Die Vorteile von Industrierobotern

Industrieroboter sind mechanische Arme, an denen Sensoren und Steuerungen angebracht sind. Je nach Armkonfiguration werden sie in sechs verschiedene Kategorien eingeteilt: Viele Fertigungsunternehmen nutzen Roboter als wirtschaftliche und zeitsparende Alternative für gefährliche und alltägliche Aufgaben, für die menschliche Arbeitskraft erforderlich wäre. Aber was sollten Sie beachten, bevor Sie in einen Roboter investieren?

Kosten

Industrieroboter mögen anfangs kostspielig in der Anschaffung und Installation sein, aber langfristig können die Einsparungen für die Hersteller beträchtlich sein, da sie die Arbeitskosten senken, die Abfallproduktion reduzieren und die Produktqualität verbessern. Außerdem können Industrieroboter in gefährliche oder komplexe Umgebungen vordringen, in die Menschen einfach nicht vordringen können, so dass Unternehmen ihre Produktion steigern können, ohne die Gemeinkosten zu erhöhen.

Die Kosten für Industrieroboter hängen stark von ihrer Anwendung ab; Schweißroboter werden wahrscheinlich höhere Kosten verursachen als Montageroboter; die durchschnittlichen Anschaffungskosten liegen jedoch bei etwa $250.000. Neben den Anschaffungskosten entstehen den Unternehmen auch Kosten für Systemtechnik, Betrieb und Wartung, die sich auf bis zu $10.000 jährlich belaufen können.

Fertigungsroboter benötigen oft zusätzliches Zubehör, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen, wie z. B. Vakuumgreifer und Schneidegeräte, die sich beim Einsatz in rauen Umgebungen mit der Zeit summieren können. Daher ist es wichtig, dass zusätzliche Kosten wie diese bei der Berechnung der Gesamtbetriebskosten (TCO) von Industrierobotern berücksichtigt werden.

Die Kosten für Industrieroboter können auch durch ihre begrenzte Flexibilität in die Höhe getrieben werden, da die meisten von ihnen für eine bestimmte Aufgabe konzipiert sind und eine Änderung ihrer Programmierung kostspielig und zeitaufwändig sein kann; in extremen Fällen kann sogar eine komplette Neukonzeption von Produktionslinien erforderlich sein.

Da sich Roboteranwendungen in den letzten Jahren immer weiter verbreitet haben, schätzt ARK, dass die Gesamtbetriebskosten eines Industrieroboters im Laufe der Zeit erheblich sinken werden; bis 2025 werden die Kosten wahrscheinlich unter $11.000 fallen - weit weniger als die Vorhersage der Boston Consulting Group von etwa $24.000 pro Roboter.

Industrieroboter kosten in der Regel erheblich weniger als menschliche Arbeitskräfte und können den Unternehmen im Laufe der Zeit beträchtliche Summen einsparen, da keine Mitarbeiter mehr benötigt werden und Zeit für andere Aufgaben frei wird. Außerdem arbeiten Roboter schneller als ihre menschlichen Gegenstücke und produzieren mehr Produkte in kürzerer Zeit.

Wirkungsgrad

Industrieroboter bieten Unternehmen eine effiziente Möglichkeit zur Ausführung von Aufgaben. Durch die Steigerung der Produktionseffizienz und die Senkung der Betriebskosten ermöglichen Robotersysteme den Unternehmen, ihre Gewinne mit dieser Investitionstechnologie zu steigern. Darüber hinaus bietet ihre Zuverlässigkeit eine bessere Datengenauigkeit, die erforderlich ist, um Ineffizienzen in Prozessen zu erkennen und diese zu verbessern. Im Gegensatz zu Menschen ermüden Roboter jedoch nicht wie menschliche Arbeiter und können ihre Produktionsgeschwindigkeit auch über Nacht beibehalten.

Industrieroboter bieten viele Vorteile, wenn sie auf engem Raum eingesetzt werden. Sie machen Platz frei, der sonst durch die Bewegung von Mitarbeitern belegt wäre, und ihre Vielseitigkeit ermöglicht es, mehrere Funktionen in weniger Maschinen zusammenzufassen - das spart Platz und Geld.

