Gelenkroboter: Der ultimative Leitfaden zu den vielseitigsten Industrierobotern

Gelenkroboter sind die heute am häufigsten eingesetzten Industrieroboter. Erfahren Sie, warum das so ist, was sie leisten und wann Sie sie einsetzen sollten.

Ein Gelenkroboter verfügt über Drehgelenke und kann bis zu 10 oder mehr Achsen haben. Dies verleiht ihm eine große Bewegungsfreiheit und damit enorme Vielseitigkeit. Seine Präzision und Bewegungsart ahmen den menschlichen Arm eng nach. Gelenkroboter sind aus der Fertigungsindustrie nicht mehr wegzudenken. Lassen Sie uns diese spezialisierten Roboter in den folgenden Abschnitten genauer betrachten:

• Standardanwendungen für Gelenkroboter
• Branchen für Gelenkroboter
• Wann sollten Sie einen Gelenkroboter einsetzen?
• Was kosten Gelenkroboter?

Standardanwendungen für Gelenkroboter

Gelenkroboter bieten im Vergleich zu anderen Roboterarten ein breites Spektrum an Fähigkeiten. Das macht sie für die meisten Anwendungen zur ausgezeichneten Wahl. Typische industrielle Anwendungen sind:

• Materialhandling
• Schweißen
• Montage
• Maschinenbeschickung

Materialhandling

Materialhandling ist eine häufige industrielle Anwendung für Gelenkroboter. Dazu gehören Aufgaben wie Palettieren, Pick-and-Place und Bin-Picking. Gelenkroboter eignen sich hervorragend dafür, da sie für hohe Traglasten und große Reichweiten skalierbar sind. Diese Anwendungen werden für andere Roboterarten schnell zu anspruchsvoll. Ein Delta-Roboter kann Pick-and-Place-Aufgaben zwar sehr schnell ausführen, aber was ist, wenn das Teil ein schwerer Stahlblock ist? Plötzlich ist die Aufgabe für den Delta nicht mehr machbar. Zur Veranschaulichung: Hochwertige Gelenkarm-Modelle können Traglasten von 1000 kg und mehr bewältigen. Ein großer Delta-Roboter schafft lediglich 10–20 kg.

Schweißen

Schweißen war eine der ersten Anwendungen für Industrieroboter. Ein Hauptgrund für ihre Exzellenz hier ist ihre Geschicklichkeit. Schweißanwendungen erfordern oft präzise Bewegungen in bestimmten Winkeln. Diese Winkel sind mit anderen Robotern wie SCARAs oder Deltas schlicht nicht erreichbar. Der Einsatz des falschen Roboters beim Schweißen kann die Qualität der Schweißnaht massiv beeinträchtigen.

Montage

Gelenkroboter sind aus mehreren Gründen ideal für Montageanwendungen. Ihre Gelenke ermöglichen Bewegungen, die andere Roboter nicht ausführen können. Ihre Tragfähigkeit erlaubt das Bewegen von Lasten, die andere Roboterarten nicht heben können. Sie sind präzise genug für kleinste Montageaufgaben. Aus diesem Grund werden die meisten automatisierten Montageaufgaben von Gelenkrobotern durchgeführt.

Maschinenbeschickung

Maschinenbeschickung ist eine weitere häufige Aufgabe für Gelenkroboter. Automatisierte Maschinenbeschickung ermöglicht das Be- und Entladen von Rohmaterialien in Maschinen. Auch hier ermöglichen die überlegene Reichweite und Geschicklichkeit des Roboters herausragende Ergebnisse. Moderne Maschinenbeschickungsroboter können alles übernehmen: vom Teileladen über das Öffnen und Schließen der Tür bis hin zum Starten des Programms über das HMI.

Der Markt für Gelenkroboter wird voraussichtlich im Zeitraum 2021–2026 eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von über 12 % verzeichnen, getrieben durch Automatisierung, Individualisierung und Arbeitssicherheit in der gesamten Industriebranche.

