Automatisierung: Robotik und Lineartechnik im Vergleich

Wir zeigen in unserer Entscheidungshilfe, welche Form der Automatisierung besser zu bestimmten Aufgaben passt.

Aktuell steht die Industrie vor zahlreichen Herausforderungen: Hierzu zählen gefährdete Lieferketten aufgrund der Corona-Pandemie und des Kriegs in der Ukraine sowie der zunehmende Fachkräftemangel. Wie lässt sich dem effektiv begegnen? Eine neue Studie von ABB liefert aufschlussreiche Einblicke. Hierfür wurden Führungskräfte in Deutschland und anderen europäischen Ländern befragt:  84 Prozent der deutschen und 74 Prozent der europäischen Unternehmen planen der Studie zufolge, zukünftig in Robotik und Automatisierung zu investieren – als Grundlage für Re- oder Nearshoring. Dies dient dem Ziel, angesichts der globalen Lage resilienter zu werden. Martin Ruskowski vom Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), der sich ebenfalls mit dieser Thematik beschäftigt, nimmt alle Branchen in den Blick und betont die Rolle des Fachkräftemangels: „Schauen Sie auf die technische Entwicklung und die demografische Entwicklung in vielen Industrienationen. Nur die Volkswirtschaften, die die Digitalisierung und Automatisierung schnell umsetzen, werden am Markt überleben.“ Gerade jetzt spielt die Automatisierung also eine Schlüsselrolle. Doch wofür ist welche Form der Automatisierung besser geeignet – Robotik oder Lineartechnik? Wann lohnt es sich, beides zu kombinieren? In jedem Fall bietet item mit seiner Baukasten-Philosophie die optimale Lösung.

Lineartechnik: Perfekt für klar definierte, schnelle und häufig wiederholte Abläufe

Lineartechnik ist ein fester Bestandteil der Prozessautomatisierung. Sie wird immer dann eingesetzt, wenn es in Produktionsprozessen auf schnelle und präzise Bewegungen entlang einer Strecke und hohe Positioniergenauigkeit oder das Verschieben großer Lasten ankommt. Ihr Grundkonzept basiert auf verfahrbaren Schlitten. Diese werden entlang einer linearen Strecke auf einem Trägerprofil bewegt. Damit ist das Potenzial von Lineartechnik jedoch bei weitem noch nicht erschöpft: Die Kombination mehrerer Lineareinheiten ermöglicht die Realisierung von Projekten, die mehrdimensionale Bewegungen auf einer Fläche oder frei im Raum beinhalten. Mit dem item Linearsystem lassen sich sowohl einachsige Lineareinheiten als auch 2D-Flächenportale und 3D-Raumportale umsetzen. Mit den zahlreichen Komponenten des Baukastensystems können verschiedene Automatisierungsprozesse durchgeführt werden. Neben Linearführungen, Schlitten, Antrieben und Steuerungen bietet item auch vorkonfigurierte Lineareinheiten und Komplettlösungen an.

Typische und bewährte Einsatzbereiche für Lineartechnik

In der Produktion kommen einachsige Lineareinheiten häufig dann zum Einsatz, wenn es darum geht, Werkzeuge entlang einer Strecke zu bewegen. Dies ist etwa bei der Durchführung von Bohrungen oder Verschraubungen der Fall. Zudem lassen sich schwere Lasten leicht mit einachsigen Lineareinheiten verschieben. Synchronisierte Linearachsen kommen bei komplexeren Anwendungsfällen zum Zug. Durch die Synchronisation wird die Herstellung von mehrachsigen Systemen (= Portalen) ermöglicht, was die Basis für mehrdimensionale Anwendungen schafft. In 2D-Portalen etwa werden Düsen, Druckknöpfe, Sensoren oder Scanner über eine Fläche geführt.

Ganz gleich, ob es eine einachsige, zwei- oder dreidimensionale Anwendung sein soll – Lösungen aus der Lineartechnik bieten maximale Positioniergenauigkeit und schnelle Bewegungen.

Für die Bewegung von schweren Werkzeugen sowie die Verrichtung von Sortier- oder Abfüllvorgängen eignen sich Kreuztische. Material- und Belastungstests können über Auslegerachsen durchgeführt werden. Mit Lineartechnik-Komponenten sind dreidimensionale Prozesse ebenfalls möglich, beispielsweise Stapeln, Palettieren oder verschiedene Sortieraufgaben. Ganz gleich, ob es eine einachsige, zwei- oder dreidimensionale Anwendung sein soll – Lösungen aus der Lineartechnik bieten maximale Positioniergenauigkeit und schnelle Bewegungen. Zu den weiteren Vorteilen von Lineartechnik zählen: einfache Inbetriebnahme, hohe Lebensdauer, geringer Wartungsaufwand, niedrige Investitionskosten und einfache Programmierung. Heutzutage werden für einfache oder mittelschwere Anwendungen keine SPS-Kenntnisse mehr benötigt – der Baukasten für Lineartechnik von item und die dazugehörige Software machen es möglich.

