Industrieroboter

Industrieroboter können nach ihrer Kinematik in parallele oder serielle Roboter unterteilt werden. Parallele Roboter haben mehrere Arme, die an einem gemeinsamen Endeffektor befestigt sind, und können sehr schnelle und präzise Bewegungen ausführen. Serielle Roboter haben einen einzelnen Arm, der aus mehreren Gelenken besteht, und können einen großen Arbeitsraum abdecken.

Roboter mit serieller Kinematik sind die klassischen Industrieroboter, die aus mehreren Gliedern bestehen, die durch Gelenke miteinander verbunden sind. Die Glieder bilden eine Kette, die vom festen Ende (Basis) bis zum beweglichen Ende (Effektor) reicht. Die Bewegung des Effektors wird durch die Drehung der einzelnen Gelenke bestimmt, die jeweils einen Freiheitsgrad haben. Die Position und Orientierung des Effektors werden durch die Transformation der einzelnen Gelenkwinkel berechnet, was als direktes kinematisches Problem bezeichnet wird. Umgekehrt wird das inverse kinematische Problem gelöst, wenn die Gelenkwinkel aus einer gewünschten Position und Orientierung des Effektors bestimmt werden müssen.

Roboter mit paralleler Kinematik sind eine neuere Art von Robotern, die aus mehreren Armen bestehen, die parallel zueinander angeordnet sind und an einem gemeinsamen Effektor befestigt sind. Die Arme sind an einer festen Basis befestigt und haben mehrere Gelenke, die eine komplexe Bewegung des Effektors ermöglichen. Die Bewegung des Effektors wird durch die Längenänderung der einzelnen Arme bestimmt, die jeweils mehrere Freiheitsgrade haben. Die Position und Orientierung des Effektors werden durch die Transformation der einzelnen Armlängen berechnet.

Der Hauptunterschied zwischen Robotern mit paralleler und serieller Kinematik liegt in ihren Anwendungsbereichen. Roboter mit paralleler Kinematik haben im Allgemeinen eine höhere Steifigkeit, Genauigkeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung als Roboter mit serieller Kinematik, da sie weniger bewegliche Teile haben und eine bessere Lastverteilung aufweisen. Sie eignen sich daher für Aufgaben, die eine hohe Präzision und Dynamik erfordern. Roboter mit serieller Kinematik haben im Allgemeinen eine größere Reichweite, Flexibilität und Wendigkeit als Roboter mit paralleler Kinematik, da sie mehr Freiheitsgrade haben und verschiedene Konfigurationen annehmen können. Sie eignen sich daher für Aufgaben, die eine hohe Mobilität und Anpassungsfähigkeit erfordern.

Kollaborierende Roboter, auch Cobots genannt, sind Roboter, die mit Menschen zusammenarbeiten können, ohne dass eine Schutzeinrichtung nötig ist. Sie sind so konzipiert, dass sie die menschlichen Fähigkeiten ergänzen und unterstützen, indem sie schwere, monotone oder gefährliche Aufgaben übernehmen.

Kollaborierende Roboter haben viele Vorteile, wie zum Beispiel:

• Sie sind flexibel und anpassungsfähig an verschiedene Anwendungen und Umgebungen
• Sie sind etwas kostengünstiger als herkömmliche Industrieroboter und benötigen aufgrund des nicht benötigten Schutzzauns weniger Platz alss herkömmliche Industrieroboter
• Sie sind benutzerfreundlich und können von jedem Mitarbeiter ohne spezielle Schulung programmiert und bedient werden.
• Sie erhöhen mit relativ wenig Investition die Produktivität, Qualität und Sicherheit in der Produktion.

Allerdings gibt es auch Grenzen und Herausforderungen bei der Nutzung von kollaborierenden Robotern, wie zum Beispiel:

• Sie haben eine geringere Geschwindigkeit und Traglast als Industrieroboter, was ihre Leistungsfähigkeit und Einsatzmöglichkeiten einschränkt
• Nicht jeder Endeffektor (Greifer oder Bearbeitungswerkzeug) darf angebracht werden da die Verletzungsgefahr ohne Schutzzaun oder andere Sicherheitseinrichtungen zu hoch ist

Eine interessante Tatsache ist, dass die meisten kollaborierenden Roboter nicht als solche eingesetzt sind, sondern eigentlich als Industrieroboter arbeiten.
Das bedeutet, dass sie nicht direkt mit Menschen interagieren, sondern in einem abgetrennten Bereich oder mit anderen Sicherheitseinrichtungen operieren, die bei Annährung die Geschwindigkeit des Roboters reduzieren oder ihn sogar ganz stoppt.

