Robotik Effektiv automatisieren mit einer Achse

Quelle: Pressemitteilung von Yamaha Motor Europe

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Einachsige Roboter bieten einen effektiven Einstieg in die Integration von Robotern in automatisierte Prozesse, etwa für Transport- und Positionieraufgaben. Aktuelle Modelle bieten hohe Genauigkeit, Geschwindigkeit und Benutzerfreundlichkeit, kombiniert mit hilfreichen Software-Tools.

Einachsroboter mit hoher Genauigkeit und Lebensdauer: Für Anwendungen, die eine möglichst kurze Zykluszeit erfordern, können die Robonity AGXS-Modelle von Yamaha mit bis zu 2 g beschleunigen und abbremsen
Einachsroboter mit hoher Genauigkeit und Lebensdauer: Für Anwendungen, die eine möglichst kurze Zykluszeit erfordern, können die Robonity AGXS-Modelle von Yamaha mit bis zu 2 g beschleunigen und abbremsen
(Bild: Yamaha Motor Robotics FA Section)

Was haben Sie vor Augen, wenn Sie das Wort Roboter hören: einen Industriekoloss, der eine Fahrzeugkarosserie stemmt, oder einen kleinen Cobot, der Hand in Hand mit einem menschlichen Kollegen bei der Montage hilft? Dass es neben diesen beiden Robotik-Extremen weitere Varianten gibt, gerät häufig in den Hintergrund.

Konsistente Abläufe

Zu Unrecht, wie das Beispiel einachsige Roboter zeigt: Diese Varianten gelten als besonders einfach zu verstehen und einzusetzen. Sie automatisieren bereits eine Vielzahl von Aufgaben in Fabriken und Logistikzentren. Manchmal arbeiten sie einzeln, oft aber auch in Gruppen, die von einer zentralen Steuerung koordiniert werden. Sie sorgen stets für einen höheren Durchsatz sowie Wiederholgenauigkeit und Konsistenz der Abläufe.

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Sie lassen sich zudem mit zwei- oder dreiachsigen Robotern kombinieren, um etwa die Herausforderungen der Handhabung und Montage zu bewältigen. Dazu gehören das Umfüllen von Schüttgut in einzelne Trays oder Paletten, Abläufe wie Zuführen und Schneiden sowie das Positionieren von Vorrichtungen und Werkzeugen.

Zum kartesischen Roboter kombinieren

Einachsige Roboter können zu kundenspezifischen kartesischen Robotern kombiniert werden
Einachsige Roboter können zu kundenspezifischen kartesischen Robotern kombiniert werden
(Bild: Yamaha Motor Robotics FA Section)

Alternativ können zwei oder mehr Lineareinheiten zusammenarbeiten, um Aufgaben auszuführen, die eine hohe Genauigkeit erfordern, wie Laserschneiden, Lackieren oder Dosieren. Durch die Kombination von einachsigen Robotern, die speziell für jede Achse ausgewählt wurden, kann mit geringem Aufwand ein kundenspezifischer kartesischer Roboter realisiert werden.

Eine Lineareinheit kann auch mit einem kartesischen Roboter, der an dieselbe Steuerung angeschlossen ist, zusammenarbeiten, wenn mehrere Achsen erforderlich sind. Für die Ansteuerung des kartesischen Roboters wird in der Regel eine Steuerung wie die Yamaha

RCX340 gewählt, die einen oder mehrere zusätzliche einachsige Roboter steuern kann, die als Teil desselben vereinheitlichten, koordinierten Systems arbeiten. So können Systemintegratoren die Roboter so konfigurieren, dass sie auch komplexe Abläufe bewältigen können, wobei das System bei Bedarf flexibel erweitert werden kann.

