Kollaborative Roboter sind speziell für die direkte, enge Interaktion mit Menschen in einem gemeinsamen Arbeitsbereich konzipiert. Dies ist ihr grundlegender Unterschied zu herkömmlichen Industrierobotern: Während herkömmliche Industrieroboter aus Sicherheitsgründen physisch isoliert – typischerweise hinter Schutzzäunen – untergebracht werden müssen, können kollaborative Roboter ohne physische Barrieren Seite an Seite mit menschlichen Mitarbeitern arbeiten.
| Name | Kollaborativer Roboter der CR-Serie | ||
| Spezifikation | Modell | CR5-910 | |
| Nutzlast | 5 kg | ||
| Erreichen | 917 mm | ||
| Freiheitsgrade | 6 drehbare Gelenke | ||
| HMI | 10,4-Zoll-Teach-Pendant oder mobiles Terminal Web-App | ||
| Bewegung | Wiederholbarkeit | ±0,02 mm | |
| Achsenbewegung | Arbeitsbereich | Höchstgeschwindigkeit | |
| 1 Achse | ±360° | ±225°/s | |
| 2 Achsen | ±360° | ±225°/s | |
| 3 Achsen | ±360° | ±225°/s | |
| 4 Achsen | ±360° | ±225°/s | |
| 5 Achsen | ±360° | ±225°/s | |
| 6 Achsen | ±360° | ±225°/s | |
| Maximale TCP-Geschwindigkeit | 3,6 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 | 1100 x 330 x 220 mm | ||
| Maschinengewicht | 22 kg | ||
| Stromverbrauch | Typischer Stromverbrauch: 200 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 kollaborativer Roboter beruht auf ihren drei zentralen technischen Merkmalen: Kraftregelung, Wahrnehmung, visuelle Führung und flexibler Einsatz. Im Folgenden analysieren wir vier zentrale Anwendungsbereiche aus der Perspektive der technischen Umsetzung.
1. Präzise Montage und Kraftsteuerung beim Einsetzen
Bei herkömmlichen, starren Montageverfahren können Positionsabweichungen zu Blockierungen oder Beschädigungen des Werkstücks führen. Kollaborative Roboter nutzen einen Drehmomentregelungsmodus, der es dem Roboter ermöglicht, die Kontaktkraft umgehend zu erfassen und sich aktiv anzupassen. Ein typisches Anwendungsbeispiel ist das Einsetzen von elektronischen Steckverbindern: Der Roboter wendet zunächst eine Kraft von 0,5 N an, um die Position der Bohrung zu ermitteln. Bei einer plötzlichen Kraftänderung passt er seine Position automatisch an, um ein präzises Einsetzen mit einem Spalt von 0,1 mm zu erreichen. Dies führt zu einer Ausbeute von bis zu 99,9 %.
II. Adaptives Schleifen und Polieren
Das Werkstück weist eine Maßtoleranz von ±1 mm auf. Herkömmliche Positionssteuerungsroboter sind dafür schwer geeignet. Kollaborative Roboter nutzen ein Kraft-/Positions-Hybridregelungsverfahren, um eine konstante Kontaktkraft zwischen Werkzeugendstück und Werkstückoberfläche (mit einer Genauigkeit von ±0,5 N) aufrechtzuerhalten und Bahnabweichungen automatisch auszugleichen. Es eignet sich für die Oberflächenbearbeitung von Automobilteilen, Badarmaturen und anderen Produkten.
III. Maschinelles Sehen als Grundlage für das Greifen
Der mit 2D/3D-Kameras ausgestattete kollaborative Roboter realisiert visuelle Servosteuerung durch Hand-Auge-Kalibrierung. Eine typische Anwendung ist das Sortieren von verstreuten und gestapelten Werkstücken: Das Deep-Learning-Modell identifiziert Position und Ausrichtung der Werkstücke, und der Roboter plant die Greifbahn in Echtzeit. Eine präzise Positionierung des Tabletts ist nicht erforderlich. Bei Produktionsumstellungen muss lediglich das visuelle Modell gewechselt werden, wodurch sich die Programmierzeit von mehreren Stunden auf Minuten reduziert.
IV. Mobiler kollaborativer Verbundroboter
Der Roboterarm ist auf dem AMR-Chassis montiert und bildet ein integriertes „Hand-Auge-Fuß“-System. Es eignet sich für die materialübergreifende Handhabung und Bedienung, beispielsweise in einer Fertigungslinie: Der AMR fährt zur Drehmaschine, 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 mit einer Reaktionszeit im Millisekundenbereich.
Die vier oben genannten Richtungen stellen den Weg dar, auf dem sich kollaborative Roboter von „stetigen, an festen Arbeitsplätzen ausgeführten, sich wiederholenden Aktionen“ hin zu „Umgebungsanpassungsfähigkeit und vielfältigen Aufgaben“ entwickeln.
