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Fachartikel aus MECHATRONIK 12, S. 47 bis 49

Rollon

Die siebte Achse für Roboter

Mit dem Konzept der siebten Achse erhalten Roboteranwendungen einen größeren Arbeitsbereich. Dabei bewegt sich der komplette Roboter auf einer bodennahen Linearachse.

Rollon bietet mit der Produktfamilie Seventh Axis aus der Actuator System Line eine gute Lösung, um den Aktionsradius von Industrierobotern einfach und wirtschaftlich zu erweitern. Das variantenreiche Baukastensystem ermöglicht mit abgestuften Baugrößen und viel Zubehör eine perfekt auf die jeweilige Anwendung abgestimmte Konstruktion. Sinnvoll ist der Einsatz einer siebten Achse zum Beispiel, wenn der Roboter Aufgaben an mehreren Orten ausführen soll, um besser ausgelastet zu sein. So kann ein sechsachsiger Knickarm-Roboter zum Beispiel auf der Linearachse parallel zu einer Produktionsstraße mitlaufen und dabei Manipulationen vornehmen. Durch das geringe Eigengewicht des Seventh Axis-Systems treten vergleichsweise geringe Deckenlasten auf, so dass die Lösung mit der siebten Achse auch bei unterkellerten Fertigungshallen eine Option ist. Auch zum mobilen Feeder-Roboter, der mehrere Aufgabepunkte für Werkstücke bedient, lässt er sich erweitern. Die Einsatzbereiche des Systems erstrecken sich auf die Palettierung, die Bedienung von Werkzeugmaschinen, das Biegen und Handhaben von Blechen, Schweiß- und Lackierroboter sowie das Verkleben von Bauteilen.

Rollon bringt Roboter in Bewegung

Seventh Axis ist ein Shuttle-System zur Bewegung von Robotern über lange Strecken und mit hoher Dynamik. Rollon nutzte für die Entwicklung seine Kompetenz aus dem Aluminium-Portalbau und verwendet die entsprechend entwickelten Alu-Profile für die Reichweitenerweiterung der Roboter. Das modulare in sieben verschiedenen Baugrößen erhältliche Shuttle-System lässt sich einfach in jede Anwendung integrieren und kann alle Arten kleiner bis mittlerer Roboter bis 2.000 kg Gewicht und mit einer Nutzlast bis ca. 300 kg tragen und bewegen. Die Produktfamilie wird nach unten von der Baugröße mit einem einfachen 220er Profil in einfacher Ausführung und nach oben durch zwei parallele 360er Profile abgegrenzt. Der Grundaufbau ist dabei immer gleich, was für eine schnelle und flexible Montage sorgt. Insgesamt sechs der sieben Baugrößen sind für Anwendungen unterhalb von 1.000 kg Gesamtgewicht (Nutzlast des Roboters + Eigengewicht des Roboters) ausgelegt und bilden damit die feingliedrigste Abstufung am Markt. Das spart Kosten durch die präzisere Dimensionierbarkeit der Achse für den jeweils eingesetzten Robotertyp. Seventh Axis bietet besonders hohe Dynamik, weil die Schlitten aus leichtem Aluminium gefertigt werden, wodurch sich die Eigenträgheit reduziert. Das ist insbesondere für Roboter mit dynamischen Handhabungsaufgaben von Vorteil.

Zubehör erweitert die Vielfalt

Das Baukastensystem umfasst alle erforderlichen Komponenten sowie umfangreiches Zubehör und eignet sich für die Wandbefestigung, zur Montage am Boden und für die Deckeninstallation. Bei Wand- oder Deckenmontage ergibt sich eine Platzersparnis und die Fläche über dem Boden kann zum Beispiel für den Materialfluss genutzt werden. Bei der Gesamtkonstruktion wurde besonderes Augenmerk auf qualitativ hochwertige Komponenten wie schrägverzahnten Zahnstangen mit geschliffenen Zähnen gelegt. Seventh Axis ist standardmäßig mit einer Abdeckung der Zahnstange, optional für Linearführung und Zahnstangen oder mit einer vollständig begehbaren Abdeckung erhältlich. Einzelne Linearachsen können bis zu zwölf Meter mit Profilen an einem Stück ausgeführt werden. Durch die Verbindung mehrerer Profile über selbstzentrierende Einsätze kann im Prinzip eine beliebige Reichweite erzielt werden. Rollon bietet für die großen Baureihen der Produktfamilie maximale Hübe von 46 Metern an. Die Montage kann dank Stahlstreben und Füßen mit zwei verschiedenen Einstellsystemen einfach vorgenommen werden. Die Achse verfügt standardmäßig nach jeweils einem Meter über eine Verschraubung, mit der sie zum Beispiel am Hallenboden befestigt werden kann. Dadurch werden alle auftretenden Momente und Kräfte so sicher abgestützt, dass auch der Einsatz mehrerer Roboter auf einer Achse möglich ist. Es können also zwei Roboter mit zwei Schlitten auf der Achse montiert werden und dann zum Beispiel gemeinsam an einem Werkstück arbeiten. Mehr als zwei Roboter sind ebenfalls möglich. Auch zusätzliche Wagen ohne Roboter können integriert werden. Der Anwender kann dann auf zusätzliche Wagen sein Werkstück setzen, um so die Taktung des Prozesses sowie die benötigte Reichweite des Roboters zu optimieren.

