Warum Roboter in der Handhabungstechnik immer wichtiger werden

Roboter sind auf dem Vormarsch – und das seit Jahren. Die menschenleere Fabrik gibt es dennoch bis heute nicht. Vielmehr übernehmen sie schwere, unangenehme und gefährliche Aufgaben. Zudem machen sie den demografischen Wandel erträglicher, indem sich die Menschen den wirklich wichtigen Aufgaben widmen können. Alles steht natürlich unter dem Verdikt der wirtschaftlichen Auswirkungen politischer Verwerfungen. Doch davon abgesehen stehen die Zeichen auf Wachstum. Die deutsche Robotik und Automation erreichte 2018 beim Branchenumsatz erstmals die Marke von 15 Milliarden Euro – ein Zuwachs von vier Prozent.

Die International Federation of Robotics beobachtet den Robotermarkt weltweit. Im letzten World Robotics Report heißt es: Der weltweite Absatz von Industrie-Robotern erreichte 2017 einen neuen Rekord von 381.000 ausgelieferten Einheiten – plus 30 Prozent im Vergleich zum Vorjahr. Damit stieg der Jahresabsatz von Industrie-Robotern zwischen 2013 und 2017 um 114 Prozent. Der Verkaufswert kletterte um 21 Prozent auf einen neuen Höchststand von 16,2 Milliarden US-Dollar im Vergleich zu 2016. 73 Prozent des Gesamtumsatzes der Industrie-Roboter entfallen 2017 auf fünf Hauptmärkte: China, Japan, Südkorea, USA und Deutschland.

Die stärkste Nachfrage kommt aus der Automobilindustrie. Sie kommt auf einen Marktanteil von 33 Prozent (2017) weltweit. Der Absatz stieg um 22 Prozent. Künftig werden die Automobilhersteller verstärkt in kollaborative Anwendungen für die Endmontage und Endbearbeitung investieren.

Positiv gestimmt ist deshalb auch Dominik Bösl, Head of Robotics bei Festo. Er wagt einen Blick in die Zukunft: „Bei der Robotik handelt es sich um einen großen Wachstumsmarkt – unsere Enkel werden Robotic Natives sein und im täglichen Kontakt mit diesen Technologien aufwachsen.“ Trotzdem sieht Sascha Liese, Geschäftsbereichsleiter Automation & Robotics bei Hirata, derzeit „eine gewisse Unsicherheit im Markt bezüglich der Entwicklung der Automobilindustrie und der Auswirkungen des Brexits“; viele Kunden reagieren daher aktuell „etwas verhalten mit längerfristigen Investitionen“. Projekte, die sich relativ schnell rentieren, seien aber weiter sehr gefragt. Außerdem investierten auch immer mehr kleinere Unternehmen in die Automatisierung.

„Wir erwarten in den nächsten zehn Jahren ein sehr starkes zweistelliges Wachstum in den Bereichen Montage, Inspektion und Materialtransport“, erklärt Bruno Adam, Robot Business Director Europe bei Omron Mobile. Die Automatisierung der Montage und Inspektion in der High-Mix-Low-Volume-Fertigung erfordere sowohl kollaborative, mobile als auch integrierte Robotik. Auch Peer Schumacher, Abteilungsleiter Robot & Welding bei Panasonic Industry, bestätigt, dass „die Nachfrage unserer Kunden nach Roboter- und Schweiß-Lösungen anhaltend hoch ist.“ Trotz einer aktuellen Konsolidierung sei langfristig der Trend zur Automatisierung, beziehungsweise Robotertechnik ungebrochen. Er verweist u. a. auf den demografischen Wandel. Zu einer weiteren Verbreitung könnte auch eine einfachere Programmierung beitragen. So hat Robominds eine intelligente Kombination aus einer 3D-Stereovisionkamera, einem leistungsfähigen Industrierechner und der passgenauen robobrain.Vision-Softwarelösung entwickelt. Sie basiert auf Methoden der künstlichen Intelligenz und lasse einen bisher unerfüllten Traum der Robotikbranche Realität werden, wie Geschäftsführer Tobias Rietzler erklärt: „Roboter können beliebige Objekte greifen – ohne sie vorher zu kennen.“

Der Markt bietet mittlerweile die unterschiedlichsten Robotersysteme. Eine grundsätzliche Unterteilung liefert Dr. Christian Henke, Abteilungsleiter Scientific Automation am Fraunhofer IEM (Institut für Entwurfstechnik Mechatronik): „Sollen leichte kleine Komponenten sehr dynamisch bewegt werden, eignen sich Scara- oder Delta-Roboter. Für große Reichweiten werden Portalroboter oder 6-Achs-Knickarmroboter eingesetzt, für kleinere Arbeitsräume mit hohen Anforderungen an die Steifigkeit des Roboters eher Parallelkinematiken.“ Der Antrieb erfolge dabei in der Regel elektromechanisch. „Pneumatik wird üblicherweise in der Greifertechnik eingesetzt“, erklärt Abteilungsleiter Martin Hägele, Experte für Robotik beim Fraunhofer IPA (Institut für Produktionstechnik und Automatisierung).

Einer der führenden Roboterhersteller ist das Augsburger Unternehmen Kuka, seit 2016 im Mehrheitsbesitz des chinesischen Midea-Konzerns. Nahezu die gesamte Produktpalette eigne sich für Handhabungsaufgaben. Pneumatik sei häufig in einfachen Greifern, die Teile beispielsweise klemmen oder ansaugen, zu finden.