Erhöhte Steifigkeit für eine präzise Positionierung

Steifigkeit ist eine der wichtigsten Eigenschaften eines einachsigen Roboters. Sie ist erforderlich, um eine präzise und wiederholgenaue Positionierung zu gewährleisten und die freie Bewegung des Schlittens mit minimaler Reibung zu ermöglichen. Auch die Konstruktion der zugehörigen Halterungen und Unterstützungen kann vereinfacht werden, was Platz und Kosten spart. Andererseits sind kompakte Abmessungen erwünscht, um die vom Roboter beanspruchte Produktionsfläche zu minimieren. Durch fortschrittliche Konstruktionstechniken ist es möglich, die Baugröße zu verringern und gleichzeitig die Steifigkeit in allen Achsen zu erhöhen.

Einachsiger Roboter ABAR05 mit hoher Steifigkeit.
Einachsiger Roboter ABAR05 mit hoher Steifigkeit.
(Bild: Yamaha Motor Robotics FA Section)

Die neuesten Einachsroboter der Robonity-Serie von Yamaha mit hoher Steifigkeit verfügen über eine einteilige Konstruktion und eine integrierte Linearführung. Durch diese Verbesserungen konnte die Steifigkeit um bis zu 300 % erhöht und gleichzeitig die Schienenbreite verringert werden. Der ABAR05 ist nur 54 mm breit, was eine Einsparung von 17 % im Vergleich zu typischen Alternativen bedeutet. Es ist keine externe Führung erforderlich, was die Konstruktion vereinfacht. Durch die erhöhte Steifigkeit bleibt die Geradlinigkeit des Roboters bei radialer Belastung erhalten. Das Spiel in Drehrichtung wird verhindert, und die an der Spitze der Stange angebrachten Werkzeuge erreichen eine Genauigkeit von ±0° ohne Drehung. Die Roboter sind mit einer Hublänge von bis zu 1100 mm erhältlich.

Durch die jüngsten Konstruktionsverbesserungen konnte auch die Gesamthöhe reduziert werden. Ein großer Vorteil dieser neuen, schlankeren Roboter ist der niedrigere Schwerpunkt, der die Leistung erhöht, wenn er als x-Achse eines speziell angefertigten kartesischen Roboters verwendet wird. Der ABAS12 ist 76 mm hoch und 120 mm breit. Darüber hinaus maximiert das neue Design den Hub im Verhältnis zur Gesamtlänge. Die reduzierte Länge, Breite und Höhe bei gleichzeitig erhöhter Steifigkeit und ähnlichem Hubbereich im Vergleich zu alternativen Modellen tragen zu einer deutlichen Verkleinerung der Anlagenausrüstung bei.

Weitere Platzeinsparungen ergeben sich aus dem Design der Steuereinheit. Die EP-01-Steuerung für Robonity-Roboter ist mit einer Breite von nur 40 mm 37 % schmaler als alternative Module.

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Bei der Auswahl eines einachsigen Roboters sollte auch die Art des Antriebsmotors berücksichtigt werden. Die Robonity-Serie von Yamaha umfasst Roboter mit einer geschliffenen Kugelumlaufspindel, die für die Auslegung mit einem Servomotor ausgelegt ist. Das Sortiment umfasst komplette Einheiten mit Geschwindigkeiten von bis zu 2400 mm/s. Es gibt auch motorlose Aktuatoren, die mit Industriestandardmotoren bis zu 400 W kompatibel sind.

Kostengünstige Lösung für Transportaufgaben

Alternativ können Schrittmotorroboter wie die Transervo-Serie eine kostengünstige Lösung mit der Funktionalität eines Servomotors für Anwendungen bieten, die eine geringere Nutzlast erfordern und bei denen die Höchstgeschwindigkeit nicht von Bedeutung ist. Ein einachsiger Roboter mit Linearmotor könnte wiederum die kostengünstigste Lösung für eine Anwendung sein, bei der leichte Werkstücke über lange Strecken mit hoher Geschwindigkeit transportiert werden müssen. Dazu stehen Roboter sind mit einem maximalen Hub von mehr als vier Metern und einer maximalen Geschwindigkeit von 2.500 mm/s bei einer Positionswiederholgenauigkeit von ±5 µm zur Verfügung.