Ein großer Vorteil dieser Roboter ist die sehr einfache Programmierung, die eine schnelle und einfache Anpassung an unterschiedliche Aufgaben ermöglicht. Dadurch ist die Hürde, solche Roboter in einer Produktion einzusetzen, wesentlich geringer als bei klassischen Industrierobotern, für die spezielle Roboterprogrammierer benötigt werden. Die Programmierung erfolgt in der Regel über eine grafische Benutzeroberfläche oder durch Demonstration der gewünschten Bewegungen.

Kollaborierende Roboter sind eine neue Technologie mit dem Potenzial, unsere Arbeitsweise zu verändern. Sie bieten viele Möglichkeiten, die Effizienz, Qualität und Sicherheit in der Industrie zu verbessern, aber auch neue Arbeitsplätze zu schaffen und Kreativität und Innovation zu fördern. Wir müssen uns jedoch auch der Grenzen und Herausforderungen bewusst sein, die diese Technologie mit sich bringt.

Deutschland ist ein wichtiger Standort für die Robotik und Automatisierung. Laut der International Federation of Robotics (IFR) waren im Jahr 2020 rund 221.500 Industrieroboter in deutschen Fabriken installiert, was einem Anteil von 7,4 Prozent am weltweiten Bestand entspricht. Die wichtigsten Hersteller von Industrierobotern in Deutschland sind:

ABB Roboter:

Der schweizerisch-schwedische Konzern ABB ist einer der weltweit führenden Anbieter von Robotik und Automatisierung und hat seinen deutschen Hauptsitz in Friedberg. ABB hat mehr als 400.000 Roboter weltweit installiert und bietet Lösungen für verschiedene Industrien wie Automobil, Elektronik, Metall oder Lebensmittel an. Zu den Robotern von ABB gehören unter anderem Knickarm-Roboter, Scara-Roboter, Delta-Roboter und kollaborative Roboter.

Kuka Roboter:

Die Augsburger Kuka AG ist der größte deutsche Roboter-Hersteller und gehört seit 2017 zur chinesischen Midea-Gruppe. Kuka bietet eine breite Palette von Robotern für verschiedene Branchen und Anwendungen an, von kleinen und großen Knickarm-Robotern über kollaborative Roboter der LBR-Serie bis hin zu mobilen Robotern wie dem KMR iiwa.

Fanuc Roboter:

Ein weiterer wichtiger Anbieter von Industrierobotern ist Fanuc. Fanuc bietet eine breite Palette von Robotern für verschiedene Branchen und Anwendungen an, wie zum Beispiel Schweißen, Lackieren, Montage, Verpackung und Palettierung. Fanuc hat mehr als 600.000 Roboter weltweit installiert und ist damit einer der Marktführer in der Robotik. Einige der bekanntesten Roboter von Fanuc sind der M-2000iA, der stärkste Industrieroboter der Welt, der R-2000iC, ein vielseitiger Roboter mit hoher Traglast, und der CRX-10iA, ein kollaborativer Roboter mit einfacher Bedienung.

Yaskawa Motoman Roboter:

Das Unternehmen bietet eine breite Palette von Robotern für verschiedene Anwendungen an, wie zum Beispiel Schweißen, Montage, Lackieren, Verpacken und Logistik. Yaskawa Motoman hat weltweit mehr als 500.000 Roboter installiert und ist einer der führenden Anbieter in der Robotikbranche.

Im zweiten Pandemiejahr (2021) stiegen die weltweiten Roboterinstallationen auf einen neuen Rekordwert von 517.385 Einheiten. Dies entspricht einer Wachstumsrate von 31 % gegenüber 2020 und übertrifft den bisherigen Rekordwert von 423.321 Einheiten aus dem Jahr 2018 um 22 %.

Die Installationen wuchsen in allen wichtigen Abnehmerbranchen stark an, obwohl Unterbrechungen in der Lieferkette und Engpässe bei Vorprodukten sowie verschiedene lokale oder regionale Gegenwinde die Produktion behinderten.

Die Elektronikindustrie überholte die Automobilindustrie bei den jährlichen Roboterinstallationen im Jahr 2020 und behielt diese Position auch im Jahr 2021 mit 26 % aller Roboterinstallationen in diesem Jahr (-1 Prozentpunkt). Es folgt die Automobilindustrie mit 23 % der Installationen (+2 Prozentpunkte), hauptsächlich getrieben durch das Segment der Zulieferer.

Die Metall- und Maschinenindustrie bleibt an dritter Stelle (12 %; +1 Prozentpunkt), knapp vor der Kunststoff- und Chemieindustrie (5 %) und dem Ernährungsgewerbe (3 %). Zu beachten ist, dass für 20 % der Roboteranlagen (-2 Prozentpunkte) keine Angaben zur Abnehmerbranche vorliegen.

Im Jahr 2021 wird der operative Bestand an Industrierobotern auf 3.477.127 Einheiten geschätzt (+15 %).