Durch Robotik bei der Automatisierung von großer Flexibilität profitieren

Aufgrund ihres geringen Gewichts sind Cobots (kollaborative Roboter) räumlich flexibel einsetzbar.  Diese verfügen neben der leichten Integrierbarkeit über eine Vielzahl an verfügbaren Endeffektoren, was ihnen vielfältige Einsatzmöglichkeiten verleiht. Bei Endeffektoren handelt es sich um Werkzeuge, die am Ende des Roboterarms befestigt werden und leicht austauschbar sind. Somit eignen sich Cobots beispielsweise für so unterschiedliche Aufgaben wie Schrauben und Schweißen, Montage und Sortierung sowie Palettierung und Maschinenbeschickung. Diese führen sie präzise und unermüdlich aus. Darüber hinaus senken Cobots durch ihre leichte Programmierbarkeit die Einstiegshürden für die Automatisierung via Robotik deutlich. Einfache Arbeitsschritte lassen sich dank einer grafischen Benutzeroberfläche auch ohne jegliche Programmiererfahrungen mit einem Touch-Display festlegen.

Dank ihrer Flexibilität, leichten Implementierbarkeit sowie einfachen und sicheren Handhabung erfreuen sich Cobots zunehmender Beliebtheit.

Grundsätzlich sind Cobots, wie der Name schon andeutet, darauf ausgerichtet, direkt mit dem Menschen zusammenzuarbeiten. Hierbei sollen sie ihn nicht ersetzen, sondern ihm repetitive, belastende und unergonomische Aufgaben abnehmen. Zäune und weitere Schutzeinrichtungen sind häufig nicht notwendig, da Cobots auf die Arbeit in Menschennähe ausgelegt sind. Beispielsweise verfügen Cobots über integrierte Sensoren, die bei Kontakt mit einem Menschen stoppen oder in Kombination mit externen Flächenscannern schon bei der Annährung den jeweiligen Prozess sofort unterbrechen. In der Praxis ist der vollständig kollaborative Einsatz, bei dem Mensch und Cobot wirklich Hand in Hand arbeiten, jedoch eher selten. Die Regel ist hingegen die Verwendung im Sinne einer Teilautomatisierung oder einer sporadischen Kollaboration: Beispielsweise bereitet ein Mensch den Prozess vor und lässt den Cobot dann die Arbeit verrichten. Dies tut dem Erfolg von Cobots jedoch keinen Abbruch, ganz im Gegenteil. Dank ihrer Flexibilität, leichten Implementierbarkeit sowie einfachen und sicheren Handhabung erfreuen sich Cobots zunehmender Beliebtheit: Im Jahr 2021 verzeichnete der Cobot-Markt eine Steigerung von 40 %. Laut einer Prognose des Marktforschungsunternehmens Interact Analysis wird er 2026 einen Wert von über 2 Milliarden US-Dollar haben.

Cobot-Lösungen mit item besonders flexibel umsetzen

Es bedarf entsprechender Komponenten, um Cobots zu integrieren. Der modulare Baukasten für Cobot-Lösungen von item hält hierfür nahezu unbegrenzte Möglichkeiten bereit. Für jede individuelle Anforderung lässt sich die passende Roboterlösung realisieren: Bei einer teilumhausten Cobot-Kabine beispielsweise kann der Roboterarm die gesamte Arbeitsfläche nutzen, während die Mitarbeiter zugleich durch die abnehmbare Haube geschützt sind, sodass der Roboter mit erhöhter Verfahrensgeschwindigkeit außerhalb des kollaborierenden Bereichs arbeiten kann. Dabei haben sie durch die großen und schlagfesten Sichtfenster jederzeit die Möglichkeit, den Arbeitsprozess einzusehen. Sämtliche Kabel verlaufen innerhalb der integrierten Kabelkanäle der Profile XMS und sind dadurch geschützt. Als Kabeldurchlass zwischen vertikalen und horizontalen Profilen dienen spezielle Verbindungssätze. Somit ist die Trennung der Ebenen besonders einfach.

Besonders schnell und wendig ist die Roboter-Säule für den mobilen Cobot-Einsatz. Auch große Cobot-Modelle gelangen mit diesem kippsicheren Gestell von Ort zu Ort.

