Lineartechnik Die siebte Achse macht den Roboter flexibler

Von Stefanie Michel Lesedauer: 6 min

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Die Robotik ist aus der Automatisierung nicht mehr wegzudenken. Gerade beim Handling oder der Montage ist in manchen Anwendungsfällen jedoch ein breiterer Bewegungsradius gefragt. Eine lineare Achse, auf der der Roboter verfährt, macht dann den Unterschied.

Linearführungen können sowohl bei Industrierobotern als auch bei Cobots den Bewegungsradius erweitern. Das macht den Robotereinsatz flexibler.
Linearführungen können sowohl bei Industrierobotern als auch bei Cobots den Bewegungsradius erweitern. Das macht den Robotereinsatz flexibler.
(Bild: © Nataliya Hora - stock.adobe.com)

Roboter in unterschiedlichster Form erleichtern und bereichern in vielen Anwendungen bereits die Industrie. Ein klassischer 6-Achs-Roboter (sechs bewegliche Armglieder) kann fast jede beliebige Position erreichen. Mit den Achsen 1 bis 3, den Grundachsen, positioniert er den Endeffektor im Raum, die sogenannten Handachsen (Achsen 4 bis 6) orientieren schließlich die Roboterhand. Was er jedoch nicht kann: sich selbst im Raum bewegen.

Es gibt aber zahlreiche Anwendungen, für die sowohl Cobots als auch große Industrieroboter einen größeren Aktionsradius benötigen (könnten) – und das leisten spezielle Linearführungen. Der Roboter erhält also seine „7. Achse“, auf der er horizontal oder vertikal verfährt. Wo das von Interesse sein kann? Hier einige Beispiele:

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  • Montage: Eine 7. Achse ermöglicht es dem Roboter, Teile oder Baugruppen in verschiedenen Positionen oder Winkeln zu handhaben. Dadurch lassen sich komplexe Montagevorgänge durchführen, bei denen eine flexible Ausrichtung erforderlich ist.
  • Materialhandling: Eine 7. Achse erweitert den Arbeitsbereich des Roboters, sodass er größere Teile oder Werkstücke handhaben kann. Das kann sich in der Logistik oder auch beim Materialhandling auszahlen, wo große oder sperrige Objekte bewegt werden müssen.
  • Inspektion: Bei Inspektionsaufgaben kann der Roboter dank einer 7. Achse verschiedene Bereiche eines Objekts oder einer Oberfläche (einfacher) erreichen, um Inspektionen durchzuführen. Die Bewegung entlang der Achse erlaubt unterschiedliche Blickwinkel entlang des Produkts.
  • Schweißen und Bearbeitung: In der Metall verarbeitenden Industrie sorgt eine 7. Achse für eine größere Reichweite des Roboters, um große Werkstücke oder Bauteile zu schweißen oder zu bearbeiten. Dies erhöht die Flexibilität in den Bearbeitungsprozessen.
  • Verpackung: In der Verpackungsindustrie kann eine 7. Achse den Robotern helfen, flexible Verpackungslösungen zu realisieren. Der Roboter kann sich entlang der 7. Achse bewegen, um Produkte in verschiedene Positionen zu bringen oder in unterschiedliche Verpackungsstationen zu transportieren.

Die 7. Achse als Komponente für die Automatisierung

Das Potenzial solcher linearen 7. Achsen, also eines Shuttlesystems, ist groß: Beispielsweise kann in bestimmten Fällen ein kleinerer Roboter eingesetzt werden, wenn das Shuttlesystem ihn dafür zu den Bearbeitungsstationen fährt. Zudem wird der Robotereinsatz in Unternehmen deutlich flexibler, sodass sich der Invest schneller amortisiert. So trägt die 7. Achse dazu bei, die Automatisierung in Produktionsbereichen weiter voranzubringen.

Für die Auswahl und Dimensionierung des geeigneten Linearantriebs und der passenden Führung müssen natürlich die Einflussfaktoren und Anforderungen der Anwendung berücksichtigt werden: statische und dynamische Belastungen des Roboters, Verfahrgeschwindigkeit und Beschleunigung, Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit, aber auch die Lebensdauer.

Auf der diesjährigen Automatica werden gerade Komponentenhersteller aus der Lineartechnik entsprechende Lösungen präsentieren, die sich sowohl für den Einsatz mit Cobots als auch mit Industrierobotern eignen. Deshalb wollen wir einige Hersteller von solchen linearen Achsen für Roboter vorstellen.

Schaeffler: Die komplett konfektionierte 7. Achse

Schaeffler bietet sowohl für Cobots als auch für Industrieroboter spezielle Lösungen an. Mit dem Range Extender MD Kuve bietet das Unternehmen angetriebene Linearmodule als individuelle Komplettlösung für Cobots an. Diese plug-and-play-fertigen Tandemmodule sind mit einem Laufwagen ausgestattet, der auf zwei parallel angeordneten, vierreihigen Kugelumlaufeinheiten Kuve-B gelagert ist. Durch den großen Profilquerschnitt und den breiten Stützabstand, der durch die beiden Kugelumlaufeinheiten entsteht, lässt sich eine hohe Steifigkeit realisieren. Mit diesem System sind Verfahrwege bis zu 18 Metern möglich. Die Module werden in drei Baugrößen (15, 25 und 35) und mit einem Dreifach-Zahnriemenantrieb angeboten. Sie lassen sich auch als vertikale Achse einsetzen. Optional ist statt Zahnriemenantrieb auch ein Kugelgewindetrieb erhältlich und es kann ein Wegmesssystem eingesetzt werden.

