Der grundlegende Unterschied zwischen kollaborativen Robotern und herkömmlichen Industrierobotern liegt nicht nur in ihrem Aussehen oder ihrer Tragfähigkeit, sondern vor allem in ihrer zugrundeliegenden Steuerungsarchitektur. Kollaborative Roboter nutzen Kraft-/Drehmoment-Regelkreise und gewährleisten so inhärente Sicherheit in Situationen, in denen Menschen und Roboter zusammenarbeiten.
| Name | Kollaborativer Roboter der CR-Serie | ||
| Spezifikation | Modell | CR10-1300 | |
| Nutzlast | 10 kg | ||
| Erreichen | 1300 mm | ||
| Freiheitsgrade | 6 drehbare Gelenke | ||
| HMI | 10,4-Zoll-Teach-Pendant oder mobiles Terminal Web-App | ||
| Bewegung | Wiederholbarkeit | ±0,03 mm | |
| Achsenbewegung | Arbeitsbereich | Höchstgeschwindigkeit | |
| 1 Achse | ±360° | ±180°/s | |
| 2 Achsen | ±360° | ±180°/s | |
| 3 Achsen | ±360° | ±225°/s | |
| 4 Achsen | ±360° | ±225°/s | |
| 5 Achsen | ±360° | ±225°/s | |
| 6 Achsen | ±360° | ±225°/s | |
| Maximale TCP-Geschwindigkeit | 3,8 m/s | ||
| Höchstgeschwindigkeit auf gerader Strecke | 1,5 m/s | ||
| Merkmale | IP-Klassifizierung | IP54/IP65 | |
| Werkzeugschnittstelle | GB/T 14468.1-50-4-M6 (entspricht ISO 9409-1) | ||
| Stromversorgung | 220–240 V AC, 47–63 Hz, 10 A / 100–200 V AC, 47–63 Hz, 16 A | ||
| E/A-Anschlüsse | 2 digitale Ein-/Ausgänge, 24 V, 0,6 A | ||
| Lagertemperaturbereich | -40℃-55℃ | ||
| Roboterabmessungen | 1512 x 388 x 205 mm | ||
| Maschinengewicht | 38 kg | ||
| Stromverbrauch | Typischer Stromverbrauch 500 W | ||
| Installation | Bodenmontiert, kopfüber, freitragend. Installation in jeder Richtung möglich. | ||
| Schaltschrank | Leistungsaufnahme | 200–240 V AC, 47–63 Hz, 10 A; 100–200 V AC, 47–63 Hz, 16 A | |
| Nennausgangsleistung | 48 V bei 600 W | ||
| Gewicht | 13,6 kg | ||
| Arbeitstemperaturbereich | -10-50℃ | ||
| Lagertemperaturbereich | -40-55℃ | ||
| Betriebsfeuchtigkeit | 20–70 % relative Luftfeuchtigkeit | ||
| Lagerfeuchtigkeit | 10%-95% (nicht kondensierend) | ||
| Luftdruck | 70-106 kPa | ||
| IP-Klassifizierung | IP44 | ||
| Lärm | ≤55 dB | ||
| Kommunikationsschnittstelle | CAN, RS485, LAN, EtherCAT, INC-Encoder-Signal lA+, A-; B+, B-; Z+, Z- | ||
| Benutzeroberfläche | 16-Kanal DI (PNP-Typ, L: -3V~5V, H: 11V-30VDC, 2~15mA), 16-Kanal DO (PNP-Typ, 22~28V, Max: 0,5A) | ||
| Kontrollkästchen | Bildschirmgröße | 10,4 Zoll | |
| Bildschirmauflösung | 800 x 600/60 Hz | ||
| Touchscreen-Typ | Kapazitiv | ||
| Betriebstemperaturbereich | 0℃~50℃ | ||
| Betriebsfeuchtigkeitsbereich | 10~90% relative Luftfeuchtigkeit (nicht kondensierend) | ||
| Schutzklasse | IP54 | ||
| Abmessungen | 295*225*45 (ohne Griff) | ||
| Gewicht | 1,3 kg | ||
a. Leistungs- und Kraftbegrenzung: Eingebaute Drehmomentsensoren überwachen das Drehmoment an jedem Gelenk in Echtzeit, wodurch Kollisionskraftschwellenwerte unterhalb der biomechanischen Toleranzgrenzen des menschlichen Körpers konfiguriert werden können.
b. Sicherheitsüberwachter Stopp: Verfügt über integrierte Sicherheits-I/O-Verriegelungsfunktionen.
c. Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung: Ermöglicht die Echtzeit-Anpassung der Bewegungsgeschwindigkeit über eine Sicherheits-SPS.
d. Wiederholgenauigkeit: ±0,02 mm
e. Kollaborative Roboter eignen sich ideal für flexible Fertigungsumgebungen mit hoher Produktvielfalt und variablen Losgrößen – wie beispielsweise die Lasermarkierung von Medizinprodukten, die Präzisionsmontage und die optische Inspektion. Sie gewährleisten eine industrietaugliche Wiederholgenauigkeit und bieten gleichzeitig einen kollaborativen Arbeitsbereich für Mensch und Maschine, der mit herkömmlichen Robotersystemen nicht realisierbar ist.