Ein hochleistungsfähiges Robotersystem kann so angepasst werden, dass es in rauen oder gefährlichen Umgebungen sicher arbeitet. Programmierbare Roboter können dazu beitragen, gefährliche Situationen und Unfälle am Arbeitsplatz zu vermeiden; außerdem arbeiten sie schneller und effizienter als Menschen - ideal für gefährliche und risikobehaftete Arbeiten. Darüber hinaus steigern Industrieroboter die Produktivität in Fertigungsbetrieben, indem sie menschliche Fehler ausschließen - was bedeutet, dass sich die Investitionskosten für Unternehmen innerhalb von zwei Jahren nach dem Kauf von Industrierobotern amortisieren.

Es gibt jedoch einige wichtige Überlegungen, die Unternehmen bei der Auswahl eines Industrieroboters im Auge behalten sollten. An erster Stelle stehen die Kosten für Wartung und Reparaturen, an zweiter Stelle die Anzahl der erforderlichen Bediener; so können die Unternehmen bestimmen, wie viel Arbeit in einem bestimmten Zeitraum erledigt werden kann.

Auch die Präzision und Wiederholbarkeit von Industrierobotern sollte sorgfältig geprüft werden. Die Präzision hängt davon ab, wie genau die Sensoren kalibriert sind, und die Endeffektoren müssen mit den zu handhabenden Objekten übereinstimmen, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Die ISO 9283 kann dabei helfen, die Genauigkeit und Wiederholbarkeit genau und konsistent zu messen.

Unternehmen sollten in Erwägung ziehen, Geld für Software- und Hardware-Upgrades auszugeben, um die Leistung ihrer Roboter zu verbessern, z. B. für Kalibrierungen, Anpassungen des Wartungsprogramms oder Zubehör zur Erweiterung der Funktionalität.

Sicherheit

Industrieroboter können für Arbeitgeber, die Risiken und Gefahren am Arbeitsplatz verringern wollen, von unschätzbarem Wert sein. Ihre Vielseitigkeit ermöglicht es ihnen, in gefährlichen Umgebungen zu arbeiten, die für Menschen unzugänglich oder unpraktisch wären, und präzise, mühsame Aufgaben auszuführen, die Präzision und Ausdauer erfordern. Industrieroboter verringern auch das Risiko von Verletzungen durch wiederkehrende Belastungen und erhöhen gleichzeitig die Produktivität. Gleichzeitig tragen sie dazu bei, die Personalkosten zu senken, indem sie Löhne, Krankenversicherungsprämien und Ausgaben für bezahlte Freistellungen vollständig einsparen - was Industrieroboter zu einer attraktiven Option für viele Fertigungsunternehmen macht.

Dennoch bleibt die Sicherheit ein Hauptanliegen bei Robotersystemen. Unternehmen müssen alle erforderlichen Maßnahmen ergreifen, um ihre Mitarbeiter bei der Installation und Nutzung von Robotern zu schützen; dazu gehört die Einhaltung aller geltenden Arbeitsschutznormen und die Einbeziehung der Mitarbeiter in die Risikobewertung.

Sicherheitsvorfälle sind in der Regel die Folge von menschlichen Fehlern, Steuerungsfehlern, unbefugtem Zugriff, mechanischem Versagen und Störungen des Energiesystems. Häufig sind sie auch auf eine unzureichende Ausbildung oder ein unzureichendes Bewusstsein dafür zurückzuführen, wie man am besten mit Robotern zusammenarbeitet.

Ein wirksames Sicherheitssystem für Industrieroboter besteht aus physischen Barrieren, Warnschildern und Bodenmarkierungen, die den Arbeitsbereich von den Robotern trennen. Darüber hinaus sollte es einen Mechanismus umfassen, der eine manuelle Abschaltung im Falle einer Fehlfunktion des Roboters ermöglicht; außerdem sind Passwörter erforderlich, um die Roboter zu aktivieren und ihren Betrieb in gefährlichen Umgebungen zu verhindern.