Wenn es um wechselnde Einsatzorte geht, empfehlen sich mobile Lösungen wie die Roboter-Insel mit integriertem Unterschrank. Aufgrund der Nutenplatte auf der Oberseite lässt sich der Cobot variabel positionieren und ausrichten. Für das Kabelmanagement werden die Profile XMS genutzt: Alle Leitungen verlaufen in den von außen zugänglichen Kabelkanälen und die Bedienelemente können einfach integriert werden. Die Unterbringung der Steuerung erfolgt in der abgeschlossenen Versorgungsebene. Besonders platzsparend und wendig ist die Roboter-Säule für den mobilen Cobot-Einsatz. Auch große Cobot-Modelle gelangen mit diesem kippsicheren Gestell von Ort zu Ort. Zur Befestigung des Roboterarms bietet die zentrale Säule ausreichend Platz. Am Einsatzort steht der Cobot durch Heberollen fest und sicher. Säule, Untergestell und Ausstattung können individuell modifiziert und skaliert werden.

Robotik und Lineartechnik nicht nur als Alternativen betrachten

Es gibt auch Fälle, in denen es sich lohnt, Lineartechnik und Robotik zu kombinieren. So erfolgt die Zuführung von Rohteilen in vielen Fertigungslinien noch manuell. Durch eine Kombination von Lineartechnik und Robotik wird in Bereichen der Montage und auch im Materialhandling die Effizienz deutlich erhöht: So lässt sich ein Roboter beispielsweise auf einer Lineareinheit montieren und somit von einem Fertigungsplatz zum anderen bewegen. Die Linearachse wird so als Range Extender für den Roboter benutzt, um dessen Aktionsradius zu erhöhen. Auch für Pick-and-Place-Aufgaben bietet die Kombination beider Techniken erhebliche Vorteile. „Pick and Place“ bedeutet so viel wie „Aufnehmen und Absetzen“ – Objekte werden also aufgenommen und an einer anderen Stelle wieder abgesetzt.

Beim Studierendenprojekt „Fliegende Säge“ zeigen sich auf exemplarische Weise die Kombinationsmöglichkeiten, die durch die Modularität des item Systembaukastens eröffnet werden.

Wie gut hier Robotik und Lineartechnik harmonieren können, zeigt sich am Studierendenprojekt „Fliegende Säge“: Hierbei wurde ein Cobot auf einer item Lineareinheit platziert, die synchron zu einem Gurtförderer aus dem item Förderbandsystem läuft. Puzzlestücke auf dem laufenden Förderband werden vom Cobot umsortiert, der aufgrund der Lineartechnik über eine 7. Achse verfügt. An diesen Aufbau schließt sich eine Rollenbahn für den Weitertransport an. Damit zeigen sich auf exemplarische Weise die Kombinationsmöglichkeiten, die durch die Modularität des item Systembaukastens eröffnet werden. Zudem können Systeme realisiert werden, bei denen der an einer Lineareinheit hängende Roboter seine Aufgaben durchführt. Auf diese Weise können sowohl klassische Schweißarbeiten als auch Greif- und Sortierarbeiten an einer Fertigungsstrecke individuell erledigt werden. Hier kommen die besonderen Vorteile von Lineartechnik zum Tragen: Für die Länge der Linearachsen gibt es keine Begrenzung, zudem können Lineareinheiten für jede Aufgabe individuell konfiguriert werden.

Wenn sich ein Roboter an einer einachsigen Lineareinheit befindet, lässt er sich schnell und präzise von einem Einsatzort zum nächsten verschieben.

Im Mittelpunkt sollte immer der Mensch stehen

Die Verbindung von Robotik und Lineartechnik führt jedoch nicht nur zu Effizienzsteigerungen, sondern auch zu Einsparpotenzialen. So können etwa unter Zuhilfenahme von Linearachsen mehrere Roboter an einer Fertigungslinie durch einen einzigen ersetzt werden, der automatisch von Einsatzort zu Einsatzort transportiert wird: Für die Ausführung verschiedener Arbeitsschritte wird er auf einer Linearachse bewegt. Bei all diesen Projekten gilt: Es stellt sich nur Erfolg ein, wenn Mensch und Technik optimal zusammenarbeiten. Schließlich besteht das Ziel nicht darin, den Menschen zu ersetzen. Stattdessen geht es darum, eine Infrastruktur zu schaffen, die Mitarbeiter entlastet, Arbeitsabläufe besser organisiert und Prozesse effizienter gestaltet. Ganz gleich, ob mit Lineartechnik, Robotik oder der Kombination von beidem: Mit den modularen Komponenten von item für die Automatisierung lässt sich die perfekte technische Basis schaffen.

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