Die weltweit ersteIndustrieroboterwurde 1962 in den USA geboren. Der amerikanische Ingenieur George Charles Devol, Jr. schlug „einen Roboter vor, der durch Training und Wiedergabe flexibel auf Automatisierung reagieren kann“. Seine Idee löste einen Funken beim Unternehmer Joseph Frederick Engelberger aus, der als „Vater der Roboter“ bekannt ist, und damit dieIndustrierobotermit dem Namen „Unimate (= ein Arbeitspartner mit universellen Fähigkeiten)“ war geboren.
Industrieroboter sind gemäß ISO 8373 Mehrgelenkmanipulatoren oder Roboter mit mehreren Freiheitsgraden für den industriellen Bereich. Industrieroboter sind mechanische Geräte, die automatisch Arbeiten ausführen und verschiedene Funktionen mit eigener Kraft und Steuerung erfüllen. Sie können menschliche Befehle annehmen oder nach vorprogrammierten Programmen arbeiten. Moderne Industrieroboter können zudem nach den Prinzipien und Richtlinien der künstlichen Intelligenz agieren.
Typische Anwendungen von Industrierobotern sind Schweißen, Lackieren, Zusammenbau, Sammeln und Platzieren (wie Verpackung, Palettieren und SMT), Produktinspektion und -prüfung usw.; alle Arbeiten werden effizient, langlebig, schnell und genau ausgeführt.
Die am häufigsten verwendeten Roboterkonfigurationen sind Knickarmroboter, SCARA-Roboter, Delta-Roboter und kartesische Roboter (Überkopf- oder xyz-Roboter). Roboter weisen unterschiedliche Grade an Autonomie auf: Einige Roboter sind so programmiert, dass sie bestimmte Aktionen wiederholt (repetitive Aktionen) zuverlässig, ohne Variation und mit hoher Genauigkeit ausführen. Diese Aktionen werden durch programmierte Routinen bestimmt, die Richtung, Beschleunigung, Geschwindigkeit, Verzögerung und Distanz einer Reihe koordinierter Aktionen festlegen. Andere Roboter sind flexibler, da sie möglicherweise die Position eines Objekts oder sogar die an dem Objekt auszuführende Aufgabe identifizieren müssen. Zur präziseren Führung verfügen Roboter beispielsweise häufig über Bildverarbeitungssubsysteme als visuelle Sensoren, die mit leistungsstarken Computern oder Steuerungen verbunden sind. Künstliche Intelligenz oder alles, was mit künstlicher Intelligenz verwechselt wird, wird in modernen Industrierobotern ein immer wichtigerer Faktor.
George Devol schlug 1954 erstmals das Konzept eines Industrieroboters vor und meldete dafür ein Patent an. (Das Patent wurde 1961 erteilt.) 1956 gründeten Devol und Joseph Engelberger gemeinsam Unimation, basierend auf Devols ursprünglichem Patent. 1959 wurde in den USA der erste Industrieroboter von Unimation entwickelt und läutete damit eine neue Ära der Roboterentwicklung ein. Unimation lizenzierte seine Technologie später an Kawasaki Heavy Industries und GKN, um Unimates-Industrieroboter in Japan bzw. Großbritannien zu produzieren. Zeitweise war Cincinnati Milacron Inc. aus Ohio, USA, Unimations einziger Konkurrent. Ende der 1970er Jahre änderte sich die Situation jedoch grundlegend, als mehrere große japanische Konzerne mit der Produktion ähnlicher Industrieroboter begannen. Industrieroboter erlebten in Europa einen rasanten Aufschwung, und ABB Robotics und KUKA Robotics brachten 1973 Roboter auf den Markt. Ende der 1970er Jahre wuchs das Interesse an der Robotik, und viele amerikanische Unternehmen stiegen in das Feld ein, darunter auch Großkonzerne wie General Electric und General Motors (deren Joint Venture mit dem japanischen Unternehmen FANUC Robotics von FANUC gegründet wurde). Zu den amerikanischen Start-ups zählten Automatix und Adept Technology. Während des Robotikbooms 1984 wurde Unimation von Westinghouse Electric für 107 Millionen Dollar übernommen. Westinghouse verkaufte Unimation 1988 an Stäubli Faverges SCA in Frankreich, das bis heute Knickarmroboter für allgemeine Industrie- und Reinraumanwendungen herstellt und Ende 2004 sogar die Robotiksparte von Bosch übernahm.