Mit einer einfachen Simulation lässt sich die Lebensdauer des Roboters vorhersagen.
Mit einer einfachen Simulation lässt sich die Lebensdauer des Roboters vorhersagen.
(Bild: Yamaha Motor Robotics FA Section)

Bei der Evaluierung von einachsigen Robotern für eine Anwendung mit einer oder mehreren Einheiten sollten auch die unterstützenden Werkzeuge für die Einrichtung und Fehlerbehebung berücksichtigt werden. Yamahas webbasierter Simulator hilft bei der Auswahl der optimalen Spezifikation. Der Benutzer kann nach der Beschreibung grundlegender Parameter schnell wichtige Kriterien wie die voraussichtliche Zykluszeit und die Lebensdauer des Kugelgewindetriebs berechnen.

Bei der Einrichtung des Systems arbeitet die Robotersteuerung EP-01 mit der PC-Anwendung EP Manager zusammen, die bei der Analyse und Feinabstimmung hilft. Die Benutzer können wichtige Details zu den Nutzungsbedingungen eingeben, einschließlich Transportmasse, Positionsdaten und Betriebsart. So lässt sich die Leistung in einer virtuellen Umgebung beurteilen, ohne dass schon reale Hardware zum Einsatz kommt. Die Simulation liefert umfassende Ergebnisse, darunter die Gesamtbetriebszeit, die Zeit für einzelne Vorgänge, die Höchstgeschwindigkeit und die Beschleunigung.

Schnelle und einfache Installation

Zu den besonderen Konstruktionsmerkmalen der einachsigen Robonity-Baureihe gehört der Zugang zu den Befestigungspunkten, die eine schnelle und einfache Installation jeder Einheit von oben oder unten ermöglichen, ohne dass äußere Teile entfernt werden müssten.

Einachsroboter mit hoher Genauigkeit und Lebensdauer: Für Anwendungen, die eine möglichst kurze Zykluszeit erfordern, können die Robonity AGXS-Modelle von Yamaha mit bis zu 2 g beschleunigen und abbremsen
Einachsroboter mit hoher Genauigkeit und Lebensdauer: Für Anwendungen, die eine möglichst kurze Zykluszeit erfordern, können die Robonity AGXS-Modelle von Yamaha mit bis zu 2 g beschleunigen und abbremsen
(Bild: Yamaha Motor Robotics FA Section)

Für Anwendungen, die eine möglichst kurze Zykluszeit erfordern, können die Robonity AGXS-Modelle mit bis zu 2 g beschleunigen/abbremsen, während herkömmliche Geräte in der Regel nur mit maximal 0,5 g arbeiten. Die AGXS (Bild 4) ist eine hoch entwickelte Serie mit geschliffenen Kugelumlaufspindeln für hohe Genauigkeit und Lebensdauer.

AGXS-Roboter sind bereit für den Einsatz in hygienisch kritischen Bereichen wie bei der Lebensmittelzubereitung und der Produktion von Kosmetika oder Arzneimitteln. Sie sind mit rostfreien, staubdichten Abdeckungen ausgestattet und ihre reibungsarmen Laufrollen minimieren das Schleifen, das Staub und Partikel erzeugt. Ein Absauganschluss ermöglicht es, Fremdkörper sicher aus den Mechanismen zu entfernen.

Effektiver Einsteig in die Automatisierung

Einachsige Roboter bieten einen effektiven Einstieg in die Integration von Robotern in automatisierte Prozesse. Zu den Vorteilen gehören die unkomplizierte Auswahl, Gestaltung und Verwendung. Die wichtigsten Auswahlkriterien sind hohe Steifigkeit, kompakte Abmessungen und Servo-, Schritt- oder Linearmotorantrieb für optimale Beschleunigung und Geschwindigkeit. Wirksame Simulations- und Analysewerkzeuge können ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal darstellen, das die Einrichtung und langfristige Wartung erheblich erleichtert. (jv)

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