Ein wirksames Sicherheitsprogramm für Industrieroboter sollte auch eine vorausschauende Wartung beinhalten, bei der regelmäßige Inspektionen durchgeführt werden, um potenzielle Probleme zu erkennen, bevor sie sich zu größeren Problemen entwickeln. Eine vorausschauende Wartung ist wesentlich kostengünstiger und zeitsparender als größere Reparaturen oder Umbauten und verringert die Ausfallzeiten aufgrund unerwarteter mechanischer Probleme erheblich.

Verriegelungs- und Kennzeichnungsverfahren müssen auch beim Anschluss von Robotern an Energiequellen angewendet werden, um ein sicheres Abschalten zu gewährleisten, wenn Wartungs- oder Reparaturarbeiten durchgeführt werden müssen. Alle elektrischen Geräte, auch Roboter, enthalten gefährliche Energie, die zu Unfällen führen kann, wenn sie unsachgemäß von der Stromquelle getrennt werden.

Genauigkeit

Industrieroboter können für eine Reihe von Aufgaben eingesetzt werden. Einige, wie z. B. das Schleifen und Entgraten, erfordern Genauigkeit, um sicherzustellen, dass am Zielort ein Produkt entsteht, das frei von Rückständen und Verunreinigungen ist. Industrieroboter, die oft auf großen Flächen mit rotierenden Werkzeugen arbeiten, müssen vorprogrammierte Pfade präzise und ohne Abweichung abfahren.

Die Genauigkeit des Roboterbetriebs hängt von der Konfiguration des Arms, der Art des zu verarbeitenden Materials und den Betriebsbedingungen ab. Es gibt einige Möglichkeiten, die Genauigkeit bei Roboteroperationen zu erhöhen. Durch den Einsatz hochgenauer Sensoren oder die Durchführung einer Online-Bahnkorrektur kann die Genauigkeit um bis zu 50 Prozent erhöht werden, während die Geschwindigkeit um den gleichen Prozentsatz steigt.

Eine wirksame Methode zur Erhöhung der Robotergenauigkeit ist die Verwendung von hochgenauen Winkel- oder Drehgebern an jeder Achse. Diese Sensoren geben genauere Informationen über die Lage der einzelnen Roboterachsen als skalierte Ganzzahl- oder Gleitkommadarstellungen, kompensieren Spiel und Temperaturschwankungen und bieten präzisere Tracking-Daten.

Eine Möglichkeit, die Genauigkeit eines Robotersystems zu erhöhen, ist die Verwendung eines Starrkörpermodells zur Simulation der Bewegungen des Endeffektors (EE). Sie können seine Steifigkeit direkt messen oder berechnen oder Punkte im kartesischen Raum als Messwerte für diese Steifigkeit verwenden. Obwohl diese Methode rechenintensiv ist, liefert sie realistische Ergebnisse.

Ein alternativer Ansatz zur Verbesserung der Robotergenauigkeit ist der Einsatz eines visuellen 3D-Positionssensors und eines Echtzeit-Bahnverfolgungsalgorithmus. Diese Technik verbessert die statische EE-Positionierung auf weniger als 0,05 mm, während die dynamische Bahnverfolgung bis zu Schweißgeschwindigkeiten mit einem Fehler von nur 0,02 Grad erfolgt; dies entspricht den Industriestandards für die Genauigkeit bei einer Vielzahl von Anwendungen, die auch Kanten beinhalten.

Eine vierte Möglichkeit zur Verbesserung der Robotergenauigkeit ist der Einsatz eines virtuellen Gelenkmodells und eines Solvers für die Mehrkörperdynamik. Das Modell kann Achsendrehungen und Steifigkeitsniveaus von Schlüsselkomponenten eines Roboters wie Antriebsmotoren und Getriebestrukturen vorhersagen und dann Jitter an Schlüsselachsen sowie Abweichungen in Roboterbahnen auf Industriestandards reduzieren.