Branchen für Gelenkroboter

Gelenkroboter decken ein breites Spektrum der gängigsten Roboteranwendungen ab. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit finden sie sich in fast allen Industriebereichen. Häufige Beispiele sind:

• Automobilindustrie
• Metallverarbeitung
• Elektronik
• Lebensmittel- und Getränkeindustrie
• Pharmazie

Automobilindustrie

Die Automobilindustrie war eine der ersten, die Industrieroboter einsetzte. Sie bleiben bei Automobilherstellern jeder Größe beliebt. Hohe Traglasten und große Reichweiten sind typische Anforderungen in der Automobilfertigung, da Bauteile oft groß und schwer sind. Diese Faktoren machen Gelenkroboter zur einzigen Wahl für die Automatisierung dieser Aufgaben. Dies ermöglicht höhere Produktionsvolumina und sicherere Arbeitsumgebungen.

Elektronik

Präzision und Geschicklichkeit sind typische Merkmale der Anwendungen in dieser Branche. Kleine Komponenten erfordern präzise Bewegungen für die korrekte Platzierung. Automatisiertes Löten erfordert geschickte Bewegungen ähnlich wie beim Schweißen. Dazu muss die Ausrüstung Winkel erreichen, die andere Roboterarten nicht realisieren können. Einige Anwendungen verlangen Präzision im Mikrometerbereich. Die meisten Gelenkarme können aufgrund ihrer mechanischen Konstruktion diese Genauigkeit nicht erreichen.

Pharmazie

Die Pharmaindustrie stellt höchste Ansprüche an Präzision, Sauberkeit und Rückverfolgbarkeit. Gelenkroboter bieten die für die meisten pharmazeutischen Anwendungen erforderliche Präzision. Sie können mit abgedichteten Gelenken und Schutzhüllen konfiguriert werden – kritische Voraussetzungen für Maschinen in Reinräumen. Typische Anwendungen sind Pick-and-Place, Dosieren und Scannen.

Wann sollten Sie einen Gelenkroboter einsetzen?

Nun kennen Sie die Grundlagen von Gelenkrobotern und gängige Anwendungen. Wie jede Maschine haben auch Gelenkroboter Stärken und Grenzen. Diese zu verstehen, hilft Ihnen, eine fundierte Entscheidung für den Einsatz in Ihrem Unternehmen zu treffen. Der Business Case und die Anwendungsgeeignetheit sind entscheidende Faktoren.

Business Case

Gelenkroboter können Ihre Rentabilität erheblich steigern. Bestimmte Situationen führen dazu, dass Sie über Automatisierung nachdenken. Beispiele hierfür sind:

• Höhere Durchsatzanforderungen
• Sicherheitsrisiken für menschliche Bediener
• Kostensenkungen

Dies sind häufige Gründe für Hersteller, zu automatisieren. Menschen haben eine begrenzte Arbeitsgeschwindigkeit und ermüden. Automatisierte Anlagen übertreffen oft die menschliche Geschwindigkeit und halten sie so lange durch, wie der Roboter läuft. Gelenkroboter sind nicht die schnellsten Roboter auf dem Markt, aber für viele Anwendungen übertreffen sie dennoch menschliche Bediener.

Die Sicherheit der Bediener kann Hersteller veranlassen, diese von gefährlichen Aufgaben abzuziehen – etwa bei Verletzungsrisiken durch Heben, Schneiden oder Maschinenbedienung. Die Automatisierung schützt Mitarbeiter und spart Kosten durch Ausfallzeiten und Strafen. Wichtig: Roboter sind inhärent gefährlich. Ein Gelenkroboter ohne Risikominderung kann gefährlicher sein als der manuelle Prozess. Gelenkroboter müssen mit geeigneten Schutzeinrichtungen installiert werden, um das Verletzungsrisiko zu minimieren.

Kostensenkungen sind in der heutigen wettbewerbsintensiven Fertigungsumgebung ein häufigster Automatisierungsgrund. Automatisierte Fertigungslinien sind im großen Maßstab oft effizienter als manuelle. Dies senkt die Stückkosten. Zudem werden Teile durch weniger Produktionsfehler konsistenter gefertigt. Wie Sie später erfahren, sind Gelenkroboter teuer. Umso wichtiger ist es, sicherzustellen, dass die Kostensenkungen nach Abzug der Projektkosten einen Nettonutzen bringen.

Ihre geschäftlichen Herausforderungen sollten bestimmen, was und wie viel Sie automatisieren. Es ist essenziell zu verstehen, welche Projekte am meisten von Gelenkroboter-Automatisierung profitieren. Unser Potenzial-Finder-Tool hilft Ihnen, Schlüsselprojekte zu identifizieren, die sich für die Automatisierung in Ihrem Unternehmen eignen.