Mit dem Roboter durch die Halle

In einer aktuellen Anwendung realisierte Rollon mit einer siebten Achse die lineare Positionierung des Roboters in einer Schweißzelle. Als Roboter kommt ein Kuka KR 16 arc HW zum Einsatz. Der Roboter hat ein Gewicht von 245 kg und erreicht eine Nutzlast von 16 kg. Die maximale Reichweite des Sechsachs-Roboters von 1.636 mm wird durch die siebte Achse um einen Hub von sechs Metern erweitert. Dadurch wird sein Arbeitsbereich sehr wirtschaftlich vergrößert. Auf der Achse wird der Roboter in dieser Anwendung mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s und einer Beschleunigung von 1 m/s2 verfahren. Maximal sind Verfahrgeschwindigkeiten bis zu 4 m/s möglich.

Die Wiederholgenauigkeit der Linearachsen liegt im Bereich der Wiederholgenauigkeit der Roboter, d.h. Seventh Axis kann auch für die aktive Bearbeitung an großen Werkstücken eingesetzt werden. Dann sind die sechs Achsen des Roboters und die Linearachse simultan im Betrieb.

Handhabung oder Bearbeitung

Bei der Konzeption des Achssystems muss klar zwischen Be- und Entladefunktionen und aktiver Werkstückbearbeitung, beispielsweise durch Bohren oder Fräsen, unterschieden werden, um die Genauigkeits- und Steifigkeitsanforderungen genau prüfen und berücksichtigen zu können. Für den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen können auch prismatische Linearführungen eingesetzt werden, die ohne Schmiersystem betrieben werden können.

Für den Aufbau der siebten Achse griff Rollon auf ein Seventh Axis-System mit zwei parallelen Statyca-Portalprofilen (170 × 120 mm) und einer schrägverzahnten, gehärteten und geschliffenen Präzisionszahnstange zurück. Die in den Profilen integrierten Nuten können dabei als einfache Montagemöglichkeit für externe Komponenten genutzt werden, seien es mechanische Bauteile oder elektrische, wie Sensoren. Hinzu kamen Rollenumlaufführungen in Baugröße 25, die als vormontierte Systemlösung mit Bodenplatten und Nivellierschrauben für die einfache Vor-Ort-Montage und Höhenjustage geliefert wurden. Der Kunde braucht so ein mit Energiekette und Getriebe geliefertes Achssystem dann nur noch mit dem Getriebeflansch an seinen Motor anzuschließen. Die maximale Wiederholgenauigkeit des Systems beträgt ± 0,05 mm.

Die Kosten eines solchen Systems hängen vom Anwendungsfall ab. Grundsätzlich gilt: Je größer die benötigte Reichweite für den Prozess ist, desto mehr spart der Anwender durch die Kombination aus Roboter und Linearachse im Vergleich zu zwei oder mehreren Einzelrobotern. Der Roboter ist flexibel einsetzbar und die Linearachse ist schneller und günstiger als ein Roboter. Kombiniert man beides, hat man die Anwendungsvielfalt des Roboters verfügbar, kann diesen jedoch wirtschaftlich mehreren Arbeitsstationen zuweisen, die schnell angefahren werden können.

Das gesamte Konzept der siebten Achse bietet höhere Flexibilität als eine Roboter-OEM-Lösung und ist bei Robotern bis etwa 2.000 kg Gesamtgewicht (Nutzlast + Eigengewicht) eine wirtschaftliche Alternative zur Stahlbauweise. Auch die Auslegung des Getriebes und des Servomotors gehört mit zur Rollon-Serviceleistung.