Während das Modul MD Kuve schon länger zur Verfügung steht, hat Schaeffler nun auch für Industrieroboter ein Angebot geschaffen: So steht ein kompletter Baukasten für die 7. Achse zur Verfügung, aus dem individuelle Lösungen entstehen können. Der Baukasten enthält alle benötigten Antriebskomponenten, beispielsweise Linearführungen als Kugel- oder Rollenumlaufeinheiten mit umfangreichem Zubehör, wie Schaeffler Durasense zur Zustandsüberwachung. Ergänzt wird das Programm für die 7. Achse mit Komponenten und Systemen aus dem Lifetime-Solutions-Programm: darunter automatische Schmierstoffgeber, passende Schmierzahnräder für die zuverlässige Schmierung der Zahnstange sowie den intelligenten Schmierstoffgeber Optime C1.

Rollon: Plug-and-Play-Lösung für UR-Cobots

Rollon bietet für die Integration der Cobots von Universal Robots (UR) ein eigenständiges All-in-One-Paket an. Die UR+-zertifizierten Linearachsen sind individuell konfigurierbar und sollen die Automation auf ein neues Level heben. Üblicherweise ist es langwierig, einen UR-Roboter auf eine Linearachse zu bringen, da sowohl Achsauslegung als auch die Wahl und Anpassung der Steuerung und des Getriebes technisches Know-how und eine ausgeklügelte Softwareprogrammierung erfordern. Aufgrund der Plug-and-Play-Lösung von Rollon sei die Installation der 7. Achse für UR-Roboter hingegen unkompliziert. Die sogenannte CTU – die Cobot Transport Unit – besteht aus einer konfigurierbaren Linearachse, einem Schaltschrank sowie der Software-Komponente für UR Caps und soll mit einfacher Inbetriebnahme und Bedienung überzeugen. Auch Programmierkenntnisse seien nicht erforderlich.

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Die UR+-zertifizierten Linearachsen zeichnen sich laut Hersteller durch eine hohe Systemsteifigkeit, Traglast, Verfahrgeschwindigkeit sowie Positioniergenauigkeit aus und sind in puncto Größe und Leistungsfähigkeit passgenau auf die unterschiedlichen Modelle von Universal Robots abgestimmt.

Alle verfügen über eine robuste Struktur aus einem stranggepressten, eloxierten Aluminiumprofil. Die Antriebskraft wird durch einen stahlverstärkten Zahnriemen aus Polyurethan übertragen. Der UR-Roboter verfährt auf zwei parallelen Profilschienenführungen mit insgesamt vier Laufwagen, die alle auftretenden Lasten und Momente stützen. Die kugelgeführten Systeme gewährleisten eine hohe Tragfähigkeit und Belastbarkeit und punkten darüber hinaus mit einem wartungsarmen Betrieb, geringer Geräuschentwicklung sowie einer langen Lebensdauer.

Igus: Wartungsfreie Komplettlösung für Leichtbauroboter

Auch bei Igus finden Anwender Plug-and-play-Kits für die 7. Achse. Allerdings werden hier inzwischen zahlreiche Leichtbauroboter unterstützt – darunter neben UR auch Epson, Omson, Franka Emika oder Doosan. Die anschlussfertige Komplettlösung besteht aus einer bis zu sechs Meter langen Zahnriemenachse der Serie Drylin ZLW mit zwei Parallelschienen aus Aluminium und einem Zahnriemenantrieb mit Schrittmotor für eine Positioniergenauigkeit von 0,3 Millimetern. Mit dabei ist auch eine Energiekette für die Führung von Energie- und Datenleitungen, ein Schaltschrank-Integrationskit mit Leitungen, Motorcontroller und der jeweiligen Softwarelösung sowie ein Schlitten mit der Adapterplatte, die Igus an die Geometrie Tausender Gelenkarmroboter anpasst.

Alle Komponenten sind aufeinander abgestimmt, sodass Anwender das System laut Hersteller ohne teuren Konstruktions- und Abstimmungsaufwand schnell in Betrieb nehmen und von der neuen Mobilität profitieren können. Anwender sollen nicht nur bei der Planung und Anschaffung der 7. Achse Zeit und Geld sparen, sondern auch im Betrieb. Denn das System arbeitet wartungsfrei. Der Grund: Die Schlitten bewegen sich mithilfe von Drylin-Lineartechnik auf den Aluminiumschienen. Der Hochleistungskunststoff der Lager ermögliche dabei einen reibungsarmen und wartungsfreien Trockenlauf – eine Nachschmierung sei nicht erforderlich.

Item: Wenn Transport und Weiterverarbeitung Hand in Hand gehen

Welche Ideen sich mit solchen Lösungen in der Automatisierung umsetzen lassen, zeigt eine Anwendung von Item. Im Rahmen eines Studentenprojekts wurde ein Range Extender aufgebaut, um verschiedene Produktbereiche miteinander zu verbinden. Im Zentrum stand ein Roboter mit 7. Achse, der während des Transports Werkstücke umsortiert: Eine Linearachse verläuft parallel zu einem sechs Meter langen Gurtförderer. Auf dieser Achse befindet sich ein Cobot, der synchron zur Bewegung des Förderbands Puzzlestücke auf einem Werkstückträger sortiert. Danach wird der Werkstückträger an die Rollenbahn weitergeleitet, die sich parallel zur Linearachse befindet.

Diese Anwendung soll zeigen, wie mit der 7. Achse beispielsweise Warentransport und gleichzeitige Weiterverarbeitung Hand in Hand gehen. Laut Item sind auf diese Weise auch Sortieraufgaben, ergänzt mit optischer Kontrolle, Klebe- und Fügeprozesse und vieles mehr denkbar.

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