Anwendungsgeeignetheit

Bei der Roboterautomatisierung haben Sie viele Optionen. Die Anwendungsgeeignetheit ist der kritischste Faktor für ein erfolgreiches Roboterprojekt. Das Verständnis der spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung ist unerlässlich. Gelenkarme können die meisten Anwendungen ausführen, sind aber nicht immer die optimale Lösung.

Wenn die Anwendung höhere Geschwindigkeiten erfordert, als der Gelenkroboter liefern kann, sind Delta-Roboter oft die bessere Wahl. Beispiel: High-Speed-Pick-and-Place. Hier ist ein Hochgeschwindigkeitsroboter ideal. Angenommen, sowohl ein 6-Achs- als auch ein Delta-Roboter können die Aufgabe bewältigen. Ein 6-Achs-Roboter erreicht typischerweise Geschwindigkeiten von einigen hundert Grad pro Sekunde. Ein Standard-Delta-Roboter überschreitet leicht 1000 Grad pro Sekunde. Die Wahl des 6-Achs-Roboters, obwohl der Delta die Aufgabe schneller erledigen könnte, lässt wertvolle Produktivität ungenutzt.

Andererseits werden extrem hohe Präzisionsanforderungen gestellt. Hier werden Gelenkarme von Portalrobotern (Cartesian Robots) übertroffen. Portalroboter erreichen Mikrometer-Präzision. Die meisten anderen Roboterarten schaffen nur Zehntel- oder Hundertstel-Millimeter. Die Wahl des falschen Roboters begrenzt Ihren Ertrag oder führt zum Scheitern.

Gelenkarme glänzen in Anwendungen, die hohe Flexibilität erfordern. Schweißen ist ein Paradebeispiel. Ein Gelenkarm ist ideal, weil er präzise an komplexen Winkeln manövrieren kann, um die notwendigen Nähte zu schweißen. Stärkere Roboterarten wie Portalroboter, SCARAs oder Deltas würden in einer Umgebung, die flexible Bewegung erfordert, Schwierigkeiten haben.

Im Zweifel empfehlen wir, Experten zu konsultieren, die Sie bei der Auswahl robotergestützter Lösungen für Ihre spezifischen Projekte und Herausforderungen beraten können.

Was kosten Gelenkroboter?

Gelenkroboter befinden sich am teureren Ende des Roboter-Spektrums. Der Roboterarm selbst ist kostspielig, aber mehrere weitere Faktoren führen zu typischen Projektkosten von über 100.000 USD. Zu diesen Faktoren gehören:

• Integrationskosten
• Schulung
• Endeffektoren (Greifer, Werkzeuge)
• Sicherheitsausrüstung
• Wartung

Es ist entscheidend, diese Kosten in Ihre ROI-Berechnung einzubeziehen. Verstehen Sie, dass Sie mehr als nur die Anschaffungskosten des Roboterarms tragen. Viele dieser Kosten sind variabel und anwendungsabhängig. Hochkomplexe Projekte haben höhere Integrationskosten aufgrund der Implementierungs- und Programmierkomplexität. Gefährlichere Anwendungen erfordern mehr Sicherheitshardware.

Roboterprojekte haben einen hohen Preis. All diese Kosten müssen bei der Berechnung des Return on Investment (ROI) eines Gelenkroboters berücksichtigt werden. Dann müssen Sie abwägen, was Sie durch die Automatisierung gewinnen. Dazu gehören:

• Erhöhter Durchsatz
• Konstantere Produktionsqualität
• Effizienzgewinne
• Kostensenkungen

Sie können auch qualitative Faktoren wie Verletzungsrisikominderung oder Qualitätsverbesserungen einbeziehen. Diese Vor- und Nachteile sollten gegeneinander abgewogen werden, um ein ROI-Bild zu erhalten. Dies hilft Ihnen, eine fundierte Entscheidung über ein Automatisierungsprojekt zu treffen.

Trotz ihrer hohen Kosten haben Hersteller seit Jahrzehnten ihre Bilanz durch den Einsatz von Gelenkrobotern positiv beeinflusst. Sie können unser Lieferantenverzeichnis durchsuchen, um mit Anbietern in Ihrer Nähe in Kontakt zu treten und Ihre Automatisierungsreise zu starten.