serie von Weiss mit zwei bis fünf Achsen sind auf die Montage und Handhabung im High-Speed-Bereich ausgelegt – vor allem bei Anwendungen in der Verpackungsindustrie und der Elektronikbranche.

Dafür bieten die Weiss-Deltas sowohl hohe Geschwindigkeit als auch Präzision. Mit der eigenen, vorkonfigurierten Steuerung lassen sich die Delta-Roboter direkt in Betrieb nehmen und in die Anlage integrieren – ohne vertiefte Programmierkenntnisse. Die High-Speed-Delta-Roboter von Weiss bieten eine sehr große Typenvielfalt mit Nenntraglasten von 0,5 bis 50 kg sowie Arbeitsbereichen von 200 bis 2.000 mm und bis zu 200 Zyklen pro Minute. Alle Steuerungskomponenten integrierbar in die Anlagensteuerung.

Mehr zum Thema Industrierobotik:

https://automationspraxis.industrie.de/industrierobotik/

Wer sind die wichtigsten Industrieroboter-Hersteller der Welt?

https://automationspraxis.industrie.de/robotik/industrierobotik-das-sind-die-wichtigsten-roboter-hersteller-weltweit/


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