Einen weiteren Verwendungsbereich Peer Schumacher von Panasonic, wo man sich vor allem mit dem automatisierten Schweißen beschäftigt: „Mittels Roboter sowie Positionierer wird Hydraulik und Pneumatik zum Spannen und Befestigen der zu schweißenden Werkstücke genutzt.“ Dabei käme es sowohl auf die richtige Positionierung als auch auf die richtige Kraft an, um das Werkstück nicht zu beschädigen, es gleichzeitig aber sicher zu spannen. Es müssten auch die Eigenspannungen und Verformungen bedacht werden, die während eines Schweißvorganges entstehen. „Moderne Hydraulik und Pneumatik sind hierzu in der Lage“, sagt Schumacher.

Doch wie kommen Bewegung und zupackende Kraft eigentlich in Arm und Greifer? Jörg Reger, Local Business Line Manager Robotics bei ABB Deutschland, erklärt: „Für klassische Handling-Aufgaben bietet ABB zusätzlich so genannte DressPacks an, Schlauchpakete zur Energiezuführung – sowohl extern als auch integriert.“ Integrierte DressPacks werden überwiegend für komplexe Handgelenksbewegungen eingesetzt. Im Inneren des Oberarms folgen sie exakt der Bewegung, ohne in Schwingung zu geraten. Sind die Anforderungen geringer, werden Kabel und Schläuche am Unter- und Oberarm mittels Klemmen und Halterungen fixiert, um schnell gewechselt werden zu können. Hydraulik komme vor allem für Spannsysteme oder Greifer im Schwerlastbereich ins Spiel.

Bei Festo beschäftigt man sich mittlerweile auch mit Robotern – mittels eines bionischen Ansatzes. Vor allem das Greifen ist eine Domäne der Druckluft. „Hier spielt die Pneumatik eine große Rolle, und das nicht nur im Zusammenhang mit Vakuum-Greifern“, sagt Dominik Bösl. Die Einsatzmöglichkeiten für Roboter aller Arten seien hier beinahe unbegrenzt. Von Delta-Robotern zur schnellen Sortierung von auf Transportbändern vorbeihuschenden Gegenständen, über Mehrachs-Kinematiken in der (De-)Kommissionierung reicht das Spektrum der Applikationen bis hin zu kleinsten Bewegungen von Scara-Robotern, beispielsweiser für das Titer-Plattenhandling in der Laborautomatisierung. „Im Handling ist immer mehr Flexibilität gefragt; und das sind ideale Rahmenbedingungen für den Einsatz von Cobots“, so Bösl.

Immer mehr kartesische Robotersysteme kommen fürs Handling zum Einsatz, vor allem, wenn bestimmte Geometrien und Arbeitsräume das erforderten – und damit elektrische Aktuatoren. Warum, weiß Stefan Ziemba, Sales & Marketing bei IAI Industrieroboter: „Diese können sehr einfach über die gleiche Steuerung programmiert und überwacht werden.“

Ein Beispiel hierfür liefert die Wittmann-Gruppe, Hersteller von Robotern für die Automatisierung von Spritzgießmaschinen. Geschäftsführer Michael Wittmann: „Wir verwenden in den Grundachsen einen kartesischen Aufbau, der eine einfache und schnelle Programmierung der Verfahrachsen im begrenzten Werkzeugraum einer Maschine gewährleistet.“ Zusätzliche Rotationsachsen erlaubten weitere Freiheitsgrade für die Manipulation von Kunststoffteilen außerhalb des Werkzeugbereiches. „Pneumatische Komponenten kommen natürlich für die sichere Entnahme und Handhabung der gespritzten Teile zur Anwendung.“

Die Motek, Messe für Produktions- und Montageautomatisierung, ist auch ein Schaufenster für die Roboterbranche. So rückt beispielsweise IAI Industrieroboter neue elektrische Aktuatoren der EleCylinder-Serie in den Fokus seines Messeauftritts. Diese sollen sich besonders für die Substitution von pneumatischen Aktuatoren eignen, um viele Produktionsschritte energieefizienter und technisch einfacher realisieren zu können. Panasonic will Roboter zusammen mit Produkten aus anderen Geschäftsbereichen ausstellen und so die Möglichkeiten der umfassenden Produktpalette präsentieren. „Die Messe soll das Interesse an unseren Lösungen für die Zukunft wecken und uns zeigen, wohin wir uns weiter entwickeln müssen“, so Peer Schumacher.

Automatisierungsspezialist Pilz stellt die Pilz Smart Factory am Messestand vor. Damit demonstriere man, wie sich dank verteilter Intelligenz Automatisierungs- und Handlings-Aufgaben in einer modular aufgebauten Produktionsanlage effizient und anwenderfreundlich lösen lassen. Bernd Müller, Industry Manager Robotics bei Pilz: „Insgesamt vier Module sind miteinander vernetzt und fertigen als intelligente Produktionsstraße personalisierte Produkte.“

Greiferneuheiten zeigt Schunk. Das Spektrum reicht von einfachen Mechatronikgreifern mit erweitertem Funktionsumfang über smarte Greifsystemlösungen bis hin zu speziellen Sensoren, die gerade in Montageapplikationen ihre Stärken ausspielen werden.

Drei Schwerpunkte setzt die Robotics Division von Yaskawa Europe, wie Dr. Michael Klos, Leiter Business Development der Robotics Division von Yaskawa Europe mitteilt: „Kollaborative Roboter mit hoher Reichweite und Traglast, einfache Bedienung und eine Industrie-4.0-Lösung mit der Software Yaskawa Cockpit.“