Yamaha: Automatisieren mit Robotern zur Maximierung der Flächen-Produktivität

Die Automatisierung von Prozessen mit Hilfe von Robotern ist eine zuverlässige Methode, um den Produktionsdurchsatz und die Produktivität zu erhöhen. Die Einsparungen an Produktionsfläche können dabei je nach gewähltem Robotertyp variieren. Wenn der verfügbare Stellplatz knapp ist, kann ein an der Decke montierter Orbital-Roboter eine geeignete Lösung sein.

Bild 1: Der Knickarmroboter arbeitet auf relativ kleinem Raum, beansprucht aber viel Fläche in der Fabrik

Die effiziente Nutzung der Betriebsfläche ist für die Produktivität ebenso wichtig wie die Wahl der optimalen Ausrüstung. So wie Mitarbeiter brauchen auch Maschinen, z. B. Pick & Place-Roboter, für Aufgaben wie Verpacken und Palettieren ihre Bewegungsfreiheit. Darüber hinaus können auch Sperrbereiche erforderlich sein, um die Sicherheit des Personals zu gewährleisten, das in der Nähe des Roboters arbeiten muss. Der gesamte Arbeitsbereich kann wesentlich größer sein als der Roboter selbst, so dass der zusätzliche Platz in der Fabrik nicht für andere Zwecke genutzt werden kann.

Wenn ankommende Gegenstände von einer Palette auf ein Transportband befördert werden müssen, kann ein Knickarmroboter eine schnelle und wiederholgenaue Lösung bieten. Diese sind relativ unkompliziert auszuwählen, zu installieren und zu programmieren. Es wird eine sichere Standfläche benötigt, die je nach bewegten Massen und Nutzlast sehr groß sein kann.

Der Roboter wird in der Regel seitlich vom Arbeitsbereich positioniert, weit genug entfernt von Strukturen wie z. B. Transportbändern, damit er sich bewegen und die Zielpositionen zum Aufnehmen und Ablegen von Objekten erreichen kann. Seine Größe und Konstruktion richtet sich nach den bewegten Massen und der Nutzlast. Die komplette Automatisierungslösung kann im betriebsbereiten Zustand eine große Fläche einnehmen, wie Bild 1 veranschaulicht.

Nach einer gewissen Zeit muss die Produktionsstätte zwangsläufig umorganisiert werden, um neue Anlagen und Verfahren einzuführen und um den veränderten Geschäftsanforderungen gerecht zu werden. Vielleicht wird eine zusätzliche Produktionslinie oder einfach mehr Platz für die Lagerung des Warenbestands benötigt. Eine Erweiterung oder Vergrößerung der Fabrik kann praktisch unmöglich sein; ein Umzug in größere Gebäude ist sehr teuer und mit Unterbrechungen verbunden. Die Rückgewinnung von Produktionsfläche um einen großen, schweren Roboter kann eine attraktive Alternative sein. Es gibt tatsächlich einige Optionen, die man hierfür in Betracht ziehen kann.

Einige Roboter, wie z. B. Parallelarmroboter (Delta-Roboter), sind so konstruiert, dass sie direkt über ihrem Arbeitsbereich installiert werden können und den Platz seitlich eines Förderbandes frei machen, der sonst von einem Knickarmroboter eingenommen werden würde. Diese können jedoch schwierig zu konfigurieren sein. Ein stabiles Rahmengestell ist erforderlich, um das Gewicht des Roboters zu tragen. Außerdem kann der Roboter hoch bauen, wenn eine große Reichweite erforderlich ist. Die erzielten Einsparungen können, wie Bild 2 veranschaulicht, durchaus gering sein.

Dieses Beispiel zeigt einen Parallelarmroboter, der über einem Paar von Transportbändern installiert ist, um zufällig angeordnete Werkstücke, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen, aufzunehmen und auszurichten. Der Roboter arbeitet mit hoher Geschwindigkeit und spart im Vergleich zu einem Knickarmroboter viel Platz (siehe Bild). Eine noch wirtschaftlichere Nutzung der Produktionsfläche wäre jedoch wünschenswert.



Bild 2: Obwohl der Parallelarmroboter Platz spart, bleibt die benötigte Gesamtfläche groß und die Installation kann sehr hoch bauen, wenn eine große Reichweite erforderlich ist

Andererseits kann ein SCARA-Roboter eine kleinere Stellfläche beanspruchen, insbesondere in Relation zu seiner Tragfähigkeit. Die Wahl eines SCARA-Systems kann weitere Vorteile bieten, wie z. B. einfachere Programmierung, höhere Genauigkeit der Z-Achse sowie eine hohe Geschwindigkeit und Beschleunigung. Das in Bild 3 gezeigte Beispiel veranschaulicht, wie zwei SCARA-Roboter so angeordnet werden können, dass sie zufällig verteilte Gegenstände von einem Transportband aufnehmen und sie je nach Typ auf separate Transportbänder ablegen. Die orange eingefärbten Bereiche zeigen die Flächen an, die eingespart werden können, falls eine platzsparendere Lösung gefunden werden kann.