Parameter definieren Bearbeiten Anzahl der Achsen – Um sich in einer Ebene überall hin zu bewegen, sind zwei Achsen erforderlich; um sich im Raum überall hin zu bewegen, sind drei Achsen erforderlich. Um die Ausrichtung des Endarms (d. h. des Handgelenks) vollständig zu steuern, sind drei weitere Achsen (Schwenken, Nicken und Rollen) erforderlich. Einige Designs (wie SCARA-Roboter) opfern Bewegung zugunsten von Kosten, Geschwindigkeit und Genauigkeit. Freiheitsgrade – In der Regel identisch mit der Anzahl der Achsen. Arbeitsbereich – Der Bereich im Raum, den der Roboter erreichen kann. Kinematik – Die tatsächliche Konfiguration der starren Körperelemente und Gelenke des Roboters, die alle möglichen Roboterbewegungen bestimmt. Zu den Arten der Roboterkinematik gehören Gelenk-, Kardan-, Parallel- und SCARA-Kinematik. Kapazität oder Ladekapazität – Wie viel Gewicht der Roboter heben kann. Geschwindigkeit – Wie schnell der Roboter seine Endarmposition in Position bringen kann. Dieser Parameter kann als Winkel- oder Lineargeschwindigkeit jeder Achse oder als zusammengesetzte Geschwindigkeit, d. h. in Bezug auf die Endarmgeschwindigkeit, definiert werden. Beschleunigung – Wie schnell eine Achse beschleunigen kann Dies ist ein limitierender Faktor, da der Roboter bei kurzen Bewegungen oder komplexen Bahnen mit häufigen Richtungswechseln möglicherweise nicht seine Maximalgeschwindigkeit erreicht. Genauigkeit – Wie nahe der Roboter an die gewünschte Position kommen kann. Die Genauigkeit wird daran gemessen, wie weit die absolute Position des Roboters von der gewünschten Position entfernt ist. Die Genauigkeit kann durch den Einsatz externer Sensorgeräte wie Bildverarbeitungssysteme oder Infrarot verbessert werden. Reproduzierbarkeit – Wie gut ein Roboter zu einer programmierten Position zurückkehrt. Dies ist nicht mit der Genauigkeit zu vergleichen. Ihm kann gesagt werden, er solle eine bestimmte XYZ-Position anfahren, und er fährt nur bis auf 1 mm genau von dieser Position ab. Dies ist ein Genauigkeitsproblem und kann durch Kalibrierung korrigiert werden. Wenn diese Position jedoch eingelernt und im Speicher der Steuerung gespeichert wird und er jedes Mal bis auf 0,1 mm genau zur eingelernten Position zurückkehrt, dann liegt seine Wiederholgenauigkeit bei 0,1 mm. Genauigkeit und Wiederholbarkeit sind sehr unterschiedliche Messgrößen. Die Wiederholbarkeit ist in der Regel die wichtigste Spezifikation für einen Roboter und ähnelt der „Präzision“ beim Messen – in Bezug auf Genauigkeit und Präzision. ISO 9283[8] legt Methoden zur Messung von Genauigkeit und Wiederholbarkeit fest. Typischerweise wird der Roboter mehrmals in eine gelernte Position gebracht, wobei er jeweils vier weitere Positionen ansteuert und zur gelernten Position zurückkehrt. Der Fehler wird gemessen. Die Wiederholgenauigkeit wird anschließend als Standardabweichung dieser Stichproben in drei Dimensionen quantifiziert. Ein typischer Roboter kann natürlich Positionsfehler aufweisen, die die Wiederholgenauigkeit überschreiten, was auf ein Programmierproblem zurückzuführen sein kann. Darüber hinaus weisen verschiedene Teile des Arbeitsbereichs unterschiedliche Wiederholgenauigkeiten auf, die zudem mit Geschwindigkeit und Nutzlast variieren. ISO 9283 schreibt vor, dass Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit bei maximaler Geschwindigkeit und maximaler Nutzlast gemessen werden. Dies führt jedoch zu pessimistischen Daten, da die Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit des Roboters bei geringeren Lasten und Geschwindigkeiten deutlich besser sind. Die Wiederholgenauigkeit in industriellen Prozessen wird auch von der Genauigkeit des Greifers (z. B. eines Greifers) und sogar von der Konstruktion der Greiffinger beeinflusst, mit denen das Objekt gegriffen wird. Greift ein Roboter beispielsweise eine Schraube am Kopf, kann sich diese in einem zufälligen Winkel befinden. Nachfolgende Versuche, die Schraube in das Schraubenloch einzusetzen, schlagen wahrscheinlich fehl. Situationen wie diese können durch „Einführungsmerkmale“ verbessert werden, beispielsweise indem der Eingang der Bohrung konisch (abgeschrägt) gestaltet wird. Bewegungssteuerung – Bei manchen Anwendungen, etwa einfachen Pick-and-Place-Montagevorgängen, muss der Roboter nur zwischen einer begrenzten Anzahl voreingestellter Positionen hin- und herfahren. Bei komplexeren Anwendungen, etwa Schweißen und Lackieren (Spritzlackieren), muss die Bewegung entlang eines Pfads im Raum mit einer festgelegten Ausrichtung und Geschwindigkeit kontinuierlich gesteuert werden. Energiequelle – Manche Roboter verwenden Elektromotoren, andere hydraulische Antriebe. Erstere sind schneller, letztere leistungsstärker und eignen sich für Anwendungen wie Lackieren, bei denen Funken Explosionen verursachen könnten; die Niederdruckluft im Arm verhindert jedoch das Eindringen von entzündlichen Dämpfen und anderen Verunreinigungen. Antrieb – Bei manchen Robotern sind die Motoren über Zahnräder mit den Gelenken verbunden, bei anderen sind die Motoren direkt mit den Gelenken verbunden (Direktantrieb). Der Einsatz von Zahnrädern führt zu einem messbaren „Spiel“, d. h. der freien Bewegung einer Achse. Kleinere Roboterarme verwenden häufig schnelllaufende Gleichstrommotoren mit geringem Drehmoment, die in der Regel höhere Übersetzungsverhältnisse erfordern, was den Nachteil von Spiel mit sich bringt. In solchen Fällen werden stattdessen oft harmonische Getriebe eingesetzt. Nachgiebigkeit – Dies ist ein Maß für den Winkel oder die Distanz, um die sich eine auf eine Roboterachse ausgeübte Kraft bewegen kann. Aufgrund der Nachgiebigkeit bewegt sich der Roboter bei maximaler Nutzlast etwas tiefer als ohne Nutzlast. Die Nachgiebigkeit beeinflusst auch den Nachlauf in Situationen, in denen die Beschleunigung bei hoher Nutzlast reduziert werden muss.
Veröffentlichungszeit: 15. November 2024