Der Anwendungsnutzen von kollaborativen Robotern basiert auf drei wesentlichen technischen Säulen: Drehmomentregelung, visuelle Führung und flexibler Einsatz. Im Folgenden werden wir ihre Anwendungsbereiche aus technischer Sicht umfassend analysieren.
I. Präzisionsmontage- und Kraftregelungstechnologie
Die traditionelle starre Montage stellt extrem hohe Anforderungen an die Positioniergenauigkeit. Schon geringfügige Abweichungen können zu Schäden führen. Kollaborative Roboter nutzen ein hybrides Kraft-/Positionsregelungsverfahren, bei dem der Endeffektor die Kontaktkraft unmittelbar erfasst und aktiv darauf reagiert. Typische Anwendungen sind das Einsetzen elektronischer Steckverbinder und das Einpressen von Lagern. Die Kraftregelungsgenauigkeit erreicht ±0,5 N, und die Spalttoleranz wurde von 0,01 mm auf 0,1 mm reduziert, wodurch die Anforderungen an die Positioniergenauigkeit des Vorderteils deutlich sinken.
II. Oberflächenbehandlung und adaptives Schleifen
Das Werkstück weist eine Maßtoleranz von ±1 mm auf, was für herkömmliche Positionssteuerungsroboter eine Herausforderung darstellt. Der kollaborative Roboter hält durch Konstantkraftregelung eine konstante Kontaktkraft zwischen Werkzeug und Werkstückoberfläche aufrecht, kompensiert automatisch Bahnabweichungen und eignet sich für Anwendungen wie das Schleifen von Stoßfängern, das Polieren von Badarmaturen und das Schleifen von Holzprodukten.
III. Maschinelle Bildverarbeitungsführung und Zero-Teaching-Greifen
Der mit 2D/3D-Kameras ausgestattete kollaborative Roboter ermöglicht visuelles Servomanagement durch Hand-Auge-Kalibrierung. Das Deep-Learning-Modell erkennt die Position von verstreuten und gestapelten Werkstücken und plant die Greiftrajektorie in Echtzeit. Beim Produktwechsel muss lediglich das visuelle Modell umgeschaltet werden, wodurch sich die Programmierzeit von mehreren Stunden auf Minuten reduziert. Er eignet sich auch für Qualitätskontrollaufgaben wie die Prüfung des Produktaussehens, die Größenmessung und die OCR-Zeichenerkennung.
IV. Mobiler kollaborativer Verbundroboter
Der Roboterarm ist auf dem AMR-Chassis montiert und bildet ein integriertes „Hand-Auge-Fuß“-System. Er eignet sich für die materialübergreifende Handhabung und Bedienung an verschiedenen Arbeitsstationen, beispielsweise in automatisierten Fertigungslinien: Der AMR fährt zur CNC-Maschine, der Roboterarm greift das Werkstück und führt es in die Spindel ein. Nach der Bearbeitung wird das fertige Produkt entnommen und zur Prüfstation transportiert. Die Kommunikation erfolgt über 5G + OPC UA und ermöglicht so eine Zusammenarbeit im Millisekundenbereich.
V. Nachbearbeitung der Laserbearbeitung und additiven Fertigung
Die kollaborativen Roboter arbeiten mit den Laseranlagen zusammen, um Schneid-, Schweiß-, Markierungs- und Reinigungsvorgänge durchzuführen. In der Medizintechnik werden hochpräzise kollaborative Roboter zur Lasermarkierung von UDI-Codes eingesetzt; in der Nachbearbeitung von 3D-Drucken dienen sie dem Entfernen von Stützstrukturen und der Oberflächenbearbeitung.
VI. Palettieren, Entpalettieren und Verpacken
Die kollaborativen Roboter eignen sich für das Palettieren und Entpalettieren in verschiedenen Logistiklagern und am Ende von Produktionslinien. Sie können Kartons unterschiedlicher Größe automatisch erkennen und nach voreingestellten Mustern stapeln, wodurch das manuelle Heben schwerer Lasten entfällt und das Risiko von Arbeitsunfällen reduziert wird.
Die technologische Entwicklung kollaborativer Roboter von „wiederholten Aktionen an festen Positionen“ hin zu „Umgebungsanpassungsfähigkeit und vielfältigen Aufgaben“ hat es ihnen ermöglicht, verschiedene Anwendungsszenarien zu erfüllen und dadurch großen Komfort zu bieten.