Bild 3: Zwei herkömmliche SCARA-Roboter können mit hoher Geschwindigkeit sortieren und transportieren. Ein Teil der Fläche bleibt jedoch ungenutzt

Um die größtmögliche Platzersparnis zu erzielen, kann man Orbital-SCARA-Roboter in Betracht ziehen. Diese können den Raum effizienter nutzen als Knickarmroboter, Parallelarmroboter oder herkömmliche SCARA-Maschinen. Die Orbitalbewegung ermöglicht den Zugang zu allen Punkten in einem kreisförmigen Bereich unter dem Roboter, wobei sowohl hohe Geschwindigkeit als auch hohe Genauigkeit erreicht werden. Der Bewegungsbereich des Arms kann bei Bedarf eingeschränkt werden, um den Einsatz in extrem beengten Räumen zu ermöglichen.

Bei der Entnahme von Artikeln von einer Palette kann ein Orbital-SCARA, der wie in Bild 4 direkt über dem Arbeitsbereich montiert ist, einen Großteil des Platzes einsparen, der für die sichere Installation eines Knickarmroboters nach Bild 1 erforderlich wäre.



Bild 4: Kompakte Depalettierung auf der Basis orbitaler SCARA-Roboter

Bild 5 zeigt, wie ein orbitaler SCARA – im Vergleich zu dem in Bild 2 dargestellten Parallelarmroboter – mehr Platz einspart.



Bild 5: Der Orbital-SCARA spart den orange eingefärbten Bereich ein, den ein Parallelarmroboter für die gleiche Funktion benötigen würde

Im Vergleich zu herkömmlichen SCARA-Robotern kann ein mittig positionierter Orbital-SCARA die Arbeit von zwei Maschinen übernehmen, wenn er Teile von einem Transportband auf drei Bänder umsetzt. Bild 6 illustriert, dass die Orbitalmaschine wesentlich weniger Platz benötigt.



Bild 6: Orbitaler SCARA legt zufällig angeordnete Gegenstände präzise geordnet auf mehrere Transportbänder ab

Ein Systemintegrator, der mit Yamaha Robotics zusammenarbeitet, hat erkannt, dass die Orbital-SCARA-Serie YK-TW die Möglichkeiten seines Unternehmens erweitert, besonders kompakte Lösungen zu bauen, um die Anforderungen der Endbenutzer noch besser zu erfüllen. Die Wahl eines YK-TW-Modells mit einer Nutzlast von 5 kg und einem großen Verfahrbereich von φ1.000 mm ermöglichte eine hinreichende Reichweite, um Artikel von großen Paletten entnehmen zu können.

Gleichzeitig begnügt sich der Roboter mit einem äußerst kompakten Arbeitsbereich. Das gewählte Modell hat eine extrem geringe Höhe von nur 392 mm und wiegt nur 27 kg. Unter Ausnutzung der Eigenschaften dieses Orbital-SCARAs konnte das Team eine äußerst flächeneffiziente Lösung erarbeiten, die schließlich zum Gewinn der Ausschreibung führte.



YK350TW von Yamaha

Wie Bild 7 zeigt, kann der Orbital-SCARA aufgrund seines Aktionsradius innerhalb des Bereichs des Transportbandes installiert werden, so dass keine extra Schutzvorrichtungen erforderlich sind. Mit der Transporthöhe von 900 mm und der Gesamthöhe des Roboters von 600 mm (montiert an seinem Portal), beträgt die Gesamthöhe der Anlage etwa 1,5 Meter. Ausgehend von einer typischen Körpergröße eines Mitarbeiters von 1,7 Metern trägt der Orbital-Roboter zu einer angenehmeren Arbeitsumgebung bei, in der sich der Mensch nicht von großen Robotern dominiert fühlt.



Bild 7: Der Orbital-SCARA spart Platz, macht Schutzvorrichtungen überflüssig und erreicht eine geringe Gesamtbauhöhe.

Darüber hinaus bietet Yamaha eine spezielle Halterung für YK-TW-Roboter, die die Ingenieurteams von mühsamen Festigkeitsberechnungen entlastet und die Projektentwicklungszeit erheblich verkürzt.

Fazit
Orbital-SCARA-Roboter können dazu beitragen, Fertigungsfläche in Fabriken einzusparen und ermöglichen außerdem eine geringere Gesamthöhe der Anlage im Vergleich zu Knickarmrobotern und anderen platzsparenden Optionen wie Parallelarm- und herkömmlichen SCARA-Robotern. Bei Projekten, bei denen Platzersparnis eine hohe Priorität hat, können orbitale SCARA-Systeme eine effiziente Lösung bieten und eine schnelle Projektumsetzung ermöglichen.

www.yamaha-motor-robotics.com

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