Ein Industrieroboter kann ein einfacher Ein-Achsen-Roboter für einfache Transport- und Positionieraufgaben sein oder mehrere Achsen umfassen, die zusammenarbeiten. Die neuesten einachsigen Modelle vereinen fortschrittliche Konstruktionsmerkmale mit Softwaretools zur Verbesserung von Genauigkeit, Geschwindigkeit und Benutzerfreundlichkeit.

Industrieroboter sind dafür bekannt, dass sie die Produktivität steigern. Darüber hinaus ist seit der Pandemie klar, dass sie die Gesundheit der Arbeitnehmer schützen können, indem sie die Zahl der Mitarbeiter in den Fabriken reduzieren und den menschlichen Kontakt mit Bauteilen und Baugruppen verringern. Unter den verschiedenen Arten von Robotern, die es gibt, sind einachsige Roboter 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.

Systemintegratoren können Systeme entwickeln, die auf ein-, zwei- oder dreiachsigen Robotern basieren, um 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.
Andererseits können zwei oder mehr Lineareinheiten zusammenarbeiten, um Aufgaben auszuführen, die hohe Genauigkeit erfordern, wie Laserschneiden, Lackieren oder Dosieren. Ein kundenspezifischer kartesischer Roboter kann durch die Kombination von einachsigen Robotern, die speziell für jede Achse ausgewählt wurden, realisiert werden (Bild 1). Yamaha bietet auch eine Reihe von kartesischen Standardrobotern an, die ab Lager lieferbar sind.

Bild 1: Einachsige Roboter können zu kundenspezifischen kartesischen Robotern kombiniert 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. Sie ist in der Lage, einen oder mehrere zusätzliche einachsige Roboter zu steuern, 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.

Unter https://global.yamaha-motor.com/business/robot/lineup/application/ können einachsige und kartesische Roboter in Aktion beobachtet werden, die eine Vielzahl gängiger industrieller Aufgaben ausführen.

Worauf geachtet werden sollte
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 auch 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.

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 (Bild 2) 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.

Bild 2: Einachsiger Roboter ABAR05 mit hoher Steifigkeit

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.

Wahl der richtigen Ausführung
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 Watt kompatibel sind. Es sind Anbausätze erhältlich, die eine Anpassung der Motorausrichtung entsprechend den Anforderungen der Anwendung ermöglichen.

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. Die neuesten Modelle können fast die vierfache Nutzlast ihrer Vorgänger bewältigen, und die Hubgeschwindigkeit von 1200 mm/s ist um 20 % höher.

Andererseits könnte ein einachsiger Roboter mit Linearmotor die kostengünstigste Lösung für eine Anwendung sein, bei der leichte Werkstücke über lange Strecken mit hoher Geschwindigkeit transportiert werden müssen. Es stehen Roboter sind mit einem maximalen Hub von mehr als vier Metern und einer maximalen Geschwindigkeit von 2500 mm/s bei einer Positionswiederholgenauigkeit von ±5 µm zur Verfügung. Die Gesamtzyklus-Zeitersparnis kann beträchtlich sein, und die Linearmotoren sind zudem geräuscharm und haben einen geringen Verschleiß. Die typische Nutzlast beträgt einige Kilogramm. Phaser MF-Roboter mit Linearmotoren und Hochleistungsmagneten können Objekte bis zu 160 kg bei hohen Geschwindigkeiten transportieren.

Simulation und Einrichtung
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 einiger grundlegender Parameter schnell wichtige Kriterien wie die voraussichtliche Zykluszeit und die Lebensdauer des Kugelgewindetriebs berechnen (Bild 3).

Bild 3: Mit einer einfachen Simulation lässt sich die Lebensdauer des Roboters vorhersagen

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.

Beim Einrichten und Betreiben des Robotersystems in der Fabrikhalle liefert der EP Manager wichtige Informationen wie die Echtzeitverfolgung der tatsächlichen Geschwindigkeit, den Motorlaststatus und die Zeit zum Erreichen bestimmter Positionen. Eine kontinuierliche Überwachung ist möglich, um die Einrichtung zu überprüfen und eine langfristige Analyse und Unterstützung bei der Fehlersuche zu ermöglichen

Das Tool bietet eine Echtzeitverfolgung und ermöglicht die Überprüfung der Alarmhistorie, was die Wartungsfreundlichkeit unterstützt. Die Auswertung der Alarmhistorie erleichtert die Fehleranalyse, indem sie Einblick in Parameter wie Position, Geschwindigkeit, Betriebsbedingungen, Stromwert, Spannung und E/A-Status gewährt. Die Analyse dieser verschiedenen Zustände kann helfen, die Grundursache des Alarms zu ermitteln. Darüber hinaus ermöglicht die Echtzeitverfolgung die Analyse der Status bis zum Auftreten eines Fehlers, um Ursachen wie eine Überlastung des Motors zu ermitteln.

Das EP-01-Steuergerät erzeugt einen Rückmeldeimpuls an einem eigenen Kanal, der vom Standard-Netzwerkanschluss getrennt ist. Dies hilft bei der Analyse und Überwachung, indem es kontinuierlich aktuelle Positionsinformationen liefert, die unabhängig von Kommunikationsverzögerungen im Netzwerk sind. Durch die Echtzeitausgabe der aktuellen Position des Roboters ermöglicht der Rückmeldeimpuls auch eine Kompensation von Geschwindigkeitsschwankungen.

Spezielle Optionen
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.

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.

Bild 4: Hochpräziser Ein-Achs-Roboter Robonity AGXS10

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.

Fazit
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.

Über Yamaha Motor Robotics FA Section

Yamaha Motor Factory Automation Section (FA Section), Unterabteilung der Yamaha Motor Robotics Business Unit von Yamaha Motor Corporation, konzentriert sich auf die Lieferung flexibler, hochpräziser Industrieroboter für die Herausforderungen der Präzisionsautomatisierung.

Die Abteilung hat ihre Wurzeln in der Einführung der Robotertechnologie in die Yamaha-Motorradmontage und verfügt über mehr als 40 Jahre Erfahrung bei der Lösung von Automatisierungsaufgaben von der Montage großer Produkte bis zum Mikrometerbereich. Die Industrieroboter von Yamaha Motor werden heute von weltweit führenden Unternehmen in so unterschiedlichen Bereichen wie der Halbleiterfertigung und der Montage von Elektronikprodukten, Haushaltsgeräten, Automobilkomponenten und großen Flüssigkristallanzeigen eingesetzt.

Yamaha Motor FA Section bietet eine weite Palette von Lösungen für die Roboter-Montage, darunter Einachsroboter, SCARA-Roboter, kartesische und Knickarmroboter. Innovationen wie das Linearfördermodul LCM200R, ein laufruhiger, platzsparender und vielseitigerer Nachfolger konventioneller Band- und Rollenförderer, bestimmen nach wie vor das Tempo in der Fabrikautomatisierung. Die Kerntechnologien der Robotik sowie Schlüsselkomponenten und komplette Robotersysteme werden im eigenen Haus hergestellt, was eine konstante Qualität und Kontrolle der Lieferzeiten sicherstellt.

Yamaha Motor FA Section mit Sitz in Neuss (Deutschland) bedient Kunden in ganz Europa.

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