Seit 2016 ist der operative Bestand an Industrierobotern um durchschnittlich 14% pro Jahr gestiegen. Chinas operativer Bestand an Industrierobotern wuchs beeindruckend um durchschnittlich 28% pro Jahr und überschritt 2021 die Millionengrenze mit insgesamt 1.224.236 Einheiten (+27%). Der japanische Bestand stieg um 5 % auf 393.326 Einheiten im Jahr 2021. Der europäische Bestand an Industrierobotern wurde auf 678.706 Einheiten und der Bestand in Nord-, Mittel- und Südamerika auf 451.400 Einheiten (+10 %) geschätzt. Deutschland ist der fünftgrößte Robotermarkt der Welt und wird im Jahr 2021 einen Anteil von 5 % an den weltweit installierten Robotern haben.

(Quelle: World Robotics Report IFR)

Das Jahr 2022 war durch eine Verlangsamung gekennzeichnet. Es wird erwartet, dass die weltweiten Roboterinstallationen um 10% auf fast 570.000 Einheiten im Jahr 2022 wachsen.

In Nordamerika werden die Roboterinstallationen sprunghaft ansteigen und voraussichtlich die Marke von 50.000 Einheiten überschreiten.

Das Wachstum in Asien wird von China bestimmt, wo sich das Wirtschaftswachstum derzeit verlangsamt. Da sich dort jedoch drei der fünf größten Märkte für Industrieroboter befinden, werden in Asien bis 2022 voraussichtlich mehr als 400.000 Einheiten installiert.

Die Roboterinstallationen in Europa werden voraussichtlich nur langsam wachsen. Der Krieg in der Ukraine und das Handelsembargo gegen Russland, die drohende Kürzung der Erdgaslieferungen und die Straffung der Geldpolitik schwächen die Investitionsneigung. Eine Wachstumsrate im unteren einstelligen Bereich, die zu rund 87.000 Roboterinstallationen im Jahr 2022 führen würde, wäre in diesem schwierigen wirtschaftlichen Umfeld ein gutes Ergebnis.

Der „Nachkrisenboom“ des Jahres 2021 dürfte 2022 auslaufen.

Von 2022 bis 2025 wird mit durchschnittlichen jährlichen Wachstumsraten im mittleren bis oberen einstelligen Bereich gerechnet.

Mit dem Auslaufen von Nachholeffekten im Jahr 2023 kann es statistisch bedingt zu leichten Schrumpfungen kommen, die aber insgesamt den langfristigen Wachstumstrend nicht brechen werden. Die Marke von 600.000 weltweit installierten Einheiten pro Jahr wird voraussichtlich 2023 erreicht und nähert sich bis 2025 der Marke von 700.000.

Für den nordamerikanischen Markt wird ein durchschnittliches jährliches Wachstum von 6 % erwartet, wobei Inflation und eine straffere Geldpolitik berücksichtigt sind. Die mittelfristigen Aussichten für den europäischen Markt werden durch die hohe Wahrscheinlichkeit einer Rezession getrübt.

Der asiatische Markt wird stark bleiben. Die Nachfrage nach Robotern in China wird ausgehend von einem sehr hohen Niveau weiterhin mit hohen einstelligen Raten wachsen. Die Roboterinstallationen in Japan werden sich leicht beschleunigen und mit hohen einstelligen Raten wachsen. Für den koreanischen Markt werden mittlere einstellige Wachstumsraten erwartet. (Quelle: World Robotics Report IFR)

Sie können einen Industrieroboter direkt über die Hersteller selber kaufen. Diese liefern Ihnen dann den Roboter inkl. Steuerung. Es fehlen dann aber die gesamte Peripherie, Sicherheitstechnik und Programmierung. Wenn Sie nicht über eigene Projetteams verfügen die rund um den Roboter die „Roboteranlage“ planen, programmieren und integrieren, empfehlen wir Ihnen sich an einen Systemintegrator wie uns zu wenden.

Wir liefern nicht nur den passenden Roboter, sondern die gesamte Automatisierungslösung für Ihre Anwendung.  Als herstellerübergreifender Systemintegrator übernehmen wir die gesamte Planung, Programmierung und Integration Ihrer Roboters, einschließlich der CE-Kennzeichnung und der erforderlichen Sicherheitstechnik. Um Schnittstellen zu Ihren vorhandene Produktionsanlagen kümmern wir uns auch, sowohl was die Hardware angeht, als auch die Software.

Bevor Sie sich an uns als Systemintegrator wenden, sollten Sie sich zunächst über Ihre konkreten Anforderungen klar werden.
Zum Beispiel das Budget, die benötigte Produktionsmenge, die Qualität oder die Flexibilität Ihrer neuen Roboteranlage.
Auf Basis dieser Informationen erstellen wir Ihnen dann gerne ein Angebot für Ihre Roboteranlage.